最近入手了一對(duì)Hivi M200MKIII 2.0音箱，箱子里附了2張頻響曲線圖。這勾起了我了解頻響曲線的興趣，在網(wǎng)上查了查相關(guān)信息，再整理了一下，就把它貼到博客里了。
首先，頻響是什么？
頻率響應(yīng)，簡(jiǎn)稱頻響，英文名稱是Frequency Response，在電子學(xué)上用來描述一臺(tái)儀器對(duì)于不同頻率的信號(hào)的處理能力的差異。同失真一樣，這也是一個(gè)非常重要的參數(shù)指標(biāo)。一個(gè)“完美”的交流放大器，應(yīng)該在頻響指標(biāo)上具有如下的素質(zhì)：
對(duì)于任何頻率的信號(hào)都能夠保持穩(wěn)定的放大率，并且對(duì)于相應(yīng)的負(fù)載具有同等的驅(qū)動(dòng)能力。顯然這在目前技術(shù)水平下是完全不可能的，那么針對(duì)不同的放大器就有了不同的“前綴”，對(duì)于音頻信號(hào)放大器（功率放大器或者小信號(hào)放大器）來說，我們還應(yīng)該加上如此的“前綴”：在人耳可聞?lì)l率范圍內(nèi)以及“可能”影響到該范圍內(nèi)的頻率的信號(hào)。這個(gè)范圍顯然縮小了很多，我們知道，人耳的可聞?lì)l率范圍大約在20～20KHz，也就是說只要放大器對(duì)這個(gè)頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能夠達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)”即可。實(shí)際上，根據(jù)研究表明，高于這個(gè)頻段以及部分低于這個(gè)頻段的一些信號(hào)雖然“不可聞”，但是仍然會(huì)對(duì)人的聽感產(chǎn)生影響，因此，這個(gè)范圍還要再擴(kuò)大，在現(xiàn)代音頻領(lǐng)域中，這個(gè)范圍通常是5～50KHz,某些高要求的放大器甚至?xí)_(dá)到0.1~數(shù)百KHz。但是，上述要求表面上好像是比“完美”低了很多，卻仍然是“不可能完成的任務(wù)”，目前我們連這樣的要求也不可能達(dá)到。于是，就有了“頻響”這個(gè)指標(biāo)。（附言：指標(biāo)本身就代表著“不完美”，如果一切都“完美”了，指標(biāo)也就沒有存在的理由了。）
頻響的測(cè)試方法與標(biāo)注
任何可以被寫上說明書的“指標(biāo)”都是必須借助儀器來測(cè)量的，這些指標(biāo)必須有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是“可重復(fù)性”，也就是說，只要你用同樣的設(shè)備，就可以重復(fù)得到相同貨相近的測(cè)量結(jié)果。我們把這一類指標(biāo)稱為“客觀指標(biāo)”，頻響當(dāng)然是屬于此類。
頻響的測(cè)量方法很簡(jiǎn)單，在放大器的輸入端接入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，這個(gè)信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波信號(hào)，并且可以通過調(diào)節(jié)使得這個(gè)發(fā)生器的輸出信號(hào)的頻率發(fā)生變化，而幅度不變。在放大器的輸出端接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的純阻性負(fù)載，并且接一個(gè)交流電平表，通過讀取電平表的數(shù)據(jù)，就可以測(cè)量該放大器的頻響特性了。測(cè)量時(shí)，為了保證測(cè)試結(jié)果的可靠和準(zhǔn)確，要盡量多地在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選取不同的頻率，通常采用的是“對(duì)數(shù)采樣法”，即從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率（例如1KHz）開始，按照2倍關(guān)系向上和向下取點(diǎn)，例如2K、4K、8K……,500、250、125、62.5……，如果嫌這個(gè)間隔太大，可以縮小倍數(shù)，例如√2，√2/2等等。將這些對(duì)應(yīng)的頻率的輸出電平（單位是dB）記錄下來，并經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算就可以了。
這里，我們可能會(huì)忽視一個(gè)問題，就是這個(gè)放大器的放大倍數(shù)是否可以調(diào)整？放大器的輸出功率應(yīng)該使多少呢？不是我要賣關(guān)子，而是這里的“玄機(jī)”非常大。由于放大器的特性的不完美，所以會(huì)導(dǎo)致放大器在不同的工作狀態(tài)下的頻響特性發(fā)生變化。這叫“測(cè)試條件”。我們時(shí)常發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)質(zhì)量完全不同的放大器在頻響指標(biāo)上“好像沒什么差別”，是那個(gè)質(zhì)量差的放大器在“說謊”嗎？非也，是測(cè)試條件根本不同。
放大器在不同的輸出功率下，其頻響是不同的，通常輸出功率越大，其頻響指標(biāo)就越差。而一個(gè)比較負(fù)責(zé)任的指標(biāo)標(biāo)注，應(yīng)該指“在該放大器的最大不失真功率下測(cè)量的指標(biāo)”，而一些廠家為了回避大功率輸出下放大器特性的劣化，使得該指標(biāo)“看起來好看”，往往采用的是“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方式”，也就是說，在給定放大器放大倍數(shù)（增益）的條件下進(jìn)行測(cè)試，而這個(gè)放大倍數(shù)通常是1。顯然，多數(shù)放大器是用來“放大”的，所以這個(gè)測(cè)試方法實(shí)際上并不全面，但是“出于商業(yè)目的和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的允許”，這個(gè)測(cè)試仍然被認(rèn)為是“正確”的。這樣，我們就應(yīng)該注意了，看指標(biāo)的時(shí)候不能只關(guān)心那些數(shù)值，而應(yīng)該和測(cè)試條件聯(lián)系起來看。沒有測(cè)試條件的指標(biāo)是毫無意義的。
標(biāo)準(zhǔn)的頻響標(biāo)注方法是XHz~YHz±ZdB，這里的X是指低端頻率，Y指高端頻率，也就是測(cè)試頻率的范圍，Z表示的是在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，放大器放大倍數(shù)的差異。
很遺憾的是，單單看這個(gè)指標(biāo)還是不能完全了解這個(gè)放大器的頻響特性，于是廠家又給出了另一種表示形式－頻響曲線。
頻響曲線的兩個(gè)重要特征
頻響曲線是在上述的測(cè)試電路中，使信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率發(fā)生連續(xù)變化（即通常說的“掃頻”）并保持幅度不變，在輸出端通過示波器或者其它一些記錄儀將放大器對(duì)于這種連續(xù)變化相應(yīng)的輸出電平記錄下來，就可以在一個(gè)座標(biāo)上描繪出一個(gè)電平對(duì)應(yīng)頻率的曲線。這個(gè)座標(biāo)的縱坐標(biāo)是電平，橫坐標(biāo)是頻率。縱坐標(biāo)的單位是dB，橫座標(biāo)的單位是Hz（或KHz）。為了記錄方便，橫坐標(biāo)的標(biāo)尺為對(duì)數(shù)型的，縱坐標(biāo)則是線性的。
我們可以看看各個(gè)廠家提供的不同器材的頻響曲線，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使兩個(gè)看起來頻響指標(biāo)完全相同的器材，其頻響曲線也是非常不同的。這里我們暫且不討論頻響曲線不同對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生的影響，只看頻響曲線有那些重要特征需要注意。這里要著重注意兩個(gè)特征：平和直。平是指放大器在工作頻率范圍內(nèi)頻響的最大差距。這里我們需要注意的是“工作頻率”，對(duì)于音頻設(shè)備來說，我們應(yīng)該關(guān)心的是20～20KHz這一段的情況，如果要求很高，可以將范圍擴(kuò)大到5～40KHz，這已經(jīng)是足夠了?？搭l響曲線的時(shí)候，不要被曲線的“平滑”或者“崎嶇”所迷惑，首先要看看座標(biāo)的標(biāo)尺，改變標(biāo)尺的單位會(huì)使曲線看起來差別很大。如果把標(biāo)尺加大10倍，你大概看到的差不多是一條完美的直線了。“直”是頻響曲線另一個(gè)非常重要的特征，它指的就是頻響曲線的起伏特征。某種意義上說，我們對(duì)于“直”應(yīng)該比平要多重視一些，這并不是說直真的比平對(duì)音質(zhì)的影響大，而是因?yàn)轭l響曲線的不直往往暗示了這個(gè)器材的其它某些特性有問題，例如高頻頻響起伏過多，往往說明放大器的開環(huán)特性不良，并且負(fù)反饋深度不適當(dāng)，通常伴隨著比較嚴(yán)重的瞬態(tài)失真。通常我們認(rèn)為，放大器的頻響特性越平越直就越好，這樣放大器對(duì)于信號(hào)的影響就越少。
這里，我們還要注意的是，我們雖然要重點(diǎn)考察5～40KHz這個(gè)頻段，但是對(duì)于不同的器材，我們考核的頻段實(shí)際上并不完全一樣。例如對(duì)于音箱和耳機(jī)，這個(gè)頻段已經(jīng)足夠了，但是對(duì)于一些“有源器材”（例如CD唱機(jī)、放大器），我們可能需要考核更寬的頻段。這是因?yàn)閷?duì)于這些器材來說，雖然這些頻段的聲音我們不可能聽到，但是這些頻段的表現(xiàn)可以揭示這個(gè)器材的一些內(nèi)在素質(zhì)。例如，對(duì)于一個(gè)放大器，如果其頻響指標(biāo)可以高達(dá)300KHz,并且負(fù)反饋的深度適當(dāng)，可以說明這臺(tái)放大器的開環(huán)性能極佳，在聽感上必然有所體現(xiàn)。從這個(gè)意義上說，這些頻段的表現(xiàn)好壞“我們是可以聽到的”。
正確認(rèn)識(shí)器材的頻響指標(biāo)
對(duì)于廠家的頻響指標(biāo)，我們應(yīng)該給予足夠的重視。但是我們還要記住，這個(gè)指標(biāo)并非“標(biāo)注”的越高越好，由于我們的耳朵具有一些自身的特性，因此我們需要對(duì)頻響有個(gè)清醒的理解。
1、我們需要的頻響指標(biāo)應(yīng)該是整個(gè)系統(tǒng)的，而不是單一的器材。單個(gè)的器材的頻響平直并不意味著我們一定會(huì)聽到“平直”的聲音，還要看系統(tǒng)中其它器材的情況。
2、甚至系統(tǒng)中所有器材的頻響都是平直的時(shí)候，我們也不一定能聽到平直的聲音。這是因?yàn)槲覀兊亩浔旧砭筒皇恰捌街薄钡摹Ｎ覀冎?，人的耳朵?duì)于高頻的敏感程度在一生中會(huì)發(fā)生變化，20歲左右達(dá)到最高峰，35歲左右開始走下坡路，到60歲左右會(huì)損失過半，另外還和身體健康狀況以及遺傳有關(guān)。因此，我們?cè)诳紤]平直的時(shí)候，必須要把耳朵一起考慮進(jìn)去。在這方面，行業(yè)內(nèi)似乎有個(gè)心照不宣的約定，這個(gè)部分主要由音箱、耳機(jī)廠家以及錄音師去完成。
3、我們對(duì)于頻響起伏的辨別程度有限，有實(shí)驗(yàn)表明，0.2dB是極少數(shù)人的極限（大概幾十萬分之一都不到），絕大多數(shù)人在1~3dB之間。也就是說，小于1dB的頻響不平直幾乎沒有意義，如果為了追求頻響的過分平直而舍棄了一些其它要素將是得不償失的。這個(gè)原則對(duì)于其它指標(biāo)也是一樣的。
4、前面說過，不能因?yàn)槟承╊l段我們聽不到就可以去忽略它，因?yàn)槟切〇|西可能會(huì)暗示器材的一些其它特性的情況。
5、任何指標(biāo)都要和別的綜合起來看，而不能孤立起來看問題。
了解了頻響和頻響曲線的概念后，再來看看幾個(gè)頻響曲線的例子。
聲音信號(hào)是由不同頻率的聲波疊加而成的，因此人們?cè)诜治雎曇魰r(shí)就很難避開頻率問題。發(fā)燒友們常說“有好曲線未必有好聲”，但是更多的情況是“沒有好曲線的產(chǎn)品聲音肯定好不到哪里去”。那么曲線與最終的回放聽感有什么聯(lián)系呢？我們立刻進(jìn)入正題，為大家揭示其中的奧秘。
聲卡的頻響曲線：
在聲卡評(píng)測(cè)中，我們常用到回路測(cè)試法對(duì)聲卡的輸入輸出回路進(jìn)行音質(zhì)測(cè)試，得出的曲線就是DAC到ADC的回路頻響。
Frequency response（頻率響應(yīng)）
General performance: Excellent
Frequency range
Response
From 20 Hz to 20 kHz, dB
-0.00, +0.01
From 40 Hz to 15 kHz, dB
-0.00, +0.00
上圖和上表就是頻率響應(yīng)曲線圖和曲線品質(zhì)，要知道什么是好曲線就應(yīng)該知道理想的頻響曲線是什么樣的。理想的頻率響應(yīng)曲線應(yīng)該是與輸入信號(hào)完全一樣的曲線，一般我們會(huì)用等響信號(hào)（各頻段的聲壓相同）作為輸入信號(hào)，因此理想的頻響曲線就應(yīng)該是盡可能平直平滑的曲線。
對(duì)于聲卡來說，采樣規(guī)格有兩個(gè)參數(shù)，一是采樣頻率，另一個(gè)是采樣精度，采樣頻率表示一秒鐘內(nèi)在收到的信號(hào)上取幾次參數(shù)，單位為Hz；而采樣精度則表示每次采樣的精密程度，單位為bit。目前有很多不同的采樣方式，而影響采樣品質(zhì)的還是由這兩個(gè)基本參數(shù)決定的。不過根據(jù)采樣以及編碼方式的不同，兩者間的側(cè)重要求也不一樣，目前采用的PCM方式最高規(guī)格為192kHz/24bit，它表示單位時(shí)間內(nèi)會(huì)采樣192000次，每次采樣的精度為24bit。
上圖即是采用PCM編碼方式192kHz/24bit的采樣結(jié)果。一般的，隨著采樣規(guī)格的提高，即便不提高硬件水準(zhǔn)，曲線也會(huì)變得相對(duì)更理想。我們可以看到，從20Hz～30kHz的范圍內(nèi)，曲線都是相當(dāng)平直的。下面的成績(jī)表也列出了測(cè)試參數(shù)，20 Hz to 20 kHz的曲線變化僅為-0.00, +0.01（dB）；而40 Hz to 15 kHz則更為理想，精度范圍內(nèi)沒有偵測(cè)出任何變形，是一條相當(dāng)理想的頻響曲線。
音箱的頻響曲線：
一般音箱的頻響曲線是通過LMS電聲測(cè)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。
上圖是某產(chǎn)品的頻響回放曲線，從該曲線我們可以看到平均聲壓在90dB左右的音箱頻響還是比較理想的。200Hz～5KHz內(nèi)的曲線還是比較平直的，而為了獲得更明亮的高音以及更豐滿的低頻，音箱有益的提高了兩端的增益，這也是不同音箱廠商對(duì)聲音最終風(fēng)格訴求的表現(xiàn)。
兩分頻音箱還可以通過單元分別測(cè)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(cè)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）。
從上圖我們開可以看出產(chǎn)品的分頻點(diǎn)設(shè)置，這款音箱的分頻點(diǎn)大約在1.7kHz左右。人耳聽感最敏感的部分大致為300～1.2kHz左右，為了獲得更好的聽感，兩分頻的音箱一般會(huì)將分頻點(diǎn)設(shè)置在最敏感頻段上限頻率的兩倍頻率上，也就是大多在2.5kHz左右。這樣能夠降低對(duì)高音單元的要求。而降低分頻點(diǎn)則對(duì)分頻器以及高音單元提出了更高的要求。根據(jù)這一點(diǎn)我們?cè)倩剡^頭看看整體頻響，可以看到該頻段上，聲音的波動(dòng)還是被控制得比較理想的，基本上沒有明顯過分的分頻點(diǎn)衰減。
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(cè)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）。
單獨(dú)調(diào)節(jié)低音增益的頻響曲線
單獨(dú)調(diào)節(jié)高音增益的頻響曲線
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。
影響我們最終聽感的因素很多，簡(jiǎn)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)。
上圖是一張聲音的積累衰減曲線，為三座標(biāo)曲面，因此它呈現(xiàn)出來的是一張立體圖，三個(gè)參數(shù)分別是聲壓、頻率和時(shí)間，它反應(yīng)的是在經(jīng)過不同時(shí)間后，聲音各頻段在固定空間內(nèi)的殘留量。從上圖我們可以看到，經(jīng)過一段時(shí)間后，殘留最多的是低頻信號(hào)。
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(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(cè)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(cè)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。
從目前的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域看，聲學(xué)的研究還是有不小的限制，即便描繪出聲音大致的頻率特性，亦不一定完整的表現(xiàn)出聲音的所有特征。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。
