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選購耳機時都會有的疑問》什麼是頻率響應?其如何影響音樂?

常在研究藍牙耳機的人可能會一直遇到「頻率響應」這個名詞,就連其他音響產品,如喇叭、DAC和擴大器,都是需要瞭解所有有關頻率響應的訊息。顧名思義,頻率響應指的是音響產品能夠再現我們聽到的音調範圍。人類的聽力範圍從非常低的20 Hz一直到非常高的20 kHz。儘管每個人的聽覺在這兩個極端之間會有所不同,但從音樂的角度來看,我們經常將這分為低音、中音和高音部分。一般來說,低音大約是20至300 Hz之間的頻率,中音是300 Hz至4 kHz,高音則是4 kHz以上。

頻率響應測量特定音頻分量是否且如何很好地再現所有這些可聽頻率,以及在整個過程中是否對訊號進行了調整。例如,重低音喇叭X可以再現的最低頻率是多少。在沒有任何人為的EQ設置時,理想頻率輸出應等於輸入,這通常被稱為「平坦」頻率響應,其中固定音量的正弦波(以分貝為單位)將被輸入到系統,並且在輸出時相同的頻率會有相同的振幅。

credit: Sound Guys

換句話說,理想的頻率響應是不會調整低音、中音或高音的音量。相比之下,如果去觀察一些藍牙耳機附屬App的EQ設置,則可能會看到非平坦的EQ設置,該設置可能會增強低音或降低高音等。因此,如果藍牙耳機沒有平坦的頻率響應,使用者可能會聽到某些特定頻率的聲音被放大。在極端情況下,這可能會破壞聆聽體驗。


平坦的頻率響應並不容易達成

不幸的是,對於音頻來說,理想的狀況和實際發生的事情很少並存,要在整個音頻訊號鏈中實現完美平坦的頻率響應是非常困難的。這是藍牙耳機驅動單體經常遇到的問題,在藍牙耳機的驅動單體中,機械性能、電子學和聲學特性結合在一起會產生非線性的聲音。例如,擴大器與喇叭、喇叭電感線圈和驅動器之間的阻抗匹配和電容耦合,甚至所處房間的聲音,都可能影響最終的頻率響應。

在現實世界中,經常會看到頻率響應標示了一個頻率範圍,例如20 Hz到20 kHz,然後是以分貝為單位的頻率響應變化量,例如+/- 6 dB。然而,這僅告訴我們在給定頻率之間任意點的最大增強或衰減量,並沒有真正揭示出產品的聲音。

對於大多數人而言,正負3 dB被認為是人類能夠感受到聲音變化的下限。但是3 dB或更高的偏差會讓音樂產生某些可感知的變化。共振頻率在頻率圖表上顯示為明顯的孤立駝峰,可能會造成一些問題,因為某些音調會被誇大或掩蓋。

因此,僅查看20Hz-20kHz +/- 3dB這樣的頻率響應標示是不夠的,最好能夠看到 這些變化在何處發生以及如何分佈。平滑的頻率響應優於高度可變的頻率響應,而且平坦是理想的目標。

credit: Sound Guys

對於DAC,即使在現代低成本設計中,在可聽頻率範圍內,輸出也應幾乎趨近於平坦。當今的硬體中,從數位到類比的轉換是直接採樣轉換,然後濾除了遠遠超出人類感知的頻率噪音。在此階段,無需擔心任何機械或聲學問題。

擴大器電路則有些棘手,但總的來說:為最低阻抗的藍牙耳機供電時,即使是普通的DAC / Amp組合也應具有平坦的頻率響應。


傅立葉分析(Fourier analysis)

到目前為止,我們已經得到一個簡單的理論:非線性的頻率響應將改變原始聲音。但是,這不僅涉及低音和高音之類的常見概念,而且還會影響混音中每個樂器的音質。為了弄清非線性頻率響應如何影響我們所聽到的聲音,需要透過傅立葉分析。

簡而言之,傅立葉分析和傅立葉變換揭示了一個複雜的波形可以表示為一系列幅度不同的正弦波的總和。因此,時域中出現的正方形、三角形或任何其他波形可以由頻域中多個不同幅度變化的單獨頻率來表示。這包括由樂器產生的波形形狀,範圍從小鼓的尖銳節拍到電吉他的方形波。

credit: Sound Guys

在樂器中,這些正弦波主要與諧波相關,出現在根音上方的奇數和偶數八度(基本音符頻率的倍數)處。因此,例如,如果您用小提琴演奏自然C,則聽起來基頻為261 Hz,再加上522 Hz的一些二次諧波、783 Hz的三次諧波、1044 Hz的第四諧波,依此類推,音量逐漸減小。其他樂器具有不同的諧波關係,部分產生其獨特的聲音。下圖以鋼琴和小提琴的聲音之間的頻率關係差異為例。

credit: Sound Guys

為什麼這麼重要?回到頻率響應和濾波,現在可以看到,非平坦響應不僅會改變音樂的整體表現,而且還會改變單個樂器的發聲方式。即使頻率響應圖沒有出現任何主要的低音或高音問題,在某些頻率下較小的非線性也會改變我們對某些樂器的感覺。

一般EQ的規則是,降低樂器的基本頻率會產生較弱的聲音,而透過增強來增加其「深度」。同樣,減少樂器的諧波會讓空間中缺少沉悶的聲音,而增強諧波會增加存在感,但最終聽起來可能過於刺耳。更進一步,提高和削減不同樂器的頻率甚至可能最終掩蓋或放大歌曲中其他樂器的聲音。因此,非線性頻率響應可以消除工程師在仔細混合音軌時所做的艱苦工作。


為什麼頻率響應很重要?

credit: Sound Guys

按照HiFi的傳統標準,一種好的音頻系統是一種無需輸入就可以完全改變輸入訊號並輸出的音訊系統。其中包括從源音訊檔案到數位處理的各種組件,以及從DAC到擴大器和喇叭的各種組件。頻率響應只是該方程式的一部分,但對輸出聲音的影響卻很大。

頻率響應不僅僅在於系統中是否出現過多的低音、中音或高音,其也可能更微妙地影響音樂中樂器的音調和平衡,可能會染音甚至破壞我們的聆聽體驗。不可能對每個組件都實現完美平坦、理想的響應,但是當今的高端技術肯定可以接近人們無法分辨的範圍。

如果我們的目標是盡可能純淨地聽音樂,那麼必須注意頻率響應。如果您也希望通過均衡器擺脫不太理想的硬體,其也可以成為一種便捷的工具。


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參考來源: Sound Guys

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編輯日期:
(1) 最新更新日期:2020年10月07日
(2) 文章發表日期:2020年10月07日

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