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音響中的“頻響曲線(xiàn)”
什么是頻響曲線(xiàn)?頻響會(huì )不會(huì )影響音質(zhì)?頻響又是為什么會(huì )影響音質(zhì)?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(shí)中對設備的選擇。下面我們一起來(lái)了解一下。
什么是“頻響曲線(xiàn)”?
“頻”指“頻率”，在聲音表現中同“音調”;“響”則可以看作是揚聲器系統(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(fēng)接收并經(jīng)測試儀器運算后以dB SPL對數值的形式呈現出來(lái)。當很多個(gè)“頻”的響應值連在一起，就成了有峰有谷的“曲線(xiàn)”，這種曲線(xiàn)稱(chēng)作為頻率特性響應曲線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)頻響曲線(xiàn)。
頻響為什么會(huì )影響音質(zhì)?
一方面，人耳有心理聲學(xué)的掩蔽效應，這個(gè)效應簡(jiǎn)而言之就是不同頻率及不同的響度會(huì )相互影響，一部分聲音的疊加，會(huì )導致另一部分聲音無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)。表現到重放系統，如果頻響不夠平，或者不同頻率變化幅度過(guò)大，就會(huì )導致有部分本來(lái)應該聽(tīng)到的內容聽(tīng)不到。這就是細節的丟失。
另一方面，不同頻率的頻響不同，會(huì )導致聲音呈現出非原義的表現形式。比如，一段音樂(lè )，本來(lái)是笛子和古箏交相輝映珠聯(lián)璧合的，如果笛子那個(gè)頻段頻響過(guò)高而古箏那個(gè)頻段頻響較低，就會(huì )導致不和諧的情況發(fā)生。很惱人的感覺(jué)就會(huì )出現，本來(lái)好聽(tīng)的就不再好聽(tīng)了。很多人都說(shuō)頻響對音質(zhì)無(wú)意義，但如果沒(méi)意義我們?yōu)槭裁葱枰@個(gè)指標?而且這個(gè)指標為何如此重要，那么多喇叭廠(chǎng)花大價(jià)錢(qián)大成本去測自己的頻響曲線(xiàn)到底是為了什么呢?我們仔細想過(guò)其中的原理和意義了么?
從另一個(gè)方面說(shuō)，單單從頻響曲線(xiàn)，就得出音質(zhì)好的結論，也是不嚴謹的。否則僅僅一個(gè)測試指標就夠了，音質(zhì)的評判標準實(shí)在太多以至于我們現在都無(wú)法用純客觀(guān)的指標去衡量和判斷音質(zhì)到底好不好，好到哪兒，以及有多好。這是音頻工作者的無(wú)奈之處，也是音頻的迷人之處。
音箱與頻響曲線(xiàn)
音響系統或音箱產(chǎn)品的頻響曲線(xiàn)是否要求平直?很多人在這個(gè)問(wèn)題上爭論，爭論的焦點(diǎn)往往在于：好聽(tīng)的不一定平直，平直的不一定好聽(tīng)。
音箱或者音響系統的頻響曲線(xiàn)要求平直，到底是為什么呢?
音箱或者音響系統的頻響曲線(xiàn)平直，其中的含義在于告訴用戶(hù)，這個(gè)音箱或者系統，在某種條件下，對于輸入進(jìn)來(lái)的信號，在各個(gè)頻段上的表現力(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(lái)是多少，我就給你表現出多少。而曲線(xiàn)不平直的音箱或者系統呢，就是會(huì )在某些頻段上的增益量不一致，對某些頻段的表現過(guò)強(曲線(xiàn)上突出的地方，增益量大了)或者過(guò)弱(曲線(xiàn)上凹陷的地方，增益量小了)。
比方說(shuō)某個(gè)音箱在80赫茲附近的曲線(xiàn)比較突出，那么就說(shuō)明，這只音箱對于80赫茲附近的頻段表現力過(guò)強了，如果播放音樂(lè )，那么貝司的聲音就會(huì )感覺(jué)重了�；蛘吣持灰粝涞那�(xiàn)在1000赫茲附近有凹陷，那就說(shuō)明這只音箱對于1000赫茲附近的頻段表現力弱了，對輸入進(jìn)來(lái)的信號中1000赫茲附近的頻段輸出的聲壓降低了，出來(lái)的聲音也不是原來(lái)那樣了。
頻響曲線(xiàn)的平直度如何，其實(shí)就是告訴你這只音箱或者音響系統對于不同頻段的聲音信號的增益量差異。曲線(xiàn)越平直，就說(shuō)明音箱或者音響系統各個(gè)頻段的增益量就越接近相同。但是，音箱或系統對于輸入的信號的各頻頻段增益量相同與好不好聽(tīng)并不是畫(huà)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(gè)頻段的的聲音的放大量相同，比如某個(gè)系統對全音頻中各個(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(lái)的2000赫茲的聲音的聲壓級就是90分貝。沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統放大的時(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(guò)這個(gè)對各個(gè)頻段的增益量相同的系統，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(gè)系統對于1000赫茲的增益過(guò)大(曲線(xiàn)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(xiàn)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(guò)系統后，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(guò)系統后，就發(fā)出了80分貝的聲音。經(jīng)過(guò)系統前的1000赫茲和2000赫茲的聲壓級差異是20分貝，經(jīng)過(guò)系統后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(xiàn)是否平直，只代表了某只音箱或者某個(gè)系統對于各個(gè)頻段的聲音的音量表現是否大致相同而已，而于音質(zhì)無(wú)關(guān)。
至于好不好聽(tīng)，首先你的系統要在各個(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(xiàn)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(lái)，起碼是該強的要強，不該強的就要弱。能夠真實(shí)反應聲音的強弱了，這才算是個(gè)好的基礎。要想好聽(tīng)，更重要的是在音質(zhì)上做文章。音質(zhì)爛了，再好的系統也是表現出爛的聲音，不信你弄個(gè)高級的音箱，用個(gè)幾十塊的MP3輸入到調音臺，并且把調音臺輸入增益開(kāi)到頭，播放從網(wǎng)上下載的MP3格式的音樂(lè )，聽(tīng)聽(tīng)出來(lái)的聲音試試。而音質(zhì)，是內在的東西，就不單單是曲線(xiàn)平直的問(wèn)題了。曲線(xiàn)平直，只是表達了系統對音量的還原。那么對音質(zhì)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(huà)筒錄制的鋼琴曲，要通過(guò)音響把質(zhì)感完全還原出來(lái)，那幾乎是不可能的事情了。這就好比你聽(tīng)人家在你旁邊拉小提琴，和你在音箱旁邊聽(tīng)同樣的人演奏的小提琴曲一樣，就算你用了再好的音響，聽(tīng)起來(lái)總會(huì )有差異的。這就牽扯到音質(zhì)還原度和聲場(chǎng)還原度的問(wèn)題了，而這些還原度那就不是說(shuō)誰(shuí)能用曲線(xiàn)表達了。而音質(zhì)的高低，那就跟你的用料，你的工藝，設計師的技術(shù)和藝術(shù)修養有很大的關(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(lái)的東西看起來(lái)能一樣嗎?
反過(guò)來(lái)說(shuō)曲線(xiàn)平直，曲線(xiàn)平直就是系統或設備對輸入信號中各個(gè)頻段的音量強弱的還原度高。作為音響，這只是個(gè)基礎性的指標，但是也是很重要的指標。比如一個(gè)音量還原度好的音響系統，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(lè )大師級的作品，好像什么發(fā)燒天碟之類(lèi)的。)，通過(guò)音箱還原出來(lái)自然就感覺(jué)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出來(lái)那自然也不和諧。但是，還原度不好的系統，比如頻響曲線(xiàn)在低頻突起，中高頻又有點(diǎn)凹陷的，可能把原本不是很強的貝司變強了，把本來(lái)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(lái)把樂(lè )手把該強的貝司音彈弱了，或者把本來(lái)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(dòng)聽(tīng)了。
另外， 對于音響產(chǎn)品而言，其實(shí)不光是音箱，功放、調音臺以及其他周邊設備，都有頻響曲線(xiàn)。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(xiàn)，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(shí)還原的態(tài)度。假若你使用的均衡器，在沒(méi)有調整，推子都打平的情況下，頻響曲線(xiàn)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?
怎么從音響的頻響曲線(xiàn)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(chǎn)生的聲壓級。
2. 頻率響應，功率放大器輸出滿(mǎn)功率時(shí)對不同頻率信號的放大倍數曲線(xiàn)，良好的功放應對音頻范圍內的信號具有一致的放大倍數，即平坦的頻率響應。
通常來(lái)說(shuō)靈敏度測量會(huì )取1KHz這一個(gè)輸入頻率來(lái)看，而頻率響應會(huì )從20Hz到20KHz整個(gè)頻段來(lái)看，所以如果非要從頻響曲線(xiàn)去看靈敏度的話(huà)，可以分以下兩種情況：
1. 如果整個(gè)頻響曲線(xiàn)還比較平坦的話(huà)，那么在相同輸入時(shí)，曲線(xiàn)的Y刻度大，則靈敏度越大;
2. 如果整個(gè)頻響曲線(xiàn)不是很平坦，那么就重點(diǎn)觀(guān)察X軸為1KHz這一個(gè)點(diǎn)就好了，同樣的輸入時(shí)，Y刻度越大，則靈敏度越大。
耳機與頻響曲線(xiàn)
通過(guò)頻響曲線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)上有一個(gè)大鋸齒，是因為音膜邊緣有一個(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(guò)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)耳機都有無(wú)法避免。
耳機高頻端的頻響曲線(xiàn)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(guān)，如果支架和音膜一體化就不會(huì )有該問(wèn)題。
知道了上述情況，我們在選擇耳機時(shí)注重他的頻響曲線(xiàn)，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(xiàn)
影響音質(zhì)的因素太多了。
首先來(lái)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(lái)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。假設有一個(gè)音頻文件 A.wav，又有一個(gè)理想的錄音設備，它可以將空氣中的聲音毫無(wú)損失地錄下來(lái)，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(設備)來(lái)說(shuō)，幅頻響應和相頻響應在一起才構成整個(gè)系統的響應，而一般說(shuō)的頻響曲線(xiàn)只是指幅頻響應。
一個(gè)音頻文件從手機里播放到被人聽(tīng)到需要經(jīng)過(guò)哪些影響音質(zhì)的過(guò)程。大致過(guò)程是這樣的：音頻文件 -> 操作系統的混音器(Mixer)-> 操作系統 DSP 算法(音效、重采樣，可能會(huì )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(wú)法控制的，所以只研究到音箱/耳機出來(lái)的聲音。這前面幾乎每一步都會(huì )影響音質(zhì)。
首先是操作系統的混音器，它負責的是將系統內各個(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 )出現一個(gè)程序將輸出設備獨占而其他程序不能發(fā)聲的情況。表現在代碼上也就是做加法，把各個(gè)程序的輸出加起來(lái)。如果只有一個(gè)程序在播放音樂(lè )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(diǎn)的加法，為了保證加完的值不會(huì )溢出，會(huì )先對兩個(gè)數據進(jìn)行右移再相加。浮點(diǎn)的情況更為復雜，而且因為現有大多音頻文件都是 16 位定點(diǎn)格式，所以還要經(jīng)過(guò)定點(diǎn)浮點(diǎn)之間的相互轉換，這個(gè)過(guò)程也會(huì )損失精度�？傊�，程序會(huì )通過(guò)犧牲精度來(lái)?yè)Q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)調節音量的東西吧，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(guò)程也是會(huì )有精度損失的�？偟膩�(lái)說(shuō)，混音器這一步的精度損失無(wú)法避免。但手機上除了輸入和輸出過(guò)程，中間都是浮點(diǎn)運算的，精度的損失一般不會(huì )超過(guò) -90dB，一般是聽(tīng)不出來(lái)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(guān)性的，不屬于「音質(zhì)」的范疇，就不討論了。假設所有音效都已關(guān)閉，那唯一剩下的就是重采樣。對手機來(lái)說(shuō)，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(lè )都是 44.1kHz 的，因此會(huì )經(jīng)過(guò)一個(gè) 44.1kHz->48kHz 的重采樣。非整數倍的重采樣是會(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(guò)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)的算法可以導致嚴重失真。
接下來(lái)是 DAC，即數模轉換器。這是對音質(zhì)影響十分顯著(zhù)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。DAC 的好壞基本可以就看芯片本身的廠(chǎng)商及型號等，所以沒(méi)什么可說(shuō)的。好的設備會(huì )用比較高端的 DAC。
然后是放大器。相對來(lái)說(shuō)，這一部分還是比較容易做到平直的幅頻曲線(xiàn)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/音箱。通常來(lái)說(shuō)，它們的幅頻曲線(xiàn)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(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō)，往往會(huì )采用二分頻、三分頻，甚至多分頻，即多個(gè)發(fā)聲單元負責不同的頻段，其中還會(huì )有濾波、處理頻段連接等問(wèn)題。從整個(gè)音頻流來(lái)看，耳機/音箱才是對音質(zhì)影響最大的部分。你手機里放的全都是無(wú)損音樂(lè )、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(méi)失真，結果你用了一副 50 元的街邊攤上買(mǎi)的耳機，那音質(zhì)的肯定會(huì )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(xiàn)
一般音箱的頻響曲線(xiàn)是通過(guò)LMS電聲測試系統進(jìn)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�，并且由于揚聲器以及放大器的非線(xiàn)性，因此曲線(xiàn)很難做到與聲卡一樣的頻響曲線(xiàn)。但是他們的要求還是類(lèi)似的，頻響曲線(xiàn)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(guò)單元分別測試頻響得到更細致的參考曲線(xiàn)，能夠有助于我們評判音箱產(chǎn)品兩個(gè)單元間的相互關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)高音部分在經(jīng)過(guò)分頻點(diǎn)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(xiàn)疊加后，應該盡可能的與整體頻響曲線(xiàn)相符（可以判定兩單元同時(shí)工作時(shí)基本沒(méi)有明顯的相互影響）。
通過(guò)不同聲壓下的曲線(xiàn)可以表現出音箱的回放品質(zhì)的穩定性，通俗的說(shuō)就是不同音量下，音箱的回放聽(tīng)感有沒(méi)有明顯的改變。上圖即是不同聲壓下的測試曲線(xiàn)。這種比較方法也是討論音箱品質(zhì)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(xiàn)也沒(méi)有明顯的變形，可以說(shuō)在這個(gè)范圍內，音量調節對聲音的影響基本上可以看作是線(xiàn)性的（也就是說(shuō)是比較理想的）。
完善的兩分頻音箱都提供高低音單獨調節的功能，以上兩圖就是描述單獨調節高音或低音增益后音箱的頻響曲線(xiàn)。判斷優(yōu)劣的方法與提高聲壓增益的情況類(lèi)似，我們在這里就不再重復了。
方法/步驟2
影響我們最終聽(tīng)感的因素很多，簡(jiǎn)單的頻響曲線(xiàn)并不能完整的描述聲音回放的特點(diǎn)。因為人們聽(tīng)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(xiàn)能夠很好的反應真實(shí)生活中的聲音特點(diǎn)。
音箱的指向特性關(guān)系到音箱在立體聲回放時(shí)聲場(chǎng)規模、寬闊度與縱深感，聲像的結實(shí)程度、聲音層次、細節定位等諸多方面，是評價(jià)一款音箱的主要衡量指標之一。測試方式與累積衰減曲線(xiàn)類(lèi)似，以一個(gè)三座標曲面來(lái)體現音箱的指向性特征。三個(gè)參數分別為聲壓值、頻率以及偏離角度，通過(guò)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(lái)說(shuō)，聲壓變化越平滑緩慢越好。
目前的品質(zhì)研究領(lǐng)域也大多只能從頻率入手。從大量的實(shí)驗結果看，即便“有好曲線(xiàn)不一定能出好聲”，但是“沒(méi)有好曲線(xiàn)的產(chǎn)品聲音肯定好不到哪里去”，因此基于頻率波形對產(chǎn)品音質(zhì)進(jìn)行評定的方法還是有其可行性與客觀(guān)性的，以其輔助我們的主觀(guān)評判能夠盡可能的修正我們在試音時(shí)因為主觀(guān)因素產(chǎn)生的誤差。
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