Hi-Fi(High-Fidelity)，翻譯為“高保真”，其定義是：與原來的聲音高度相似的重放聲音。由此可得，Hi-Fi系統(tǒng)的任務(wù)是：最大限度的還原聲音。然而，目前在行業(yè)中存在許多誤解，魚龍混雜，對于聲音回放系統(tǒng)的定位出現(xiàn)了一定程度的偏差，錯誤的把回放系統(tǒng)作為一種能夠改變音樂本身的存在，而非作為一個單純的回放音樂的工具。實際上，在音響系統(tǒng)、音響設(shè)備的設(shè)計開發(fā)和評價過程中，是否符合高保真要求，一般應(yīng)采用主觀聽音評價和客觀指標(biāo)測試相結(jié)合的方式來進行，并以客觀測試指標(biāo)為主要依據(jù)。
筆者作為一個電氣工程系的學(xué)生，兼職樂團樂師和混音師，在幾個月的混音工作學(xué)習(xí)過程中，對于監(jiān)聽室中的監(jiān)聽系統(tǒng)有一定的研究，在對錄音進行處理的看出大眾對過程中，結(jié)合自己大學(xué)本科時期的課程知識，對音響系統(tǒng)有一定的認(rèn)知，由此也與Hi-Fi行業(yè)目前存在諸多的認(rèn)知誤區(qū)。為此，我想出一個專題，基于《電路》、《信號與系統(tǒng)》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《自動控制原理》、《電磁學(xué)》、《電機學(xué)》等學(xué)科知識，結(jié)合MATLAB等軟件的仿真研究分析，深入剖析音響系統(tǒng)中的每個部分，給出一個如何理解音響系統(tǒng)的工作過程和指標(biāo)參數(shù)的思考方式。
通過音響系統(tǒng)欣賞音樂，實際上是一個音頻信號還原的過程，其還原的信號即錄音系統(tǒng)采集的信號。
以樂團的錄音為例，首先是聲源——樂器的機械振動發(fā)聲，這個是整個系統(tǒng)的信號源（一般不唯一），聲源的聲音信號在介質(zhì)中以機械波的形式傳播，在錄音過程中一般介質(zhì)為空氣，聲源的振動會壓縮空氣中的分子，聲波則會以縱波的形式傳遞信號源的信號。之后便是信號的采集，麥克風(fēng)是系統(tǒng)中的中傳感器，其中的振膜會接收聲波的信號，把機械振動的聲音信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號，通過聲卡的放大、A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，之后便是混音的工作。
簡單的說，混音就是對多路信號源進行混合、處理，以監(jiān)聽系統(tǒng)作為對信號進行調(diào)整，主要的調(diào)整包括音量、EQ、混響、定位等，使得作品的效果達到混音師和指揮的要求（此處是樂團錄音的情況），之后便是把混合好的多音軌信號導(dǎo)出為兩聲道立體聲信號輸出（某些成品聲道數(shù)可能更多但筆者尚未接觸），這樣就得到了母帶，母帶再經(jīng)過壓制、轉(zhuǎn)碼后就可以得到可以用于傳播的音源文件，也就是消費者可以獲得的音頻文件、CD等。
而在家用的Hi-Fi系統(tǒng)中，信號的傳遞過程就是一個還原的過程，信號源是音源文件，通過播放器的解碼、解碼器的D/A轉(zhuǎn)換后得到模擬信號，再經(jīng)由電平放大和功率放大到足以驅(qū)動揚聲器，再由揚聲器將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號。這里所得到的聲音信號就是我們聽到的音樂。
以上的過程就是整個音響系統(tǒng)的信號傳遞過程，一般而言的Hi-Fi系統(tǒng)是為了還原聲源信號的觀點其實并不完全正確，在如今的多聲道錄音已經(jīng)成熟的環(huán)境下，混音的過程在錄音制作的過程中也是極為重要的環(huán)節(jié)，其中作為參考的監(jiān)聽系統(tǒng)其實就是混音師所用的Hi-Fi系統(tǒng)，而錄音的最終效果也是以監(jiān)聽系統(tǒng)中的效果為參考的，所以可以得出結(jié)論，一套Hi-Fi系統(tǒng)還原的目標(biāo)其實是混音師在監(jiān)聽系統(tǒng)中聽到的音樂作品，這也是混音師希望聽眾能夠欣賞到的。
因為技術(shù)的限制和設(shè)備成本等各方面的原因，音響系統(tǒng)在還原信號的過程中并不能做到100%的還原，而在錄音的過程中也存在一定程度的損失，這個章節(jié)將會說明每一個環(huán)節(jié)中信號的損失，也就是失真。
首先，在靜態(tài)狀態(tài)下失真主要可以分為幾類
1. 線性失真
2. 非線性失真
3. 引入的噪聲
這些失真基本會存在與任何一個環(huán)節(jié)，且通過目前的技術(shù)手段只能盡可能減少但無法完全避免。當(dāng)然目前的消費級產(chǎn)品的失真有一部分可以做到接近甚至低于人耳朵的聽覺極限，換而言之一部分產(chǎn)品引入的失真是不可聞的，所以太過糾結(jié)于性能參數(shù)其實沒有太大的意義。
下面就來解釋下每種失真的具體含義
1. 線性失真
線性失真的定義是輸出信號中不會有輸入信號中所沒有的新的頻率分量，各個頻率的輸出波形也不會變化。這種幅度的失真或者相位的失真是由該電路的線性電抗元件對不同頻率的響應(yīng)不同而引起的，所以叫線性失真，又叫頻率失真。
這一點很好理解，可以舉個例子，在往系統(tǒng)中輸入任意一個頻率的正弦信號時，系統(tǒng)會輸出一個相同的正弦信號，整個正弦波不會變形，但是不同頻率的正弦波輸入到該系統(tǒng)中時，輸出的幅度或者相位存在差別，比如輸入一個1kHz峰峰值為2V的正弦波輸入時，輸出的信號峰峰值為10V，而輸入一個峰峰值相同的100Hz的正弦信號時，輸出的信號峰峰值為5V，這就是這個系統(tǒng)的頻率響應(yīng)中的幅頻特性。而另一種情況就是，輸入系統(tǒng)的正弦信號頻率不同時，輸出的正弦信號會出現(xiàn)不同程度的超前或者滯后，也就是說輸出信號正弦波的初始相位與輸入信號不同了，這就是系統(tǒng)的相頻特性。一般而言系統(tǒng)的頻率響應(yīng)可以用伯德圖表示。
這里自我引用我現(xiàn)在正在研究的濾波器的伯德圖，這是一個廣泛用于電網(wǎng)中的LCL型濾波器，其實就是一個低通濾波器，其目的時為了過濾電網(wǎng)中的諧波分量，保證供電的電能質(zhì)量。
這個伯德圖是通過MATLAB仿真軟件進行繪制的，其中靠上的一張是這個系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)曲線，表示的是幅度與頻率之間的關(guān)系，靠下的是相頻響應(yīng)曲線，表示的是相位與頻率之間的關(guān)系。
由于其中的原理比較復(fù)雜，涉及了電氣工程及其自動化專業(yè)中的很多專業(yè)知識，本文偏向于科普性質(zhì)，這里就不展開了。
2. 非線性失真
與線性失真不同，非線性失真的定義是輸出信號中會出現(xiàn)輸入信號中所沒有的新的頻率分量，這樣會造成輸出波形的畸變，比如向系統(tǒng)輸入一個1kHz的正弦信號，輸出的信號中不僅含有1kHz的正弦信號，還會含有2kHz、3kHz、4kHz、5kHz等的信號。根據(jù)積分變換的知識，將一個周期信號分解為一個直流分量和一系列復(fù)指數(shù)信號分量之和的過程被稱為傅里葉級數(shù)展開，所以將這個變換進行一次逆變換，就可以將多個正弦信號合并為一個周期信號，而這個信號的波形和原信號是不同的。這種失真出現(xiàn)，便很難去除，在電力系統(tǒng)中一般會通過LCL濾波器配合有源濾波器來去除諧波，這也是我本科時畢業(yè)設(shè)計的課題，但是這種方法在音響系統(tǒng)中并不適用。在音響系統(tǒng)中，一般會使用共模抑制比較高的差分放大器配合對稱式放大電路讓諧波相互抵消，實現(xiàn)對偶次諧波的去除，這與電力系統(tǒng)中常用的利用對稱的三相變壓器D接實現(xiàn)對偶次諧波和3的整數(shù)倍次諧波的去除手段的思路相同。一般來說，衡量非線性失真的指標(biāo)是總諧波失真（Total Harmonic Distortion，THD），當(dāng)然也有互調(diào)失真（intermodulation distortion）等。
3. 引入的噪聲
噪聲這個就更好理解了，從物理角度看，噪聲是無規(guī)則的機械波?？梢岳斫鉃橄到y(tǒng)在經(jīng)過的信號中加入了雜質(zhì)，污染了原本的信號，一般而言底噪和高頻噪聲就是常常出現(xiàn)在音響系統(tǒng)中的噪聲。
3 失真的產(chǎn)生原因
以上的所有失真，幾乎可以說存在音響系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)，而且產(chǎn)生的原因雖然不完全相同，但是也有一定的共性。雖然每個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生失真，但每個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的失真類型不盡相同，即便有相同類型的失真，失真的量也是不同的。所以具體分析每一個環(huán)節(jié)的失真，就可以了解失真的產(chǎn)生，以及如何盡可能減少一個系統(tǒng)中失真的影響。
首先要講的，也是最大的失真來源，涉及到聲-電、電-聲信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)產(chǎn)生的失真。負(fù)責(zé)聲-電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的是麥克風(fēng)，現(xiàn)在的錄音室中廣泛使用的麥克風(fēng)大多為電容式麥克風(fēng)這里就以經(jīng)典的Neumann U87 Ai為例，這是出色麥克風(fēng)的現(xiàn)代化身。U87于1967年問世，立即受到工程師，生產(chǎn)商及其客戶的青睞。到70年代中期，它已成為每個高品質(zhì)錄音棚中的必備品。到今天仍然到處會看到U87的身影。它的受歡迎程度很容易理解：它開創(chuàng)了音頻保真度和可靠性的新時代，并具有三種可選的指向模式（心形，全向和8字形），以及可切換的高通濾波器和10dB的預(yù)衰減，是多種錄音技術(shù)的理想選擇。 Neumann U 87 Ai是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的大振膜電容麥克風(fēng)。
接下來可以看看這個麥克風(fēng)的技術(shù)參數(shù)，通過技術(shù)參數(shù)就可以得到一款錄音級別的麥克風(fēng)會存在何種失真。
這個就是來自官網(wǎng)的Neumann U87 Ai參數(shù)，可以看到其中包含了頻率響應(yīng)、阻抗、信噪比、動態(tài)范圍、THD等參數(shù)，基本可以說明這款經(jīng)典的麥克風(fēng)在錄音過程中會存在一定程度的線性失真、非線性失真、引入噪聲。
在這個網(wǎng)頁之后的圖片中，也有這個麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)曲線圖，指向性圖等，可以看到Neumann U87 Ai型麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)在20Hz-20kHz的范圍內(nèi)并不是一條直線，所以可以說在一定程度上會對聲音產(chǎn)生影響，當(dāng)然這個失真的幅度其實是很微小的，而且對于錄音而言并不一定是負(fù)面的，所以因為這個而否定這是一個優(yōu)秀的錄音設(shè)備是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。而指向性圖這個涉及空間分布方面的概念，暫時不談。
造成頻率響應(yīng)不平坦的原因有很多，其中有麥克風(fēng)的振膜的物理特性、阻抗特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計、主觀調(diào)整等因素，這些涉及很多專業(yè)知識，筆者也有待深入研究，所以暫時不深入分析了。
麥克風(fēng)的非線性失真則是一個重要指標(biāo)，非線性失真幾乎在任何情況下都會劣化音質(zhì)（膽機愛好者可以反駁我），且?guī)缀鯚o法逆轉(zhuǎn)。所以THD的值應(yīng)該是越小越好。而麥克風(fēng)產(chǎn)生非線性失真的原因，主要是振膜振動的非線性造成，這個理解起來比較復(fù)雜，簡單來說，麥克風(fēng)的振膜可以理解為一條有彈性的橡皮筋，這個橡皮筋可以隨著外力而形變且在不受力狀態(tài)下能回到原本的靜止位置，但是如果形變量超過一定范圍，就會出現(xiàn)一個阻止形變發(fā)生的力，因此振膜無法隨著聲波自由形變，所以振膜的振動存在一定的非線性，且在振動范圍越大的情況下越明顯，所以麥克風(fēng)在聲壓增大的情況下，非線性失真會隨之增大。而電容式麥克風(fēng)還有一些電子元件，這些元件的非線性也會產(chǎn)生相應(yīng)的失真，這點下一節(jié)會討論。
聲-電信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)說完，接下來是電-聲信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)這個環(huán)節(jié)的是揚聲器（耳機）。揚聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動式（即動圈式）、靜電式（即電容式）、電磁式（即舌簧式）、壓電式（即晶體式）等幾種。電動式揚聲器具有電聲性能好、結(jié)構(gòu)牢固、成本低等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛；而后兩種多用于農(nóng)村有線廣播網(wǎng)中；
按頻率范圍可分為低頻揚聲器、中頻揚聲器、高頻揚聲器，這些常在音箱中作為組合揚聲器使用。
按聲輻射材料分紙盆式、號筒式、膜片式；按紙盆形狀分圓形、橢圓形、雙紙盆和橡皮折環(huán)；按工作頻率分低音、中音、高音，有的還分成錄音機專用、電視機專用、普通和高保真揚聲器等；按音圈阻抗分低阻抗和高阻抗；按效果分直輻和環(huán)境聲等。
以最常見的動圈式揚聲器為例子，其結(jié)構(gòu)如圖，其中最重要的結(jié)構(gòu)是音圈、磁體和紙盆，揚聲器工作時，給揚聲器的音圈中通入交流電流，音圈在輸入電流的作用下產(chǎn)生交變的磁場，而音圈又放置在永久磁鐵中，音圈在這兩個磁場的作用下做垂直于音圈電流方向的運動，這樣音圈在電流作用下而往復(fù)運動。由于音圈與紙盆連接在一起，這樣音圈運動帶動紙盆的前、后振動，而振動的幅度和頻率時與輸入音圈的波形時一致的，所以電信號就成功轉(zhuǎn)化為了機械振動信號。紙盆的振動推動空氣的振動，人耳便能感受到空氣的振動而產(chǎn)生聲音。這樣輸入揚聲器的電流通過揚聲器的作用轉(zhuǎn)換成了聲音。
和麥克風(fēng)類似，揚聲器的失真也是含有線性失真和非線性失真，其中的產(chǎn)生原因與麥克風(fēng)也是基本相同，所以不多贅述。
這里也會找到一款經(jīng)典的監(jiān)聽音箱，Neumann KH310A來進行分析。由于這款音箱是有源音箱，而在監(jiān)聽市場中，有源音箱已經(jīng)逐漸成為主流選擇，所以這里先會分析，模擬放大環(huán)節(jié)的失真。
模擬放大環(huán)節(jié)主要分為兩類，以放大輸出電壓水平為目的的電壓放大器和以提高輸出功率以提高驅(qū)動能力的功率放大器。電壓放大電路主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真的電壓信號，在小信號狀態(tài)下工作。功率放大電路主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真的輸出功率，在大信號狀態(tài)下工作。這兩個實際上分別對應(yīng)著Hi-Fi系統(tǒng)中的前級放大器（Preamplifier）和后級放大器（Power Amplifier）。
雖然兩種放大器的功能不同，但是其結(jié)構(gòu)是類似的，產(chǎn)生失真的原因也基本相同。首先，目前市面上的合格的功放基本上都可以做到在無限大電阻負(fù)載下頻率響應(yīng)在20Hz-20kHz上偏離不超過0.3dB，且輸入、輸出阻抗基本為純阻性，所以相位失真也基本上可以忽略。由此可得，功放中的主要失真為非線性失真。
電子電路中產(chǎn)生非線性失真的原因有很多，這里僅做簡單分析，具體會以后單獨撰文展開。簡單來說，非線性失真的產(chǎn)生原因是放大電路中采用的元件并非理論中存在的理想元件，如三極管的放大區(qū)并非呈完全線性，對稱式放大電路中的對管不能做到完全對稱等。
所以在KH310A的官網(wǎng)介紹中，我們可以看到頻率響應(yīng)曲線、THD曲線等參數(shù)，這些參數(shù)是衡量一套監(jiān)聽設(shè)備的重要參數(shù)。作為一個生產(chǎn)極為專業(yè)的監(jiān)聽設(shè)備，極具嚴(yán)謹(jǐn)性的德國品牌，Neumann把很多的參數(shù)都在官網(wǎng)展示了出來，這里也可以看到頻率響應(yīng)是極為標(biāo)準(zhǔn)的，THD在90dB聲壓級別下也控制的很好。
以上講的都是模擬部分，而現(xiàn)代錄音和Hi-Fi系統(tǒng)中不可避免的含有數(shù)字部分，接下來會講解數(shù)字部分的失真，而且數(shù)字部分產(chǎn)生的失真不完全包含在三類失真中。
數(shù)字信號的傳輸和儲存狀態(tài)并不會產(chǎn)生失真，產(chǎn)生失真的環(huán)節(jié)主要在進行數(shù)字信號轉(zhuǎn)碼以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換過程中。
數(shù)字信號與模擬信號不同，只有0和1而非連續(xù)，所以通過數(shù)字信號記錄模擬信號中的信息就需要采樣。
采樣的過程其實就是分格子，首先是在時間軸上把模擬信號分割，再在電平上把模擬信號分割，通過數(shù)字信號記錄這時間點的電壓值并轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)，就完成了采樣，模擬信號成為了PCM信號，而PCM信號是無法儲存的，必須進行編碼、封裝成為音頻文件，才能進行儲存、編輯等。而在播放時，以目前最常用的PC為例，就要通過播放器進行解碼，把音頻文件轉(zhuǎn)化為PCM信號，再通過聲卡進行D/A轉(zhuǎn)換，把PCM的二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為實際的電平，無數(shù)個采樣點的電平組合成為模擬信號。
可以看到，這里應(yīng)用到了微積分的思想，所以只要進行了數(shù)模轉(zhuǎn)換，就必然會引入失真，但時如果采樣率足夠高，還原則會越精確，如今數(shù)碼母帶的失真水平已經(jīng)遠低于人耳的聽覺極限，且傳統(tǒng)的模擬唱片、磁帶等媒介本身會因為時間、環(huán)境等因素引入失真，對播放設(shè)備的要求可十分苛刻，播放設(shè)備本身的失真也很難做到比數(shù)字播放更小，所以時至今日純模擬的系統(tǒng)已經(jīng)推出歷史的舞臺，追求那種傳說中的“模擬味”是否理性？值得思考。
不過，再進行D/A、A/D轉(zhuǎn)換過程中，設(shè)備與模擬系統(tǒng)一樣也會引入失真，與模擬放大部分相同，這里引入的失真絕大部分為非線性失真，且這部分引入的非線性失真在電子部分是較多的，所以衡量聲卡、解碼器的技術(shù)指標(biāo)中，THD是十分關(guān)鍵的指標(biāo)。
至于噪聲，則存在任何一個環(huán)節(jié)，有且僅有可能產(chǎn)生負(fù)面影響，產(chǎn)生的原因也是多種多樣，大部分的噪聲來源是設(shè)備的電源，一部分來自環(huán)境的感應(yīng)電，而這些都與設(shè)備的抗干擾能力、濾波能力有關(guān)，這點以后也會專門講解。
最后一個，也是最復(fù)雜的一個，環(huán)境產(chǎn)生的失真，這里涉及的概念實在太多，這里不展開，簡單提一下，一個合格的錄音棚中必須要有聲學(xué)處理的裝修，設(shè)備也要進行校準(zhǔn)，才能獲得準(zhǔn)確的聲音，所以環(huán)境產(chǎn)生的影響也是不容忽視的。
首先，失真對于聲音是肯定存在影響的，那么失真是如何影響聲音的？不同類型，對聲音產(chǎn)生怎么樣的影響？這一章我們會深入分析。
首先，根據(jù)初中物理學(xué)，評價聲音的三個要素
響度，音調(diào)，音色
響度的話就很好解釋，因為聲音是一種波信號，所以響度的概念，實際上就是波的振幅，振幅越大聲音的響度就越大。而在實際的音響系統(tǒng)中，響度是可以通過電位器、DSP等方式調(diào)節(jié)，所以單純的響度要素并不能對系統(tǒng)的保真度產(chǎn)生影響。
過兩個或以上音源之間的相對響度，會對最終的聲音效果產(chǎn)生影響，這個實際上是掩蔽效應(yīng)的原因，掩蔽效應(yīng)指由于出現(xiàn)多個同一類別（如聲音、圖像）的刺激，導(dǎo)致被試不能完整接受全部刺激的信息。其中，視覺掩蔽效應(yīng)包括明度掩蔽效應(yīng)和模式掩蔽效應(yīng)，其影響因素主要包括空間域、時間域和色彩域；聽覺掩蔽效應(yīng)則主要包括噪聲、人耳、頻域、時域和時間掩蔽效應(yīng)。
第二個要素，音調(diào)，這個也很好理解，這個主要是評價聲波的頻率的要素。一般而言，音調(diào)的高低取決于聲波中基波的頻率
音色這個就比較復(fù)雜了，音色（Timbre）是指不同聲音表現(xiàn)在波形方面總是有與眾不同的特性，不同的物體振動都有不同的特點。
不同的發(fā)聲體由于其材料、結(jié)構(gòu)不同，則發(fā)出聲音的音色也不同。例如鋼琴、小提琴和人發(fā)出的聲音不一樣，每一個人發(fā)出的聲音也不一樣。音色是聲音的特點，和全世界人們的相貌一樣總是與眾不同。根據(jù)不同的音色，即使在同一音高和同一聲音強度的情況下，我們也能區(qū)分出是不同樂器或人發(fā)出的。如同千變?nèi)f化的調(diào)色盤似的顏色一樣，“音色”也會千變?nèi)f化而容易理解。
基于以上的理論基礎(chǔ)，去分析每種失真對于聲音的影響，那就非常方便了。
首先是線性失真，如果系統(tǒng)的幅頻特性是一條理想的，平坦的直線，那么音源的信號就可以毫無損失的傳遞過來，但如果系統(tǒng)的幅頻特性不是一條理想的直線，那就會產(chǎn)生線性失真。
這里借用來自叉燒網(wǎng)的一張圖，這張圖中很清晰的標(biāo)明了音樂中每一種聲音的頻率分布，可以看到每一段頻率負(fù)責(zé)的部分是不同的。所以假設(shè)一只音箱的頻率響應(yīng)不平直，如以下這張圖中的音箱：
樂器、聲部之間的平衡就會被打破，因為掩蔽效應(yīng)的問題，某些過于突出的聲部會掩蓋了其他聲部、某些應(yīng)該被掩蓋的部分可能又會過于突出，最后就有可能出現(xiàn)所謂的人聲糊臉、聲音偏厚等問題，這樣是與混音師的處理想法存在一定偏差的，很有可能會對音樂的處理產(chǎn)生一定的誤解。
頻率響應(yīng)對于聲音的影響除了平衡性外，更重要的是會影響音色，決定音色的因素有很多，在眾多因素中影響較大的是聲音的頻譜分布(Spectral Envelope)以及時間包絡(luò)曲線(Time Envelope)。除此之外，平均頻率(Mean Frequencies)、聲音中的噪聲(Noise)、頻譜中心(Spectral Centroid)、一些隨機成分(Irregularity Parameters)和頻譜的變化(Spectral Flux)等也會對音色造成影響。不過頻譜分布對音色的影響是非常大的，其中最重要的要素就是泛音，也就是諧波，一個聲音信號的基波頻率決定了這個聲音的音調(diào)，而它的諧波頻率和含量，則在很大程度上影響了這個聲音的音色。
假設(shè)在一臺鋼琴上彈出一個國際標(biāo)準(zhǔn)音A，那么這臺鋼琴就會發(fā)出聲波，對這個聲波信號進行一次快速傅里葉變換（FFT）,那么就可以到這個聲波的頻譜，因為暫時沒有條件做這件事，我就引用我自己本科時期論文中的圖
這就是對于電網(wǎng)中的電壓、電流波形信號進行FFT后得到的波形，可以看到這個信號的基波是50Hz，然后其中還含有100Hz、200Hz、400Hz等的諧波，這些諧波不會影響基波的頻率，所以可以看到波形還是一個50Hz的正弦波，放在聲學(xué)中，極為音調(diào)不變。但是其中含有的諧波成分會使波形發(fā)生一定程度的畸變，放在聲學(xué)中就是泛音導(dǎo)致了音色變化。
那么，如果系統(tǒng)的頻率響應(yīng)并不是平直的，我們就假設(shè)在200Hz-300Hz這一段有一定程度的增強，這樣產(chǎn)生的結(jié)果就是200Hz和250Hz這一部分的含量會增加，這個信號的形狀就會變化，聽起來也會不同。
由此可得，頻率響應(yīng)是會對聲音產(chǎn)生顯著的影響，所以如果想要聲音回放的效果準(zhǔn)確，頻率響應(yīng)應(yīng)該是越接近理想的平直是越好的。這也是為什么監(jiān)聽音響的頻響曲線一般都是比較平直的。
非線性失真的情況其實和上面的第二種情況一樣，就是會對聲音的諧波含量產(chǎn)生一定的影響，所以系統(tǒng)中的電子部分對聲音的影響主要就是對音色的影響。這里就放一張某寶某店的某款DAC的慘不忍睹的非線性失真，測試參數(shù)來自www.audiosciencereview.com，原文中含有本款產(chǎn)品的型號，所以為了保命就不放上來了。
本文主要講解了Hi-Fi系統(tǒng)的主要部件和工作原理，并從信號學(xué)的角度，結(jié)合多門科目的專業(yè)知識及軟件仿真，以系統(tǒng)的靜態(tài)頻譜特性為切入點，以失真為主要研究對象，分析了Hi-Fi系統(tǒng)中的幾類主要失真及其對系統(tǒng)還原能力的影響，可以通過本文很清晰的了解評價一套Hi-Fi素質(zhì)的幾個關(guān)鍵因素，對理解消費級音頻產(chǎn)品有一定幫助。
本文僅對聲學(xué)中的頻譜部分展開了分析，并未對聲音的幾何特性、時域特性等進行分析，對聲音還原的評價體系仍然比較片面，單純用失真來形容各類音染，在用詞專業(yè)性存在一定的概念偷換，不過為了更形象的形容，我就使用了信號學(xué)中的這個概念。實際情況中，無論是頻率響應(yīng)和時域響應(yīng)帶來的影響不一定完全是負(fù)面的，由于篇幅問題，對于很多系統(tǒng)的細(xì)節(jié)信息未能展開討論，未來將會另撰文作為補充。
寫這篇東西的原因呢，廣州的疫情人被關(guān)瘋了，“企業(yè)委托項目”直接降級為“閱讀文獻“，在學(xué)校的知網(wǎng)賬號亂翻，看著看著就看了一堆奇奇怪怪的文獻，想寫點東西（我怎么會告訴你我成功掉到白銀所以不想玩游戲事實），恰逢無聊聽了30多張卡拉揚的CD，在這個過程中重拾了大四寒假實習(xí)時候的記憶，有感而發(fā)，寫下此文。本來是想隨便水5000字，結(jié)果一不小心就快9000了，而且很多東西還沒講清楚，僅僅開了個頭，挖了一堆坑，自我感覺用詞也太嚴(yán)謹(jǐn)、太像一篇論文了，如果各位讀者感覺這樣比較難懂歡迎在評論區(qū)留言給出寶貴的建議。
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最后，本人并非專業(yè)的知乎作者，撰文僅為個人興趣，隨緣更新，評論也未必能及時回復(fù)。如果有人想問我用的設(shè)備，統(tǒng)一回復(fù)：HD600+7506，這是我在錄音棚中用的配置，但實際工作中主要使用的是監(jiān)聽音箱，耳機僅用作飯廳、作為混音補充和日常欣賞使用。
如果有想問某耳機好不好的讀者，我只能抱歉，沒聽過，如果想了解耳機表現(xiàn)建議到這個網(wǎng)站查詢參數(shù)。
看到查重系統(tǒng)就煩，不寫了。
