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開發背景
80年時,我在歐洲一個頗受好評的音樂廳聽到道地的音樂,並感受到了以往從未有過的感動。就連對音樂毫無興趣的人也都受到了感動。那是我第一次知道音樂有多麼美妙,並了解到除了曲子、演奏之外,良好的音質也是音樂帶給人感動所不可或缺的重要元素。
想要超越時間空間的藩籬,在自己的住家再次感受到這種具有衝擊性的感動,想要讓更多的人了解這種感動,想要使用任何的電子音響播放系統來播放這種美好的音樂,這樣的想法讓我開始著手進行研究與開發。
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何謂時域理論
要傳達音樂的感動,或者要傳達到藝術家(音樂家)的內心裡,到底需要什麼呢?那就是不要有任何的妥協,從音源帶出100%的音質,必須不經過任何修飾直接地傳達。音樂家選擇樂器的音色、長年努力後表現出來的演奏等,必須將這些重要因素完完全全地重現出來。與其說從前我們認為媒體無法表現出期待的音質,不如說我們都想要藉由追求聲音以帶來愉悅的感受。
在這樣的想法當中,為了極度忠實地播放音質、音樂,我開始進行了新的研究,並開始重新審視理論。
以往,聲音的主要概念是frequency domain (=頻域。以下稱為F domain)。聲音的波形可用正弦波的集合來表示,只要讓所有的正弦波(20Hz~20kHz即可聽見)正確無誤地播放出來即可。不論是使用數學計算(傅立葉變換),或者使用測定器進行分析,都可以分析出正弦波成分,因此我將聲音做為正弦波成分的集合來思考。但做為正弦波的集合來表現,與由正弦波的集合所構成是不同的兩回事。
圖1上段的爆發純音(tone burst)波形經過傅立葉變換(Fourier transform)之後,可區分為中段的各正弦波。接著再將這些正弦波補足合併之後看到的就是下段的波形。雖然看起來有些許的不同,但增加到無限的頻率後,應該就會恢復為原來的模樣。
左半邊的成分全部加總之後,即成為無音的部分,將右半部合計之後,即成為8波的正弦波。
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換句話說,不論是發出聲音的部分或不發出聲音的部分都是由相同的成分構成。說起來還蠻奇怪的。時間域聲音(timedomain
audio)以時間領域來做為考量。聲音原本就會因為空氣的壓力隨著時間而產生變化,並由耳朵來加以辨識。
忠實地原音重現的意義就是忠實地呈現音壓與波形。以前面提及的爆發純音為例,由於左半部沒有聲音,既然沒有波形又沒有成分,因此只要沒有任何東西即可。而右半部只要能夠忠實地播放出8波的正弦波波形即可。簡略來說,以往的F
domain的思考方式追求的是忠實地播放頻率,而時域的思考模式尋求的則是正確地播放聲音的形狀。
時域理論可以適用於聲音相關的任何事物,甚至我還想要適用到全部的領域中。這次一系列的產品都是揚聲器與喇叭,在此只針對喇叭加以說明。
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舊型的喇叭構造
典型的舊型喇叭系統,係由四角形的木箱,以及組合於內的低音喇叭、中音喇叭、高音喇叭等喇叭單體,以及將來自喇叭的信號分為低音、中音、高音的各種頻率的分頻網路(dividing
network)所構成。
但如此的組合並無法在原理上有助於聲音的還原。這是由於即使信號成分在計算上,或電氣性能上能夠進行合成,但聲音卻不是這麼一回事。舉例來說,加上逆相、同等級的聲音之後,在計算或電氣線路上會成為0,但在聲音的表現上則僅會透過2個喇叭單體而聽到逆相的聲音。
此外,在F domain裡均以F domain的基本要素,也就是正弦波來考量許多現象。但在自然界中,有如正弦波這種單純重複連續的聲音並不存在,因此用這種思考方式將會犯下許多錯誤。
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圖2為在舊型喇叭內輸入正弦波之後的概念圖。將頻率設定為1kHz後,即使高音喇叭,或是從低音揚聲器的等級與相位都不相同,但各喇叭所放射出來的聲音仍然是1kHz。另外,由於木箱也會受到1kHz所施加的振動,因此即使是增加些許的高調波成分,木箱的構成面板也會放射出1kHz。
不論是測定時或是用耳朵聽時應該都是美妙的1kHz。理論上也相同,無論等級或相位不同的正弦波不論增加了多少,都應該是美妙的1kHz。
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圖3是在相同的系統中輸入具有實音性質的脈波訊號之後的概念圖。
高音喇叭與低音喇叭都會輸出脈波應答波,但這種應答波卻無法像正弦波般地順利合成。喇叭單體越多,這樣的情況也就越嚴重。
木箱也同樣地會受到脈波的振動,即使訊號結束後仍會持續振動。而且這樣的聲音與原來的訊號毫不相關。若將訊號結束當下所發生的這個與原來訊號毫不相干的聲音考量為失真的話,其失真的程度可說是無限大。
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