当原始音频信号(当然由正弦波组成)被系统的电子器件失真时，音频系统中的谐波失真发生，导致输出音频信号与输入有些不同。通过测量系统引入的所有额外谐波频率并计算这些频率的总谐波失真，可以很容易地量化这种失真，如此处所述。 在本文中，我们将讨论THD的主观经验与THD的技术测量之间的关系，以及与技术测量相比主观经验的重要性的不同观点。首先，我们应该讨论一个有争议的话题 - 有些人认为音频系统中的谐波失真实际上并不是一件坏事。 主观主义者和理性主义者 您会认为，由于谐波失真是一个易于理解的概念(它易于测量并且很容易识别失真的来源)，因此除了确定最小化它的最佳方法之外，不需要进行讨论。然而，事实证明，音频系统中的谐波失真实际上可能是一个有争议的话题。这是由于音频的主观性质; 音频系统应该产生最好的声音，但“最佳”的定义可能因人而异。 关于这场争议有两种主要的思想流派: 主观主义者:主观主义者认为应该允许音频系统塑造声音(即添加失真)，使其听起来最好。理性主义者:理性主义者认为音频系统应该尽可能真实地再现原始记录。不仅应使失真最小化，而且应使互调效应，相位延迟，群延迟，串扰和噪声最小化。 我不是要让这个争议得到休息，我必须承认我不是一个发烧友。我当然喜欢听音乐，但我对音频系统的技术兴趣是作为电气工程师而不是发烧友。因为我的兴趣是技术性的，所以我倾向于属于理性主义范畴。对我而言，理性主义者的观点非常引人注目，主要的一点是“艺术家有目的地创造了一种特定的声音 - 当你倾听它时，你为什么要扭曲这种声音呢?” 然而，至少有一个强有力的论据是将失真引入音频信号(我刚才暗示过)，那就是艺术家/音乐家想要在创作音乐时创造扭曲的声音。最明显和极端类型的有目的的失真包括过度驱动放大器以引起信号削波，从而将正弦输入转换为(近)方波。图1显示了音频信号在以几种不同方式故意失真时会发生什么。这种失真显然会引入高水平的谐波。
图1.软和硬剪辑的信号失真。图片由 Mikhail Ryazanov提供 [ CC BY-SA 3.0 ] 软削波试图保持原始信号的正弦特性，因此失真很小。另一方面，硬削波消除了正峰值和负峰值，导致信号看起来越来越像方波，因为削波变得更加严重。两个信号都是失真的，但是你可以想象，由于软削波更加正弦，它的THD会更低。作为旁注，电子管放大器倾向于产生软削波，而固态放大器则产生硬削波。 这种失真在电吉他手中很受欢迎; 这项技术可以追溯到20世纪40年代后期，并在20世纪50年代由Chuck Berry等艺术家推广。
图2. Chuck Berry演奏了一些扭曲的舔。图片由 Roland Godefroy提供 [ CC BY-SA 3.0 ] 这种扭曲的普及开始于早期的摇滚乐，并且在今天的摇滚和重金属音乐中仍然非常普遍。这里可以听到一些不同类型的吉他失真的例子。 主观主义方面的另一个论点是电子管放大器(真空管放大器)的影响，例如:
图3.真空管放大器。图片使用Keiichiro Shikano礼貌 [ CC BY 2.0 ] 我认识的许多吉他手都是用电子管放大器发誓，因为他们喜欢他们创造的“温暖的声音”。这些电子管放大器的THD明显高于精心设计的固态放大器。高振幅而不是硬削波的滚降和强烈的二阶谐波失真为许多听众创造了主观愉悦的声音。因此，当艺术家使用这种放大器来创作音乐时，主观主义者和理性主义者会同意，因为艺术家想要这种扭曲，所以它是可以接受和欢迎的。 争议的地方在于使用电子管放大器来播放录音。理性主义者认为，电子管放大器会扭曲录音，不受艺术家所希望的影响，而主观主义者则认为失真会产生更丰富的声音。 我想最后提一下音频信号中何时需要谐波失真。再一次，这种失真是在创建音频时产生的。如果你在钢琴上演奏中间C(频率约为261.63 Hz)，它听起来与小号的中间C不同。原因是不同乐器创造音符的方式导致不同的谐波(在音乐方面，这些通常被称为泛音，但它们并不完全相同:详情请参见此处)。 我当然没有在这里解决主观主义与理性主义的论点，但我已经指出了一些谐波失真可以接受甚至需要的情况。从现在开始，我想考虑音频播放中涉及的系统。虽然主观主义者和理性主义者之间仍然存在关于这些类型系统的争论，但从纯粹的技术角度来看，最大限度地减少谐波失真是值得的。 人类的感知 让我们回到我之前为支持理性主义论点所做的陈述:“艺术家有目的地创造了一种特定的声音 - 为什么你在听这个声音时想要扭曲那种声音?”为了这篇文章，让我们假设每个人都同意THD应该保持在非常低的水平。它应该多低?还有其他因素吗?由于音频放大器放大了人类听到的信号，因此应该考虑人类听觉的心理声学。设计一个降低THD远低于人类听觉阈值的系统是没有意义的。人类通常无法检测到低于1%的THD，但单个THD测量并不能说明整个故事。 我们的灵敏度取决于频率，我们对高阶失真也更敏感。通过训练和某些类型的失真，可以听到一些低至0.3%的失真效应。1 在设计音频放大器时，如果成本不是目标，那么在所有频率范围内设计THD低于人类听觉阈值的系统是有意义的。当然，成本通常是一个问题，因此一个好的成本/收益权衡将是专注于设计创造人类最敏感的THD的东西。 |
