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用软件算法修复硬件缺陷,Dirac HD Sound音频技术详解

音频杂谈 小众声学 138浏览 0评论

作者: 新浪微博@贱兮兮的老羊

 

什么是HIFI,业界目前其实没有一个特别统一的说法,按照通俗的理解,HIFI的英文原词是High Fidelity,简称HIFI,意为高保真。高保真指声频录音及放音系统或设备具有如实反映声音信号本来面貌的能力,以及设备对声音信号进行特定修饰、加工处理和声场再现时声像位置及其移动的逼真程度。但是在玩家的眼中,HIFI分成了两个派系,一个是求真,一个是求美。每个人对于美的认知都是不尽相同的,举个最简单的例子,对于美女,有的人觉得胸大屁股翘要比脸蛋重要,然后也有的人觉得白皙的皮肤会更让人更加神往。这个在HIFI里面的,从技术的角度来说,就是有的人希望追求的是无音染的东西,声音尽可能的直白,真实,而有的人希望的是要有特殊的味道,比如高频凸起感觉女声妖娆,低频凸起感觉声音丰满等等。这东西都无可厚非,个人口味,但是如果说要作为一个标准来说的话,个人认为,真,还是比美,更加符合HIFI的定义。

但是有一个很大的问题在于,硬件的设计和制作总是一个阴阳的过程,无论是单元的制作还是后期的调音,手段都是有限并且会出现顾此失彼的。按照理想的情况,一个HIFI的耳机或者音箱,需要有一条平直的频响曲线,一条平直的阻抗曲线,一条平顺的相位曲线,一个适当的衰减时间,还有一个尽可能全频段都小的失真曲线。当然,这个事情按现在的技术来说,是不可能实现的任务,在高端的耳机和音箱上面,这些参数都可以做到还可以,但是依然有缺陷。在低端的耳机和音箱上面,这些东西都只能做到满足其中的一两个参数而已。

随着数字音频技术的发展,已经越来越多硬件的功能被软件所取代。数字音频算法的发展其实已经到达了一个非常恐怖的情况,我举个例子吧,大家印象中,软件的EQ加上去之后,声音就容易发虚,发散,但是我曾经用过一款仿电子管的EQCPU占用非常恐怖,一个老的酷睿I7挂两三个之后,DAW就直接闪退了。但是这个声音,跟他仿的那个价值几万块钱的硬件声音几乎一样,无论怎么拧,声音都结实,好听,密度高。现有的音频软件技术通过卷积运算,已经可以实现模仿特定的调音台带来的硬件音染或者是特定的磁带机的音染。这些东西在录音棚里会比较常见,但是在HIFI圈子里面,注意到这些的朋友可能不太多。可能HIFI圈子里的朋友,还有很多还停留在,软件出来的声音是干硬冷薄刺的数码声的概念里,事实上,现在市面上的音乐,几乎百分之百都通过了音频软处理器的处理,世界已经变化了很多年了,音频技术之间的差异也很大,绝对不是当年那种只有BBESRS那种粗糙算法和强加声场的那个时代了。

今天要讲的Dirac HD Sound技术,和传统的音效存在很大的差别,首先,传统音效最大的目标是让声音变得好听,而Dirac HD的目标是,用软件修复硬件带来的缺点。这个思路在很多地方都有,比如相片处理中将拍糊了的照片通过算法合成出清晰的照片等等,只是在音频行业,这个还是一个比较新鲜的事情。

其实有很多朋友已经知道了一个最简单的,用软件修复硬件缺陷的手段,就是EQ。一个最简单的音频系统,一个播放器,一个耳机。当这个耳机的听觉频响有很大的坑,或者是很大的峰值的时候,用EQ把对应位置进行调整,是可以起到一定的效果的。但是现在的情况是,目前市面上的EQ,基本上是5段或者7段的图示均衡器,Q值,也就是影响的频率的宽度也是固定的,只能做一个很粗糙的调整,而Dirac HD采用的方式,和EQ完全不是一个路数。传统的EQ采用的是滤波的原理,而Dirac HD的原理是利用数学原理,将耳机原有的频响曲线和目标的频响曲线构建出一个Fx)的函数关系,通过这种关系的运算就可以达到目标的频响。这么说有点复杂了,给大家举个简单的例子吧,有两组数字,一组是2,5,8,9;另外一组是4,10,16,18 。第一组就相当于是耳机原始的声音,第二组就相当于目标要达到的声音。这两者之间的关系就是,原始的数乘以2就得到了目标的数。那么,如果说一个音乐的原始值是1024的话,通过这个算法,就可以得到目标声音的值是2048。原理大概是这样,但是这个函数就是Dirac的核心了,的确是一个脑洞大开的玩法。当然,我之前以为这个也是复杂的EQ,因为官方宣称有几千个点进行精细调节,事实上,如果这么说起来的话,这个点数是无限的,因为,这种算法是连续的,相当于是模拟的,而哪怕几千几万点的EQ,那也不是连续的,是离散的。所以说,这种算法比EQ要精细非常多。当然啦,这个精度从理论上来说是无限的,但是如果用在手机端上,势必要用简化算法,比如小数点后面只算到16位啦啥的,虽然没有PC32位或者64位那么高,其实也基本够用了。


Dirac HD Sound频响修复前后对比

除了频响方面的技术优势之外,事实上,Dirac HD的技术中还有几个更加重要的点,最重要的就是相位调节。这个相位涉及到几个方向,首先,传统的EQ,必然会造成相位的漂移,调节的越多,相位的变化越大。相位是什么呢?用最简单的说法就是,声音播放的时间,比如说,一个200hz和一个2Khz的声音,同时播出,而当200hzEQ处理之后,这两个本应该同时发出的声音,就不会同时发出了,可能是200hz先发出2Khz后发出,也有可能是200hz后发出,2Khz先发出,这东西和各家的算法有关系,也和增益或衰减的程度有关系,总之一句话,就是本来应该同时发出的声音,变得不同时了。这会造成什么结果呢?复杂的我也不多说,基本上就是声音会糊掉,声场会不规则。而Dirac HD的频响调节,在原理上就要比普通的EQ高一个层次,然后还有一个很重要的点就是,每个耳机也好音箱也好,自身的相位也不是一成不变的,都有属于自己的相位特性,而这些相位特性会导致本该同时发出的不同频率的声音没有同时发出,这也会造成刚刚所说的声音会糊掉。而Dirac HD的技术可以对耳机自身的相位偏移进行调整,让系统的相位响应更加的自然,真实。相位特性也属于音箱与耳机系统中不可回避的一个缺陷,Dirac的技术也可以有针对性的对这个进行一点修复,着实挺牛逼的。


相位经过Dirac HD技术修正后的效果

除了频响和相位的修复之外,Dirac HD技术还有一个很不错的功能,就是调整耳机的衰减特性。衰减特性是什么?我举个例子,你去敲一口大钟,当的一声不会立刻结束,肯定是有一定的延长时间的,声音慢慢变小到没有。这个延长变没有的特性就是衰减特性,在耳机里面,这个衰减特性也是存在的。当然,不同的耳机衰减特性自然也是不一样的,为什么大家会觉得动铁的速度快,动圈的速度慢,很大一部分程度上就是衰减特性的不同。而Dirac HD里最黑科技的部分我个人觉得就是这一点,可以通过软件来改变耳机的衰减特性,从理论上来说,甚至可以用动圈做出动铁的音色,但是现在还没有那么高精度的算法和那么大的运算量,估计要做到这个还要等待科技的发展。我斗胆猜想一下原理,可能是通过测试出特定耳机的衰减原理,然后在软件内部生成衰减的反相声波,将二者叠加起来的话,就可以把衰减出来的那部分声音进行抵销。当然,这是我猜的,可能Dirac有更加NB的技术,那是人家的核心机密了。


无论是频率,相位,还是衰减,每一个特定的耳机或者音箱的缺憾都是千差万别的,所以现在造成了一个什么结果呢,Dirac HD的技术,必须针对特定的耳机和系统。做个最简单的假设吧,面条低频很大,低频相位靠前,衰减时间很长,那么Dirac的工程师会怎么处理呢,先衰减耳机的低频,然后将低频的相位往后调,将衰减时间减短。当一切的参数都搞定了之后,就打成一个包,叫Dirac HD FOR面条耳机(我瞎猜的)。而如果说是ER4P,低频缺乏,高频相位靠前,衰减特别快,那么,Dirac的工程师就会将低频增加,高频相位往后移,增加一点点衰减,然后将这些参数打包,起名字叫Dirac HD FOR ER4。这个时候大家就会发现,FOR 面条和FOR ER4的调整参数就是完全不一样的,如果把面条的耳机插到FOR ER4Dirac HD预设上,大家想象一下,更大低频,然后更慢的低频速度再加上更加大的衰减,妈呀,我简直不敢想象,这声音就彻底没法听了,反正亦然。当然,因为我没参与过Dirac的工程研发,这些东西也是我假设出来,但是原理没有错,所以说,Dirac HD的技术必须针对特定的耳机,不能乱插,这是和传统的音效区别最大的地方。

说了这么多,难道Dirac HD技术就是没有缺点了的吗?当然不是。首先来说,在手机上的应用,因为要考虑CPU占有率和耗电等方方面面,Dirac不可能用最高端最精细的算法,因为那样电都受不了,肯定要用一点简化的算法,而简化算法带来的后果就是精度会有一点下降。大家先不要骂街,如果你们用过电脑上录音室级别的BBE和普通消费数码类的BBE,你们就会知道,BBE在消费数码上做的有多坑。这就造成了一个什么结果呢,在低端耳机上,因为频响和相位还有衰减的问题是主要问题,用Dirac HD有针对性的做一个修复之后,可以修复很多耳机本身的问题,即使精度不够高,修复的效果也非常明显,所以说,在低端上,用Dirac是一个非常不错的解决方案。而在高端耳机上,耳机自身的问题会比较小,修复效率会更高,但是因为本身耳机的问题就比较少,提升不够明显。当然我说的是手机和移动端,如果是PC或者工作站端的话,Dirac HD是可以让高端耳机的声音变得更加出色的,因为方向是对的,剩下的,就是手段了。

总而言之,Dirac HD音频处理技术,说白了就是一个有针对性的修复技术,硬要说起来也是音效的一种,但是和传统的音效差别非常大,所以官方不愿意把他定义为音效,而称为音频保真技术,不过如果了解了原理的话,也就无所谓了,可以这么说,Dirac开创了用软件来实现HIFI的新技术,新思路,还是很值得推荐的。


 

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