規格表上的數字有兩種讀法。一種是比大小——這幾乎總是誤導。另一種是問「這個數字在什麼條件下取得、它涵蓋了哪些誤差、以及它的量級落在可聞閾值的哪一側」。這篇處理第二種讀法。
幾個定義,以及為什麼條件比數字重要
**THD(總諧波失真)**只計算基頻的整數倍諧波成分:
THD = √(V₂² + V₃² + V₄² + …) / V₁
THD+N 把基頻以外的一切都算進去——諧波、雜訊、電源哼聲、非諧波雜散:
THD+N = √(全訊號² − 基頻²) / 全訊號
SINAD 是同一件事的倒數,以 dB 表示:
SINAD (dB) = −20·log₁₀(THD+N)
換算表:
| THD+N | SINAD |
|---|---|
| 1% | 40 dB |
| 0.1% | 60 dB |
| 0.01% | 80 dB |
| 0.001% | 100 dB |
| 0.0003% | 110 dB |
| 0.0001% | 120 dB |
沒有標註條件的 THD+N 數字沒有意義。 至少要問四件事:
- 量測頻寬。 20 Hz–20 kHz 還是 20 Hz–90 kHz(Audio Precision 的預設)?對一台 delta-sigma DAC 而言,90 kHz 頻寬會把整形後的超音頻雜訊全部算進去,數字可能難看 10 dB 以上。兩個數字都對,但不能互相比較。
- 加權。 A 加權模仿人耳在低音量下的等響曲線,會壓低低頻與極高頻的雜訊貢獻,通常讓數字好看 3 dB 左右。
- 輸出電平。 THD+N 是比值,滿刻度輸出時分母最大、數字最好看。廠商標的多半是最佳點。
- 負載。 擴大機在 8 Ω 與 4 Ω、耳擴在 300 Ω 與 32 Ω 的表現可以差一個數量級。未標負載的擴大機失真數字等於沒標。
SNR 與 DNR也有陷阱。DNR(動態範圍)的標準量法是在 −60 dBFS 訊號下量測後回推 60 dB——這樣做是為了避開元件在滿刻度附近的失真,只反映雜訊底。所以同一台機器的 DNR 常常比 SNR 好看,這不是造假,是不同的量測定義。
IMD:比 THD 更接近音樂的失真
諧波失真只用單一正弦波測。但音樂是多個頻率同時存在,非線性會讓它們互相產生和頻與差頻——這是互調失真(IMD),而它的產物不落在基頻的整數倍上,因此聽起來遠比諧波刺耳(諧波至少與基音有和諧關係)。
兩種標準測試:
SMPTE IMD:60 Hz 與 7 kHz 以 4:1 的振幅混合。低頻大訊號把元件推到工作區的邊緣,觀察它對高頻小訊號的調變——這對電源餘裕、偏壓穩定性、熱調變特別敏感。
CCIF / DIN 雙音:19 kHz 與 20 kHz 等振幅。二階非線性產生 1 kHz 的差頻,落在聽覺最敏感的區域。這個測試對 DAC 特別有診斷價值,因為它同時暴露重建濾波器的不足(鏡像產物)與下游對超音頻內容的處理。它也正是 數位音訊基礎裡「超音頻內容造成可聞失真」那個機制的量化版本。
多音(multitone)測試用數十個非諧波關係的音同時播放,一次看到整個頻譜上的失真與雜訊。它最接近音樂的複雜度,也最能暴露單音測試看不見的問題。
單一數字的盲點:諧波的階次
兩台機器的 THD 都是 0.01%,聽起來可以完全不同——因為失真的組成不同。
二次諧波是高八度,三次諧波是高八度加五度。這些與基音有和諧關係,人耳對它們的容忍度很高(電子管放大器與類比錄音的「溫暖感」大部分來自可觀的偶次諧波)。而七次以上的高階諧波與基音構成不和諧音程,在同樣的電平下刺耳得多,且它們往往來自回授不足或交越失真這類「硬」的非線性。
所以一台 0.1% 幾乎全是二次諧波的機器,可能比一台 0.01% 但頻譜上散布高階諧波的機器聽起來更乾淨。這是 SINAD 單一數字的真實限制,也是為什麼認真的量測都會附上 FFT 頻譜圖——圖上看得到諧波的階次分佈,數字看不到。
值得注意的是,這個限制不是「量測沒用」的論據,而是「要看對的量測」的論據。頻譜圖是量測,不是聽感。
可聞閾值:能說的與不能說的
這一節必須誠實:支撐這些數字的實驗基礎比引用頻率所暗示的薄弱得多。 多數經典研究樣本小、年代久、用純音或簡單訊號而非音樂。以下數字應視為量級指引,不是精確門檻。
| 誤差類型 | 大致可聞閾值 | 證據強度 |
|---|---|---|
| 寬頻頻響偏差 | 直接對比下約 0.3–0.5 dB | 較強;頻響是最可靠的可聞量 |
| 窄頻/單點頻響 | 約 1–3 dB(依 Q 值) | 較強 |
| 低階諧波失真(音樂) | 約 0.5–1% | 中等 |
| 高階諧波失真 | 顯著更低,可能 0.05% | 弱;缺乏系統性研究 |
| IMD | 低於同量級的 THD | 中等 |
| 雜訊 | 絕對值,取決於換能器靈敏度與隔音 | 強(可直接計算,見 輸出阻抗與增益) |
| 抖動 | 數十奈秒量級(正弦抖動+純音);音樂訊號下更高 | 弱;少數研究、小樣本 |
抖動那一行值得停下來看。 文獻上的可聞閾值在奈秒量級,而市場行銷的競爭發生在皮秒到飛秒量級——中間隔了三到四個數量級。這不代表較低的抖動「沒有好處」,而是說:在 1 ps 與 100 fs 之間做選擇,落在任何已知的可聞閾值之下一千倍以上。
同樣的量級對照可以套用在整個領域。SINAD 從 100 dB 提升到 120 dB 是二十倍的失真降低,而 100 dB 對應 0.001% 的失真——已經比最好的耳機低兩個數量級。這個提升在工程上真實、在聽覺上不可及。
為什麼量測相同的東西聽起來不同
這是這個領域最有價值的一個問題,而它有五個各自成立的答案,順序大致按出現頻率排列。
一、音量沒有匹配。 大約 0.2–0.5 dB 的音量差異就足以讓人穩定地偏好較大聲的那一個,而且受試者不會意識到那是音量差異——他們會描述成「更有力」「細節更多」「動態更好」。這是聽感比較中最強的單一混淆因子。不同機器的增益幾乎不會恰好相同(平衡輸出通常比單端高 6 dB),所以未匹配音量的比較幾乎必然產生「差異」。
二、比較不是盲的。 期望效應在聽覺實驗中被反覆證實且量值很大。知道價格、知道品牌、知道哪一台是「升級」,都會系統性地改變報告的聽感。這不是意志力的問題——它發生在知覺層面,受試者是誠實的。
三、量測的項目不涵蓋實際差異。 標準量測用穩態正弦、固定電阻負載、室溫、短時間。它不涵蓋:真實喇叭的複阻抗負載下的行為、長時間工作的熱漂移、大訊號後的恢復、電源在動態負載下的下陷。「量不到」的合理版本是「現行標準項目量不到」,而這是一個對量測方法的批評,不是對量測本身的否定。
四、真實差異被歸因給錯誤的原因。 這是最常見的。輸出阻抗造成 3 dB 的低頻隆起(真實的、可聞的),被歸因給「DAC 晶片的音色」。NOS 造成 20 kHz 掉 3.2 dB(真實的、可聞的),被歸因給「時域更自然」。現象是真的,機制被搞錯了——而搞錯機制會導致無效的下一步升級。
五、下游主導。 換能器與房間的誤差比電子端高三到四個數量級。在一個房間駐波造成 ±10 dB 起伏的環境裡,兩台 SINAD 差 15 dB 的 DAC 之間的差異在物理上不可能浮現。
實用的判讀順序
給定一份量測資料,按這個順序看,資訊量遞減:
- 頻響——包括在你的實際負載下的頻響。這是唯一經常達到可聞量級的項目。對耳擴,等價於輸出阻抗(配上你耳機的阻抗曲線就能算出頻響偏差)。
- 雜訊與增益結構——用你換能器的靈敏度換算成 dB SPL,直接判斷會不會聽到嘶聲。
- 失真的 FFT 頻譜(不是單一 SINAD 數字)——看階次分佈與有無電源哼聲、雜散。
- 負載相依性——擴大機在你的實際阻抗下的表現。Class D 尤其需要看。
- 單一 SINAD 數字——放最後。它超過約 100 dB 之後,繼續增加不改變任何可聽到的東西。
對「量測不能代表一切」的公允回應
這句話有一個成立的版本與一個不成立的版本。
成立的版本:現行的標準量測組合可能不完整。它們是為了穩態、線性、時不變系統設計的,而真實器材在真實負載下並非完全如此。提出新的量測項目是正當且有價值的工作。
不成立的版本:「有些東西本質上無法量測。」聲音是空氣壓力隨時間的變化,麥克風的解析度遠超人耳,且量測可以做到人耳做不到的事(分離、重複、任意放大)。若一個差異能被聽到,它必然存在於壓力波形中,因此原則上可被記錄與分析。
實務上的判準是舉證責任:主張某個差異存在的一方,需要提供(a)一個物理機制,說明它在鏈上哪個方塊產生、以及(b)一個經過音量匹配的盲測結果。 兩者缺一,都還沒有到需要質疑量測的階段。
而至今——這一點值得直說——沒有人提出過一項新的量測項目,能通過「與音量匹配盲測結果相關」的檢驗。 這不證明不存在,但它是目前證據的實際狀態。
一句話重點
量測數字必須連同頻寬、加權、電平、負載一起讀,FFT 頻譜比單一 SINAD 有資訊量得多;而在頻響、雜訊、失真、抖動這四項裡,只有頻響與雜訊經常落在可聞範圍——失真與抖動在現代器材上通常低於可聞閾值兩到三個數量級。
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