失真、削波和方波

basimilus

失真、削波和方波

这三个术语可能很容易混淆--部分原因是人们总是把它们混为一谈，部分原因是它们的含义实际上可能重叠。"失真 "也有多种正确含义。

削波有一个非常特殊的含义：每一个音频设备，从晶体管、电子管到扬声器，都有一个信号能够干净通过的最大限度；当通过的信号电平超过这个最大限度时，波峰就会被削掉（削平）。试想一个中等高度的门口--矮个子可以轻松通过，中等高度的人也可以轻松通过，但一个非常高的人却会把头撞到门框顶上。当信号的峰值电平对于试图通过的设备来说过高时，高个子的头部撞击就会产生失真。下面是一个理想化的图示，使用的是正弦波：



这种削波会导致信号压缩，而压缩一般是一种软削波。你可以把压缩想象成一个高个子男人走过门口时往下一躲，以免撞到头。

从技术角度看，失真指的是从设备输入到输出信号波形的任何变化。因此，即使是没有削波的简单音调变化，也可以准确地称为失真。下面是一个例子：



振幅（音量）的变化并不一定会改变波形，因此将信号调高或调低并不是失真。尽管削波只是失真的一种类型，但至少六十年来，吉他手们一直用失真一词来指音箱在前置放大器、功率部分或扬声器等任何阶段的削波。它也常用来指一种踏板效果，这种效果可以模拟放大器被推至削波状态，尤其是在比 "overdrive "更为强烈但又不像 "fuzz "那样极端的削波水平上。由于这种含义被如此普遍地使用和理解，工程师和吉他手在沟通时有时会很棘手。

有些失真效果是通过方波产生的。所有声音都以各种形状的波形传播，而方波就是一种特殊的波形（此处为粉红色）：



这种形状来自于在正弦波中加入奇次整数谐波；加入的谐波越多，波形就越接近方波。从本文的第一张图片可以看出，削波后的正弦波看起来有点像方波。正因为如此，很多人都认为放大器削波会产生方波--但这几乎总是错误的。由于放大器和扬声器造成的相位变化，放大后的音频波几乎从来都不是完美的正弦波；即使是完美的正弦波，也需要经过极大的削波才能开始像方波。以下是几乎所有情况下削波音频的真实面貌：




没有方波。我之所以指出这一点，是因为许多人认为方波会烧坏他们的扬声器--但即使在极少数情况下，削波确实有点像方波，如果方波真的会损坏扬声器，那么我们又怎么能听合成器或管风琴的录音呢？人们所说的方波会导致 "活塞过热 "的现象在现实中根本不会发生，至少不会比其他大信号峰值更严重；同样，在现实中，削波音频无论如何也不会产生方波。音箱维修技术人员经常处理的线圈烧毁问题，都是由于向扬声器输送的功率过大造成的，完全与通过扬声器输送的波形无关。你会听到很多人，甚至是资深的音响专业人士，把削波和方波会损坏扬声器的说法当做 "福音真理"，但其实这只是一个由来已久的神话，不会消亡。下面我们就来看看这个神话是如何开始的，也许也是它继续存在的原因：

当你将放大器开到最大，并给它输入一个强烈的尖峰输入信号时，它实际上可以输出比额定功率大得多的功率--有时甚至多出几百瓦。因此，举例来说，当一个贝斯手拥有一台 200 瓦的放大器和一个额定功率为 300 瓦的扬声器音箱时，他可能会认为放大器的功率不可能超过扬声器的功率；但如果他将放大器的输出调到最大，并进行激烈的演奏，他肯定会把扬声器震坏，因为他将整夜向音箱发送远高于 300 瓦的尖峰信号。是的，扩音器会疯狂削波，所以他（和他的扩音器维修技术人员）通常会认为是削波炸毁了音盆--但实际上是过大的功率造成了损坏。此外，高音扬声器（高频驱动器）的额定功率处理能力通常比大型扬声器要小得多；而削波的谐波意味着高频范围内的大量额外能量通常会被送入高音扬声器；因此，在高音量下削波导致过多功率送入高音扬声器，从而导致其烧毁的情况相当常见。请记住，同样的波形在较低的音量下也不会造成任何损害。