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音響中的“頻響曲線”
什么是頻響曲線?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(duì)這些的了解也是必要的，并且可以有助于我們平時(shí)中對(duì)設(shè)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(diào)”;“響”則可以看作是揚(yáng)聲器系統(tǒng)(機(jī)械和電性)對(duì)輸入電信號(hào)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(duì)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。
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(yīng)，這個(gè)效應(yīng)簡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(dǎo)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(huì)導(dǎo)致有部分本來應(yīng)該聽到的內(nèi)容聽不到。這就是細(xì)節(jié)的丟失。
另一方面，不同頻率的頻響不同，會(huì)導(dǎo)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(gè)頻段頻響過高而古箏那個(gè)頻段頻響較低，就會(huì)導(dǎo)致不和諧的情況發(fā)生。很惱人的感覺就會(huì)出現(xiàn)，本來好聽的就不再好聽了。很多人都說頻響對(duì)音質(zhì)無意義，但如果沒意義我們?yōu)槭裁葱枰@個(gè)指標(biāo)?而且這個(gè)指標(biāo)為何如此重要，那么多喇叭廠花大價(jià)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(xì)想過其中的原理和意義了么?
從另一個(gè)方面說，單單從頻響曲線，就得出音質(zhì)好的結(jié)論，也是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹７駝t僅僅一個(gè)測試指標(biāo)就夠了，音質(zhì)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)實(shí)在太多以至于我們現(xiàn)在都無法用純客觀的指標(biāo)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(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(duì)于輸入進(jìn)來的信號(hào)，在各個(gè)頻段上的表現(xiàn)力(也就是對(duì)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(duì)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)。
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(duì)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�；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(duì)于1000赫茲附近的頻段表現(xiàn)力弱了，對(duì)輸入進(jìn)來的信號(hào)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(duì)于不同頻段的聲音信號(hào)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(duì)于輸入的信號(hào)的各頻頻段增益量相同與好不好聽并不是畫等號(hào)的。為什么呢?因?yàn)樵鲆媪肯嗤皇潜磉_(dá)了對(duì)輸入信號(hào)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(duì)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(jí)是80分貝，音箱發(fā)出的1000赫茲的聲音的聲壓級(jí)就是80+30=110分貝。你發(fā)出的2000赫茲的聲音的聲壓級(jí)是60分貝，那么音箱播放出來的2000赫茲的聲音的聲壓級(jí)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(jí)相差20分貝。那么通過這個(gè)對(duì)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(jí)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(duì)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(duì)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(jí)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(jí)差異是20分貝，經(jīng)過系統(tǒng)后1000赫茲和2000赫茲的聲壓級(jí)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(duì)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(duì)于輸入信號(hào)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(hào)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)高級(jí)的音箱，用個(gè)幾十塊的MP3輸入到調(diào)音臺(tái)，并且把調(diào)音臺(tái)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(duì)音量的還原。那么對(duì)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(duì)輸入信號(hào)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(hào)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(jí)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(hào)是個(gè)只會(huì)狂喊亂叫的卡拉OK級(jí)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(hào)變?nèi)趿�，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(qiáng)的貝司音彈弱了，或者把本來該弱的小號(hào)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(duì)于音響產(chǎn)品而言，其實(shí)不光是音箱，功放、調(diào)音臺(tái)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(duì)信號(hào)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?
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(shè)備在一定位置上所產(chǎn)生的聲壓級(jí)。
2. 頻率響應(yīng)，功率放大器輸出滿功率時(shí)對(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)曲線，良好的功放應(yīng)對(duì)音頻范圍內(nèi)的信號(hào)具有一致的放大倍數(shù)，即平坦的頻率響應(yīng)。
通常來說靈敏度測量會(huì)取1KHz這一個(gè)輸入頻率來看，而頻率響應(yīng)會(huì)從20Hz到20KHz整個(gè)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(gè)頻響曲線還比較平坦的話，那么在相同輸入時(shí)，曲線的Y刻度大，則靈敏度越大;
2. 如果整個(gè)頻響曲線不是很平坦，那么就重點(diǎn)觀察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(jī)與頻響曲線
通過頻響曲線看耳機(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?cè)谶x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(duì)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(duì)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�？傊绦驎�(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�？偟膩碚f，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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(duì)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(duì)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(duì)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)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
一般音箱的頻響曲線是通過LMS電聲測試系統(tǒng)進(jìn)行聲音信號(hào)的收集以及描繪出圖。由于音箱是由電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)然后再由LMS收集后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的，并且由于揚(yáng)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(yīng)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(xì)致的參考曲線，能夠有助于我們?cè)u(píng)判音箱產(chǎn)品兩個(gè)單元間的相互關(guān)系。一般來說高音部分在經(jīng)過分頻點(diǎn)后應(yīng)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(dú)測試的曲線疊加后，應(yīng)該盡可能的與整體頻響曲線相符（可以判定兩單元同時(shí)工作時(shí)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(zhì)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(zhì)常用的一種方法。我們可以看到，即便聲壓提高到100dB，該音箱的頻響曲線也沒有明顯的變形，可以說在這個(gè)范圍內(nèi)，音量調(diào)節(jié)對(duì)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(dú)調(diào)節(jié)的功能，以上兩圖就是描述單獨(dú)調(diào)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?cè)谶@里就不再重復(fù)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(diǎn)。因?yàn)槿藗兟牭降穆曇舳际侵边_(dá)聲與反射聲的疊加信號(hào)。聲音頻譜衰減曲線能夠很好的反應(yīng)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)聲場規(guī)模、寬闊度與縱深感，聲像的結(jié)實(shí)程度、聲音層次、細(xì)節(jié)定位等諸多方面，是評(píng)價(jià)一款音箱的主要衡量指標(biāo)之一。測試方式與累積衰減曲線類似，以一個(gè)三座標(biāo)曲面來體現(xiàn)音箱的指向性特征。三個(gè)參數(shù)分別為聲壓值、頻率以及偏離角度，通過旋轉(zhuǎn)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(zhì)研究領(lǐng)域也大多只能從頻率入手。從大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，即便“有好曲線不一定能出好聲”，但是“沒有好曲線的產(chǎn)品聲音肯定好不到哪里去”，因此基于頻率波形對(duì)產(chǎn)品音質(zhì)進(jìn)行評(píng)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(píng)判能夠盡可能的修正我們?cè)谠囈魰r(shí)因?yàn)橹饔^因素產(chǎn)生的誤差。
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