主题：[原创] “狼音”&“松香味”——声学系统间谐波 探析

“间谐波”（Inter  Harmonics）——频率为基频非整数倍的分量。“间谐波”一般用于电力系统——主要由电压波动/非线性负荷等引起，其特点为波形畸变/音频噪声/闪变/能耗↑等。

“间谐波”也有奇次/偶次之分——但奇次“间谐波”频率并非3fo/5fo/7fo等；偶次“间谐波”频率并非2fo/4fo/6fo等——为了与传统意义上的奇次谐波/偶次谐波区别，可以称之为“类奇次谐波”/“类偶次谐波”。

●  “次谐波”（Sub-harmonics）——低于基频（fo）的谐波，包括“分谐波”（FH）/“次间谐波”（SIH）——“分谐波”（Fractional  harmonics）即fo/2，fo/3，fo/4…，包括“奇次分谐波”（OFH）/“偶次分谐波”（EFH）。

“分谐波”（FH）对于乐器是一种普遍现象——弦乐器如小提琴运弓用力而缓慢时易产生之；管乐器吹奏短促音或高音时也会产生——“分谐波”对音色的影响较大，可以增强表现力（音头）。

对于扬声器，“次谐波”是一种失真——其影响甚于谐波失真（HD），因为高频对低频掩蔽很弱，其听感比高次谐波更明显——尤其是“大动态”时，可以使音质劣化。

“次谐波失真”（SHD）包括“分谐波失真”（FHD）/“次间谐波失真”（SIHD）——
实际上，同乐器/扬声器一样，电子系统（放大器）也存在“次谐波”，以及SHD（FHD/SIHD）。

“分谐波”（FH）的和谐性优于“次间谐波”（SIH）；“奇次分谐波”（OFH）的和谐性优于奇次谐波（OH）——“分谐波”可以使“音底”醇厚，避免声音单薄/“发飘”——而“次间谐波”则会使声音臃肿/混浊/粗糙。

对于声学系统的“分谐波”及其失真（FHD）——有关学者已进行相关研究，如《分谐波与音质》/《扬声器的分谐波失真》等——但对于“间谐波”则较少涉及。

●  将“间谐波”概念创造性地引入声学系统（乐器/音响）——可以更准确地诠释“狼音”/“数码声”/“晶体管声”等问题——下面内容为探讨性的（大胆假设/小心求证），抛砖引玉。

“间谐波失真”（Inter  Harmonics  Distortion）——可以简称为IHD——事实上，一般音频指标的谐波失真（HD）往往只注重奇次/偶次谐波，而忽略了“间谐波”。

同为“声染色”——胆机的偶次谐波可以改善音色，使声音温暖/柔和；晶体管石机（B类/AB类）的奇次谐波则会声音尖硬；而“间谐波失真”更不动听（粗糙/冷硬）——声音和谐性：偶次谐波＞奇次谐波＞间谐波。

●   弦乐器—— 一般为“弦振动”耦合“板振动”（如小提琴）或“膜振动”（如二胡），小提琴也可形成整体性的“壳振动”——而管乐器则主要为“气柱振动”（驻波）。

“弦振动”/“气柱振动”谐波频率与基频成整数倍关系（奇次/偶次谐波）——“板振动”/“膜振动”谐波频率与基频不成整数倍关系——即“间谐波”。

成整数倍关系的偶次谐波才动听（构成“谐和音程”）——而成整数倍关系的奇次谐波与不成整数倍关系的“间谐波”——声音都不和谐，后者更甚。

从这种意义上，管乐器比弦乐器更动听——尤其是双簧管等“开管”（包含偶次谐波），音色圆润/柔和—— 弦乐器波形参差，而管乐器波形整齐/平滑。

奇次谐波的和谐性优于间谐波，如果处理得当会给人的耳目一新的感觉——“擦弦声”/“弹指声”/“笛膜感”中就包含着奇次谐波以及奇次分谐波——可以使声音更自然/逼真，↑质感与临场感。

 
 
●   演奏弦乐器——需要丰富的经验与高超的技巧来抑制不和谐的谐波（奇次谐波/间谐波等），才能使声音“好听”——否则很容易出现“狼音”。

“狼音”（Wolf-Tone）——是每个弦乐器演奏者挥之不去的梦魇，是困扰许多提琴制作家最头痛的问题——也是声学上至今尚未根本解决的问题之一。

德国物理学家亥姆霍茨（Helmholtz）用“双重冲撞”理论（Coupled   Oscillator）来解释之——即琴弦的共振频率与琴身的共振频率发生冲撞时，就会发生“狼音”。

一般认为——“狼音”是由弦振动某个频率与共鸣箱的共鸣频率（Resonant  Frequency）发生共振引起——其实这并不准确。

●   当弦振动产生的奇次分谐波/奇次谐波与板振动/膜振动的次间谐波/间谐波发生共振时——会导致“狼音”，使声音不和谐——而前者产生的偶次分谐波/偶次谐波与后者次间谐波/间谐波共振时，则可降低不和谐性，使声音动听（松香味）。

实际上，弦振动也可能会产生次间谐波/间谐波——弦材质均匀性差/着弓点位置的不确定性等因素都可能会导致之——若弦振动产生的次间谐波/间谐波与板振动/膜振动的次间谐波/间谐波发生共振时，产生的“狼音”比前者更不和谐。

若弦振动产生的奇次分谐波/奇次谐波/次间谐波/间谐波与共鸣箱的共鸣频率（共鸣箱有多个共振峰频率）发生共振——则产生的“狼音”更为严重。

“狼音”主要由“次谐波”（奇次分谐波/次间谐波）以及部分频率的谐波（奇次谐波/间谐波）引起——由于弦乐器“板振动/膜振动”的本质属性，间谐波/次间谐波无法避免——故弦乐器的“狼音”问题基本上无法完全避免。

“松香味”——实质上就是弦乐器（如小提琴）弦振动产生偶次谐波/偶次分谐波，↓板振动间谐波/次间谐波的不和谐性，使其干涩的声音变得温润动听——↑松香，摩擦系数↑，有助于↑偶次谐波/偶次分谐波，↓“狼音”。

●  数字音源（如CD机/DVD机/PC声卡）——由于“量化噪声”（DAC）/非线性因素等会产生“间谐波失真”（IHD）与“次谐波失真”（FHD/SIHD）；数字压缩技术（如MP3/AC-3/DTS）也会产生IHD/FHD/SIHD——故其音质生硬，即所谓“数码声”。

电子管放大器“线性好”，以偶次谐波失真为主，“间谐波失真”（IHD）↓——故其音色听感好（MOS管与其类似）——A类放大器工作于“线性区”，无开关失真（SWD），IHD↓，是晶体管放大器中音质最好的，音色接近胆机。

B类/AB类放大器交替处于“线性区”/“截止区”——会产生交越失真，而采用负反馈又会使TIMD↑——交越失真/TIMD都会产生“间谐波失真”（IHD）/“次谐波失真”（FHD/SIHD）以及奇次谐波，使声音粗糙/冷硬——即所谓的“晶体管声”。

数字功放工作于“开关状态”，非线性失真↑——虽然避免了交越失真，但会产生开关失真（SWD）；工作频率高（可达1-2MHz），则SWD↑——实际上SWD就包含大量IHD/FHD/SIHD，故其音质冷硬（晶体管声+数码声）。

放大器会产生电信号的奇次/偶次谐波失真——实际上，放大器的非线性因素↑，更易产生“间谐波失真”（IHD）与“次谐波失真”（FHD/SIHD）——尤其是数字功放（SWD/EMI↑）。

长期以来，大家都在“胆机”/“石机”（偶次谐波/奇次谐波）之间争论不休——却可能忽略了另一个重要因素——“间谐波”/“次间谐波”或许才是导致放大器失真的“祸魁罪首”。

实际上，“间谐波”/“次间谐波”对于音质的劣化影响大于奇次谐波——使声音不和谐/粗糙，听感比奇次谐波失真更差——大多数非线性失真（HD/TIMD/SWD等）都与“间谐波失真”/“次谐波失真”（FHD/SIHD）有关。

电源污染（高频纹波）/EMI（尤其是SWPS）/电压波动等都会导致间谐波/次谐波——改善电源滤波性能/↓EMI等有利于降低“间谐波失真”与“次谐波失真”。

●   电动式锥盆扬声器（ ECL）“分割振动”包括弯曲波“径向振动”（节圆）与纵波“周向振动”（节径）——前者声辐射大于后者，而前者可以产生间谐波/次谐波——“间谐波失真”与“次谐波失真”会使音色不和谐，音质劣化。

静电式扬声器ESL（膜振动）/弯曲波模式扬声器BML（板振动）与弦乐器类似——主要产生“间谐波”/“次间谐波”，而非传统意义上的奇次谐波/偶次谐波——从本质上看，其音质/色并不和谐。

在一定程度上，频响曲线（FRP）可以反映“间谐波失真”/“次谐波失真”的状况（尤其是扬声器系统）——FRP平滑，则“间谐波失真”/“次谐波失真”↓ ；反之，则IHD/FHD/SIHD↑。

ESL/PRL（Planar-Magnetic Ribbon Loudspeakers）虽然为“膜振动”——但由于整体性/同相位振动，且振幅小，失真（HD）小——故其IHD/FHD/SIHD↓。

但是，ESL/PRL听起来仍然会有一种“不自然”的感觉（怪怪的）——实际上就是由于IHD/FHD/SIHD的缘故（音色不和谐）——尤其是振膜面积↑时驻波模态/数量↑，IHD↑。 故ESL/PRL更适合作高频单元/耳机。

扬声器（ECL/BML等）↑振膜刚性/阻尼，可以↓“分割振动”——从而降低“间谐波失真”/“次谐波失真”，使音色更和谐——声音“和谐”是Hi-Fi的本质。

振膜刚性↑，机械阻抗↑，则分割振动↓，IHD/FHD/SIHD↓（抗性）——振膜刚性↓，虽然分割振动↑，但阻尼↑，IHD/FHD/SIHD↓（阻性）。

实际上，刚性↑，只是↑振膜开始分割振动的频率（fo↑）——在高频段，刚性振膜的分割振动↑，比柔性振膜更明显且无节制，IHD/FHD/SIHD↑（强化）——铝带式（AL Ribbon）泛音↑，“金属味”↑。

柔性振膜（如PP盆/软球顶）分割振动↑（fo↓），但其阻尼大——有利于↓IHD/FHD/SIHD（柔化），使声音的和谐性↑。 

BML采用蜂巢板（泡沫板）可以同时↑振板的刚性/阻尼——降低 “间谐波失真”/“次谐波失真”——中空结构相当于无数个“壳结构”（刚性↑）；内部空气可↑阻尼。

NXT技术（DML）的实质就是↑“间谐波”（↑ 分割振动）——采用“偏中心节点驱动”（避免与前20-25个节点重合）以↑弯曲波振动的模态密度，效率↑/但音质↓ ——↑振板刚性可↓失真，但又会↓分割振动（矛盾）。

●  音响系统可以与弦乐器进行类比（放大器—弦，扬声器—音板/膜）——放大器与弦都会产生奇次/偶次谐波——而扬声器与音板/膜都会产生“间谐波”/“次谐波”。

“音响系统的狼音”——当放大器产生的奇次谐波/奇次分谐波与扬声器的间谐波/次间谐波发生共振时，也会产生类似于弦乐器“狼音”的失真——使音质/色不和谐，听感↓ （不“动听”）。

而电子系统（音源/放大器）比弦乐器更复杂——电子系统更易产生“间谐波失真”/“次谐波失真”——若电子系统的奇次分谐波/奇次谐波/次间谐波/间谐波与扬声器系统的次间谐波/间谐波发生共振时，导致的“狼音”比前者更严重。

与电子系统不同，扬声器系统谐波大多为间谐波/次间谐波——而放大器会产生电信号的偶次谐波/偶次分谐波——ESL/PRL与胆机配合，可以使声音更动听。

 
● “煲机”（Run in）——使放大器（电子系统）或扬声器（机械系统）通过“磨合”达到最佳状态，最大限度地减少非线性失真——实质上就是降低“间谐波失真”（IHD/SIHD），使声音更和谐。
 
煲机还有利于放大器/扬声器↓奇次谐波/↑偶次谐波——故声音能够从未煲机前的“冷硬/粗糙”——变为煲机后的“醇和/柔顺/细腻”。

EMI/电源污染等都会导致放大器的间谐波/次谐波，使音质劣化，音色不和谐——这才是PC多媒体音响“音质差”的真正原因——↓EMI有利于改善音质（↓IHD/SIHD）。 

“传输线式音箱”类似于管乐器（气柱振动），开管（λ/2共鸣）/闭管（λ/4共鸣）——理论

上应该是可以产生奇次/偶次谐波的。

实际上，电动式锥盆扬声器ECL（膜振动）/弯曲波模式扬声器BML（板振动）主要产生“间谐波”，尤其是在中高频段——请问中低频段“活塞式振动”模式下，ECL/BML是否可以产生奇次谐波/偶次谐波？

 
因为缺乏相关数据，其实只是“纸上谈兵”，抛砖引玉而已——如果有实验条件，感兴趣的“大侠”不妨验证一下。　

欢迎交流探讨——

实际上，往往并不“Hi-Fi”的声音（如胆机/BBE）更符合心理声学，更“好听”——谢谢！