失真

失真又称“畸变,指信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差。在理想的放大器中，输出波形除放大外，应与输入波形完全相同，但实际上，不能做到输出与输入的波形完全一样，这种现象叫失真。

中文名：失真

外文名：distortion

1、失真类型

非线性失真亦称波形失真、非线性畸变，表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系，由电子元器特性：曲线的非线性所引起，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱，包括谐波失真、瞬态互调失真、互调失真等，非线性失真不仅会破坏音质，还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。

按波形失真的不同情况，可分为幅度失真、频率失真、相位失真三种。对幅度不同的信号放大量不同称为幅度失真。对频率不同的信号放大量不同称为频率失真。对频率不同的信号，经放大后产生的时间延迟不同称为相位失真（或时延失真）。

失真是输入信号与输出信号在幅度比例关系、相位关系及波形形状产生变化的现象。音频功放的失真分为电失真和声失真两大类。电失真是由电路引起的，声失真是由还音器件扬声器引起的。电失真的类型有：谐波失真、互调失真、瞬态失真。声失真主要是交流接口失真。

晶体管有三个工作区：饱和区、截止区和线性区。按性质分，有非线性失真和线性失真。线性失真是指信号频率分量间幅度和相位关系的变化，仅出现波形的幅度及相位失真，这种失真的特点是不产生新的频率分量，包括幅度失真和交越失真。非线性失真是指信号波形发生了畸变，并产生了新的频率分量的失真。对于基本放大电路，其输入波形正好与输出波形反相，就是相位相差180度，当输入正弦波正的部分时，应该输出负的部分，若输入将至顶点时晶体管进入饱和区，则输入的顶部会成为一条水平线段，则输出图形的下部也出现一条水平线段，就不再是正弦波了，这种失真叫做饱和失真。反之为截止失真。

2、声音失真

谐波失真

这种失真是由电路中的非线性元件引起的，信号通过这些元件后，产生了新的频率分量（谐波），这些新的频率分量对原信号形成干扰，这种失真的特点是输入信号的波形与输出信号波形形状不一致，即波形发生了畸变。降低谐波失真的办法主要有：1、施加适量的负反馈。2、选用特征频率高、噪声系数小和线性好的放大器件。3、提高电源的功率储备，改善电源的滤波性能。

互调失真

两种或多种不同频率的信号通过放大器或扬声器后产生差拍与构成新的频率分量，这种失真通常都是由电路中的有源器件（如晶体管、电子管）产生的。失真的大小与输出功率有关，由于新产生的这些频率分量与原信号没有相似性，因此较少的互调失真也很容易被人耳觉察到。

减少互调失真的方法：1、采用电子分频方式，限制放大电路或扬声器的工作带宽，从而减少差拍的产生。2、选用线性好的管子或电路结构。

瞬态失真

瞬态失真是现代声学的一个重要指标，它反映了功放电路对瞬态跃变信号的保持跟踪能力，故又称瞬态反应。这种失真使音乐缺少层次或透明度，有两种表现形式：

A、瞬态互调失真。

在输入脉冲性瞬态信号时，因电路中的电容使输出端不能立即得到应有的输出电压，而使负反馈电路不能得到及时的响应，放大器在这一瞬间处于开环状态，使输出瞬间过载而产生削波，这一削波失真称为瞬态互调失真，这种失真在石机上表现较为严重。

瞬态互调失真是功放的一个动态指标，主要由功放内部的深度负反馈引起的。是影响石机音质、导致“晶体管声”和“金属声”的罪魁祸首。降低这种失真的方法主要有：1、选择好的器件和调整工作点，尽量提高放大器的开环增益和开环频响。2、加强各放大级自身的负反馈，取消大环路负反馈。

B、转换速率过低引起的失真。

以上所述，高电平的输入脉冲使放大器产生削波而造成瞬态互调失真。那么低电平的输入脉冲是否会引起失真呢？这就看放大器的响应时间了，由于放大器的响应时间太长使放大器输出信号的变化跟不上输入信号的迅速变化而引起的瞬态失真，称为转换速率过低失真。它反映了放大器对信号的反应速度，这项失真小的放大器，其重放的音质解析力、层次感及定位感都很好。

3、电脑声音失真处理

★声卡驱动程序不合适或者存在BUG，安装最新的配套声卡驱动程序即可解决问题。

★系统内存在硬件冲突。使用“设备管理器”检查，如果存在带有叹号标记的设备，查看属性，必要时修改设置或者重新安装。

★声卡和系统兼容性不好。如果安装最新的驱动程序没有效果，就只能更换声卡了。

★音箱质量对音效的影响很大，提高音箱的档次能显著提供声音的品质。

1、检查是否安装了最新的声卡驱动程序。

2、扬声器的品质可能有问题。品质较低的扬声器在低音时往往比品质较高的扬声器更容易失真。如果扬声器的品质较低，只有经过硬件升级才能提高播放效果。

3、声音失真可能是由于发送给扬声器的音量太高，超出扬声器的处理范围，此时应设法降低发送给扬声器的音量。

4、计算机上可能存在硬件设备冲突。检查"设备管理器"选项卡中是否包含该设备并且没有冲突。

单击“开始”，指向“设置”，再单击“控制面板”，然后双击“系统”。

在“设备管理器”选项卡上，检查是否出现该设备以及该设备旁是否没有带感叹号的黄圈。如果设备旁出现带感叹号的黄圈，则表明该设备可能与计算机中的其他设备使用相同设置。

如果发现带感叹号的黄圈：双击该设备，然后单击“资源”选项卡。在“冲突的设备列表”中寻找资源冲突。如果存在资源冲突，请重新配置某个（些）设备，使其使用不同资源，以此消除冲突。具体操作方面的信息，请查阅设备文档，或者与生产商联系。

5、检查“使用单模式dma”设置是否正确。检查“使用单模式dma”设置是否打开：

单击“开始”，指向“设置”，单击“控制面板”，然后双击“系统”。

在“设备管理器”选项卡上，双击“声音、视频和游戏控制器”，然后双击声卡。如果不知道声卡名称，请查阅声卡文档。

单击“属性”，然后再单击“设置”选项卡。

单击“高级设置”，然后再单击选中“使用单模式dma”复选框。如果“设置”选项卡上不出现“高级设置”按钮，则表明声卡不支持此项功能。

连续单击“确定”，返回“控制面板”，然后关闭“控制面板”。

4、漫谈失真

对发烧友来说，失真的真正意义在哪？当一个讯号经过传输，或经过放大，理论上来说要保持和原讯号完完全全不变是不可能的，故此，从技术的角度看，人们总希望它的失真度越小越好。可是近年大部分资深发烧友都会同意，在听感上来说，失真度这指标却不能有效地反映器材的好声程度。如方才说过，既然讯号经过传输或放大不能保持和原讯号完完全全一样，其间一定出现一些变化，这变化是什么呢？大体不外乎“加多”和“减少”。“减少”这概念较容易明白，就是原讯号在传输或放大过程中遗失了一些东西。

至于“加多”就有较复杂的内容了，简单来说，就是在传输或放大过程中，衍生出一些既源于原讯号又有别于原讯号的东西。由于这些都是原来没有的，故也只能是失真的部份内容。

在听感上，这类衍生物有时竟会有神奇的作用，譬如说，一些新增的谐波，明显起了像味精的作用，喜欢的人会觉得加了声音更音乐化。又如话筒效应(microphonic)又提供了一些发烧友用作调音的一种有效手段。甚至乎相移(PhaseShift)，这个一听起来都不像好东西的，也可以巧妙地被利用来美化音色。在录音过程中加进激励效果使低音冲激力更大更结实，就是运用了相移这东西。于是有一派以最后听音为取舍的，大叫失真无伤大雅，因为如果把失真换成“美化物”，或“味精”，相信人们对之的抗拒会大为减少，而另一派主要是工程师，却大声说：“数字胜于雄辩”(numbersdon'tlie)。

5、失真起源

最早的失真来自于后级放大。一个完整的电吉他扩音系统包括：（电吉他——>；）前级功率放大——>；后级功率放大——>；喇叭。在60年代摇滚萌芽的时期，前后级都是电子管的。那时前级主要的作用只是把音色进行一定的修饰，基本上没有失真。而后级随着摇滚乐手不断地要求音量（正比于正弦波的幅度的平方）加大，终于有一天，输出正弦波应有的峰值超出了后级电路原先设计时允许的最大范围，于是波峰/波谷*被削平，失真由此诞生！这种纯粹因为音量过大而产生的后级失真常称为自然失真。现代的几乎所有纯电子管音箱（如MarshallJCM800/900/2000、Mesa/BoogieRectifier）即使前级带失真，也还是很大程度上用到后级失真的。所以它们都是音量开得越大，失真度就越大。

除了加大后级音量外，显然如果加大前级通进后级的信号音量，一样会造成后级失真。RichieBlackmore和他的同辈们就开始想到把吉他先接进电子管录音机的麦克风接口，再把其音频输出口接到吉他音箱上，从而可以利用录音机的麦克风放大电路对吉他的音量作一个推动（boost）。这样的设备就是现在被称为VolumeBooster的原型。后来出现的不少单块效果器，如IbanezTubeScreamer、ProcoRat、MXRMicroamp、DOD250都是Booster的代表作。所以它们如果用在普通的没有电子管的音箱上，其自身的失真其实只是表现平平。只有把它们上面的失真度减小，音量加大，接到电子管箱上，才能真正显出它们的魅力所在。

但Booster并不能改变失真的基本味道，而且对失真度的提高也不是非常巨大。人们很快就注意到，如果改变Booster电路里的部分参数，使得它的输出信号也发生波峰波谷的失真，就很容易得到失真度大得多、而且与后级失真不同味道的效果。这就是前级失真。由此，金属乐的出现才有了设备上的可能。但毕竟前级失真与后级失真的味道是不同的。而后级输出是高达15-100W甚至更高的强信号，只能直接推喇叭，不附加笨重复杂的衰减设备的话是不能再作为输入信号插到另一个音箱的前级上的。所以现在的所有单块失真效果器和绝大多数机架式效果器（机架式音箱头除外，因为它本质上就是前后级合并了的功放）都仅仅是前级失真，音色当然取代不了前后级都有失真的整套纯电子管音箱系统了。

通常我们提到纯电子管音箱，指的是前后级都用电子管做放大的音箱。现在有一些音箱，如MARSHALLVALVESTATE系列中65W以上的产品、MODEFOUR、LANEY的TF系列等，只是前级有电子管，后级一条管也没有，所以它们也是仅仅有前级失真，与纯电子管箱的音色还是有着很大差距。这是因为后级是纯固态电路的音箱基本上都没有后级失真。其根源是这些电路及其器件本来就是为了没有失真的信号放大而设计的。一旦电路工作在有失真的状态，往往就处在器件濒临烧坏的边缘。而音箱所标的输出功率，按照工业惯例指的是输出信号无失真时音箱所能达到的最大功率。对于电子管音箱，通常设计成音量开到一半左右时后级开始失真。此后音量继续开大的话，音箱还能工作。而且对于摇滚吉他手来说，这时候音色才开始好听。但对于纯固态电路音箱，显然必须设计成音量开到头都不会把自己烧掉。而不烧掉也就意味着后级无失真，所以纯固态电路音箱在音量开到头时才达到它所标示的功率。这下我们就不难明白，为什么电子管音箱在音量开到中间时就基本上有同样功率的纯固态电路音箱音量开到头时那么响了。

虽然失真简单地说就是把正弦波的峰/谷削平，但由于具体电路总不是理想地按照简化了的理论模型来工作，所以真实的波型削得总是不那么地道。电子管由于里面的工作必须靠电子在电极之间飞来飞去而实现，电子飞得再快，在那么粗大的管子里飞，也是要花时间的。所以电子管对输入信号的反应总是比较缓慢，显得有点延迟，而且变化也不会太剧烈。表现在波形上，就是在原正弦波与被削出的平台的衔接处，变化总是比较圆滑的。耳朵对此的反应就是音色柔和、温暖。而固态电路就会把波形切得很有棱角，所以听起来动态更猛、音头也更清晰，但听久了就会觉得刺耳和单薄。

虽然目前世界上对音色的主流共识都是觉得电子管失真听着舒服，但在真正的纯电子管电路里，电子管需要工作在几百伏的高电压下。所以只有笨重的机架式前级（如ADA、Mesa/Boogie、Engl等的电子管前级）才能实现电子管失真，而用电池或9V变压器驱动的单块只能依赖固态电子器件（通常是二极管）来削波了。至于以Tech21为首的一些著名的音箱摸拟器（SansampGT-2，以及机架式的PSA-1等），则是以固态电路模拟电子管的信号响应曲线。因此它的音头一定程度上还是能比传统的固态电路失真柔和圆润一点。但毕竟以现有技术，还远不足以以假乱真。

近年来，又逐渐出现一种新的技术，就是用固态电路产生失真，但用在低压下运行的电子管作补偿。这种产品可以在9-15V的低电压甚至是电池推动下运作，而且既有固态电路那么大的失真度，又确实有一定程度的管味。从Rocktron早年的众多有电子管的机架式前级到现在的SilverDragon单块、Ibanez的TubeKing系列，Guyatone的Flip系列、Vox的Cooltron系列，都属于这种类型。它还有一大好处，就是低压运行下的电子管不会象真电子管失真里的管那么短命。高压下的管能用一两年就了不得了，而这些效果器里的管甚至可以一辈子不换。而且就象纯电子管音箱那样要“煲”半个钟头左右音色才好一样，这些效果器的声也是越“煲”越好，不过它们“煲”的时间也象其寿命一样，被放大到数以年计。基于这些优点，也有厂商推出了用前级电子管给固态后级电路作补偿的产品，如ADA的MICROTUBE后级、VOX的VALVETRONIC系列音箱。当然，一个信号最终的质量，取决于电路中最弱的一环。只要失真还是由固态器件产生的，电子管再怎么补还是不能全补回来。

6、数码失真

数码技术的出现使得我们原则上可以把正弦波切成任意想要的形状。但为什么现在人们普遍还都觉得数码失真模仿电子管失真的结果还不如普通固态模拟（这里的“模拟”对应于英文ANALOG，是相对“数码”而言，而没有“模仿”的意思）电路失真呢？这时我们就要回顾一下本文开头时提到的波的分解。由于任何周期性的信号都可以分解成一系列不同频率的正弦波的叠加，所以上面的讨论都为了便于说明问题，只讨论单一频率的正弦波的失真。但其实我们最终听到的声音，还只能是各种频率的波合成到一起的总效果。对于电子管和固态模拟电路，这种分解与合成只是数学上的，没有什么实质性的后果。但数字电路有个永远的极限，就是不能处理连续的东西。声波本是连续的（因此称为模拟信号），但数字电路必须先把它切成一片一片的，转换成数字（这一过程就是常说的模-数转换），进行运算后再反过来合成一整体（数-模转换）播出来。显然，每秒种内切的片数越多，就越接近原信号的真实连续分布，这就是“采样率”所描述的。但无论数码技术如何发展，只要它是数码的，采样率就必然是一个有限的值。反映在波的分解上，就等效于只能保留输入信号中某些特定频率的分量，而不是任何频率都有。这样即使每一个分量的正弦波都是按照模拟电路或电子管电路削出来的形状那样削成平台，在最后叠加成输出信号的时候，由于缺少了一些频率的分量，合成的结果等效于在平台的开始和结尾处多出很多起伏迅速的“毛刺”。更何况在削波的时候，数字电路也只能机械地把波的幅度转换为不连续分布的数字进行处理。由此导致合成出来的“毛刺”就更严重了。因此听在我们耳朵里，久而久之自然而然就会有扎扎乎乎、令人烦躁的感觉。

不过值得庆幸的是，一种失真音色听起来到底舒服不舒服，主要还是取决于产生失真的器件是什么，而有无经过数字电路其它处理则不是太重要。因此虽说数码的延时或其它周边效果并不是完全对音色无负面影响，但只要失真不是数码的，一般听起来也不会太难受。所以目前一套专业的吉他扩音系统，通常前后级都选用纯管的，加上电子管的混响，效果回路两端最好也有电子管补偿。至于回路中间的延时和其它稀奇古怪的效果是不是数码的，就大可开一只耳朵闭一只耳朵了。