#Peak VS RMS

本文解釋了為什么說現(xiàn)如今對于“峰值性能”的追求是對音頻設備其性能衡量標準的一種倒退。

『人耳對高峰值因數(shù)波形削波不是很敏感』

在過去的幾十年里，閱讀音頻技術的進步是我人生的一種享受。雖然一些現(xiàn)代技術的先進性是驚人的，但不要忘記很重要的一點，即這些技術的本質是服務于為工作。

音頻表頭已經(jīng)發(fā)明了將近一個世紀，表頭捕捉的主要有兩種波形——Peak和RMS。通常來說，監(jiān)測Peak用來評估保真度，RMS用來評估產(chǎn)能的效力。響度是人類主觀感知的一個復雜特征，與RMS信號電平有關。其實（希望）每一代人都能有所發(fā)現(xiàn)，并且盡早意識到，人類對高峰值因數(shù)波形的削波，比如語言、和音樂中所出現(xiàn)的輕微或中度的削波，都不是很敏感。

舉例☟

仔細看一下圖1中所示的波形。這條音軌中所包含的峰值能夠達到滿刻度，并且峰值與RMS之比（峰值因數(shù)）為20dB。人們可能會認為，這些峰值內容的重現(xiàn)對于高度還原聲音（高保真）來說是至關重要的。圖2顯示了同樣的波形，但峰值是被削波處理（不是限制器）了6dB的，峰值因數(shù)降低到14dB。

▲圖1：一段原始的（未經(jīng)壓縮的）音樂，峰值因數(shù)為20dB

▲圖2：一段經(jīng)過削波的音樂，峰值因數(shù)為14dB

你可以試聽一下這兩段素材，第一段是原始波形。

你很難找到一個人能夠在盲聽測試中準確區(qū)分出這兩種波形的聽感差異。為什么呢？下個部分讓我們來了解關于峰值的一些事實。

『短時的峰值對于一段聲音的重現(xiàn)不是那么重要』

◉波形的峰值只有很少的能量內容，由于持續(xù)時間很短，產(chǎn)生的能量很小，因此“峰值功率”概念是矛盾的。

◉人類聽覺在聲音感知方面有一個時間常數(shù)。通過設計，我們將隨著時間的推移將響度感知進行整合。一個300ms的片段聽起來會比一個30ms的片段更響，即使這兩個片段有著相同的振幅（圖3）。一個具有相同振幅的Dirac脈沖，幾乎是聽不到的。峰值對響度感知的貢獻非常小。

◉峰值節(jié)目表（PPM）和音量指示表（VU表）幾乎是同時被發(fā)明出來的。由于PPM表的積分時間為6-8ms，該設計本身即忽略了非常短的持續(xù)時間，使它比起“實際的”削波表更像是“可聽聞”的削波表。

◉峰值難以察覺，難以呈現(xiàn)，難以測量。近些年，我們才有儀器能準確的量化信號的峰值。上面的波形編輯器就是一個很好的例子。

◉有些發(fā)燒友都很偏愛真空管放大器帶來的聲音特性。這些放大器天生就有較差的峰值再現(xiàn)能力，它們對“峰值四舍五入”的操作甚至被描述為增添了“溫暖感”。

▲圖3：一個Dirac脈沖，30ms正弦激勵，和300ms正弦激勵。這三種信號都有著完全相同的振幅（峰值電平），但RMS電平卻不同。

結論來了...☟

峰值電平是可有可無的嗎？不管你喜不喜歡，短時的峰值對于一段聲音的重現(xiàn)并不是那么重要。從直覺上看，它似乎很重要，但事實上峰值并不重要。50年前人們對這一點的理解比現(xiàn)在更好，我的依據(jù)是什么呢?

—一些模擬調音臺制造商提倡的輸出電平應超過30dBu，原因是能為+4dBu的RMS電平提供更多的“峰值空間”。

—一些功放制造商正逐步恢復使用的“峰值功率”參數(shù)，恰恰是上世紀末聯(lián)邦貿(mào)易委員會(Federal Trade Commission)所禁止的，因為他們認為這是一個欺騙性的商業(yè)行為。

—目前有一種正在醞釀中的噪聲波形的測試標準，該標準聲稱“對于揚聲器系統(tǒng)的線性峰值SPL的測量，它能夠比現(xiàn)存的任何測量方法都更精準”

這種做法確實能生成更大的功率數(shù)值，但對單純的消費者而言其實是一種營銷策略。更多就是更好嗎？不一定�；�于峰值功率的系統(tǒng)，為了重現(xiàn)圖1的波形，將選擇一個足夠大的功放，其功率要比重現(xiàn)圖2的波形要高出四倍。然后我們已經(jīng)建立了一個概念，這兩種波形聽感上并沒有可察覺的差異！

『對于“峰值性能”的追求是對音頻設備
其性能衡量標準的一種倒退』

►揚聲器額定功率

揚聲器的額定功率是一個熱極限，基于熱學標準，比如功率壓縮。它是驅動信號的RMS特性，會在揚聲器中產(chǎn)生熱。為了找到揚聲器的熱極限，通常是使用一個2:1峰值因數(shù)（6dB）的削波波形，并形成與音樂節(jié)目一致的頻譜，來驅動起揚聲器單元。這就允許一個更高RMS電壓由功放產(chǎn)生。在波形中增加短時峰值不利于確定揚聲器的額定功率，因為在揚聲器到達熱極限之前，這將使得功放長期處在削波狀態(tài)。即使一臺功放的額定功率為5kW（如果有這種功放的話），如果峰值余量為17dB（如圖4），也只能輸出40Vrms的電壓。

▲圖4：CAFViewer低阻計算器中設定一臺5kW（僅為理論�。┑墓Ψ牛琑MS電壓不足以為許多揚聲器產(chǎn)生功率壓縮。功放會有意的對測試波形削波處理，從而得到更高的RMS電壓。

►功放的額定功率

功放的額定功率也沒有什么不同。功率是一個“比率”，因此需要時間來進行評估。根據(jù)功率的定義，1瓦等于1秒內做功1焦耳的能量，任何少于1秒的時長都不足以評估能量。你不能從一副快照中判斷一輛汽車的速度。出于同樣的原因，你無法從峰值確定功放的功率。打造出各種音頻功率標準的人們應該能很好地理解這一點。我編譯了一個表格（圖5）。請注意，任何功率放大器功率測評的標準，其最小周期都是一分鐘，有些標準更長�！胺逯倒β省焙汀绑E發(fā)功率”都是矛盾的，因為這些波形由于其高的峰值因數(shù)，而不會產(chǎn)生太多的功率。CEA-490中規(guī)定了一項能夠顯示功率放大器短時性能的參數(shù)，表示功率放大器連續(xù)輸出（1分鐘）正弦波所產(chǎn)生的額定功率之上的“動態(tài)余量”。但這一參數(shù)如若脫離正弦波1分鐘測量參數(shù)而單獨討論，則是沒有意義的。

▲圖5：音頻功率放大器的功率測量標準

結論

我們已經(jīng)有幾十年的經(jīng)驗，可以很容易的確定功率放大器Peak和RMS的性能，但請不要忘記前人所做的工作�，F(xiàn)代人對“峰值性能”的癡迷，意味著無論對于音頻設備的衡量標準而言，還是對產(chǎn)品性能的指標而言，都將是一種發(fā)展的倒退。音頻產(chǎn)品的長期和短期性能都有其相應的量化標準，我們只需要使用它們即可。

“那些不記得過去的人，注定要重蹈覆轍�！�

——George Santayana