耳机板大大们大家好，近年来很多中高阶行动播放器甚至一些 重视音质的手机上都开始出现数位滤波器的设定选项，相信也 一定有不少刚接触的朋友们也是搞不清楚这东东是干嘛的、跟 EQ有什麽差别，笔者试图用最短的篇幅简单地解释一下数位滤 波器即 digital filter 的来龙去脉以及在听感上的影响，尽 量不引用太多可能引起混淆的专有名词甚至会简化一些概念， 还请专业的大大们包涵，笔者虚心接受任何评论。 *** 数位滤波器出现前的音乐CD发展小历史 *** 1982年音乐CD在$ony与飞利浦的合作下问世，并在高耐用性及 方便使用的体积的因素下大受欢迎。不过每个时代都有每个时 代的金耳朵，当时的玩家们觉得CD的声音怎麽听怎麽怪，大家 可以回家听黑胶啦～ 原因出在哪里呢？一切不对劲都源於音乐CD本身规格。Sony与 飞利浦两家公司在CD必须商业上成功的前提下 (包括知名的容 量必需放进贝多芬第九号交响曲的小故事) ，造成了很多工程 上的困难点。 因CD是全数位的规格，进一步之前要简单记住两个数学重点， 一是奈奎斯特频率，也就是数位取样频率至少要实际音乐声波 的两倍，即44.1kHz取样率可以准确纪录至 22.05kHz的声波。 二是在数位取样中，纪录到一个频率时一定会同时纪录到另一 个频率的声音，这个现象称为混叠(aliasing)。还请看一眼维 基百科的简单示意图 https://goo.gl/scFR27 两家公司在种种商业条件下选择了44.1kHz 这个取样率，第一 个难点就是录制阶段。假设录到了钹发出的一个30kHz 高音， 它虽然不能被准确取样出来，但会产生一个 44.1k - 30k = 14.1kHz 的失真讯号！换言之，所有收音收到的22.05kHz 至 44.1kHz 频率都会在一般人类可听范围内产生混叠的失真。 所以这时候两家公司想到那就在在类比转数位之前，先用类比 滤波器把22.05kHz上的讯号滤掉，并且保留人听得到的 20kHz 以下讯号就好了嘛！然而由於这两个频率太接近设计难度很高 ，工程师们只好一边靠北一边爆肝把它做出来了。当初规格订 个200kHz难度就会大幅低，但经理会谯你因为一张CD放不下。 这称为类比反混叠滤波器的东西当时相当贵，常见於录音室。 录音端解决了来到播放端，两家公司才发现当初没想好，播放 CD的时候一样会产生混叠呀！0~20kHz 的音乐讯号正好混叠出 录音时才过滤掉的 44.1kHz~24.1kHz失真讯号，滤掉的频段好 死不死又在播放端跑出来，而且记得吗，这种类比滤波器很～ 贵～，根本没几台内建它的DAC 播放设备，原来这就是当时的 金耳朵们怎麽听怎麽怪的理由，切莫质疑他们的听觉范围。当 然有钱在家放一台类比重建滤波器的人还是能好好享受败家快 感的。 *** 时间快转 Sigma-Delta DAC 出现之後的数位滤波器 *** 跳过技术细节，後来发展出的这种DAC透过将音乐CD的44.1kHz 超取样的技巧达成便宜而且有效的数位滤波器取代贵松松的类 比重建滤波器，把 22.05kHz 以上的混叠失真滤得乾乾净净， 问题解决…别高兴的太早，因为这时候金耳朵们又站出来了： 怎麽听怎麽怪，大家可以回家听黑胶啦～ 工程师们只好再从理论与客户的听感再出发研究，发现原因出 在数位滤波器的两个特性，一个是称为色散(dispersion)的现 象、一个是称为振铃(ringing) 的现象。色散在听感上的呈现 为在档案中同时出现的不同频率声音在经过数位滤波器後会产 生出微小的前後时间差进入耳朵。振铃则出现在一个音乐讯号 前後两处，前振铃(pre-ringing)与後振铃(post-ringing)。 先发展出的这种在数学上叫作线性相位滤波器 (linear-phase filter) ，它完全没有色散现象、但会有振铃现象，其中影响 听感最大的是前振铃 -- 它代表了在一个声音该播放出来的那 瞬间之前一点点点，会产生提早出现的失真讯号而导致真正的 声音稍微糊掉！另一个影响是整体的讯号延迟很高，如果需要 以不同的DAC 处理不同的channel时就会造成相当的麻烦。 https://i.imgur.com/VMLRvmJ.gif 後来针对这点很快又发展出了最小相位滤波器(minimum-phase filter) ，它跟黑胶与类比滤波器一样完全没有前振铃，但是 有非常长的後振铃、以及色散。色散对於听感而言不一定是负 面影响，比方说可能有助於人耳分辨大乐团中的不同乐器，造 成音场变大的效果，但在像钢琴音乐上就可能产生奇怪空间感 。而後振铃对听感的影响虽没前振铃大，但也是有可能被金耳 听出多余的声音重叠。 https://i.imgur.com/WmSX0AW.gif 之後又发展出各式介於两者之间的intermediate phase滤波器 。比方说有的稍微牺牲了滤波器本来应该快速切断 22.05kHz 以上失真的陡坡度即fast roll-off ，变成 slow roll-off， 滤得没那麽乾净但可以维持无前振铃、很短的後振铃、较少的 色散。 https://i.imgur.com/zpLiesE.gif 而有的滤波器则是从线性相位出发，在没有色散的前提下尽量 做到最少的前後振铃现象如apodizing filter，同样也是要作 出从fast roll-off 到slow roll-off 的牺牲。简单地说，色 散与振铃就像是物理学界的海森堡不确定性原理一样，你要一 个就没有另一个，没有一箭双雕的。 *** 对听感造成的影响 以及超取样*** 在最重要的听感来说，最小相位滤波器因为起音乾净、分辨度 较高，较多人喜欢用它听乐团、拨弦乐器、节奏感重的音乐； 线性相位滤波器则较多人用来听钢琴音乐与比较柔性的音乐。 这点可以参考针对国外各大音响论坛使用者的大型盲测： https://goo.gl/1TKFsb 多数人不能明确区分两者，但偏好是 存在的。至於介於中间的各式数位滤波器全看每个人的听感是 不是听得出来差异、进而选择喜好。 请注意，以上所述完全是针对44.1kHz 取样率的音乐，假设你 的讯源是96kHz以上的PCM，甚至DXD DSD 那麽就算完全不滤波 ，混叠失真的频段完全高到可以忽略，所以完全是当初制订CD 规格万恶索尼的错。还有些牌子DAC 侦测到高於一定取样率的 讯源档就直接当作是完美的，不再进行处理。 如果你有这样的一台DAC，听的档案是44.1kHz，用foobar2000 先进行超取样，那麽比的就是你用的软体resampler 跟DAC 内 建的数位滤波器哪一个效果你最喜欢。所以说软体超取样使用 ssrc、pphs还是SoX 对听感有没有影响？当然有，因为不同演 算法对混叠及振铃处理的结果都不太一样，可以在这里比较： http://src.infinitewave.ca/ 如果你买的高价DAC 其数位滤波器效果更好，那麽软体超取样 就是多此一举，完全不必要。 看到这里，新朋友们应该能区分改变乐曲频谱的等化器(EQ)与 影响讯号失真及细微音色表现的数位滤波器之间功能的差别了 。现代数位滤波器以低廉的成本带来众多音色选择的乐趣，更 高品质的讯源档也将失真降低到微乎其微；但对於一些追求至 高纯净的人来说应该还是： 怎麽听怎麽怪，大家可以回家听黑胶啦！ -- 无尽的想念在我有限的思绪里无限地扩张．．． 　 --

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