- 相關推薦
音響中的“頻響曲線”
什么是頻響曲線?頻響會不會影響音質?頻響又是為什么會影響音質?作為一名合格的音響師對這些的了解也是必要的，并且可以有助于我們平時中對設備的選擇。下面我們一起來了解一下。
什么是“頻響曲線”?
“頻”指“頻率”，在聲音表現(xiàn)中同“音調”;“響”則可以看作是揚聲器系統(tǒng)(機械和電性)對輸入電信號中“頻”轉換成聲能的響應。而這種響應，由麥克風接收并經測試儀器運算后以dB SPL對數(shù)值的形式呈現(xiàn)出來。當很多個“頻”的響應值連在一起，就成了有峰有谷的“曲線”，這種曲線稱作為頻率特性響應曲線，簡稱頻響曲線。
頻響為什么會影響音質?
一方面，人耳有心理聲學的掩蔽效應，這個效應簡而言之就是不同頻率及不同的響度會相互影響，一部分聲音的疊加，會導致另一部分聲音無法聽見。表現(xiàn)到重放系統(tǒng)，如果頻響不夠平，或者不同頻率變化幅度過大，就會導致有部分本來應該聽到的內容聽不到。這就是細節(jié)的丟失。
另一方面，不同頻率的頻響不同，會導致聲音呈現(xiàn)出非原義的表現(xiàn)形式。比如，一段音樂，本來是笛子和古箏交相輝映珠聯(lián)璧合的，如果笛子那個頻段頻響過高而古箏那個頻段頻響較低，就會導致不和諧的情況發(fā)生。很惱人的感覺就會出現(xiàn)，本來好聽的就不再好聽了。很多人都說頻響對音質無意義，但如果沒意義我們?yōu)槭裁葱枰@個指標?而且這個指標為何如此重要，那么多喇叭廠花大價錢大成本去測自己的頻響曲線到底是為了什么呢?我們仔細想過其中的原理和意義了么?
從另一個方面說，單單從頻響曲線，就得出音質好的結論，也是不嚴謹?shù)�。否則僅僅一個測試指標就夠了，音質的評判標準實在太多以至于我們現(xiàn)在都無法用純客觀的指標去衡量和判斷音質到底好不好，好到哪兒，以及有多好。這是音頻工作者的無奈之處，也是音頻的迷人之處。
音箱與頻響曲線
音響系統(tǒng)或音箱產品的頻響曲線是否要求平直?很多人在這個問題上爭論，爭論的焦點往往在于：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，這個音箱或者系統(tǒng)，在某種條件下，對于輸入進來的信號，在各個頻段上的表現(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，就是會在某些頻段上的增益量不一致，對某些頻段的表現(xiàn)過強(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)。
比方說某個音箱在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)力過強了，如果播放音樂，那么貝司的聲音就會感覺重了�；蛘吣持灰粝涞那�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?因為增益量相同只是表達了對輸入信號中各個頻段的的聲音的放大量相同，比如某個系統(tǒng)對全音頻中各個頻率的增益量都是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。沒有經過系統(tǒng)放大的時候，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。那么通過這個對各個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，隊形保持不變，呵呵。但是，如果你這個系統(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。經過系統(tǒng)前的1000赫茲和2000赫茲的聲壓級差異是20分貝，經過系統(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系統(tǒng)對于各個頻段的聲音的音量表現(xiàn)是否大致相同而已，而于音質無關。
至于好不好聽，首先你的系統(tǒng)要在各個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頻段的聲音大小的比例放大后還原出來，起碼是該強的要強，不該強的就要弱。能夠真實反應聲音的強弱了，這才算是個好的基礎。要想好聽，更重要的是在音質上做文章。音質爛了，再好的系統(tǒng)也是表現(xiàn)出爛的聲音，不信你弄個高級的音箱，用個幾十塊的MP3輸入到調音臺，并且把調音臺輸入增益開到頭，播放從網上下載的MP3格式的音樂，聽聽出來的聲音試試。而音質，是內在的東西，就不單單是曲線平直的問題了。曲線平直，只是表達了系統(tǒng)對音量的還原。那么對音質的還原，估計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，聽起來總會有差異的。這就牽扯到音質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了。而音質的高低，那就跟你的用料，你的工藝，設計師的技術和藝術修養(yǎng)有很大的關系了。大師用白玉雕琢的藝術品，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)或設備對輸入信號中各個頻段的音量強弱的還原度高。作為音響，這只是個基礎性的指標，但是也是很重要的指標。比如一個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只會狂喊亂叫的卡拉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，中高頻又有點凹陷的，可能把原本不是很強的貝司變強了，把本來該強的小號變弱了，播放原本各聲部音量和諧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的貝司音彈弱了，或者把本來該弱的小號音吹強了的情況，負負得正，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聽了。
另外， 對于音響產品而言，其實不光是音箱，功放、調音臺以及其他周邊設備，都有頻響曲線。按照工業(yè)標準，都要求這些設備在未做調整的情況下，都要有平直的頻響曲線，目的就是要求這些設備首先要盡可能對信號的特性中的音量強弱保持忠實還原的態(tài)度。假若你使用的均衡器，在沒有調整，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，你還會要它嗎?
怎么從音響的頻響曲線上看靈敏度?
1. 靈敏度是在一定的輸入電平(功率)下，該設備在一定位置上所產生的聲壓級。
2. 頻率響應，功率放大器輸出滿功率時對不同頻率信號的放大倍數(shù)曲線，良好的功放應對音頻范圍內的信號具有一致的放大倍數(shù)，即平坦的頻率響應。
通常來說靈敏度測量會取1KHz這一個輸入頻率來看，而頻率響應會從20Hz到20KHz整個頻段來看，所以如果非要從頻響曲線去看靈敏度的話，可以分以下兩種情況：
1. 如果整個頻響曲線還比較平坦的話，那么在相同輸入時，曲線的Y刻度大，則靈敏度越大;
2. 如果整個頻響曲線不是很平坦，那么就重點觀察X軸為1KHz這一個點就好了，同樣的輸入時，Y刻度越大，則靈敏度越大。
耳機與頻響曲線
通過頻響曲線看耳機的好壞不太容易。
耳機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能，因此耳機中心的球形設計是為了增大他的表面積而獲得低音，耳機中頻的頻響曲線比較平坦，是因為音膜表面的螺旋狀紋路。
耳機高頻端的頻響曲線上有一個大鋸齒，是因為音膜邊緣有一個軟環(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，形成一個大鋸齒。每個耳機都有無法避免。
耳機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。和耳機制造工藝有關，如果支架和音膜一體化就不會有該問題。
知道了上述情況，我們在選擇耳機時注重他的頻響曲線，低端增益要大，高頻端小鋸齒要少，中頻要平。
音質與頻響曲線
影響音質的因素太多了。
首先來看看什么叫音質。音質指的是實際聲波與原始波形的接近程度，即回放出來的實際聲波與原音頻文件所保存的波形越接近，則音質越好。假設有一個音頻文件 A.wav，又有一個理想的錄音設備，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 A.wav 與 B.wav (從時域和頻域上都)越接近越好。
對一個系統(tǒng)(設備)來說，幅頻響應和相頻響應在一起才構成整個系統(tǒng)的響應，而一般說的頻響曲線只是指幅頻響應。
一個音頻文件從手機里播放到被人聽到需要經過哪些影響音質的過程。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，可能會用到 DSP 芯片)-> DAC -> 放大器 -> 耳機/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/耳機出來的聲音。這前面幾乎每一步都會影響音質。
首先是操作系統(tǒng)的混音器，它負責的是將系統(tǒng)內各個播放聲音的程序混合到一起，從而可以使各個程序同時發(fā)聲而不會出現(xiàn)一個程序將輸出設備獨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，把各個程序的輸出加起來。如果只有一個程序在播放音樂那還好，但手機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。如果是定點的加法，為了保證加完的值不會溢出，會先對兩個數(shù)據進行右移再相加。浮點的情況更為復雜，而且因為現(xiàn)有大多音頻文件都是 16 位定點格式，所以還要經過定點浮點之間的相互轉換，這個過程也會損失精度�？傊绦驎ㄟ^犧牲精度來換取動態(tài)范圍。而如果只有一個程序在輸出呢?別忘了還有個調節(jié)音量的東西吧，那個就是給波形上的每個點乘以一個增益值(gain)，乘法過程也是會有精度損失的�？偟膩碚f，混音器這一步的精度損失無法避免。但手機上除了輸入和輸出過程，中間都是浮點運算的，精度的損失一般不會超過 -90dB，一般是聽不出來的。
然后是 DSP 算法部分。音效(低音增強、增加空間感等)這一部分是主觀性的，不屬于「音質」的范疇，就不討論了。假設所有音效都已關閉，那唯一剩下的就是重采樣。對手機來說，重采樣的存在是由于一個 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，晶振產生 48kHz 的時鐘頻率更容易。然而，由于各種歷史原因，目前的大部分音樂都是 44.1kHz 的，因此會經過一個 44.1kHz->48kHz 的重采樣。非整數(shù)倍的重采樣是會大大損失精度的，不要以為采樣率變高了音質就會變好。不經過重采樣直接輸出的才是最好的音質。重采樣對音質的影響取決于重采樣算法，劣質的算法可以導致嚴重失真。
接下來是 DAC，即數(shù)模轉換器。這是對音質影響十分顯著的一個模塊。DAC 的頻響也容易做到平直，但衡量 DAC 的音質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。好的設備會用比較高端的 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很容易做到平直)
最后是耳機/音箱。通常來說，它們的幅頻曲線很難做到平直，這很大程度上是因為發(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能發(fā)出有效的低頻。這也是頭戴式耳機一般來說比耳塞式或者掛耳式的音質更好的主要原因。而對于音箱來說，往往會采用二分頻、三分頻，甚至多分頻，即多個發(fā)聲單元負責不同的頻段，其中還會有濾波、處理頻段連接等問題。從整個音頻流來看，耳機/音箱才是對音質影響最大的部分。你手機里放的全都是無損音樂、手機支持直接輸出 44.1kHz、DAC 用的是最好的芯片、放大器幾乎沒失真，結果你用了一副 50 元的街邊攤上買的耳機，那音質的肯定會一定程度上受到影響了。
拓展閱讀：如何看懂音響的頻響曲線
一般音箱的頻響曲線是通過LMS電聲測試系統(tǒng)進行聲音信號的收集以及描繪出圖。由于音箱是由電信號轉換為聲波信號然后再由LMS收集后轉變?yōu)殡娦盘柕模⑶矣捎趽P聲器以及放大器的非線性，因此曲線很難做到與聲卡一樣的頻響曲線。但是他們的要求還是類似的，頻響曲線應該盡可能的平滑平直。
方法/步驟1
兩分頻音箱還可以通過單元分別測試頻響得到更細致的參考曲線，能夠有助于我們評判音箱產品兩個單元間的相互關系。一般來說高音部分在經過分頻點后應該能夠盡快的衰減多余的頻率（這樣才能盡可能的避免單元間的互相影響）。而單獨測試的曲線疊加后，應該盡可能的與整體頻響曲線相符（可以判定兩單元同時工作時基本沒有明顯的相互影響）。
通過不同聲壓下的曲線可以表現(xiàn)出音箱的回放品質的穩(wěn)定性，通俗的說就是不同音量下，音箱的回放聽感有沒有明顯的改變。上圖即是不同聲壓下的測試曲線。這種比較方法也是討論音箱品質常用的一種方法。我們可以看到，即便聲壓提高到100dB，該音箱的頻響曲線也沒有明顯的變形，可以說在這個范圍內，音量調節(jié)對聲音的影響基本上可以看作是線性的（也就是說是比較理想的）。
完善的兩分頻音箱都提供高低音單獨調節(jié)的功能，以上兩圖就是描述單獨調節(jié)高音或低音增益后音箱的頻響曲線。判斷優(yōu)劣的方法與提高聲壓增益的情況類似，我們在這里就不再重復了。
方法/步驟2
影響我們最終聽感的因素很多，簡單的頻響曲線并不能完整的描述聲音回放的特點。因為人們聽到的聲音都是直達聲與反射聲的疊加信號。聲音頻譜衰減曲線能夠很好的反應真實生活中的聲音特點。
音箱的指向特性關系到音箱在立體聲回放時聲場規(guī)模、寬闊度與縱深感，聲像的結實程度、聲音層次、細節(jié)定位等諸多方面，是評價一款音箱的主要衡量指標之一。測試方式與累積衰減曲線類似，以一個三座標曲面來體現(xiàn)音箱的指向性特征。三個參數(shù)分別為聲壓值、頻率以及偏離角度，通過旋轉音箱偏向角度，測出音箱在不同偏離角度下各頻段的聲壓變化。一般來說，聲壓變化越平滑緩慢越好。
目前的品質研究領域也大多只能從頻率入手。從大量的實驗結果看，即便“有好曲線不一定能出好聲”，但是“沒有好曲線的產品聲音肯定好不到哪里去”，因此基于頻率波形對產品音質進行評定的方法還是有其可行性與客觀性的，以其輔助我們的主觀評判能夠盡可能的修正我們在試音時因為主觀因素產生的誤差。
【音響中的“頻響曲線”】相關文章：
音響調音技術中的13定律01-08
CAD中怎么等分一條直線或曲線06-12
音響師在舞臺表演中的重要性09-13
專業(yè)演出音響系統(tǒng)中的噪聲如何消除07-30
曲線行駛過程中為什么會出錯-2017年曲線行駛扣分標準01-24
CAD畫曲線的步驟06-14
練習手繪曲線的方法09-27
音響靚聲法則08-09
舞臺音響的作用12-06
CAD畫曲線的方法介紹06-04