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EQ与HiFi的常见误区

2021-03-16知识

撰写此文的起因是有个人硬要说我的YK Player会导致「失真暴增几百倍」,但又死活拿不出任何实质性的证据,最后拿出来一个毫不相干的测量结果要求我认错。

//下文引用

Xduoo的解码耳放测试:XD05PLUS,这玩意自带BASS加强开关,开启后低频量感明显加强,频响曲线上也能显示出来。
特意测试了100hz的失真数据对比,另外用foobar里带的EQ模拟XD05PLUS开启BASS后的频响曲线(100hz均是提升4db),关闭播放器上BASS开关,再测试了失真数据。
结果是:开启硬件BASS,失真增加了十几倍,开启软件EQ,失真比开启硬件BASS又增加了一倍,达到0.1%左右,这样的失真已经不是播放器或者耳机放大器的失真范畴,和一些耳机的失真接近甚至更高。只要耳朵不是太差,应该通过对比能明显感觉出来。
数据测试证明:EQ确实和HIFI一点关系都没有!

//上文引用

当然这种纯臆想式的污蔑本身不值一驳,但文中测量的纰漏和文末观点的错误却十分典型,借此机会我决定写篇科普:本文将会解释EQ可能会对信号带来哪些负面影响,而YK Player又是如何去解决这些问题的。

削波

首先不难理解,数字信号可以输出的大小不是无限大的,它存在一个上限,即0dBFS,播放一段满电平的信号就可以达到这个上限。如果信号的大小超过上限时就会发生削波(Clipping),表现在频谱上为,波形高于0dBFS的部分看起来像是被平整砍掉了一样。当削波发生时,会产生大量谐波失真。

使用滤波器或者其他DSP来增大信号时,确实有可能会让信号突破0dBFS,进而导致可闻失真出现——注意到了吗,是否会削波的关键在于:信号的电平加上EQ的增益量,其结果有没有超过上限?

这里需要分类讨论:

  1. 通常人们会使用满电平的扫频或者正弦波来进行测量,在这种情况下使用DSP增大信号一定会出现削波失真。
  2. 通常的音乐不会全程都打满电平,如果音乐中的峰值电平为-10dBFS,那么只要DSP最大增益不超过10dB,就能保证听这首音乐时绝对不会出现削波。
  3. 基于第二点,如果一首音乐的电平一直在超过和低于-10dBFS之间徘徊,那么削波就会时有时无,失真会随之不断变化。

上述三个例子较为全面地体现了EQ与信号失真之间的基本关系,基于这些知识我们可以对引文的实验做一个预判:

如果使用经过预减益至少4dB的信号进行测量,实验将会无法测出明显失真。

进而得出结论:EQ与信号失真之间没有必然联系。

限幅器

如果你带着思考读完了上述内容,那你现在应该会有一个疑惑:

不同音乐的峰值电平千差万别,那岂不是要听不同的音乐,还要调不同的EQ设置?

很显然这不现实,所以一个可靠的EQ通常还要搭配另一种DSP:限幅器(Limiter)。

限幅器的原理简单来说就是,把即将发生削波信号的摆幅压缩到0dBFS以下,以此避免可闻失真的出现,代价是损失一些动态范围。一个算法优良的限幅器可以做到失真极低,动态损失难以察觉——譬如我内置在YK Player里的那个。

显而易见,foobar2k自带的EQ属于比较垃圾的那种,稍微往上拉一点听感就变得十分粗糙,如果不是因为它的限幅器算法很烂,那就是它压根就没有限幅器。同时我也无法理解为什么引文中的实验都用上了AP,却不换个Ozone之类的高质量EQ,至于真相是作者不懂还是在故意带节奏,这就不得而知了。

EQ的原理

所有EQ的本质都是滤波器,尽管各自的底层原理都相同,但不同的高层实现却能导致最终音质上的巨大差异——上文的有无限幅器就是例子之一。

常见的EQ主要有两种形态:

  1. 图形均衡器:最常见的EQ,特征就是有许多竖直的滑块,除了简单没有其他优点;
  2. 参数均衡器:主要面向专业用户,可以直接输入参数,可以精确控制频响,除了上手门槛高、大部分要收费外没有其它缺点。

这是我在YK Player内置的参数均衡器,它免费!免费!免费!重要的事情说三遍!

诸如foobar2k内置的那种简陋图形均衡器,使用起来有各种各样严重的问题,其中之一是无法精确控制频响要如何变化,它既没有实时显示的频响图,也无法改变滤波器的各项参数,和YK Player内置的EQ相比孰优孰劣,用过的人都心知肚明。

引文中的测量结果包含了硬件EQ的频响,却没有foobar2k的EQ频响,实际情况是原作者因为种种原因不敢放出来,还是引用者因为种种原因不敢转过来,那我就懒得去查明了。

YK Player的用户们应该有不少人意识到了,如果没有在设置里把「DSP优化」关掉,那么音量会比其它播放器小得多,认真读完上文的读者应该能理解这是为了确保EQ不会导致削波而做的预减益,这个值大约是-20dB,具体视耳机型号的不同会有所浮动,我们有一套复杂的算法来在杜绝额外失真的同时尽可能提高音量,保证无论如何都不会出现可闻失真。与此同时,我们算法优异的限幅器也会在EQ调整到最极端的情况下,作为实际听感最后也最可靠的保障。

从Google Play下载:

从酷安下载:

根据后台的统计数据,YK Player已经有了数千用户。我很幸运,我在音频和软件方面的长期积累在短短数个月就得到了广泛认可,而且也正好迎来了Android全面改善音频性能的时代;而我的用户们则很勇敢,他们敢于进入我打造的次世代HiFi大门,敢于体验如此前无古人的音频解决方案——这可比先入为主、发篇文章还要筛选评论的 @Panda 勇敢得多。

最后分享一篇失望大佬的回答作结,这是我近几年读过最有价值的文章之一,这可比看引文最后那个胡说八道的微博截图有意义多了: