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EQ與HiFi的常見誤區

2021-03-16知識

撰寫此文的起因是有個人硬要說我的YK Player會導致「失真暴增幾百倍」,但又死活拿不出任何實質性的證據,最後拿出來一個毫不相幹的測量結果要求我認錯。

//下文參照

Xduoo的解碼耳放測試:XD05PLUS,這玩意內建BASS加強開關,開啟後低頻量感明顯加強,頻響曲線上也能顯示出來。
特意測試了100hz的失真數據對比,另外用foobar裏帶的EQ模擬XD05PLUS開啟BASS後的頻響曲線(100hz均是提升4db),關閉播放器上BASS開關,再測試了失真數據。
結果是:開啟硬體BASS,失真增加了十幾倍,開啟軟體EQ,失真比開啟硬體BASS又增加了一倍,達到0.1%左右,這樣的失真已經不是播放器或者耳機放大器的失真範疇,和一些耳機的失真接近甚至更高。只要耳朵不是太差,應該透過對比能明顯感覺出來。
數據測試證明:EQ確實和HIFI一點關系都沒有!

//上文參照

當然這種純臆想式的汙蔑本身不值一駁,但文中測量的紕漏和文末觀點的錯誤卻十分典型,借此機會我決定寫篇科普:本文將會解釋EQ可能會對訊號帶來哪些負面影響,而YK Player又是如何去解決這些問題的。

削波

首先不難理解,數位訊號可以輸出的大小不是無限大的,它存在一個上限,即0dBFS,播放一段滿電平的訊號就可以達到這個上限。如果訊號的大小超過上限時就會發生削波(Clipping),表現在頻譜上為,波形高於0dBFS的部份看起來像是被平整砍掉了一樣。當削波發生時,會產生大量諧波失真。

使用濾波器或者其他DSP來增大訊號時,確實有可能會讓訊號突破0dBFS,進而導致可聞失真出現——註意到了嗎,是否會削波的關鍵在於:訊號的電平加上EQ的增益量,其結果有沒有超過上限?

這裏需要分類討論:

  1. 通常人們會使用滿電平的掃頻或者正弦波來進行測量,在這種情況下使用DSP增大訊號一定會出現削波失真。
  2. 通常的音樂不會全程都打滿電平,如果音樂中的峰值電平為-10dBFS,那麽只要DSP最大增益不超過10dB,就能保證聽這首音樂時絕對不會出現削波。
  3. 基於第二點,如果一首音樂的電平一直在超過和低於-10dBFS之間徘徊,那麽削波就會時有時無,失真會隨之不斷變化。

上述三個例子較為全面地體現了EQ與訊號失真之間的基本關系,基於這些知識我們可以對引文的實驗做一個預判:

如果使用經過預減益至少4dB的訊號進行測量,實驗將會無法測出明顯失真。

進而得出結論:EQ與訊號失真之間沒有必然聯系。

限幅器

如果你帶著思考讀完了上述內容,那你現在應該會有一個疑惑:

不同音樂的峰值電平千差萬別,那豈不是要聽不同的音樂,還要調不同的EQ設定?

很顯然這不現實,所以一個可靠的EQ通常還要搭配另一種DSP:限幅器(Limiter)。

限幅器的原理簡單來說就是,把即將發生削波訊號的擺幅壓縮到0dBFS以下,以此避免可聞失真的出現,代價是損失一些動態範圍。一個演算法優良的限幅器可以做到失真極低,動態損失難以察覺——譬如我內建在YK Player裏的那個。

顯而易見,foobar2k內建的EQ屬於比較垃圾的那種,稍微往上拉一點聽感就變得十分粗糙,如果不是因為它的限幅器演算法很爛,那就是它壓根就沒有限幅器。同時我也無法理解為什麽引文中的實驗都用上了AP,卻不換個Ozone之類的高品質EQ,至於真相是作者不懂還是在故意帶節奏,這就不得而知了。

EQ的原理

所有EQ的本質都是濾波器,盡管各自的底層原理都相同,但不同的高層實作卻能導致最終音質上的巨大差異——上文的有無限幅器就是例子之一。

常見的EQ主要有兩種形態:

  1. 圖形均衡器:最常見的EQ,特征就是有許多豎直的滾軸,除了簡單沒有其他優點;
  2. 參數均衡器:主要面向專業使用者,可以直接輸入參數,可以精確控制頻響,除了上手門檻高、大部份要收費外沒有其它缺點。

這是我在YK Player內建的參數均衡器,它免費!免費!免費!重要的事情說三遍!

諸如foobar2k內建的那種簡陋圖形均衡器,使用起來有各種各樣嚴重的問題,其中之一是無法精確控制頻響要如何變化,它既沒有即時顯示的頻響圖,也無法改變濾波器的各項參數,和YK Player內建的EQ相比孰優孰劣,用過的人都心知肚明。

引文中的測量結果包含了硬體EQ的頻響,卻沒有foobar2k的EQ頻響,實際情況是原作者因為種種原因不敢放出來,還是參照者因為種種原因不敢轉過來,那我就懶得去查明了。

YK Player的使用者們應該有不少人意識到了,如果沒有在設定裏把「DSP最佳化」關掉,那麽音量會比其它播放器小得多,認真讀完上文的讀者應該能理解這是為了確保EQ不會導致削波而做的預減益,這個值大約是-20dB,具體視耳機型號的不同會有所浮動,我們有一套復雜的演算法來在杜絕額外失真的同時盡可能提高音量,保證無論如何都不會出現可聞失真。與此同時,我們演算法優異的限幅器也會在EQ調整到最極端的情況下,作為實際聽感最後也最可靠的保障。

從Google Play下載:

從酷安下載:

根據後台的統計數據,YK Player已經有了數千使用者。我很幸運,我在音訊和軟體方面的長期積累在短短數個月就得到了廣泛認可,而且也正好迎來了Android全面改善音訊效能的時代;而我的使用者們則很勇敢,他們敢於進入我打造的次世代HiFi大門,敢於體驗如此前無古人的音訊解決方案——這可比先入為主、發篇文章還要篩選評論的 @Panda 勇敢得多。

最後分享一篇失望大佬的回答作結,這是我近幾年讀過最有價值的文章之一,這可比看引文最後那個胡說八道的微博截圖有意義多了: