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发表于 2021-11-9
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<看观念> 从频率找寻听觉的真爱
撰文/林彥君 修訂/書世豪
初入音响世界时应该都曾有过类似的困扰，看着琳琅满目的相关商品，如天书般难懂的规格，茫然不知从何下手，以致最后听从店员的三寸不烂之舌，只要外观顺眼、价格也可接受，就随意入手了。但你可曾想过，这套音响，真的适合自己吗？
其实，除了价格、品牌、外观等较直观的参考条件外，也可以从聆听需求着手。每个人喜欢的音乐类型不同，挑选一对百乐通用的扬声器并不容易。有些人喜欢大提琴优美低沉的声线；有些人则醉心于爵士乐，享受摇摆的节奏与轻松的氛围；而古典乐迷，则期待闭上眼后彷若置身大型音乐厅中，感受现场演奏的震撼。那么，要如何确定这对扬声器能够满足自身的聆听需求呢？
音响器材所附的数据，例如阻抗、功率、灵敏度、频率响应、讯噪比、总谐波失真等，其实隐含着许多重要的讯息。这些让入门者退怯、艰涩难懂的专有名词，其实并没有想象中难解。本篇将由最基本的频率出发，进一步介绍何谓「频率响 应」。在了解频率、乐器、与扬声器之间纠缠不清的爱恨情仇后，将可更了解如何从聆听的需求面挑选扬声器。
以下将进行一系列关于声音的讨论与分析，不论你是刚入门的玩家，或是已拥有一定程度的音响知识，都希望能更增添在聆听时的乐趣。
旋律的基础― 频率
在录制与重放技术愈臻成熟的年代，音乐俨然已成为生活中不可或缺的一部分 。沉浸在音乐带来的美好同时，是否曾经想过，声音是怎么来的？为什么音调会有高低之分？
声音的产生，源自于物体受力产生振动。小时候上自然课曾接触过的音叉，可清楚地说明声音构成的要件。敲击时，音叉连续来回振动挤压了周围的空气分子（如下图）。
当音叉向外 扩张时，挤压外侧空气形成密部，空气压力变大;音叉向内收 缩时，外侧空气较为稀薄形成疏部，空气压力变小。当这个疏密波透过外耳及中耳组成的传声系统传递到我们的内耳，经由 听觉神经传达到大脑解读后，便成为我们听到的声音。
物体振动的幅度（振幅）越大，声音就越大。声波的频率即为一秒内物体振动的次数，单位为赫兹（Hz）。若物体一秒振动 440 次，该声波的频率即为 440Hz。频率的高低反应在人的主观听觉上即为音调的高低。频率越高，音调越高，反之则音调越低。
人耳可以感知的频率范围大约是 20Hz 到 20,000 Hz（或记为 20kHz），光看数字可能没有感觉，若是以比例来看，听觉频率的下限和上限足足差了 1,000 倍。在如此广大的频率范围内，为了能互相沟通，聪明的人类替常用的频率取了一串洋名字 ─ C、D、E、F、G、A、B ─ 。
看到这边，可能会产生疑问：频率范围这么宽，七个名字就够了吗？这个问题的答案可得从公元前说起。在很久很久以前，有个聪明的希腊男人，姑且称他为小毕。身为数学家的他不但发现了鼎鼎有名的「勾股定理」，同时也是个音乐理论家。他发现当频率增加一倍或减少一半的时候，音调听起来虽有高低之分，但感觉极为相似。在现代，便将频率相差一倍的二个音符之间的距离称为一个「八度」（octave），即钢琴上八个白键的距离。既然听起来很像，名字都叫 A 也是很合理的。又为了区分比较高的 A 和比较低的 A，于是有了 A0、A1⋯⋯A8 等名称。经过一段百家争鸣、各执一词的时期， 现在国际普遍认定中央 A（A4）的频率为 440Hz。音名与频率的对照表如下方表格所示。
看见声音：千变万化的波形
了解到频率的不同构成音调的高低后，可以进一步思考，为什么钢琴与小 提琴弹奏同样音调时，耳朵能够轻易分辨两者的差异而不会混淆?为什么同 一段旋律，由周杰伦和费玉清演唱，却有不同的特色?为什么有些人音色粗犷，有些人柔美，有些人清亮?
只有单纯的音调，并不足以构成丰富美妙的音乐世界，「音色」在音乐里 扮演举足轻重的角色。接下来，将更进一步介绍音色的构成要素。
在自然界中，极少声音是由单一频率组成的。物体在振动发声时，产 生的声波大多是数个频率迭加构成的复合波。基本频率（Fundamental Frequency，简称「基频」）是指一个复合波中的最低频率，这决定了该声波的音高。在自然界中，基频通常会是复合波中能量最大的频率。基频以外的频率称为「泛音」（Overtone，也称为「倍音」），通常为基频的整数倍。（请参考下图）不同发声体产生的泛音其能量比例皆不相同，这些不同频率的声波相互迭加，形成独特的波形，是决定音色的关键因素。
以钢琴为例，当我们在钢琴上弹奏中央 A 时，除了发出 440Hz 的频率，也 会伴随 880Hz、1,320Hz、1,760Hz⋯⋯等泛音列，泛音数量可多达十数个。
上图为钢琴弹奏中央 A 时的频率与能量关系图及波形，440Hz 为基频，其能量为所有频率中最高的，880Hz 称为第一泛音，1,320Hz 与 1,760Hz 则分别为第二泛音及第三泛音，以此类推。
每一种声音都有其独一无二的波形，音叉的波形很接近单一频率，泛音的能量极低，音色单纯，小提琴的高次泛音较突出，音色高亢明亮。就算是同一种乐器，本身的泛音比例也不尽相同，正是那波形的些许差异造就了所谓的百万名琴。前页图中列出一些常见乐器的波形，用耳朵聆听声音的同时， 也可用双眼看看声音的模样。
频率的听觉感受
有了频率与泛音的概念后，以下将更进一步介绍频率与单体、乐器之间的关联。上图列举了完整的音名与频率对照表，以及常见乐器和各类单体的发声频率范围。线段的起点与终点分别代表该乐器基频的最低频率与最高频率。举例来说，吉他的线段起点是 E2，线段终点是 G5，则代表吉他基频的最低音为 82.41Hz，最高音为 784Hz。
由上图可知，单体的频率范围有部分是重迭的。需特别注意的是，本图表列出的只是单体大致的频率范围，并非绝对值，实际上各类单体的频率范围会因各家厂商的设计而有所不同。
标准的 88 键钢琴涵盖完整的七个八度音。最低音为 27.5Hz，音名为 A0；最高音为4,186Hz，音名为 C8。一般乐器的发声频率都不出这个范围。我们 将 20Hz 至 20,000Hz 分为五个频段，分别是极低频、低频、中频、高频以及极高频。以下将简略介绍这五个频段对应到的乐器、单体种类及听感差异。
极低频（20Hz-40Hz）
极低频对应的音域为 E0-E1。可以下探到这个音域的乐器很少。一般而言，作曲家也不会在这个音域作曲。这个频段的声音主要不是用来听的，而是用身体去感觉，是轰隆隆震撼感的来源。一般在电影中常见的爆炸、地震、雷鸣等音效都会下探到这个音域。这个频段主要由超低音单体负责发声。除非是要享受震得像坐按摩椅一样的超低音震撼，否则聆赏音乐不需要花大钱买 到超低音单体。
低频（40Hz-160Hz）
低频对应的音域为 E1-E3。在乐团中主掌低音的乐器都可发出这个频段的声音。例如大鼓、低音提琴、巴松管、低音大号及男低音。低频表现主要由超低音单体与低音单体负责发声。
一般人常会误解低频越多越好，事实上，好的低频应该拥有准确的音调与清晰度。当低频过多时，只会听到一片模糊低沉的响声，缺乏清晰的音调与节奏。虽然还是听得到低音，但却无法与正在播放的音乐产生链接。然而，若是低频过少，音乐听起来会显得清瘦且黯然，就像少了梅子的西红柿，失去柴鱼的昆布。若想重现管弦乐团磅礡的气势，喜欢摇滚乐与爵士乐活泼明快的节奏感，这个频段的表现至关重要。
中频（160Hz-2,630Hz）
中频对应的音域为 E3-E7。这个频段除了涵盖几乎所有的乐器及人声，影响音色甚巨的低阶泛音亦包含在内。中频低段（约 250Hz-500Hz）过多，声音听起来会闷闷的，像是捂着嘴巴说话。中频中段（约600Hz）过多则听起来会有鼻音，像是捏着鼻子说话。中频若是太少，声音听起来会显得生硬、尖锐刺耳。中频主要由低音单体及中音单体负责发声。
一般人所认知的「高音」，例如女高音与多数乐器的音域上限其实都属于中频的范围，而非高频。由于中频是人耳听觉最为灵敏的区段。举凡人类、动物的交谈声、树叶的婆娑声以及下雨的滴答声等，千百年来人耳最熟悉的声响都在此频段内。因此，中频响应稍有不佳，声音就会变得很不自然，不可不慎。
高频（2,630Hz-5,270Hz）
高频对应的音域为 E7-E8。一般乐曲已极少涉入，只有少部分的乐器如小提琴、钢琴可以驾驭如此高的音域。这段频率大部分是乐器的高频泛音，主要由高音单体负责发声。此频段的声音过多听起来会觉得太过明亮甚至刺耳，若太少，声音则会因缺乏高频泛音的支撑而显得单薄乏力且细节不足。
极高频（5,270Hz 以上）
由图表可知，这个频率范围内已无乐器或人声的基频，只有泛音才可达到如此高的频率。这些极高频泛音影响的是聆听的空间感、空气感，以及乐器与人声的定位等较抽象的感觉，主要由高音单体与超高音单体负责发声。
由于小提琴、小号、钹等乐器的泛音都可轻松达到 40kHz，超高音单体被设计成可发出 20kHz 以上的频率。人耳虽然无法听见这么高频的声波，但是当这个波段伴随其他频率一起出现时，人耳还是可以感受到波形的微妙变化。由于这个频段的波动能量较小，喇叭响应稍有不佳就会失真。因此，追求细节、临场感、聆听氛围，及重视完美音色重现的玩家挑选喇叭时应特别注意这个频段的表现。
一般而言，扬声器的尺寸越大，能再现的频率下限会越低，价格当然也就越不亲民。下表列举了五种不同的扬声器，其频率响应范围由窄至宽，以下将简述这五种扬声器的声音表现。
A 扬声器 130Hz-18kHz
一般几百元的随身小型扬声器或笔记本电脑所附的扬声器，其频率响应大概都不出这个范围。对照图表可知，半数的乐器、包括男低音其低频都低于 130Hz，因此 A 扬声器无法正确重现男低音及许多乐器的低音，这样的扬声器当然就不能太苛求它的低频表现了。拿来听听女声，或者当成工作时的背景音乐播放可能还行。
B 扬声器 75Hz-20kHz
好一点的三吋全音域扬声器低频下限都可达到 75Hz。75Hz-20kHz 已涵盖八成乐器的发声范围， 20kHz 的高频要重现乐器的音色也已经很足够。以 B 扬声器来听人声、吉他、或是中提琴等都可以获得舒适的听感，但若是想感受磅礡的气势就有些强人所难了。
C 扬声器 60Hz-20kHz
一般五吋、八吋、或者优质的三吋全音域扬声器低频都可下潜至 60Hz。大提琴的最低音落在 C2 （65.4Hz），C 扬声器已可聆听完整的大提琴，驾驭市面上约九成的音乐。
D 扬声器 39Hz-30kHz
频率响应为 39Hz-30kHz，如此宽广的频率响应已非全音域扬声器可胜任。D 扬声器一般为二音路或三音路扬声器，内含两个或三个不同种类的单体，分别负责不同频段的声音。低音提琴与低音吉 他在爵士乐与摇滚乐中扮演音乐节奏的重要角色，其最低音为 E1（41.2Hz），D 扬声器已几乎可以完整地重现所有乐器的声音。
E 扬声器 18Hz-40kHz
拥有优秀的 18Hz 低频下限，其低频不仅可重现电影场景震撼的声音效果，令人彷佛身历其境，40kHz 的高频亦可重现许多音色细节与空间感。然而，这些细节并非每个人的耳朵都有福消受，如非观赏电影之用，或者对细节没有高标要求的人，其实不需要花大钱购买 E 扬声器。锁定用途，较能在合理的价格内找到符合自己需求的扬声器。
扬声器的频率响应当然不只这五种，但有了基本观念后，读者在选购时应可举一反三。需特别注意的是，多音路的扬声器虽然可以有较宽广的频率响应，但各单体间分频干扰的问题若是没有处理好，常会造成相位失真、音场定位不明等缺点。因此，在实务设计上，多音路扬声器要克服的问题远大于全音域扬声器，没有一定的实力所设计出来的多音路扬声器往往都是悲剧一场，建议读者不要贪图大带宽购买过低价位的多音路扬声器。
选择合适的扬声器
经过以上介绍，大家应已经了解了各频段对声音的影响。回到本文最初的问题：如何从聆听的需求面着手，选购一对适合自己的扬声器？
扬声器在出厂时一般都会测试「频率响应」，该数据代表扬声器可发声的频率范围，选购时可多加留意原厂网页所附的信息或向店员询问。举例来说，若一扬声器的频率响应为「75Hz-20kHz」，则表示该扬声器能完整再现 的频率下限为 75Hz（即低频截止点），上限为 20kHz（即高频截止点）。超过该范围的频率，能量会迅速衰减。
听感为主，数据为辅
影响声音好坏的因素很多，频率响应只是众多评断标准的其中之一而已。一对好的扬声器，除了要拥有平直且宽阔的频率响应外，还必须拥有良好的动态表现，并克服相位、振幅等各种失真问题。此外，讯源、扩大机、线材等器材搭配，以及扬声器的摆位、聆听环境也都会影响到音质。频率响应只是客观地指出该扬声器的发声范围，而非美好音质的保证。有些扬声器标榜低频可以下探到 20Hz，却可能连 80Hz 的声音都处理不好。
了解「频率响应」的意义后，在〈看观念〉将会继续介绍如何看懂音响器材的各种规格数据，帮助你在挑选音响器材时可以有所凭据。然而，增进知识的同时，也要小心别陷入了郑人买履的迷思。数据虽然可以提供客观的评选条件，但无法描绘主观的听觉感受。因此，购买音响前，别忘了用 耳朵仔细聆听，耳听为凭。最终的决定权，还是在于听觉的感受。
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