音量擴展在技術上的限制與Hi-Fi的理想 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　通常我們說一部功率擴大機有100瓦的輸出,並不是指其音量控制被旋向最大的時候,就會恆有或平均有100瓦的功率輸出。而是指該功率擴大機可能容受的最大功率輸出,當然此中又有所謂連續正弦功率和最大峯質或音樂功率之分。但這些都不是我們所想討論的。在此我們想說的,乃是一部100瓦的擴大機當其音量旋鈕被旋於最大時,究竟有多少瓦。

　　答覆這個問題,最好的方法,恐怕最好是反問一聲,曾經開過汽車的朋友們,一部最快能跑100公里的車子,當油門踩到底時,究竟能跑多少公里?他的回答,也許是80公里,也許是120公里,也許連動都不動(因為油箱沒有油了)。擴大機何嘗又不是這樣呢?一部100瓦的擴大機,即使開了電源,接了喇叭,把音量旋向最大,不接上唱盤,放上唱片,擴大機仍然是不響的。

　　由此,非常顯然地,我們又導出了一個問題,一部100瓦的擴大機,音量旋於最大,放上唱片,它究竟能有多少瓦?於此我們暫將影響擴大機輸出的其他因素,如負載的大小、增益、唱頭靈敏度等,予以忽略(否則問題談不完),而專討論唱片上的狀況。

　　唱片上的狀況是怎麼樣的呢?您一定發現過,有些唱片,錄的聲音比較小,有的唱片錄得聲音比較大,此時我們當然可以想像得到,那些錄得聲音比較大的,一定可以使擴大機的輸出大一些,反之擴大機的輸出就小。

　　對了,這就是一部100瓦的擴大機當音量旋於最大,究竟能有多少瓦輸出的答案。但有了此答案之後,也許我們又會發現了另外一個問題──每一條歌,每一支曲子,絕不會從頭到尾聲音都一樣大啊!這正是本文所要討論的問題──一條歌或一首曲子,其音量最大和最小間的差異,對音樂系統的要求,究竟會產生甚麼影響?

　　如果單就音源的特性來說,每一首曲子,最大聲和最小聲之間的差異,它就是所謂的動態範圍,(Dynamic Range)音源的動態範圍,是比較性的,也就是說,假如有一位女高音歌唱家,能唱出最大的音量是80分貝,那麼它的動態範圍便是40分貝(80-40=40分貝),此時不管您距離這位歌唱家五公尺或十公尺,聽他的歌,動態範圍都是一樣,因為距離遠了,最大聲小了一點,最小聲也同樣小了一點。除非您離開他真的很遠。

　　可是對任何一個音響系統而言,其所能容受的動態範圍,卻是一個絕對值。例如以功率擴大機的動態範圍來說,它所能發出的「最大音量」,自然就是它的最大輸出功率,這是上限,擴大機的上限是可以調整的,意即一部100瓦的擴大機,我們可用音量控制器,將音量調小,如此,即使在樂曲的最強音節,也不會有100瓦的輸出。但是其下限──能發出的最小音量,卻往往是一個定值。

　　此時,我們或者會感到懷疑了,擴大機會有最小音量嗎?當然有!要不,您應當在打開擴大機而不加任何輸入時,仍可聽到「哼哼」或「嘶嘶」的殘餘雜音,如果將音樂輸入,至少樂聲要比雜音大一些,否則樂聲將被雜音所掩蓋,這「高過於雜音」的起碼音量,就是擴大機的最小音量──動態範圍的下限。

　　在音響系統裡,用以表示其所能容受的動態範圍的方法,是訊號噪音比(S/N Ratio)所謂訊號,當然是指的是上限,例如100瓦的擴大機,S自然是指100瓦; N所表示的雖為雜音,同樣地,也代表了訊號的下限,換句話說,如果某部100瓦的擴大機,其殘存雜音為100毫瓦,那麼訊號輸出,自然最少也要在100毫瓦以上。通常,為了充分掩蓋過雜音,訊號低限的起值,應當在殘餘噪音值以上二倍的地方(3分貝),為了方便,當然也可將上限壓低3分貝。

　　現在,我們明白了,所謂動態範圍,在音響系統裡,根本就是一個死的東西,它被殘存噪音和最大輸出夾死了,這種死,是先天性的,不幸在操作上,我們往往還會不經意地把動態範圍夾得更緊──例如把100瓦擴大機,只開到10瓦來使用,便把動態範圍夾緊了10分貝。當然,由於操作上的需要,加上技術的進步,擴大機的動態範圍,一般都遠遠地超過我們所實際需要的範圍(一般擴大機之S/N比均在65或70分貝以上),否則所有的擴大機便只好開足了音量來聽了。

　　前面所說的不幸,最常見的還是發生在磁帶錄放音系統上,因為現今一般高級的磁帶錄放音座,如其S/N比能到55分貝或60分貝以上,是相當相當不錯了。如果我們在錄音的時候,把訊號稍稍錄小了一些,那麼,動態範圍自然就會被夾下了幾個分貝。

　　請記住,動態範圍這玩意兒,對訊源的情況來說,是比較性的,亦即是活的東西,而對音響系統,卻是一個定值,也就是死的。

　　這或許就是整個Hi-Fi音響系統的致命傷。為了進一步了解這個致命傷,我們不妨再從訊源的特性來探討一下。

　　如果您只喜歡那些從頭到尾都很「熱」的音樂,您一定不容易發現您現有的音響系統,究竟有什麼毛病(故障除外),充其量,在一首曲子完了,接上另外一首曲子的中間,可以聽到唱盤馬達的隆隆聲,但那似乎也無傷大雅。又或您只用手提電唱機來聽這樣從頭到尾都熱的歌曲,甚至連馬達的隆聲都聽不到呢?

　　但是有一天,您突然找來一張交響樂唱片,試播之下,才發現問題來了,因為一開始,很可能音量小得幾乎只有唱針刮在唱片上的沙沙聲再夾雜著唱盤的隆隆聲,這時,把音量開大也不是,關小也不是。過不久,終於等到強音節出現了,這時或可能由於剛剛曾經稍稍把音量加大了些,使得震耳欲聾的聲音顯得有點破裂......這正是由於一般熱門歌曲的動態範圍較小,大多數音響系統都可以容納得下,而交響樂則由於動態較寬,非有相當高級的音響系統,不能有令人滿意的重播。

　　那麼,一般音樂節目的動態範圍究竟有多寬呢?這仍然是一個不容易確切回答的問題,因為它和樂曲、樂隊、指揮、場地......等等因素都有關係,如果您常常聆聽音樂會的現場演奏,或者您就會發現,同一指揮,同一樂隊,演奏同一曲子,在不同時間或場地時,其該強、該弱的變化就有不同,同時,我們應當更確切地記住一下,樂隊演奏時,其動態範圍是活的──當您坐在第一排和最後一排時,即令所聽音量不同,其動態也不會有很大的差異。

　　可是一旦這些演奏被錄進音響系統時,就我們所知的,錄音機、唱片的動態,差不多只能到達或超過60分貝而已,如果再減去操作的失誤,更可能不及55分貝了。根據一般行家們說,55分貝也差不多足夠容納所有交響樂的動態了。然而事實真是如此嗎?這只有您經常地聽演奏,並且常和錄音做一比較,才能確知其間的差異究竟有多少?

　　於此,暫時不管實際演奏時之動態有多少,有一個事實是必然的,那就是所有錄音獲唱片公司的老闆們,都很懼怕錄製那些動態很大的演奏,因為它可能使唱片露出許多馬腳來,但有些演奏又不得不錄,於是乎便採取了一種方法,叫做動態壓縮。

　　什麼是動態壓縮呢?就是當樂隊演奏的音量很小時,便把錄音機的音量(錄音電平)開大一些;反之,當樂隊演奏到最強的音節時,又把音量關小一些,以使得整張唱片(或整首曲子)前前後後的音量都平均一些。當然,這些空置都是透過「自動音量控制」來完成的。

　　類似這般的自動音量控制,不僅在唱片或錄音帶裡被利用,即使是廣播電台,也很樂於使用此一絕招,他們在調變機上裝上一套所謂調變電平自動控制器,此一控制器若僅被使用於調整節目間的電平差異,當然是無可厚非的,很不幸,它對音樂的動態,卻起著明顯的壓縮作用。傳聞,前些時候國內某調頻電台還裝著這樣的東西呢?

　　如果您想瞭解「自動音量控制」(非指調幅收音機中之AVC)對音樂為害之深,不妨試用一台有「自動錄音電平控制」(稱Auto Level,大多數手提卡式機都有)拷貝一張交響樂唱片試試,您可能發現那如怒濤澎湃的演奏,已變得平淡無奇了。

　　一首音樂,其動態經過壓縮後,還能夠復原嗎?答案是可以,不過有許多限制,而且不容易真正回復原有的面目。

　　使動態範圍經壓縮的節目復原的方法,我們常稱其為音量擴展。在原理上,音量擴展的方法,正和動態壓縮一樣,不過反其方式而行罷了。就理論上說,音量擴展的技法,理應足以補償音量壓縮處理上的「人為失真」。而事實上,它仍然可能發生許多困難,其比較明顯的,諸如:

壓縮與擴展比

　　一、壓縮比與擴展比的問題: 所謂壓縮比,是指一首動態為80分貝的音樂,被我們壓縮成50分貝,然後錄進唱片裡去,這少掉的30分貝便是被「壓縮了」的動態。壓縮不同於抑制。前述我們曾提及的手提卡式機的自動錄音電平控制(Auto Level Control)乃至部份高級錄音座所附的過荷限制器(Limiter),多屬於抑制性。也就是說,當音量變化在一定程度以下時(例如30分貝),該自動控制器或限制器根本不起作用。但超過這個電平時,控制器或限制器即「逐漸而快速」地起作用,一直到超過更高的極限時,輸入即使再強,輸出也不致增加到過荷的程度。此自動電平控制器雖亦屬於音量壓縮的一種,卻是非線性的,音量愈大,就壓縮得愈嚴重。故稱其為抑制性,在高級錄音座之中,使用限制器,當然有它的道理,那就是為了防範「意外的過荷」,而絕不是為經常性的過荷而設。

　　一個優良的電平壓縮系統,應該是相當線性的,換句話說,如果其全壓縮比是80分貝比60分貝,那麼不僅在音源為80分貝時可被壓縮60分貝,而當音源為8分貝時,輸出亦應為6分貝,或者音源為40分貝時,輸出為30分貝。然而以上所述,音源為80分貝時究竟會被壓縮到多少分貝的壓縮比的問題,以及壓縮是否為線性的問題,純然控制在錄灌器材製造者及錄音師的手中。某張唱片所用的壓縮系統其線性如何?錄音師又如何巧妙地來運用它,一般唱片聆賞者根本無從得知。在此情形下,即使一個Hi-Fi愛好者,自己擁有一套理想的音量擴展設備,亦無從想像他應當如何去操作這部機器,使「原音」重現,或者說得更清楚一些,除非他真的聽過柏恩斯坦指揮的柏林愛樂,否則他根本無從在他的設備上使伯恩斯坦活鮮鮮跳出來。音為他不知道伯恩斯坦的fff、ff、f、p、pp及ppp各是多少分貝?

並非所有節目都經過壓縮

　　除了壓縮比及壓縮曲線無法確定之外,更為嚴重的一個問題,是音響的愛好者根本無法確知某個節目是經過壓縮,而某個節目根本沒有壓縮。

　　何以並非所有節目都是經過音量壓縮呢?主要有兩個問題: 第一是某些音樂,本身的動態就非常的狹窄,沒有必要壓縮,以上是指Hi-Fi音響的軟體──唱片或音樂帶而言。

　　假如把廣播節目也列為主要訊源時,則情形可能更為難測,因為即使現今之廣播電台,正式使用動態壓縮廣播的,雖然不多,但是大多數的電台(不管調頻或調幅),在其調變室裡,都設有自動調變電平控制設備,也許他們並非經常依靠這個自動設備來操作,但是什麼時候用自動?什麼時候不自動?根本就不是一般聽眾所知道的事。何況這種自動電平控制對音量的壓縮多屬於抑制性而非線性壓縮。

回到聽覺要求來說

　　以上,雖然列舉了音量擴展在技術上的諸多困擾,實際上,假如從純技術的觀點來看音量壓縮和擴展,還是容易瞭解和解決的。不過我們似乎更得把人類聽覺的要求加以考慮。

　　如果你用過錄音機,(即使手提卡式機亦可),做過一般性的紀錄錄音,例如錄兩個人的對話,或小孩的歌唱,你必然會發現,除了你想錄的聲音之外,還有很多不想錄的聲音(很遠的汽車聲、飛機聲等)也都被錄進去了,這些聲音,在錄音的當兒,使我們一點兒都不會在意,可是當它被錄進錄音機重播出來時卻特別引人注意,這便是人耳和「電氣耳」的主要差異之一。這種差異,對Hi-Fi究竟會產生什麼影響呢?

　　就以交響樂團的演奏來說,在現場的聽眾,只在一固定的聽覺點上「拾取」聲音,但他卻容易在這樣大的場面裡接受最強和最弱的音量。因為人耳的聽覺範圍可以高達100分貝以上,假定一根針落地的聲音,恰是人耳可以聽見的最小聲音,當這種聲音被增強制100分貝時,人耳才開始覺得無法忍受。而交響樂的錄音卻往往使用十數支微音器在不同的位置「拾取」聲音,這種情形,有一部分是為了達成Hi-Fi或Stereo的理想而設,但仍有大部分的理由是受了微音器本身的特性(由其靈敏度及動態範圍)所限制,因為以現今的技術而論,為音器仍然有許多無可避免的缺陷,此種缺陷唯賴錄音師的技巧予以掩飾,而錄音工程師們最常用的技法就是用靈敏度低的麥克風去錄音量最大的樂器,靈敏度高的麥克風則用來錄音量小的樂器,如此一來,不僅產生了無法復原的壓縮作用,亦無異於多長許多大小不同的耳朵去聽音樂。

原音重現可能嗎?

　　瞭解以上事實後,或許我們會為Hi-Fi之無能重現原音感到沮喪,甚或如果你以前很相信Hi-Fi就是「高傳真」的話,現在可能有一種被欺瞞的感覺。

　　其實,若僅為了以上的問題,而對Hi-Fi可能達到的極致作如是觀,也大可不必。因為現代Hi-Fi根本上雖是科學技術下的產品,而此技術之生,就是為了音樂。而音樂是一種藝術,就藝術的觀點而言,任何維妙維肖的複製,都無法與原作等價。果真複製技術可以以假亂真,甚至就是真,對藝術本身來說就是一種冒犯和汙衊。今天我們之所以提倡Hi-Fi,不過想藉Hi-Fi之助,聽聽音樂而已,這種音樂自無需和現場演奏互為較量,也無必認為Hi-Fi一定不如演奏,因為今天的Hi-Fi已經走向再創作的路程。它在某些方面也許不如演奏,但是某些方面卻尤有過之──這是連最出色的指揮家都不容否認的事實。