1、首先，頻響是什么？頻率響應(yīng)，簡稱頻響，英文名稱是Frequency Response，在電子學(xué)上用來描述一臺儀器對于不同頻率的信號的處理能力的差異。同失真一樣，這也是一個非常重要的參數(shù)指標(biāo)。一個“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)：對于任何頻率的信號都能夠保持穩(wěn)定的放大率，并且對于相應(yīng)的負(fù)載具有同等的驅(qū)動能力。顯然這在目前技術(shù)水平下是完全不可能的，那么針對不同的放大器就有了不同的“前綴”，對于音頻信號放大器（功率放大器或者小信號放大器）來說，我們還應(yīng)該加上如此的“前綴”：在人耳可聞頻率范圍內(nèi)以及“可能”影響到該范圍內(nèi)的頻率的信號。這個范圍顯然縮小了很多，我們知道，人耳的可聞頻率

2、范圍大約在2020KHz，也就是說只要放大器對這個頻率范圍內(nèi)的信號能夠達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)”即可。實際上，根據(jù)研究表明，高于這個頻段以及部分低于這個頻段的一些信號雖然“不可聞”，但是仍然會對人的聽感產(chǎn)生影響，因此，這個范圍還要再擴(kuò)大，在現(xiàn)代音頻領(lǐng)域中，這個范圍通常是550KHz,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。） 頻響的測試方法與標(biāo)注任何可以被寫上說明書的“指

3、標(biāo)”都是必須借助儀器來測量的，這些指標(biāo)必須有一個共同的特點，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。頻響的測量方法很簡單，在放大器的輸入端接入一個標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，這個信號發(fā)生器可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波信號，并且可以通過調(diào)節(jié)使得這個發(fā)生器的輸出信號的頻率發(fā)生變化，而幅度不變。在放大器的輸出端接一個標(biāo)準(zhǔn)的純阻性負(fù)載，并且接一個交流電平表，通過讀取電平表的數(shù)據(jù)，就可以測量該放大器的頻響特性了。測量時，為了保證測試結(jié)果的可靠和準(zhǔn)確，要盡量多地在測試頻率范圍內(nèi)選取不同的頻率，通常采用的是“對數(shù)采樣法”，即從一個

4、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，例如2K、4K、8K,500、250、125、62.5，如果嫌這個間隔太大，可以縮小倍數(shù)，例如2，2/2等等。將這些對應(yīng)的頻率的輸出電平（單位是dB）記錄下來，并經(jīng)過統(tǒng)計計算就可以了。這里，我們可能會忽視一個問題，就是這個放大器的放大倍數(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“測試條件”。我們時常發(fā)現(xiàn)，兩個質(zhì)量完全不同的放大器在頻響指標(biāo)上“好像沒什么差別”，是那個質(zhì)量差的放大器在“說謊”嗎？非也，是測試條件

5、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)行測試，而這個放大倍數(shù)通常是1。顯然，多數(shù)放大器是用來“放大”的，所以這個測試方法實際上并不全面，但是“出于商業(yè)目的和測試標(biāo)準(zhǔn)的允許”，這個測試仍然被認(rèn)為是“正確”的。這樣，我們就應(yīng)該注意了，看指標(biāo)的時候不能只關(guān)心那些數(shù)值，而應(yīng)該和測試條件聯(lián)系起來看。沒有測試條件的指標(biāo)是毫無意義的

6、。標(biāo)準(zhǔn)的頻響標(biāo)注方法是XHzYHz±ZdB，這里的X是指低端頻率，Y指高端頻率，也就是測試頻率的范圍，Z表示的是在這個頻率范圍內(nèi)，放大器放大倍數(shù)的差異。 很遺憾的是，單單看這個指標(biāo)還是不能完全了解這個放大器的頻響特性，于是廠家又給出了另一種表示形式頻響曲線。頻響曲線的兩個重要特征頻響曲線是在上述的測試電路中，使信號發(fā)生器的輸出信號頻率發(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，就可以在一個座標(biāo)上描繪出一個電平對應(yīng)頻率的曲線。這個座標(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

7、標(biāo)的單位是Hz（或KHz）。為了記錄方便，橫坐標(biāo)的標(biāo)尺為對數(shù)型的，縱坐標(biāo)則是線性的。我們可以看看各個廠家提供的不同器材的頻響曲線，我們會發(fā)現(xiàn)，即使兩個看起來頻響指標(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”，對于音頻設(shè)備來說，我們應(yīng)該關(guān)心的是2020KHz這一段的情況，如果要求很高，可以將范圍擴(kuò)大到540KHz，這已經(jīng)是足夠了。看頻響曲線的時候，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

8、，改變標(biāo)尺的單位會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，我們對于“直”應(yīng)該比平要多重視一些，這并不是說直真的比平對音質(zhì)的影響大，而是因為頻響曲線的不直往往暗示了這個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，這樣放大器對于信號的影響就越少。這里，我們還要注意的是，我們雖然要重點考察540KHz這個頻段，但是對于不同的器材，我們考核的頻段實際

9、上并不完全一樣。例如對于音箱和耳機(jī)，這個頻段已經(jīng)足夠了，但是對于一些“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。這是因為對于這些器材來說，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)可以揭示這個器材的一些內(nèi)在素質(zhì)。例如，對于一個放大器，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)識器材的頻響指標(biāo)對于廠家的頻響指標(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

10、此我們需要對頻響有個清醒的理解。1、我們需要的頻響指標(biāo)應(yīng)該是整個系統(tǒng)的，而不是單一的器材。單個的器材的頻響平直并不意味著我們一定會聽到“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候，我們也不一定能聽到平直的聲音。這是因為我們的耳朵本身就不是“平直”的。我們知道，人的耳朵對于高頻的敏感程度在一生中會發(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，我們在考慮平直的時候，必須要把耳朵一起考慮進(jìn)去。在這方面，行業(yè)內(nèi)似乎有個心照不宣的約定，這個部分主要由音箱、耳機(jī)廠家以及錄音師去完成。3、我們

11、對于頻響起伏的辨別程度有限，有實驗表明，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13dB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。這個原則對于其它指標(biāo)也是一樣的。4、前面說過，不能因為某些頻段我們聽不到就可以去忽略它，因為那些東西可能會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，再來看看幾個頻響曲線的例子。聲音信號是由不同頻率的聲波疊加而成的，因此人們在分析聲音時就很難避開頻率問題。發(fā)燒友們常說“有好曲

12、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：在聲卡評測中，我們常用到回路測試法對聲卡的輸入輸出回路進(jìn)行音質(zhì)測試，得出的曲線就是DAC到ADC的回路頻響。Frequency response（頻率響應(yīng)） General performance: ExcellentFrequency rangeResponseFrom 20 Hz to 20 kHz, dB-0.00, +0.01From 40 Hz to 15 kHz, dB-0.00, +0.00上圖和上表就是

13、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)該是與輸入信號完全一樣的曲線，一般我們會用等響信號（各頻段的聲壓相同）作為輸入信號，因此理想的頻響曲線就應(yīng)該是盡可能平直平滑的曲線。對于聲卡來說，采樣規(guī)格有兩個參數(shù)，一是采樣頻率，另一個是采樣精度，采樣頻率表示一秒鐘內(nèi)在收到的信號上取幾次參數(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

14、時間內(nèi)會采樣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)，曲線也會變得相對更理想。我們可以看到，從20Hz30kHz的范圍內(nèi)，曲線都是相當(dāng)平直的。下面的成績表也列出了測試參數(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電聲測試系統(tǒng)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(zhuǎn)換為聲波信號然后

15、再由LMS收集后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕模⑶矣捎趽P(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。200Hz5KHz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試頻響得到更細(xì)致的參考曲線，能夠有助于我們評判音箱產(chǎn)品兩個單元間的相互關(guān)系。一般來說高音部分在經(jīng)過分頻點后應(yīng)該能夠盡快的衰減多余的頻率（這樣才能盡可

16、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工作時基本沒有明顯的相互影響）。從上圖我們開可以看出產(chǎn)品的分頻點設(shè)置，這款音箱的分頻點大約在1.7kHz左右。人耳聽感最敏感的部分大致為3001.2kHz左右，為了獲得更好的聽感，兩分頻的音箱一般會將分頻點設(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。這樣能夠降低對高音單元的要求。而降低分頻點則對分頻器以及高音單元提出了更高的要求。根據(jù)這一點我們再回過頭看看整體頻響，可以看到該頻段上，聲音的波動還是被控制得比較理想的，基本上沒有明顯過分的分頻點衰減。 通過不同聲

17、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，可以說在這個范圍內(nèi)，音量調(diào)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）。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，我們在這里就不再重復(fù)了。 影響我們最終聽感的因素很多，簡單的頻

18、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(dá)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(yīng)真實生活中的聲音特點。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，三個參數(shù)分別是聲壓、頻率和時間，它反應(yīng)的是在經(jīng)過不同時間后，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)過一段時間后，殘留最多的是低頻信號。 音箱的指向特性關(guān)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(jié)實程度、聲音層次、細(xì)節(jié)定位等諸多方面，是評價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，以一個三座標(biāo)曲面來體現(xiàn)音箱的指向性特征。三個參數(shù)分別為

19、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。從目前的實驗領(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。從大量的實驗結(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產(chǎn)品音質(zhì)進(jìn)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(chǎn)生的誤差。  在揚(yáng)聲器制造行業(yè)中，常常遇到制作的產(chǎn)品與“樣品”對比頻響曲線相同，而聲

20、音不同的現(xiàn)象，本文經(jīng)過一些簡單的概念描述，表達(dá)“頻響曲線”與“音色”之間的關(guān)系，同時提出在研發(fā)過程中測試曲線方面應(yīng)注意的一些常識。     首先我們將“頻響曲線”分解：“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）對輸入電信號中“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對數(shù)值的形式呈現(xiàn)出來。當(dāng)很多個“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。  接下來從“頻”開始分析：   我們在不同樂器中會發(fā)現(xiàn)同“音調(diào)”（

21、頻）的聲音，其“音色”卻不同，那么是什么因數(shù)決定了樂器音色呢？   答：是因為“音調(diào)”（頻）里面包含的諧波成份不同。   我們知道，聲音是振動產(chǎn)生的.而一個物體的來回振動，幾乎不可能一直按照確定的周期來振動。也就是說當(dāng)一個物體發(fā)聲的同時，還會發(fā)出很多不同頻率的波（諧波）。這許多不同頻率的波由于相位差很小（波之間相隔時間非常短），人是無法單獨(dú)分辨的，所以這些波會混合在一起給人一個整體的聲音感受，而這個感受就叫做音色。   有人質(zhì)疑，在實際的樂器中“音調(diào)”雖然相同，但是卻難保在吹、拉、彈時，其對比的聲壓/響度能達(dá)到一致，所以我們聽到的聲音

22、的感覺當(dāng)然會不同。   為了排除這個觀點，我們下面可以做一個實驗：理論上，當(dāng)兩個聲壓級相同的聲音疊加時，在參考軸的總聲壓級會增加3dB。我們?nèi)蓚€在同一頻率聲壓級相同的揚(yáng)聲器單元疊加放聲，然后與單獨(dú)一個+3dB的單元對比聽音。其最終結(jié)果是：聲壓級相同的聲音所聽到的聲音，感覺仍然有很大差別。（這時只有在滿足以下條件：即疊加的聲壓中諧波成份與單獨(dú)一個+3dB的揚(yáng)聲器諧波成份相同時，給人的音色感才會不容易分辨）   既然樂器內(nèi)每一個聲音都包含很多個頻率的聲波，那我們又是如何分辨出音調(diào)（頻率）的呢？   答：在一個聲音中某一個頻率的相對量最大

23、的那個頻率決定了聲音的音調(diào)。比如說一個聲音里面包含有3單位的444Hz（la音）,1單位222Hz的頻率，那么我們聽到的就是la音。而有3單位的444Hz，1單位的333Hz的頻率，那我們聽起來仍然還是la音，只不過給人的音色感覺不同了。       在解釋了“頻”、“響”與“音”的關(guān)系，我們再來闡述一下在揚(yáng)聲器研發(fā)過程中對測試曲線應(yīng)注意的一些問題（在此跳過低頻共振和高頻上限對音色的變化，著重講述一下中頻段聲壓級差的問題）。        1.在很多公司揚(yáng)聲器規(guī)格書上平均靈敏度一欄都會

24、有如下標(biāo)識，如：82dB±3dB。所以很多人在copy揚(yáng)聲器時，做到82dB的允許范圍內(nèi)，就認(rèn)為完成了開發(fā)任務(wù)，結(jié)果樣品被聽音后判NG。     在dB SPL數(shù)值之間因為是對數(shù)的關(guān)系，這說明，在1個dB內(nèi)還包含著一個相對比較寬的聲壓（強(qiáng)）范圍。而人耳在較靈敏的頻段是可以分 辨出1dB聲壓級的差異的。所以在研發(fā)過程中，中頻段的dB SPL 應(yīng)盡量控制在±0.5dB之內(nèi)。    2.有一些工程師將SPL數(shù)值差異做到了1dB之內(nèi)，甚至更為接近。此時，音色仍然感覺不同。這時應(yīng)考慮測試環(huán)境和曲線表現(xiàn)的方式。當(dāng)測試環(huán)境較差時，環(huán)境對測試麥克風(fēng)的干擾較大，對同一個揚(yáng)聲器測試的幾條曲線都會存在較大的誤差，所以要多重復(fù)測試、排除環(huán)境的影響因數(shù)，然后再分析。      測試環(huán)境較好，例如在標(biāo)準(zhǔn)無響室，無人為操作失誤，曲線又控制在1dB之內(nèi)，這時需要再考慮一下曲線的不同取點數(shù)