科學角度看音響2 ：頻譜到傅立葉轉換，再看失真4大主因

放大器與THD

任何放大器都會有總諧波失真的數據（THD, Total Harmonic Distortion），當然是愈小愈好，諧波失真越小聽感會越乾淨。但若諧波種類屬於尖銳，或是經由某些技術把能量較大的低次諧波失真搬到高次諧波失真區，雖然能量變小了，但人耳仍然可以聽出來。高次諧波失真太多會造成氣聲感過重，聽起來很冷。所以THD數據會依據架構、諧波失真的波形來判斷實際聽感。當然，音響界有個不變的定律，聽過了覺得好聽再說。

偶次諧波與聽感

有些人對偶次諧波失真有情感上的寬容性，甚至指出偶次諧波失真會讓聽感溫暖。樂器大多只有偶次諧波失真，所以人耳會喜歡偶次諧波失真。水電工認為這並無科學根據，造成聽感不溫暖的是高次諧波失真，而偶次諧波失真會造成聲音模糊。至於樂器的波形，水電工在連載第一篇當中就已經展示過，樂器不但有大量奇次諧波，有的樂器奇次諧波甚至還比偶次諧波大聲。像是鋼琴這樣以聲音溫暖著稱的樂器，奇次諧波就比較大。

各位讀者要注意的是諧波和諧波失真是兩碼子事，諧波是由自然振動產生的，人耳是很習慣這種聲音的，諧波失真則是由器材非線性造成額外的諧波。同時諧波失真也絕對不會單一出現，好比只有偶次沒有奇次，只有高次沒有低次，諧波失真一出現就代表器材非線性被發現，對聽感來說絕對不會是好事。

相位失真

相位失真也是很麻煩的問題，在科學角度看音響（一）中，水電工曾經提過組合波的相位角差異會讓結果有不同，通過音響的波形一定是充滿各種自然諧波，要是中間有某段頻率的相位速率特別不同，那麼就會產生相位失真。以下範例就是個例子，水電工同樣使用3組正弦波組合波形，左方的圖中我們是原波形，右方的圖則是第二個波稍微加快一些後得到的波形，用肉眼就能看出差別。

產生相位失真的因素，大多時材料對於不同頻率訊號的阻擋力有差異，好比電容的容抗及電感的感抗等。或者是通過濾波器後，濾波電路也是利用電容、電感挑選特別的頻率來實現，必然都會產生相位偏移。當這些交流訊號通過電容或電感時，必然都是透過充電、放電，或者電生磁、磁再生成電等方式傳到另一端去，包括充放電時間軌跡不同、對頻率特性不同都會造成相位失真。

聽出相位失真

部分論文指稱人類聽覺無法辨識相位失真，不過既然測試對象是人耳，水電工也不會要求大家去相信論文的測試結果。以水電工認識的音響調音師來說，幾乎人人都能在測試中聽出相位變化。為什麼呢？依水電工所掌握的實驗結果來看，人耳對於相位疊合是相當有辨別力，尤其是在人耳最敏感的頻帶之中。且就訊號圖形的SNR總數來看，改變高頻波形相位在統計上來說，與原訊號的差異值的確較小。包括水電工認識的金耳朵們也不見得可以100%通過測驗，但是若是改變的頻率落在1K至2KHz左右，人耳就非常有感覺了。

相位影響空間感

就金耳朵們的經驗，針對人耳較為敏感的頻段若是相位稍微超前，事實上也就是讓其它高頻或低頻相位稍微變慢，會立刻造成一種很有刺激性的聽感。人耳會覺得這台音響，細節又多又清楚，連口水聲什麼的都清清楚楚。但是如果過了頭，那麼就會在久聽之後造成煩躁感，變成很不耐聽。音響調音就像做菜一樣，除了要展現食材原味的優勢，更要適當地調味讓人覺得五味均衡。

相位在音響上還有個很重要的關鍵，就是影響人耳對於聲音的空間感，現場空間大小、音場的包圍感都是利用相位比較來感知。人類神經網路對於回音的解析和各種泛音的相位變化解析，可以說是到了藝術級的地步，相位失真小的系統必然有音場大、空間感良好、聲音定位清楚等優點，好像用手就可以指出樂器的位置或是離你多遠一樣，相位失真也是音響設計者的大敵之一。

▲左圖為3波的組合波，組合後的波形為淡紫色，右圖紅色線條是把但黃色的正弦波相位加快5%，兩者差異就不小了

▲將前一張圖三波合成訊號，原本我們提前頻率為3的波形，現在改為提前頻率為1的波形，它和原訊號的差異值RMS就上升了1%。