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标题: Hi-res麦克风引发的思考 [打印本页]
作者: Motif_亮子    时间: 2018-10-4 20:09
标题: Hi-res麦克风引发的思考
本帖最后由 Motif_亮子 于 2018-10-4 20:26 编辑

让我们暂且放下麦克风，先来说几个历史片段，不多说就从1950年说起。

模拟时代



数字时代

Walkman、便携CD机、MD伴随了80后的学生时代，这里承载着我们灿烂的日子和美好的梦想，伴随着无数的音乐和歌者……这是无比难忘的记忆。

而时间到2000年这里仿佛出了什么问题……让我们回过头了再捋一下影响音乐传播的另几个发明：

IT改变了世界也改变着我们，转眼十几年过去。

高解析时代
2014年，在慕尼黑高端音响展上正式定义了Hi-res Audio(高解析音频)概念。
2017年，Hi-res麦克风面向专业录音市场
首先第一个问题：Hi-res是什么？
全称Hi Resolution Audio，也就是高解析度音频。它对音乐文件的要求是PCM格式的采样率要远大于CD采用的44.1Khz，比特位大于16bit(通常是24bit/192Khz的标准)，或者采用采样率远大于PCM格式的DSD，DSD音频以单一位值序列捕捉声音讯号，采样率极高，达到2.8MHz或5.6 MHz。这是现阶段数字采样文件所能接近原始模拟声源的极限。

大家注意最后一句话，它的意思大概就是尽可能的去接近1983年之前的模拟时代的声音。

第二个问题：50kHz有何意义？
20kHz以上人耳是否能听到我们先打一个问号，这里先来思考一下这个问题。


（此图由朱杰老师提供）

不要说Mp3，就是24bit/48kHz的WAV文件，上限频率也已死死地被限制在24kHz以内。模拟时代的设备上限频率尽管也是20kHz，但那时并没有如此陡直的峭壁曲线，而是个相对舒缓的曲线，这是个重要差别。
我给大家列举一些模拟时代经典设备的重要指标：
以上数据里有一个重要指标是极限频率或上限频率，为了证明这一点，我拿来一台价格很便宜的黑胶唱机先做一个预热测试。
歌曲是Herbie Hancock的，发行于1975年。



本测试使用32bit/192kHz采样频率，Cubase pro录音。
可以看到35kHz到50kHz信息丰富，谐波甚至可以达到65kHz。频谱成节奏型出现，说明这完全是音乐性的表达，并非噪波或无用谐波。
为了便于比较，我下载了这首曲子的320kbit/s版本Mp3，更高格式未找到，对比结果如下：



左为黑胶翻录，20kHz以上呈逐渐减弱趋势，但信息仍能达到50kHz；右为Mp3，18k-20kHz有些虚了，20k呈裁切状，以上频率一片空白。
进入正题
Round 1 合唱及钢琴

来看频谱，上为Hi-res麦克风，下为另一支麦克风。

Hi-res麦克风拾取的超高频可以到50kHz，甚至可以达到更高，而另一只大家都熟知的麦克风可以达到25kHz。
频谱还是很明显的，可能大家会问听起来也很明显么？我可以很明确地说，很明显，我用的是AKG 271耳机，频率响应为16Hz－28kHz。
相比较下，增加出来的这部分高频成份并不会让人感觉到声音很亮，而是多了更多空气感，房间感，松弛感。
而最重要的是能量感。从下图可以看到有四个柱形频谱，表现形式为超高频，但实际上这是合唱中的四个加强音。



由此可以看出，高采样不仅对超高频有意义，对动态也有意义，表现在听觉上是Hi-res麦克风的声音更加松弛、有后劲。
个人感觉另一支麦克风，一些超高频信息也被拾取进来了，但20kHz-30kHz已经在响应下降的曲线内，所以听起来就像被压制住了。
我又做了另一个试验，这次用Hi-res麦克风去拾取钢琴的最低音和最高音。

频谱如下：



左为钢琴最低音（A0）理论基频27.5Hz，它的谐频到7kHz表现清晰，一直到40kHz仍有信息，这里不光是钢琴本身的声音，房间信息一定也在其中。
右为钢琴最高音（C8）理论基频4186Hz，它的谐频到20kHz表现清晰，延续到40kHz仍有信息。
这个测试给我的感触是，高频≠高音
Round 2 女声独唱
先看频谱：



这次我尝试了96kHz采样率录音，录制的是歌曲《不忘初心》的女高音部分，可以看到柱体的顶都是平的，Hi-res麦克风的拾取能力被96kHz的采样率锁定在48kHz以内，超高频并未完整收录，演唱者距离麦克风更近，能量必然更强，另一只麦克风的频率上限也达到了30kHz。
这次对比我用的是8351做监听，频率响应32Hz-40kHz(-6dB)，也是频率上限比较高的一款监听音箱产品了。



听感上的差别，上面我说过的能量感依然明显，而更明显的是Hi-res麦克风的女声更加湿润，声底的音色和声音信号的连续性上有优势，大动态时Hi-res麦克风稳定性更强。
Round 3 超声波
20kHz以上，音频圈的人称之为超高频，而音频圈外的人都称之为超声波。
既然如此我也来一个变态一点的实验，超声波驱蚊器是我家里唯一的超声波设备。
蚊虫的听觉范围据说比人类要宽，可以达到60kHz，超声波驱蚊器会发出高于20kHz的纯音用来驱赶蚊子，8个超声波频率点不间断切换。道理很简单，不停播放4kHz、8kHz纯音，人类也将被驱赶，人类啊，这招也真够损的。



我们暂且把超声波驱蚊器当成是一种乐器吧。
继续来看频谱：



家里录制，我直接在通道上做了15kHz的低切，滤除掉房间噪音。可以看到超声波驱蚊器正在25kHz和45kHz间切换，拾取的超声波强度基本一致。



稍稍提高增益，可以看到36kHz切换到60kHz时，录入的信号强度有所减少但仍清晰可见。


频谱如下：



标准增益的情况下，Hi-res麦克风拾取到了46kHz的超声波较微弱，而另一支麦克风未识取到超声波信息。

于是我把两个话放的增益提高了10dB，Hi-res麦克风的底噪起来了，但主要集中在70kHz以上，此时46kHz的超声波清晰可见；
而另一只麦克风带入了很多的杂波，超声波频率难以辨别。
由此可以看到，Hi-res麦克风设计的难点不仅在于超高频的拾取，更在于抗干扰性能。
写在最后
20Hz－20kHz是人耳的听觉范围，这句话最近一段时间始终萦绕着我，我们该不该追求高采样，追求超高频？
高速限速为120km/h，但没有一款家用车把出厂最高车速定为120km/h。
人眼仅能分辨每秒30帧画面，但李安还是拍了120帧的《比利林恩的中场战事》
声音本身的信息量远不止20Hz－20kHz，无论风声、雨声、钢琴还是歌唱。
20kHz以上的声音并非完全听不到，而是因为其不可辨别音高让人难以明确判别。现在市面上的耳机、音箱频率上限超过40kHz的比比皆是，192kHz声卡及解码器大行其道，DSD逐渐进入消费市场。最初促使MP3疯狂发展的最大因素是网速，而如今是4G、5G，这早已不成问题。
数字好还是模拟好，这个争论从CD诞生的那一刻就一直存在。

故事讲到这里，却留给我们很多思考。数字的储存性、复制性、传播性是革命性的，而三十年来，众多音频工作者一直孜孜不倦追求的一个目标却是让声音更接近模拟。天地虽宽，这条路却难走。
总有一些信息是麦克风难以捕捉的，50k乍一听很远，其实不过是25kHz的一个倍频程，可能就是让某个频率多一次谐波而已。
作者: 吾本蛋疼    时间: 2018-10-4 20:26
涨姿势了....
作者: 一人的单行道    时间: 2018-10-4 20:38
“人眼仅能分辨每秒30帧画面” 嗯 你说得对 真好
作者: tts43    时间: 2018-10-5 00:34
按照你的说法，驱蚊器并不是你家唯一的超声波设备，你试试那些标称40k的音箱，50k的耳机，让他们播放超声波然后你再用话筒拾取试试？不用高，先来30k吧。估计音箱还能有点声音，耳机直接歇菜。
作者: Motif_亮子    时间: 2018-10-5 07:07
tts43 发表于 2018-10-5 00:34
按照你的说法，驱蚊器并不是你家唯一的超声波设备，你试试那些标称40k的音箱，50k的耳机，让他们播放超声波 ...

提高采样率最大的的意义在于推高截止频率和增加细节，不在于拾取到某个超高频的声音
作者: tts43    时间: 2018-10-5 13:29
Motif_亮子 发表于 2018-10-5 07:07
提高采样率最大的的意义在于推高截止频率和增加细节，不在于拾取到某个超高频的声音

大部分回放设备的-3db截止频率不超过15k。
作者: Motif_亮子    时间: 2018-10-5 15:24
tts43 发表于 2018-10-5 13:29
大部分回放设备的-3db截止频率不超过15k。

-3dB，15KHz不是截止频率，而应称之为精度频率响应，如果是模拟设备的话，15kHz的频率指标很有可能在30kHz仍有响应，只是在响应下降曲线上，这和数字的截止效应完全不同
作者: tts43    时间: 2018-10-5 16:26
Motif_亮子 发表于 2018-10-5 15:24
-3dB，15KHz不是截止频率，而应称之为精度频率响应，如果是模拟设备的话，15kHz的频率指标很有可能在30kH ...

你试试不就知道了，既然灭蚊器能试，这个也可以试啊。
作者: zarr    时间: 2018-10-10 19:28
人眼只能识别30帧，看到这句呵呵了



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