音箱的非线性失真与音质之间的关系
之前讲过的虚拟耳机实验中提到的，不论是双耳录音方法还是虚拟耳机方法都从侧面说明了相比于频响而言非线性失真并不是影响耳机音质的主要因素，甚至对耳机的音质完全没有影响。
另一方面则是因为，耳机的频响曲线都很不标准，与目标曲线（不论是哈曼曲线还是diffuse-field）相比差距都比较大，并且几乎不可能符合某个具体听音者的HRTF。
与此同时，现有的实验也证明，非线性失真（包括总谐波失真THD、互调失真IMD、Multitone Distortion、以音乐为测试信号的非相干失真）对于耳机的主观音质影响并不大，甚至可能是无关的。
这个实验由SoundCheck公司和哈曼国际联合完成。被测耳机包括AKG K701、STAX009、Beats Studio等。
实验依旧采用双耳录音方法，把所有耳机用数字滤波器调成相同的频率响应，在极低失真的STAX009上播放具有不同失真的其他耳机的录音。反复快速切换不同耳机的录音保证AB对比盲听结果的有效性。
这个实验的亮点在于，不但讨论了THD与IMD的影响，还讨论了Multitone Distortion和以音乐为测试信号的非相干失真。其中，以音乐为测试信号的非相干失真更能体现不同耳机实际播放音乐时的非线性失真差异。
实验结果表明，除了某个耳机具有可闻的失真、主观评分明显低于其他耳机以外（你们应该能猜到那个耳机是什么，这才是真正的音乐），其他耳机的主观评分均比较接近。
所以，基于以上众多实验结果（入耳式与头戴式虚拟耳机验证、入耳式与头戴式双耳录音实验、非线性失真可闻性实验），对于大部分耳机而言，非线性失真并不是一个影响音质评价的可靠因素，甚至完全不会影响音质。这一结论其实也建立在整个行业的水平之上，大多数耳机的非线性失真足够低，满足人耳可听的阈值，行业内只有少数耳机会超出这个阈值，造成可闻的非线性失真。（但是对于这个阈值本身是多少仍在探索中）
我们听到的音质音色不止受到非线性失真影响，也受到线性失真影响。频率响应距离目标曲线的偏差（凸起或者凹陷）的Q值较小时，会直接改变某个乐器整体的能量变化导致三频分布不均衡。但当Q值较大时，则只会改变乐器的谐波分布中某个谐波的能量变化（当然这与音调也有关），进而造成音染或者可闻失真。从这个角度来讲，音箱相比于耳机更容易做到HiFi和好音质。
但对于音箱而言，是否也有类似的结论呢？
这里就不得不提到一位叫Alexander Voishvillo的大师。
哈曼国际有4位首席声学专家（Fellow Engineer），Sean Olive博士大家都很熟悉了，他是Senior Fellow，相当于EVP（exclusive vice president），另外一位大师就是Alexander Voishvillo，当然，他同时也是国际音频工程协会AES的Fellow。
Alexander Voishvillo博士出生自俄罗斯圣彼得堡，如果熟悉扬声器设计的朋友，应该了解，大部分关于号角高音和压缩单元的专利都是JBL的，而JBL的大部分号角高音和压缩单元的专利其实都是他的。
这位大师早在2004年就发表了一篇长达26页的关于扬声器非线性失真的论文。
同年，哈曼国际（Sean Olive）的关于音箱主观音质的预测模型实验以及先前Klippel的实验有以下结论：
非线性失真对音箱主观感受的影响没有考虑到我们的模型中。除了第一部分报告的一两个案例外，听音者没有将非线性失真作为他们主观评分的影响因素。在Floyd Toole和klippel进行的其他大型扬声器研究中，两位作者得出结论，几乎所有的听音者主观音质评分的变化都可以用频率响应来解释。然而，非线性失真仍然是一个影响因素，并且不应该被忽视。
该实验所描述的频率响应不只是我们常见的轴向频率响应，还包括听觉窗口频率响应、早起反射声频率响应以及总声能频率响应等。
而作者Sean Olive本人也承认这个实验具有一定的局限性。The model doesn't include variables that account for nonlinear distortion . 并且，因为被测试的70款音箱均属于阻抗相对正常的家用音箱。就我个人的工作经验而言，对于阻抗过低的扬声器例如没有boost芯片功放的车载音响低音炮（低阻抗双线圈并联），阻抗对于低频的影响是可闻的。
与此同时，低频的频率响应本身与THD也是联动的，因为通常扬声器单元的谐振频率越低，低频频率响应的截止频率以及低频部分的THD也就越低。
而对于结论中的“然而，非线性失真仍然是一个影响因素，并且不应该被忽视。”这句话。Alexander Voishvillo博士的实验则可以视为一种很好的补充。
由于这篇文章实在太长，并且中间充满了大量不明觉厉的公式（作者通过理论推导出了各种侧测试信号的测试结果，并通过实验验证）。。。
当我看到这些公式的时候，我的内心是一脸懵逼。。。
我相信你们也是一脸懵逼。
直接说结论吧：
由于扬声器非线性的复杂性和人类听觉系统对受非线性失真污染的音乐信号的反应的复杂性，传统的非线性失真测量没有与人耳听觉系统主观感知音质相关的可靠和公认的阈值。由于复杂非线性系统（如扬声器）的动态反应不能从其对简单测试信号（如扫频音）的反应中推断出来，因此以扬声器对这些信号（总谐波失真THD、谐波失真组成和双音互调失真）的反应表示的阈值可能无效。提出了一种测量扬声器非线性失真的最佳方法的要求。测量扬声器非线性的最佳方法必须是信息性的，即必须获得足够的不同阶次非线性的客观信息。绘制的测量结果必须具有清晰的解释，并且易于理解。测量数据必须得到心理声学的支持，这样才意味着所提供的结果与预期的声音质量之间应该存在明确的关系。
首先，某个测试信号所测量的指标的阈值是否有效与这个指标本身是否有效是两个概念。
其次，测量扬声器非线性的最佳方法必须是信息性的，这点在开篇关于耳机非线性失真对主观音质的实验中有补足，使用音乐信号来测试失真更接近或者等同于真实使用场景。
在扬声器等非线性系统中，如果再现音乐信号，互调失真大于谐波失真。谐波可能无法定量测量扬声器中的非线性失真，特别是在非线性失真可听性的情况下。然而，谐波失真测量提供了有价值的信息，举例说明了某些阶次谐波非线性的作用。宽谱谐波和高阶次谐波可能表现出扬声器故障，如音圈擦圈。
在所有调查和模拟的方法中，在失真可听性的背景下，Multitone测试似乎是评价扬声器大信号性能和非线性失真测量的最可行的方法。然而，谐波失真和传统的双音互调失真不应从标准特性列表中删除。THD是一种较低分辨率的非线性测量方法，但仍可以用于同类扬声器的比较。Multitone测试有利于互调失真测量和最大SPL检测。此外，Multitone测试有利于扬声器质量把控测试。设定任何与客观测试和非线性失真可听性相关的边界都需要广泛的计算机模拟和相关的心理声学测试。如果没有客观参数和主观参数之间关系的信息，测量数据只能告诉我们一个扬声器有或多或少的非线性失真。从失真可听性的角度来看，这种差异有多重要的问题仍然没有答案。
限于论文的时代背景（2004年），9102年，我认为音乐信号是一种比Multitone更具有可信度的测试信号。
再重复以下，某个测试信号所测量的指标的阈值是否有效与这个指标本身是否有效是两个概念。
因为以往的扬声器研究表明，非线性失真和相位失真的可听性取决于许多因素，包括测试信号、失真发生的频率范围和设备的输入信号电平。
Alexander Voishvillo, Alexander; Terekhov, Eugene Czerwinski, and Sergei Alexandrov, Sergei Graphing, “ Interpretation, and Comparison of Results of Loudspeaker Nonlinear Distortion Measurements”, J. Audio Eng. Soc., vol. 52 Issue 4 pp. 332-357; (April 2004).
Flanagan, Sheila; Moore, Brian C. J.; Stone, Michael A. Discrimination of Group Delay in Click-like Signals Presented via Headphones and Loudspeakers, JAES Volume 53 Issue 7/8 pp. 593-611; July 2005
Hideo Suzuki; Shigeru Morita, Takeo Shindo, “On the Perception of Phase Distortion” JAES Volume 28 Issue 9 pp. 570-574; September 1980.
关于THD与Multitone测试，我在很久之前的智能音箱和蓝牙模块测试中也有提到过。
最后总结一下我的个人经验，对于音箱而言，THD越低越好，但有些情况仍需要主观评价来判断。
而在此我想强调一点，有些结论只适用于音箱，有些结论只适用于耳机，有些结论同时适用于耳机和音箱。（为什么总是推荐扬声器设计手册，因为了解单元的一些基本原理更有助于理解什么时候什么情况下适用什么结论）。不要强加因果，用只适用于一个领域的结论去强行解释另一个领域。也不要强行把本来同时适用多个领域的结论解释为只适用这个领域而不适用其他领域。
比如说这篇文章提到的关于频响与音质的评价，就只适用于单体与立体声。对于多声道系统尤其是多声道音乐系统，混淆FSB频响与单体频响强行解释，这样的现象不止出现在发烧友，也出现在一些行业内的场景。
在比如，某些理论会随着技术的进步而不断更新，但这不代表玄学就能变成科学。
有些人会声称自己相信科学，并把他们的“魔法”描述成科学。部分原因是声学表面上看起来很简单，但实际上有很多复杂的东西更难学习和理解。所以当面对可以证明他们的信仰是有缺陷的证据时，他们能做的只是矢口否认！
