頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)概念

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，就可以在一個坐標(biāo)上描繪出一個電平對應(yīng)頻率的曲線。這個坐標(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，橫坐標(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。

頻率響應(yīng)特征

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20～20000Hz這一段的情況，如果要求很高，可以將范圍擴(kuò)大到5～40000Hz，這已經(jīng)是足夠了。

頻率失真對于音質(zhì)的影響是非常巨大的，很多時候它會完全左右一個人對音質(zhì)的評價結(jié)果。由于頻響對于主觀音質(zhì)評價的影響因素太多，在這里不可能一一舉盡，直挑選一些影響最大的方面來說。

頻率響應(yīng)音色

從廣義的范圍來說，音色也是音質(zhì)的一個組成部分。我們知道，不同的樂器具有不同的聲音特點(diǎn)，基音、泛音、共振相互作用組成了一件樂器的音色特點(diǎn)，音色就是這些基音、泛音、共振的頻率以及比例關(guān)系。如果一套系統(tǒng)在頻響上不夠平直，那么就可能造成音色中各個組成部分的比例發(fā)生變化，有些泛音可能被增強(qiáng)了，而另一些泛音可能被削弱甚至難以被聽到，這就改變了樂器的音色特征。由于我們很多時候沒有機(jī)會對比原來那把樂器的聲音，所以這個改變并非極端重要，但是，由于樂器“好聽”與否幾乎就是音色的代名詞，因此，過度破壞音色特點(diǎn)的結(jié)果可能會造成這個樂器的聲音變得難聽，因此對于高要求的人來說，最好不要改變音色特征。由于頻響會對音色產(chǎn)生影響，因此一些器材設(shè)計師會巧妙利用這個現(xiàn)象來彌補(bǔ)錄音的不足。對于錄音師來說，這種調(diào)整也是“家常便飯”，因?yàn)樗麄儾豢赡苊繌埑寄堋罢垺钡侥切懊佟薄?h3 class="title-text">頻率響應(yīng)聲場、定位

聲場是個非常復(fù)雜的電聲現(xiàn)象，其中頻響特性也會在某種程度上影響到聲場表現(xiàn)。由于頻響的影響，某些和聲場表現(xiàn)有關(guān)的聲音細(xì)節(jié)會被弱化或者加強(qiáng)，這就會導(dǎo)致所謂的聲場“畸變”。這是一個非常微妙的影響，實(shí)在無法在這有限篇幅文字中完全說明，以后再說。對于定位來說，情況也是非常復(fù)雜，尤其是那些頻率范圍很寬的樂器，影響就更大。這一點(diǎn)比較容易理解，距離感和聲音的大小有密切的關(guān)系，如果頻響不平直，樂器在發(fā)出某種頻率的聲音的時候會感覺比發(fā)出其它聲音要遠(yuǎn)些或者近些，這樣，我們就會感到這個樂器被縱向拉長了，形體發(fā)生了變化。當(dāng)頻響的不平直度嚴(yán)重的時候，我們會感到樂器在前后晃動。

頻率響應(yīng)整體音色

這個話題可以非常古老了，這里就不再多說了。器材的冷(高頻多)、暖(低頻多)，聲音的密度、強(qiáng)度都是主要來源于此（當(dāng)然還有其它因素的影響，進(jìn)階篇會有探討）。

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，人耳的可聞頻率范圍大約在20～20000Hz，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(shí)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5～50000Hz,某些高要求的放大器甚至?xí)_(dá)到0.1~數(shù)十萬Hz。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)”，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。）

放大器有兩種失真：線性失真和非線性失真。我們通常把后者叫做“失真”，而把前者用其它方式表達(dá)出來。非線性失真我們已經(jīng)知道了是一種什么情況了。而線性失真就是指頻率和相位方面的“誤差”，即頻率失真和相位失真。

頻率失真是一種“線性失真”，意思是說，發(fā)生這種失真時放大器的輸出信號波形和輸入波形仍然是“相似形”，它不會使放大器對要處理的信號產(chǎn)生“形變”。一個單純的頻率失真可以看成放大器對于不同頻率的信號放大倍數(shù)不同，例如，1個十倍放大器，對1KHz的信號的放大倍數(shù)是10倍，而對于10KHz的交流信號可能放大倍數(shù)就變成了9.99倍，于是，我們就可以說這臺放大器有頻率失真了。在電聲學(xué)上，我們把這種現(xiàn)象稱為“頻響曲線的不平直”，這里面的“曲線”我們稍后再講。

頻率響應(yīng)失真原因

對于一臺放大器來說，產(chǎn)生頻率失真的原因非常多。很多放大器的內(nèi)在特性都會影響到這個參數(shù)，甚至失真也會插進(jìn)來一腳，總的來說，有如下一些情況會導(dǎo)致頻率失真：

1、元器件的固有頻率特性決定，這是最根本的原因，后面的一些原因?qū)嶋H上都源于這里。

2、采用負(fù)反饋技術(shù)放大器的開環(huán)特性以及負(fù)反饋電路本身的頻響特性決定。

3、放大器的非線性失真對于測量方法引入的“測量誤差”

4、放大器的電路設(shè)計導(dǎo)致傳輸特性的非理想化

5、安裝和制造工藝不完善，引入的外界交流干擾信號導(dǎo)致頻響的不平直。

談到這里，我們會發(fā)現(xiàn)，這里有很多原因似乎和“測量方法”有關(guān)，所以有必要提一下頻響是如何測量和定標(biāo)的。

頻率響應(yīng)測試方法

任何可以被寫上說明書的“指標(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(diǎn)，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)得到相同或相近的測量結(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(diǎn)，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)該是多少呢？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，是測試條件根本不同。

頻率響應(yīng)標(biāo)注方法

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(shí)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。

標(biāo)準(zhǔn)的頻響標(biāo)注方法是XHz~YHz±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，單單看頻響指標(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。

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?yàn)槲覀兊亩浔旧砭筒皇恰捌街薄钡?。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、我們對于頻響起伏的辨別程度有限，有實(shí)驗(yàn)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1~3dB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?yàn)槟承╊l段我們聽不到就可以去忽略它，因?yàn)槟切〇|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。

振幅頻率響應(yīng)即振幅頻率特性，為儀器的輸出振幅與輸入振幅之比和頻率的關(guān)系。

amplitude-frequency response; 即振幅頻率特性。為儀器的輸出振幅與輸入振幅之比和頻率的關(guān)系。

《電子學(xué)名詞》。

1993年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。