与线材相关的若干问题

泊尔

由于精力有限，没有大块时间，说点与线材相关的问题，也包括电源线，但是主要不是说线材本身。说的是线材与设备之间相互影响的若干问题。很多是提示性的，不一定有明确结论。

今天首先要说的是音响中的前历效应。

前历效应是一个常用物理名词，最早出现在光电子领域。原意是：一个器件的参数与它在测试前的经历有关。例如，在测试1Lx光照度所对应阻值之前，如果是在无光的暗态，假设阻值2K，那么若测试前有100Lx的照射，这个阻值可能只有1K。这两个不同的阻值，就是前历效应造成的。

音响系统中也有前历效应。系统中如果是一个幅度恒定的弱信号，假设传输系数是1，那么，若在测试之前加入一个较强的信号，然后立即转入测试弱信号，尽管这个弱信号与原来传输系数为1对应的幅度相同，此时的传输系数可能下降为小于1.这个现象就是前历效应造成的。

我们仍然用另一个回帖中的曲线来说明。

曲线中最上面一条是原始信号，最下面是输出信号。这里注意，对于鼓声激发的一瞬间，两条曲线幅度都很大，但是它们的余音部分（1秒左右的位置）两条曲线有明显的差别，下面一条的幅度显然较小。这个较小的幅度是因为前面较强信号的“前历”作用变小的。类似的情况还很多，下面是几种不同的器乐波形。古筝
镲
钢琴

最后，给出另一种类型的例子。
音频信号改为正弦波，是幅度大小交替变化的。最下面的波形还是弱信号的状态下幅度较小。这里还可以看出，最下面的波形有正负半周明显的不对称。这样的不对称，称之为偶次谐波失真。当然，这些波形曲线是失真较大的情况，这样做是为了看得更清楚。由此引出了前历效应的一个条件。即：前历效应产生于存在偶次谐波失真较大的系统。广义的说，所有音响系统都存在偶次谐波失真。从采声的话筒开始，话筒就有偶次谐波失真。对于动圈话筒，音模以及相连的音圈支撑系统，正反向运动的顺性不同，磁回路也是不对称。而演员演唱的时候，由于气流的压迫，振膜还要偏离原有的中心点，也是一种不对称。扬声器单元也是一个非对称的偶次谐波发生源。现有电动扬声器的结构都是不对称的，尽管人们想尽办法让它对称一点，但始终无法完全消除不对称。放大电路中的元器件，有很多都是非线性的，也能制造偶次谐波失真……那么，偶次谐波失真是怎样带来前历效应呢？学过电子技术的都知道，偶次谐波失真用傅里叶级数展开，就可以等效出“直流”成分。而这时的直流成分并不是恒定的直流，而是随音乐的起伏缓慢变化的超低频。在最上面的图中的最上面一条波形曲线中，坐标轴以上的音频包络线与坐标轴以下的音频包络线是对称的，没有偶次谐波失真。上包络线与下包络线相减为零，也不存在“直流”成分。而最下面一条曲线，上包络线与下包络线是不对称的，存在偶次谐波失真，两包络线之差，就能绘出超低频成分，是超低频的。当然，这样绘还不够准确，坐标轴以下的部分其振幅较小，却不能直接等效面积同样小。所以这里仅作定性分析，不做定量分析。又由于电路中不可避免的存在大量电容电感器件，或者电声换能器件（话筒、扬声器）的等效漏感、分布电容等。这些器件或等效器件都具有储能作用。电容器是电荷能，电感器件是电场能。若通过这些器件的电流是正负半周对称的，那么正半周的储存能量又会在负半周释放掉，不会造成积累。而如果正负半周不对称（含有直流成分），就会难以及时释放掉，逐渐出现积累，能量越来越大。储能以后的电容电感器件在通过较弱信号的时候，就不太顺畅了。这种情况就相当于一个整流滤波电路。经过整流电路的电流只有单方向的脉动直流，这时可以理解为极端的偶次谐波失真。当整流电路后面再加入一个电容滤波电路以后，就会发现电容器上面储存了直流能量。这种储能一旦形成以后，后续的脉动直流就不会顺畅的继续通过，导通角变小，只有幅度很大的那一瞬间才能注入脉动电流（称之为浪涌电流）。小电压的情况下是无法通过的。当然，电路中的偶次谐波失真不会有这样极端的情况，其程度会小很多。这里还要注意，浪涌电流已经不是正弦波，更加接近脉冲。这个接近脉冲的浪涌信号含有大量高次谐波，带来新的失真。在有前历效应的系统中，往往掺杂不纯的噪感，影响声音的圆润。功放电路中的储能器件，最大的是电源部分的滤波电容，最大的电感同样是电源部分的（电源变压器，暂且不去分析胆机的情况）。所以，不少喜欢磨机的发烧友都有这样的体验，在电源上面做文章，常常效果更明显。不少烧友都关注电源线对音质影响问题，那么特殊的电源线与前历效应是否有关系呢？未完，待续。

DINGZAIJIE

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占沙发学习一下线材理论知识，尽管线材的作用相比器材要小太多。

泊尔

DINGZAIJIE 发表于 2014-6-19 21:27
占沙发学习一下线材理论知识，尽管线材的作用相比器材要小太多。

谢谢顶贴。
发烧中的DIY总是挖掘任何有碍音质发挥的任何因素，每一个小小的变化都认真对待，最后积累出很大的综合效果。
更何况这种变化并不一定想象的那么小，兴许让你吃惊，而又付出极小的代价。

第友

工作在特高频以上这是必要的问题

泊尔

第友 发表于 2014-6-20 05:07
工作在特高频以上这是必要的问题

特高频的领域想过，还没有涉足，也许将来会涉足。

泊尔

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续上

电源线影响音质问题已经关注几十年，从最早的Hi-Fi,到后来的KTV，专业扩声，再到录音环节。我的感觉是，效果最明显的是KTV，意义最大的是专业录音，而Hi-Fi是涉及最广泛的。

这里不按照时间顺序聊，从信号的源头说起。

录音，可以说是音响的最前端，演员的演唱，乐队的演奏，首先面对的是话筒，其它的都是在话筒采声以后的事情，尽管录音是我们最后涉足的。

然而，录音是最具挑战性的。在录音师那里，刚刚录制的音频文件只是个半成品，后期制作可以进行各种各样的修正，原始缺陷往往并不十分在意，加上录音设备本身大多是档次较高的，单价几千的话筒，上万的话放，数万乃至数十万的调音台，比比皆是。在这样档次的设备面前，小小的电源线还有用武之地吗？

怀着揣测的心态，开始了这种涉足。

好在是近期才开始涉足的，已经积累了相当的经验，特别是数年最大化研究，能把电源线的作用提升到相当明显地程度，还是有了几分底数。

首先的实验是录音棚设备的各环节中哪些环节对电源有影响，哪个环节作用最明显？哪个环节最为关键？

试验是在最容易做的监听开始的，设备是最常用的真力，号称Hi-Fi的顶级。分别在不同的场合试验了几个规格，结束于代理商的客厅，客厅中的规格是容积最小的，当然也是效果最明显的。

在场的几个录音师和音响专家都一致认为，改变电源线有明显作用，即便是在性能卓越的高档监听设备。主观评价的作用方面是：音域感觉更加宽阔，特别是中高音段，更加清晰明快，低音部分更扎实，更富有弹性，中音的圆润有提升。

趁着大家的兴致，代理商提议进行客观测试，以此证实诸位的主观评价是否准确。

将音箱放置于临时搭建的“消声”环境，四周都是专用吸音板






用真力自带的测试声卡和相关软件







显示测试曲线







研究曲线






专用测试话筒







附加电源“线”，反而是最不起眼的（小盒子中是特殊线材）





未加特殊线的频响特性曲线




加入特殊线的频响特性曲线

认真比较这两条曲线，最大的变化是曲线的粗细发生了变化，峰谷也有所减少，特别是低频段，凹陷明显减少。而频响特性却没有什么变化。

现场分析：频响特性无明显变化而听觉的音域变化是最大的“悬案”。经过反复研讨的初步看法是，线条变细和峰谷减少说明谐波成分的减少，而中频段的谐波减少意味着声敏感区（中频）的感受下降，按照声掩蔽效应原理，衬托出高低两个端点的感受增加，自然也就有音域展宽的感受。这一点还影响到了声音的圆润与清晰。

未完，待续。

泊尔

续上

录音环节直接涉及话筒的声电转换，是音响的最前端，而最前端具有电源的设备就是话放。前面已经说到，话筒的结构决定了很容易产生偶次谐波失真，这些失真成分进入话放以后将极有可能引发前历效应并改变原有的音质，尽管话放不像功放那样工作在接近电路的极限状态。

试验是在6月10日进行的，录音棚位于北京电视台的后面，监听音箱是有源的真力品牌，话筒分别采用U87和舒尔58，都是最常用的。话放属中等价位的（型号未计录，进口原装，每台一万余元）。其中一台话放接入特殊电源线盒，另一台不接。它们的输入分别连接型号相同的话筒，两只话筒调整到一个垂直或水平面上；话放的输出分别接入调音台并送入不同的通道。

话筒安装情况

演员演唱情况

后台录音情况

音频波形显示

录音以后在监听回放中能感受到两个话放所对应的通道音质差别，所难以理解的是，不加电源盒的通道相对另一个通道出现了类似前历效应的现象。为了得到更客观地印证，将录音波形曲线拿出来进行分析。图中上面一条曲线是接入电源盒的

从图中不难看出两条曲线的差别。在坐标2分23秒到2分23秒2之间，两条曲线形状很接近，但是2分23秒2到23秒3这一段，明显的上面一条比下面一条的幅度要大一些。这种大信号以后（前历）出现小信号的传输系数减弱是与前面提到的前历效应很类似的。这种情况还出现在2分23秒5。特别是2分23秒8和2分24秒7以后，都有很长一段下面曲线低于上面的曲线幅度。这种演唱中“托腔”减弱的情况习惯称之为声阻塞，也是前历效应的表现。另外，在2分24秒还出现了明显的负振峰。类似的情况还有很多。



至于电源线与前历效应有什么内在联系这里暂不分析。但是可以肯定得是，外加电源盒是在原有电源线基础上加入的，而不是更换。如果考虑电源盒的输入输出引线，总的阻抗（尽管很小）是在原有基础上增加的。这就说明，特殊电源线并不是因为提升传输特性而改变系统总特性的。这一点反而印证了人们常说的用改变传输特性无法解释长长的动力线作用问题，而特殊线的作用并不是降低传输等效阻抗那么简单，相反，还可能使得总阻抗有所增加。但是，也不是通常理解的提升阻抗这么简单。这是因为，特殊线的阻抗是常用仪表很难测出来的这么小，它远远小于长长的动力传输线，也远远小于电源变压器初级绕组的等效阻抗，还不考虑变压器的耦合系数带来的等效阻抗。也就是说，用阻抗和传导频响特性的角度，还无法解释电源线的作用。 未完，待续。

泊尔

续上

进一步的分析可以看到，波形曲线的弱音那些部分，不仅幅度弱，而且谐波成分也有明显差别。

2分23秒到23秒2这一段的频谱曲线

上面一条曲线





下面一条曲线






这两条曲线中，人声的频谱集中在5KHZ以内，谱中心是口齿音集中的3KHZ到5KHZ之间（这一段，通常在在后期制作时加以衰减），但是下面一条曲线在接近7KHZ频点上有明显的第二频谱中心点，刚好是主频谱3.5KHZ的二倍，极有可能是二次谐波，这种情况符合前历效应分析时提到的导通角减小的高次谐波出现情况。


类似的情况还有23秒5的弱音

上面一条曲线

下面一条曲线

在23秒8的托腔部分

上面一条曲线

下面一条曲线

托腔部分的口齿音相对少，都集中在中音段。但是还能明显看到，下面一条曲线在1KHZ到2KHZ频段，有高于上面一条曲线的谐波。无论是弱音状态下的高次谐波还是较强的托腔状态下的高次谐波，都很明显的符合前历效应的特征。因为这些情况都是较强音出现之后（前历）。而对于较强音的23秒6，如下图上面一条曲线



这两条曲线的谐波情况，几乎没有差别。 未完，待续。

泊尔

续上

现在再来分析录音曲线的偶次谐波失真问题。将上述曲线拉伸一点看得更清楚。见下图，是从2:23.1到2:23.35范围的拉伸情况。

图中2:23.1到23.14这一段，能看出曲线是明显偏向坐标轴上方的，是偶次谐波失真的特征（暂且不去理会它的来源）。而下面的曲线从23.13开始，坐标轴上方的包络线也有凹陷情况。很显然，这是偶次谐波失真之后的前历效应或者说是“阻塞”现象。
最为明显的是23.25到23.35这一段，紧接着的弱音信号，在前面较大幅度的信号过后，可能是“储能”作用，阻碍了弱信号的传输，这一段显得更弱（下面一条曲线）。
图中23.36到23.42这长长的一段，都是偏于坐标轴上方的，经过这个过程之后，23.57到23.6这一段的弱信号，下面一条曲线明显弱于上面一条。
而从23.6开始的曲线见下图

这条曲线从23.62开始到23.9这长长的一段都是偏离坐标轴以上的。在这种情况下，可能是由于“储能”和“阻塞”作用，从23.62开始，下面一条曲线的幅度，明显持续减弱。所以，演唱中的托腔部分，是前历效应和声阻塞的易发区。类似的情况还发生在24.1以后的区域


由此可以归纳如下的一些规律：1.在录音采声环节的系统中，往往在较大幅度的信号之后紧邻的弱信号，都有类似前历效应的传输系数下降，而电源线采取措施以后，这种下降的情况将明显改善。2.较大幅度信号发生时，常常伴随着明显的偶次谐波失真。该失真的持续时间较长的时候，即便紧邻的不是弱信号，依然有传输系数下降的情况发生，这种情况可称之为声阻塞。3.无论是前历效应还是严重情况下的声阻塞，电源线的技术措施都能起到缓解的作用。4.实验中的电源线措施是在原有电源线基础上增设的，并没有减小线路的总阻抗，也没有改善频响传输特性，说明以往常常被人用来分析的传导特性引发系统效果改善的分析方法，不够准确。由于增加的线材阻抗及其微小，同样，用增大阻抗的分析方法也不可取。5.录音棚的设备是音响设备中档次高而且较设备较集中。仍然能够通过主观评价和客观测试观测到电源线措施的变化，说明前历效应、声阻塞以及电源线措施的作用是带有普遍性的（后续的实验会发现，其它设备档次较低的领域中，声阻塞的严重问题更加明显）。 未完，待续。

老浦东

顶一下很认真滴楼主！！！

蓝色DIY

估计很快就推出他的线材出售了

AV风暴

泊尔 发表于 2014-6-20 22:13
续上进一步的分析可以看到，波形曲线的弱音那些部分，不仅幅度弱，而且谐波成分也有明显差别。2分23秒到23 ...

呵呵，等电子线路老师讲故事！

泊尔

老浦东 发表于 2014-6-21 06:43
顶一下很认真滴楼主！！！

谢谢支持

泊尔

蓝色DIY 发表于 2014-6-21 08:08
估计很快就推出他的线材出售了

不同的人，不同的心态。

泊尔

AV风暴 发表于 2014-6-21 08:27
呵呵，等电子线路老师讲故事！

当故事听也没什么不好，至少还没厌烦。