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[资讯] 选购耳机时都会有的疑问:什么是频率响应?如何影响音乐?

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发表于 2021-7-21 | |阅读模式
选购耳机时都会有的疑问:什么是频率响应?如何影响音乐?
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5 [: u2 w8 ]/ ^常在研究蓝牙耳机的人可能会一直遇到「频率响应」这个名词,就连其他音响产品,如喇叭、DAC和扩大器,都是需要了解所有有关频率响应的讯息。顾名思义,频率响应指的是音响产品能够再现我们听到的音调范围。人类的听力范围从非常低的20 Hz一直到非常高的20 kHz。尽管每个人的听觉在这两个极端之间会有所不同,但从音乐的角度来看,我们经常将这分为低音、中音和高音部分。一般来说,低音大约是20至300 Hz之间的频率,中音是300Hz至4 kHz,高音则是4 kHz以上。6 l4 m! c8 r6 [1 f0 Q! F
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; C/ G; r# c# l9 p/ W3 R频率响应测量特定音频分量是否且如何很好地再现所有这些可听频率,以及在整个过程中是否对讯号进行了调整。例如,重低音喇叭X可以再现的最低频率是多少。在没有任何人为的EQ设置时,理想频率输出应等于输入,这通常被称为「平坦」频率响应,其中固定音量的正弦波(以分贝为单位)将被输入到系统,并且在输出时相同的频率会有相同的振幅。  @/ W: k2 ^' G0 z8 b/ |. i' ]
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Frequency-Response-Example.png ' p9 L  e1 K% J9 e0 m
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换句话说,理想的频率响应是不会调整低音、中音或高音的音量。相比之下,如果去观察一些蓝牙耳机附属App的EQ设置,则可能会看到非平坦的EQ设置,该设置可能会增强低音或降低高音等。因此,如果蓝牙耳机没有平坦的频率响应,用户可能会听到某些特定频率的声音被放大。在极端情况下,这可能会破坏聆听体验。3 O, u0 U$ W9 e+ [! {2 p6 J$ d; \) \

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平坦的频率响应并不容易达成
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不幸的是,对于音频来说,理想的状况和实际发生的事情很少并存,要在整个音频讯号链中实现完美平坦的频率响应是非常困难的。这是蓝牙耳机驱动单体经常遇到的问题,在蓝牙耳机的驱动单体中,机械性能、电子学和声学特性结合在一起会产生非线性的声音。例如,扩大器与喇叭、喇叭电感线圈和驱动器之间的阻抗匹配和电容耦合,甚至所处房间的声音,都可能影响最终的频率响应。
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在现实世界中,经常会看到频率响应标示了一个频率范围,例如20 Hz到20 kHz,然后是以分贝为单位的频率响应变化量,例如+/- 6 dB。然而,这仅告诉我们在给定频率之间任意点的最大增强或衰减量,并没有真正揭示出产品的声音。, Y8 \8 c2 ?  V; d4 f* C

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, ^0 s) V# E7 p' a, X, h) p- _; U对于大多数人而言,正负3 dB被认为是人类能够感受到声音变化的下限。但是3 dB或更高的偏差会让音乐产生某些可感知的变化。共振频率在频率图表上显示为明显的孤立驼峰,可能会造成一些问题,因为某些音调会被夸大或掩盖。
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因此,仅查看20Hz-20kHz +/- 3dB这样的频率响应标示是不够的,最好能够看到这些变化在何处发生以及如何分布。平滑的频率响应优于高度可变的频率响应,而且平坦是理想的目标。
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Frequency-Response-Good-vs-Bad.png
4 S$ O* w. T$ @! i0 ^# @对于DAC,即使在现代低成本设计中,在可听频率范围内,输出也应几乎趋近于平坦。当今的硬件中,从数字到模拟的转换是直接采样转换,然后滤除了远远超出人类感知的频率噪音。在此阶段,无需担心任何机械或声学问题。
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, j1 L* C% K4 [扩大器电路则有些棘手,但总的来说:为最低阻抗的蓝牙耳机供电时,即使是普通的DAC /Amp组合也应具有平坦的频率响应。+ F3 S2 z! b; v7 I+ t7 i
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: e( \% m6 D0 }5 O0 a傅立叶分析(Fourier analysis)
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4 e* Z( @3 Y, |/ K( I, b  K到目前为止,我们已经得到一个简单的理论:非线性的频率响应将改变原始声音。但是,这不仅涉及低音和高音之类的常见概念,而且还会影响混音中每个乐器的音质。为了弄清非线性频率响应如何影响我们所听到的声音,需要透过傅立叶分析。' }: {, d' m; b' B/ G
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简而言之,傅立叶分析和傅立叶变换揭示了一个复杂的波形可以表示为一系列幅度不同的正弦波的总和。因此,时域中出现的正方形、三角形或任何其他波形可以由频域中多个不同幅度变化的单独频率来表示。这包括由乐器产生的波形形状,范围从小鼓的尖锐节拍到电吉他的方形波。
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* D6 U2 ~2 @% r- [( O( P9 X0 P
: i# u% S4 t" ~* ]在乐器中,这些正弦波主要与谐波相关,出现在根音上方的奇数和偶数八度(基本音符频率的倍数)处。因此,例如,如果您用小提琴演奏自然C,则听起来基频为261 Hz,再加上522Hz的一些二次谐波、783 Hz的三次谐波、1044 Hz的第四谐波,依此类推,音量逐渐减小。其他乐器具有不同的谐波关系,部分产生其独特的声音。下图以钢琴和小提琴的声音之间的频率关系差异为例。
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为什么这么重要?回到频率响应和滤波,现在可以看到,非平坦响应不仅会改变音乐的整体表现,而且还会改变单个乐器的发声方式。即使频率响应图没有出现任何主要的低音或高音问题,在某些频率下较小的非线性也会改变我们对某些乐器的感觉。1 E5 p$ o) ]6 Z: Z
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% e5 y3 d8 G% K( [6 g9 Y一般EQ的规则是,降低乐器的基本频率会产生较弱的声音,而透过增强来增加其「深度」。同样,减少乐器的谐波会让空间中缺少沉闷的声音,而增强谐波会增加存在感,但最终听起来可能过于刺耳。更进一步,提高和削减不同乐器的频率甚至可能最终掩盖或放大歌曲中其他乐器的声音。因此,非线性频率响应可以消除工程师在仔细混合音轨时所做的艰苦工作。
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, L; v7 F  @" a% D! C3 Y为什么频率响应很重要?3 i2 v- r7 i9 z9 Z! O% F! c* ]7 f
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Audio-Technica_ATH-M40x_2_LK_SG.jpg
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% A7 Q1 K# M# r/ a按照HiFi的传统标准,一种好的音频系统是一种无需输入就可以完全改变输入讯号并输出的音频系统。其中包括从源音频档案到数字处理的各种组件,以及从DAC到扩大器和喇叭的各种组件。频率响应只是该方程式的一部分,但对输出声音的影响却很大。
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9 l; v" r* ^6 z$ M  ?频率响应不仅仅在于系统中是否出现过多的低音、中音或高音,其也可能更微妙地影响音乐中乐器的音调和平衡,可能会染音甚至破坏我们的聆听体验。不可能对每个组件都实现完美平坦、理想的响应,但是当今的高端技术肯定可以接近人们无法分辨的范围。
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如果我们的目标是尽可能纯净地听音乐,那么必须注意频率响应。如果您也希望通过均衡器摆脱不太理想的硬件,其也可以成为一种便捷的工具。
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