音响中的“频响曲线”

相关推荐

音响中的“频响曲线”

　　什么是频响曲线?频响会不会影响音质?频响又是为什么会影响音质?作为一名合格的音响师对这些的了解也是必要的，并且可以有助于我们平时中对设备的选择。下面我们一起来了解一下。

　　什么是“频响曲线”?

　　“频”指“频率”，在声音表现中同“音调”;“响”则可以看作是扬声器系统(机械和电性)对输入电信号中“频”转换成声能的响应。而这种响应，由麦克风接收并经测试仪器运算后以dB SPL对数值的形式呈现出来。当很多个“频”的响应值连在一起，就成了有峰有谷的“曲线”，这种曲线称作为频率特性响应曲线，简称频响曲线。

　　频响为什么会影响音质?

　　一方面，人耳有心理声学的掩蔽效应，这个效应简而言之就是不同频率及不同的响度会相互影响，一部分声音的叠加，会导致另一部分声音无法听见。表现到重放系统，如果频响不够平，或者不同频率变化幅度过大，就会导致有部分本来应该听到的内容听不到。这就是细节的丢失。

　　另一方面，不同频率的频响不同，会导致声音呈现出非原义的表现形式。比如，一段音乐，本来是笛子和古筝交相辉映珠联璧合的，如果笛子那个频段频响过高而古筝那个频段频响较低，就会导致不和谐的情况发生。很恼人的感觉就会出现，本来好听的就不再好听了。很多人都说频响对音质无意义，但如果没意义我们为什么需要这个指标?而且这个指标为何如此重要，那么多喇叭厂花大价钱大成本去测自己的频响曲线到底是为了什么呢?我们仔细想过其中的原理和意义了么?

　　从另一个方面说，单单从频响曲线，就得出音质好的结论，也是不严谨的。否则仅仅一个测试指标就够了，音质的评判标准实在太多以至于我们现在都无法用纯客观的指标去衡量和判断音质到底好不好，好到哪儿，以及有多好。这是音频工作者的无奈之处，也是音频的迷人之处。

　　音箱与频响曲线

　　音响系统或音箱产品的频响曲线是否要求平直?很多人在这个问题上争论，争论的焦点往往在于：好听的不一定平直，平直的不一定好听。

　　音箱或者音响系统的频响曲线要求平直，到底是为什么呢?

　　音箱或者音响系统的频响曲线平直，其中的含义在于告诉用户，这个音箱或者系统，在某种条件下，对于输入进来的信号，在各个频段上的表现力(也就是对不同频段声音的增益量)都是大致相同的，既不突出(提升)哪些频段，也不亏待(衰减)哪些频段。你原来是多少，我就给你表现出多少。而曲线不平直的音箱或者系统呢，就是会在某些频段上的增益量不一致，对某些频段的表现过强(曲线上突出的地方，增益量大了)或者过弱(曲线上凹陷的地方，增益量小了)。

　　比方说某个音箱在80赫兹附近的曲线比较突出，那么就说明，这只音箱对于80赫兹附近的频段表现力过强了，如果播放音乐，那么贝司的声音就会感觉重了。或者某只音箱的曲线在1000赫兹附近有凹陷，那就说明这只音箱对于1000赫兹附近的频段表现力弱了，对输入进来的信号中1000赫兹附近的频段输出的声压降低了，出来的声音也不是原来那样了。

　　频响曲线的平直度如何，其实就是告诉你这只音箱或者音响系统对于不同频段的声音信号的增益量差异。曲线越平直，就说明音箱或者音响系统各个频段的增益量就越接近相同。但是，音箱或系统对于输入的信号的各频频段增益量相同与好不好听并不是画等号的。为什么呢?因为增益量相同只是表达了对输入信号中各个频段的的声音的放大量相同，比如某个系统对全音频中各个频率的增益量都是30分贝，你发出1000赫兹的声音，声压级是80分贝，音箱发出的1000赫兹的声音的声压级就是80+30=110分贝。你发出的2000赫兹的声音的声压级是60分贝，那么音箱播放出来的2000赫兹的声音的声压级就是90分贝。没有经过系统放大的时候，你发出的1000赫兹的声音和2000赫兹的声音的声压级相差20分贝。那么通过这个对各个频段的增益量相同的系统，由音箱发出的1000赫兹的声音和2000赫兹的声音的声压级同样是相差了20分贝，队形保持不变，呵呵。但是，如果你这个系统对于1000赫兹的增益过大(曲线上突出了)，不是30分贝而是40分贝，而且对于2000赫兹的增益量偏低(曲线上凹下去了)，不是30分贝而是是20分贝。那么原本你发出的80分贝声压级的1000赫兹的声音，通过系统后，就发出了120分贝的声音，而原本你发出的60分贝2000赫兹的声音，通过系统后，就发出了80分贝的声音。经过系统前的1000赫兹和2000赫兹的声压级差异是20分贝，经过系统后1000赫兹和2000赫兹的声压级差别就变成了40分贝，这就不是原本的差异了，队形变了，这也是属于一种失真。所以频响曲线是否平直，只代表了某只音箱或者某个系统对于各个频段的声音的音量表现是否大致相同而已，而于音质无关。

　　至于好不好听，首先你的系统要在各个频段上的对于输入信号的增益量要大致相同(也就是曲线尽量平直)，这样才能把原始信号中的各个频段的声音大小的比例放大后还原出来，起码是该强的要强，不该强的就要弱。能够真实反应声音的强弱了，这才算是个好的基础。要想好听，更重要的是在音质上做文章。音质烂了，再好的系统也是表现出烂的声音，不信你弄个牛B的音箱，用个几十块的MP3输入到调音台，并且把调音台输入增益开到头，播放从网上下载的MP3格式的音乐，听听出来的声音试试。而音质，是内在的东西，就不单单是曲线平直的问题了。曲线平直，只是表达了系统对音量的还原。那么对音质的还原，估计就是理想化的东西了。比如人家用史坦威钢琴用DPA话筒录制的钢琴曲，要通过音响把质感完全还原出来，那几乎是不可能的事情了。这就好比你听人家在你旁边拉小提琴，和你在音箱旁边听同样的人演奏的小提琴曲一样，就算你用了再好的音响，听起来总会有差异的。这就牵扯到音质还原度和声场还原度的问题了，而这些还原度那就不是说谁能用曲线表达了。而音质的高低，那就跟你的用料，你的工艺，设计师的技术和艺术修养有很大的关系了。大师用白玉雕琢的艺术品，跟街头工匠用石膏倒模出来的东西看起来能一样吗?

　　反过来说曲线平直，曲线平直就是系统或设备对输入信号中各个频段的音量强弱的还原度高。作为音响，这只是个基础性的指标，但是也是很重要的指标。比如一个音量还原度好的音响系统，输入的音源信号本身高中低等等各个声部音量比例和谐(比如录音大师录制的音乐大师级的作品，好像什么发烧天碟之类的。)，通过音箱还原出来自然就感觉和谐。如果输入的信号是个只会狂喊乱叫的卡拉OK级别的歌手演唱的歌，原本就唱得就高中低音不和谐，从高还原度的音响系统出来那自然也不和谐。但是，还原度不好的系统，比如频响曲线在低频突起，中高频又有点凹陷的，可能把原本不是很强的贝司变强了，把本来该强的小号变弱了，播放原本各声部音量和谐的作品可能变得不和谐。但是，如果碰巧碰上本来把乐手把该强的贝司音弹弱了，或者把本来该弱的小号音吹强了的情况，负负得正，播放原本音量不和谐的作品，用这种还原度低的音箱可能反倒比还原度更高的音箱更和谐动听了。

　　另外，对于音响产品而言，其实不光是音箱，功放、调音台以及其他周边设备，都有频响曲线。按照工业标准，都要求这些设备在未做调整的情况下，都要有平直的频响曲线，目的就是要求这些设备首先要尽可能对信号的特性中的音量强弱保持忠实还原的态度。假若你使用的均衡器，在没有调整，推子都打平的情况下，频响曲线就在80赫兹的地方高了，在1000赫兹的地方又低了，你还会要它吗?

　　怎么从音响的频响曲线上看灵敏度?

　　1. 灵敏度是在一定的输入电平(功率)下，该设备在一定位置上所产生的声压级。

　　2. 频率响应，功率放大器输出满功率时对不同频率信号的放大倍数曲线，良好的功放应对音频范围内的信号具有一致的放大倍数，即平坦的频率响应。

　　通常来说灵敏度测量会取1KHz这一个输入频率来看，而频率响应会从20Hz到20KHz整个频段来看，所以如果非要从频响曲线去看灵敏度的话，可以分以下两种情况：

　　1. 如果整个频响曲线还比较平坦的话，那么在相同输入时，曲线的Y刻度大，则灵敏度越大;

　　2. 如果整个频响曲线不是很平坦，那么就重点观察X轴为1KHz这一个点就好了，同样的输入时，Y刻度越大，则灵敏度越大。

　　耳机与频响曲线

　　通过频响曲线看耳机的好坏不太容易。

　　耳机音膜中心为低频边缘为高频。

　　频响曲线的低频端为下降趋势，为了获得更多的低频动能，因此耳机中心的球形设计是为了增大他的表面积而获得低音，耳机中频的频响曲线比较平坦，是因为音膜表面的螺旋状纹路。

　　耳机高频端的频响曲线上有一个大锯齿，是因为音膜边缘有一个软环是为了增加音膜弹性，因此软材料的共振频率下降，过了软环到了粘接边缘材料变硬，共振频率上升，形成一个大锯齿。每个耳机都有无法避免。

　　耳机高频端的频响曲线上有很多小锯齿，音膜支架和音膜边缘粘接有毛刺。和耳机制造工艺有关，如果支架和音膜一体化就不会有该问题。

　　知道了上述情况，我们在选择耳机时注重他的频响曲线，低端增益要大，高频端小锯齿要少，中频要平。

　　音质与频响曲线

　　影响音质的因素太多了。

　　首先来看看什么叫音质。音质指的是实际声波与原始波形的接近程度，即回放出来的实际声波与原音频文件所保存的波形越接近，则音质越好。假设有一个音频文件 A.wav，又有一个理想的录音设备，它可以将空气中的声音毫无损失地录下来，存为 B.wav，则这个 A.wav 与 B.wav (从时域和频域上都)越接近越好(更多请阅读本站原文：何为音质?!)。

　　对一个系统(设备)来说，幅频响应和相频响应在一起才构成整个系统的响应，而一般说的频响曲线只是指幅频响应。

　　一个音频文件从手机里播放到被人听到需要经过哪些影响音质的过程。大致过程是这样的：音频文件 -> 操作系统的混音器(Mixer)-> 操作系统 DSP 算法(音效、重采样，可能会用到 DSP 芯片)-> DAC -> 放大器 -> 耳机/音箱 -> 空气 -> 人耳。

　　鉴于空气和人耳是无法控制的，所以只研究到音箱/耳机出来的声音。这前面几乎每一步都会影响音质。

　　首先是操作系统的混音器，它负责的是将系统内各个播放声音的程序混合到一起，从而可以使各个程序同时发声而不会出现一个程序将输出设备独占而其他程序不能发声的情况。表现在代码上也就是做加法，把各个程序的输出加起来。如果只有一个程序在播放音乐那还好，但手机还要处理铃声和提醒声音等。加法是怎么做的呢?这取决于算法。如果是定点的加法，为了保证加完的值不会溢出，会先对两个数据进行右移再相加。浮点的情况更为复杂，而且因为现有大多音频文件都是 16 位定点格式，所以还要经过定点浮点之间的相互转换，这个过程也会损失精度。总之，程序会通过牺牲精度来换取动态范围。而如果只有一个程序在输出呢?别忘了还有个调节音量的东西吧，那个就是给波形上的每个点乘以一个增益值(gain)，乘法过程也是会有精度损失的。总的来说，混音器这一步的精度损失无法避免。但手机上除了输入和输出过程，中间都是浮点运算的，精度的损失一般不会超过 -90dB，一般是听不出来的。

　　然后是 DSP 算法部分。音效(低音增强、增加空间感等)这一部分是主观性的，不属于「音质」的范畴，就不讨论了。假设所有音效都已关闭，那唯一剩下的就是重采样。对手机来说，重采样的存在是由于一个 DSP 芯片往往只支持一种输出采样率，或者 DAC 只支持一种输入采样率，而大部分情况下这个采样率是 48kHz。这是由于如果要支持不同采样率，特别是像 44.1kHz 和 48kHz 这种不成整数关系的采样率，需要配备频率不同的晶振。由于各种原因，晶振产生 48kHz 的时钟频率更容易。然而，由于各种历史原因，目前的大部分音乐都是 44.1kHz 的，因此会经过一个 44.1kHz->48kHz 的重采样。非整数倍的重采样是会大大损失精度的，不要以为采样率变高了音质就会变好。不经过重采样直接输出的才是最好的音质。重采样对音质的影响取决于重采样算法，劣质的算法可以导致严重失真。

　　接下来是 DAC，即数模转换器。这是对音质影响十分显著的一个模块。DAC 的频响也容易做到平直，但衡量 DAC 的音质还需要参考许多其他参数。DAC 的好坏基本可以就看芯片本身的厂商及型号等，所以没什么可说的。好的设备会用比较高端的 DAC。

　　然后是放大器。相对来说，这一部分还是比较容易做到平直的幅频曲线的。但相频则不一定。( 目前放大器的频响已经很容易做到平直)

　　最后是耳机/音箱。通常来说，它们的幅频曲线很难做到平直，这很大程度上是因为发声单元所能发出的频率高度与其尺寸成反比。所以根本不要指望耳塞式耳机能发出有效的低频。这也是头戴式耳机一般来说比耳塞式或者挂耳式的音质更好的主要原因。而对于音箱来说，往往会采用二分频、三分频，甚至多分频，即多个发声单元负责不同的频段，其中还会有滤波、处理频段连接等问题。从整个音频流来看，耳机/音箱才是对音质影响最大的部分。你手机里放的全都是无损音乐、手机支持直接输出 44.1kHz、DAC 用的是最好的芯片、放大器几乎没失真，结果你用了一副 50 元的街边摊上买的耳机，那音质的肯定会一定程度上受到影响了。

【音响中的“频响曲线”】相关文章：

音响调音技术中的13定律09-29

关于绘制样条曲线的中望CAD教程09-28

CAD中怎么等分一条直线或曲线07-17

曲线行驶过程中为什么会出错-2017年曲线行驶扣分标准05-17

音响放置方法08-26