什么是“頻響曲線”
“頻響曲線”分解：“頻”指“頻率”，在聲音表現(xiàn)中同“音調(diào)”；“響”則可以看作是揚(yáng)聲器系統(tǒng)（機(jī)械和電性）對輸入電信號中“頻”轉(zhuǎn)換成聲能的響應(yīng)。而這種響應(yīng)，由麥克風(fēng)接收并經(jīng)測試儀器運(yùn)算后以dB SPL對數(shù)值的形式呈現(xiàn)出來。當(dāng)很多個(gè)“頻”的響應(yīng)值連在一起，就成了有峰有谷的“曲線”，這種曲線稱作為頻率特性響應(yīng)曲線，簡稱頻響曲線。 音箱與頻響曲線 音響系統(tǒng)或音箱產(chǎn)品的頻響曲線是否要求平直？很多人在這個(gè)問題上爭論，爭論的焦點(diǎn)往往在于：好聽的不一定平直，平直的不一定好聽
音箱或者音響系統(tǒng)的頻響曲線要求平直，到底是為什么呢？ 音箱或者音響系統(tǒng)的頻響曲線平直，其中的含義在于告訴用戶，這個(gè)音箱或者系統(tǒng)，在某種條件下，對于輸入進(jìn)來的信號，在各個(gè)頻段上的表現(xiàn)力（也就是對不同頻段聲音的增益量）都是大致相同的，既不突出（提升）哪些頻段，也不虧待（衰減）哪些頻段。你原來是多少，我就給你表現(xiàn)出多少。而曲線不平直的音箱或者系統(tǒng)呢，就是會(huì)在某些頻段上的增益量不一致，對某些頻段的表現(xiàn)過強(qiáng)（曲線上突出的地方，增益量大了）或者過弱（曲線上凹陷的地方，增益量小了）。如圖：
比方說某個(gè)音箱在80赫茲附近的曲線比較突出，那么就說明，這只音箱對于80赫茲附近的頻段表現(xiàn)力過強(qiáng)了，如果播放音樂，那么貝司的聲音就會(huì)感覺重了。或者某只音箱的曲線在1000赫茲附近有凹陷，那就說明這只音箱對于1000赫茲附近的頻段表現(xiàn)力弱了，對輸入進(jìn)來的信號中1000赫茲附近的頻段輸出的聲壓降低了，出來的聲音也不是原來那樣了。
頻響曲線的平直度如何，其實(shí)就是告訴你這只音箱或者音響系統(tǒng)對于不同頻段的聲音信號的增益量差異。曲線越平直，就說明音箱或者音響系統(tǒng)各個(gè)頻段的增益量就越接近相同。但是，音箱或系統(tǒng)對于輸入的信號的各頻頻段增益量相同與好不好聽并不是畫等號的。為什么呢？因?yàn)樵鲆媪肯嗤皇潜磉_(dá)了對輸入信號中各個(gè)頻段的的聲音的放大量相同，比如某個(gè)系統(tǒng)對全音頻中各個(gè)頻率的增益量都是30分貝，你發(fā)出1000赫茲的聲音，聲壓級是80分貝，音箱發(fā)出的1000赫茲的聲音的聲壓級就是80+30=110分貝。你發(fā)出的2000赫茲的聲音的聲壓級是60分貝，那么音箱播放出來的2000赫茲的聲音的聲壓級就是90分貝。沒有經(jīng)過系統(tǒng)放大的時(shí)候，你發(fā)出的1000赫茲的聲音和2000赫茲的聲音的聲壓級相差20分貝。那么通過這個(gè)對各個(gè)頻段的增益量相同的系統(tǒng)，由音箱發(fā)出的1000赫茲的聲音和2000赫茲的聲音的聲壓級同樣是相差了20分貝，隊(duì)形保持不變，呵呵。但是，如果你這個(gè)系統(tǒng)對于1000赫茲的增益過大（曲線上突出了），不是30分貝而是40分貝，而且對于2000赫茲的增益量偏低（曲線上凹下去了），不是30分貝而是是20分貝。那么原本你發(fā)出的80分貝聲壓級的1000赫茲的聲音，通過系統(tǒng)后，就發(fā)出了120分貝的聲音，而原本你發(fā)出的60分貝2000赫茲的聲音，通過系統(tǒng)后，就發(fā)出了80分貝的聲音。經(jīng)過系統(tǒng)前的1000赫茲和2000赫茲的聲壓級差異是20分貝，經(jīng)過系統(tǒng)后1000赫茲和2000赫茲的聲壓級差別就變成了40分貝，這就不是原本的差異了，隊(duì)形變了，這也是屬于一種失真。所以頻響曲線是否平直，只代表了某只音箱或者某個(gè)系統(tǒng)對于各個(gè)頻段的聲音的音量表現(xiàn)是否大致相同而已，而于音質(zhì)無關(guān)。 至于好不好聽，首先你的系統(tǒng)要在各個(gè)頻段上的對于輸入信號的增益量要大致相同（也就是曲線盡量平直），這樣才能把原始信號中的各個(gè)頻段的聲音大小的比例放大后還原出來，起碼是該強(qiáng)的要強(qiáng)，不該強(qiáng)的就要弱。能夠真實(shí)反應(yīng)聲音的強(qiáng)弱了，這才算是個(gè)好的基礎(chǔ)。要想好聽，更重要的是在音質(zhì)上做文章。音質(zhì)爛了，再好的系統(tǒng)也是表現(xiàn)出爛的聲音，不信你弄個(gè)牛B的音箱，用個(gè)幾十塊的MP3輸入到調(diào)音臺，并且把調(diào)音臺輸入增益開到頭，播放從網(wǎng)上下載的MP3格式的音樂，聽聽出來的聲音試試。而音質(zhì)，是內(nèi)在的東西，就不單單是曲線平直的問題了。曲線平直，只是表達(dá)了系統(tǒng)對音量的還原。那么對音質(zhì)的還原，估計(jì)就是理想化的東西了。比如人家用史坦威鋼琴用DPA話筒錄制的鋼琴曲，要通過音響把質(zhì)感完全還原出來，那幾乎是不可能的事情了。這就好比你聽人家在你旁邊拉小提琴，和你在音箱旁邊聽同樣的人演奏的小提琴曲一樣，就算你用了再好的音響，聽起來總會(huì)有差異的。這就牽扯到音質(zhì)還原度和聲場還原度的問題了，而這些還原度那就不是說誰能用曲線表達(dá)了。而音質(zhì)的高低，那就跟你的用料，你的工藝，設(shè)計(jì)師的技術(shù)和藝術(shù)修養(yǎng)有很大的關(guān)系了。大師用白玉雕琢的藝術(shù)品，跟街頭工匠用石膏倒模出來的東西看起來能一樣嗎？ 反過來說曲線平直，曲線平直就是系統(tǒng)或設(shè)備對輸入信號中各個(gè)頻段的音量強(qiáng)弱的還原度高。作為音響，這只是個(gè)基礎(chǔ)性的指標(biāo)，但是也是很重要的指標(biāo)。比如一個(gè)音量還原度好的音響系統(tǒng)，輸入的音源信號本身高中低等等各個(gè)聲部音量比例和諧（比如錄音大師錄制的音樂大師級的作品，好像什么發(fā)燒天碟之類的。），通過音箱還原出來自然就感覺和諧。如果輸入的信號是個(gè)只會(huì)狂喊亂叫的卡拉OK級別的歌手演唱的歌，原本就唱得就高中低音不和諧，從高還原度的音響系統(tǒng)出來那自然也不和諧。但是，還原度不好的系統(tǒng)，比如頻響曲線在低頻突起，中高頻又有點(diǎn)凹陷的，可能把原本不是很強(qiáng)的貝司變強(qiáng)了，把本來該強(qiáng)的小號變?nèi)趿耍シ旁靖髀暡恳袅亢椭C的作品可能變得不和諧。但是，如果碰巧碰上本來把樂手把該強(qiáng)的貝司音彈弱了，或者把本來該弱的小號音吹強(qiáng)了的情況，負(fù)負(fù)得正，播放原本音量不和諧的作品，用這種還原度低的音箱可能反倒比還原度更高的音箱更和諧動(dòng)聽了。 另外， 對于音響產(chǎn)品而言，其實(shí)不光是音箱，功放、調(diào)音臺以及其他周邊設(shè)備，都有頻響曲線。按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都要求這些設(shè)備在未做調(diào)整的情況下，都要有平直的頻響曲線，目的就是要求這些設(shè)備首先要盡可能對信號的特性中的音量強(qiáng)弱保持忠實(shí)還原的態(tài)度。假若你使用的均衡器，在沒有調(diào)整，推子都打平的情況下，頻響曲線就在80赫茲的地方高了，在1000赫茲的地方又低了，你還會(huì)要它嗎？ 耳機(jī)與頻響曲線
過頻響曲線看耳機(jī)的好壞不太容易。 耳機(jī)音膜中心為低頻邊緣為高頻。 頻響曲線的低頻端為下降趨勢，為了獲得更多的低頻動(dòng)能，因此耳機(jī)中心的球形設(shè)計(jì)是為了增大他的表面積而獲得低音，耳機(jī)中頻的頻響曲線比較平坦，是因?yàn)橐裟け砻娴穆菪隣罴y路。 耳機(jī)高頻端的頻響曲線上有一個(gè)大鋸齒，是因?yàn)橐裟み吘売幸粋�(gè)軟環(huán) 是為了增加音膜彈性，因此軟材料的共振頻率下降，過了軟環(huán)到了粘接邊緣材料變硬，共振頻率上升，形成一個(gè)大鋸齒。每個(gè)耳機(jī)都有無法避免。 耳機(jī)高頻端的頻響曲線上有很多小鋸齒，音膜支架和音膜邊緣粘接有毛刺。和耳機(jī)制造工藝有關(guān)，如果支架和音膜一體化就不會(huì)有該問題。 知道了上述情況，我們在選擇耳機(jī)時(shí)注重他的頻響曲線，低端增益要大，高頻端小鋸齒要少，中頻要平。 音質(zhì)與頻響曲線
影響音質(zhì)的因素太多了。 首先來看看什么叫音質(zhì)。音質(zhì)指的是實(shí)際聲波與原始波形的接近程度，即回放出來的實(shí)際聲波與原音頻文件所保存的波形越接近，則音質(zhì)越好。假設(shè)有一個(gè)音頻文件 A.wav，又有一個(gè)理想的錄音設(shè)備，它可以將空氣中的聲音毫無損失地錄下來，存為 B.wav，則這個(gè) A.wav 與 B.wav （從時(shí)域和頻域上都）越接近越好。 對一個(gè)系統(tǒng)（設(shè)備）來說，幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)在一起才構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)，而一般說的頻響曲線只是指幅頻響應(yīng)。 一個(gè)音頻文件從手機(jī)里播放到被人聽到需要經(jīng)過哪些影響音質(zhì)的過程。大致過程是這樣的：音頻文件 -> 操作系統(tǒng)的混音器（Mixer）-> 操作系統(tǒng) DSP 算法（音效、重采樣，可能會(huì)用到 DSP 芯片）-> DAC -> 放大器 -> 耳機(jī)/音箱 -> 空氣 -> 人耳。 鑒于空氣和人耳是無法控制的，所以只研究到音箱/耳機(jī)出來的聲音。這前面幾乎每一步都會(huì)影響音質(zhì)。 首先是操作系統(tǒng)的混音器，它負(fù)責(zé)的是將系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)播放聲音的程序混合到一起，從而可以使各個(gè)程序同時(shí)發(fā)聲而不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)程序?qū)⑤敵鲈O(shè)備獨(dú)占而其他程序不能發(fā)聲的情況。表現(xiàn)在代碼上也就是做加法，把各個(gè)程序的輸出加起來。如果只有一個(gè)程序在播放音樂那還好，但手機(jī)還要處理鈴聲和提醒聲音等。加法是怎么做的呢？這取決于算法。如果是定點(diǎn)的加法，為了保證加完的值不會(huì)溢出，會(huì)先對兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行右移再相加。浮點(diǎn)的情況更為復(fù)雜，而且因?yàn)楝F(xiàn)有大多音頻文件都是 16 位定點(diǎn)格式，所以還要經(jīng)過定點(diǎn)<->浮點(diǎn)之間的相互轉(zhuǎn)換，這個(gè)過程也會(huì)損失精度。總之，程序會(huì)通過犧牲精度來換取動(dòng)態(tài)范圍。而如果只有一個(gè)程序在輸出呢？別忘了還有個(gè)調(diào)節(jié)音量的東西吧，那個(gè)就是給波形上的每個(gè)點(diǎn)乘以一個(gè)增益值（gain），乘法過程也是會(huì)有精度損失的。總的來說，混音器這一步的精度損失無法避免。但手機(jī)上除了輸入和輸出過程，中間都是浮點(diǎn)運(yùn)算的，精度的損失一般不會(huì)超過 -90dB，一般是聽不出來的。 然后是 DSP 算法部分。音效（低音增強(qiáng)、增加空間感等）這一部分是主觀性的，不屬于「音質(zhì)」的范疇，就不討論了。假設(shè)所有音效都已關(guān)閉，那唯一剩下的就是重采樣。對手機(jī)來說，重采樣的存在是由于一個(gè) DSP 芯片往往只支持一種輸出采樣率，或者 DAC 只支持一種輸入采樣率，而大部分情況下這個(gè)采樣率是 48kHz。這是由于如果要支持不同采樣率，特別是像 44.1kHz 和 48kHz 這種不成整數(shù)關(guān)系的采樣率，需要配備頻率不同的晶振。由于各種原因，晶振產(chǎn)生 48kHz 的時(shí)鐘頻率更容易。然而，由于各種歷史原因，目前的大部分音樂都是 44.1kHz 的，因此會(huì)經(jīng)過一個(gè) 44.1kHz->48kHz 的重采樣。非整數(shù)倍的重采樣是會(huì)大大損失精度的，不要以為采樣率變高了音質(zhì)就會(huì)變好。不經(jīng)過重采樣直接輸出的才是最好的音質(zhì)。重采樣對音質(zhì)的影響取決于重采樣算法，劣質(zhì)的算法可以導(dǎo)致嚴(yán)重失真。
接下來是 DAC，即數(shù)模轉(zhuǎn)換器。這是對音質(zhì)影響十分顯著的一個(gè)模塊。DAC 的頻響也容易做到平直，但衡量 DAC 的音質(zhì)還需要參考許多其他參數(shù)。DAC 的好壞基本可以就看芯片本身的廠商及型號等，所以沒什么可說的。好的設(shè)備會(huì)用比較高端的 DAC。 然后是放大器。相對來說，這一部分還是比較容易做到平直的幅頻曲線的。但相頻則不一定。（ 目前放大器的頻響已經(jīng)很容易做到平直） 最后是耳機(jī)/音箱。通常來說，它們的幅頻曲線很難做到平直，這很大程度上是因?yàn)榘l(fā)聲單元所能發(fā)出的頻率高度與其尺寸成反比。所以根本不要指望耳塞式耳機(jī)能發(fā)出有效的低頻。這也是頭戴式耳機(jī)一般來說比耳塞式或者掛耳式的音質(zhì)更好的主要原因。而對于音箱來說，往往會(huì)采用二分頻、三分頻，甚至多分頻，即多個(gè)發(fā)聲單元負(fù)責(zé)不同的頻段，其中還會(huì)有濾波、處理頻段連接等問題。從整個(gè)音頻流來看，耳機(jī)/音箱才是對音質(zhì)影響最大的部分。你手機(jī)里放的全都是無損音樂、手機(jī)支持直接輸出 44.1kHz、DAC 用的是最好的芯片、放大器幾乎沒失真，結(jié)果你用了一副 50 元的街邊攤上買的耳機(jī)，那音質(zhì)就是個(gè)渣。 總的來看： 1.頻響曲線能不能反映音質(zhì)？ 能。理論上來說越平直的頻響曲線越好，系統(tǒng)響應(yīng)越接近于直通。但光看一個(gè)頻響曲線是十分不全面的。 2.放大器的頻響曲線在多大程度上決定了音質(zhì)？ 很少。 3.對手機(jī)來說，有哪些影響音質(zhì)的參數(shù)值得關(guān)注？ 混音器和重采樣算法，各個(gè)手機(jī)都一樣或差不多。 放大器，比較重要，目前手機(jī)的放大器已經(jīng)可以做到很好的系統(tǒng)響應(yīng)，所以大家都差別不大。 DAC，比較重要，看芯片型號。 決定性的環(huán)節(jié)還是在你的回放設(shè)備，用個(gè)好點(diǎn)的耳機(jī)或音箱比什么都有效。 其他常用的評價(jià)音質(zhì)的參數(shù)還有失真度、信噪比等。 音色與頻響曲線 從“頻”開始分析： 我們在不同樂器中會(huì)發(fā)現(xiàn)同“音調(diào)”（頻）的聲音，其“音色”卻不同，那么是什么因數(shù)決定了樂器音色呢？ 答：是因?yàn)椤耙粽{(diào)”（頻）里面包含的諧波成份不同。 我們知道，聲音是振動(dòng)產(chǎn)生的.而一個(gè)物體的來回振動(dòng)，幾乎不可能一直按照確定的周期來振動(dòng)。也就是說當(dāng)一個(gè)物體發(fā)聲的同時(shí)，還會(huì)發(fā)出很多不同頻率的波（諧波）。這許多不同頻率的波由于相位差很小（波之間相隔時(shí)間非常短），人是無法單獨(dú)分辨的，所以這些波會(huì)混合在一起給人一個(gè)整體的聲音感受，而這個(gè)感受就叫做音色。 有人質(zhì)疑，在實(shí)際的樂器中“音調(diào)”雖然相同，但是卻難保在吹、拉、彈時(shí)，其對比的聲壓/響度能達(dá)到一致，所以我們聽到的聲音的感覺當(dāng)然會(huì)不同。 為了排除這個(gè)觀點(diǎn)，可以做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：理論上，當(dāng)兩個(gè)聲壓級相同的聲音疊加時(shí)，在參考軸的總聲壓級會(huì)增加3dB。我們?nèi)蓚�(gè)在同一頻率聲壓級相同的揚(yáng)聲器單元疊加放聲，然后與單獨(dú)一個(gè)+3dB的單元對比聽音。其最終結(jié)果是：聲壓級相同的聲音所聽到的聲音，感覺仍然有很大差別。（這時(shí)只有在滿足以下條件：即疊加的聲壓中諧波成份與單獨(dú)一個(gè)+3dB的揚(yáng)聲器諧波成份相同時(shí)，給人的音色感才會(huì)不容易分辨） 既然樂器內(nèi)每一個(gè)聲音都包含很多個(gè)頻率的聲波，那我們又是如何分辨出音調(diào)（頻率）的呢？ 答：在一個(gè)聲音中某一個(gè)頻率的相對量最大的那個(gè)頻率決定了聲音的音調(diào)。比如說一個(gè)聲音里面包含有3單位的444Hz（la音）,1單位222Hz的頻率，那么我們聽到的就是la音。而有3單位的444Hz，1單位的333Hz的頻率，那我們聽起來仍然還是la音，只不過給人的音色感覺不同了。 在解釋了“頻”、“響”與“音”的關(guān)系，再來闡述一下在揚(yáng)聲器研發(fā)過程中對測試曲線應(yīng)注意的一些問題（在此跳過低頻共振和高頻上限對音色的變化，著重講述一下中頻段聲壓級差的問題）。 1.在很多公司揚(yáng)聲器規(guī)格書上平均靈敏度一欄都會(huì)有如下標(biāo)識，如：82dB±3dB。所以很多人在copy揚(yáng)聲器時(shí)，做到82dB的允許范圍內(nèi)，就認(rèn)為完成了開發(fā)任務(wù)，結(jié)果樣品被聽音后判NG。 在dB SPL數(shù)值之間因?yàn)槭菍?shù)的關(guān)系，這說明，在1個(gè)dB內(nèi)還包含著一個(gè)相對比較寬的聲壓（強(qiáng)）范圍。而人耳在較靈敏的頻段是可以分 辨出1dB聲壓級的差異的。所以在研發(fā)過程中，中頻段的dB SPL 應(yīng)盡量控制在±0.5dB之內(nèi)。 2.有一些工程師將SPL數(shù)值差異做到了1dB之內(nèi)，甚至更為接近。此時(shí)，音色仍然感覺不同。這時(shí)應(yīng)考慮測試環(huán)境和曲線表現(xiàn)的方式。當(dāng)測試環(huán)境較差時(shí)，環(huán)境對測試麥克風(fēng)的干擾較大，對同一個(gè)揚(yáng)聲器測試的幾條曲線都會(huì)存在較大的誤差，所以要多重復(fù)測試、排除環(huán)境的影響因數(shù)，然后再分析。 測試環(huán)境較好，例如在標(biāo)準(zhǔn)無響室，無人為操作失誤，曲線又控制在1dB之內(nèi)，這時(shí)需要再考慮一下曲線的不同取點(diǎn)數(shù)量和平滑模式。不同的取點(diǎn)數(shù)與平滑模式對頻響曲線細(xì)節(jié)處的表現(xiàn)，差別非常大。（在測試頻率范圍內(nèi)儀器對不同頻點(diǎn)響應(yīng)值的數(shù)量選取，點(diǎn)數(shù)越多，測試越精確。儀器對頻率范圍內(nèi)頻點(diǎn)響應(yīng)幅值的采樣平滑方式，例如1/6oct、1/12oct、1/24oct、1/48oct等，分母越大，數(shù)據(jù)越精確）。所以，如果想了解到頻響曲線上這些細(xì)節(jié)的變化就要付出的代價(jià)是：一個(gè)良好的標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境。 應(yīng)注意的是，在使用多點(diǎn)數(shù)，不采用平滑功能的曲線對比時(shí)，除環(huán)境因數(shù)外，還會(huì)遇到一些問題。例如上面諧波中提到：因?yàn)槲矬w的來回振動(dòng)，幾乎不可能一直按照確定的周期來振動(dòng)。這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)在某些頻點(diǎn)聲壓級漂移的現(xiàn)象。此時(shí)可以根據(jù)儀器的功能，將原測試的頻率范圍分段、采取更多的點(diǎn)數(shù)掃描，多方位了解其頻段的響應(yīng)趨勢。 3.排除測試誤差因數(shù)，對頻響曲線非常接近的揚(yáng)聲器進(jìn)行諧波成份的對比，找出下一步改善的方向。一般測試諧波失真的儀器，均能方便的進(jìn)行諧波成份對比。 （因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，關(guān)于影響聽感的因數(shù)有很多，比如：聽音者的心理、生理因數(shù)，房間的混響系數(shù)，揚(yáng)聲器的指向性等等都會(huì)造成聽感上的不同。本文僅對在參考軸的測試與聽音做一些簡單說明。） 結(jié)語：在揚(yáng)聲器頻響曲線相同時(shí)，其音色是由其諧波成份決定。 在揚(yáng)聲器頻響曲線相同時(shí)，如果音色不同，則需要對揚(yáng)聲器的諧波曲線進(jìn)行對比。 測試過程中，需充分關(guān)注操作人員、測試儀器、使用方法、以及測試環(huán)境和治工具對測試結(jié)果的影響，盡可能使用多取點(diǎn)、少平滑的方式進(jìn)行對比。 |
