頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)概念

頻響曲線是在上述的測(cè)試電路中，使信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率發(fā)生連續(xù)變化（即通常說(shuō)的“掃頻”）并保持幅度不變，在輸出端通過(guò)示波器或者其它一些記錄儀將放大器對(duì)于這種連續(xù)變化相應(yīng)的輸出電平記錄下來(lái)，就可以在一個(gè)坐標(biāo)上描繪出一個(gè)電平對(duì)應(yīng)頻率的曲線。這個(gè)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(duì)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(gè)廠家提供的不同器材的頻響曲線，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使兩個(gè)看起來(lái)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(duì)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(gè)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(duì)于音頻設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(duì)于音質(zhì)的影響是非常巨大的，很多時(shí)候它會(huì)完全左右一個(gè)人對(duì)音質(zhì)的評(píng)價(jià)結(jié)果。由于頻響對(duì)于主觀音質(zhì)評(píng)價(jià)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(lái)說(shuō)。

頻率響應(yīng)音色

從廣義的范圍來(lái)說(shuō)，音色也是音質(zhì)的一個(gè)組成部分。我們知道，不同的樂(lè)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(lè)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(gè)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(lè)器的音色特征。由于我們很多時(shí)候沒(méi)有機(jī)會(huì)對(duì)比原來(lái)那把樂(lè)器的聲音，所以這個(gè)改變并非極端重要，但是，由于樂(lè)器“好聽”與否幾乎就是音色的代名詞，因此，過(guò)度破壞音色特點(diǎn)的結(jié)果可能會(huì)造成這個(gè)樂(lè)器的聲音變得難聽，因此對(duì)于高要求的人來(lái)說(shuō)，最好不要改變音色特征。由于頻響會(huì)對(duì)音色產(chǎn)生影響，因此一些器材設(shè)計(jì)師會(huì)巧妙利用這個(gè)現(xiàn)象來(lái)彌補(bǔ)錄音的不足。對(duì)于錄音師來(lái)說(shuō)，這種調(diào)整也是“家常便飯”，因?yàn)樗麄儾豢赡苊繌埑寄堋罢?qǐng)”到那些“名琴”。

頻率響應(yīng)聲場(chǎng)、定位

聲場(chǎng)是個(gè)非常復(fù)雜的電聲現(xiàn)象，其中頻響特性也會(huì)在某種程度上影響到聲場(chǎng)表現(xiàn)。由于頻響的影響，某些和聲場(chǎng)表現(xiàn)有關(guān)的聲音細(xì)節(jié)會(huì)被弱化或者加強(qiáng)，這就會(huì)導(dǎo)致所謂的聲場(chǎng)“畸變”。這是一個(gè)非常微妙的影響，實(shí)在無(wú)法在這有限篇幅文字中完全說(shuō)明，以后再說(shuō)。對(duì)于定位來(lái)說(shuō)，情況也是非常復(fù)雜，尤其是那些頻率范圍很寬的樂(lè)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(lè)器在發(fā)出某種頻率的聲音的時(shí)候會(huì)感覺(jué)比發(fā)出其它聲音要遠(yuǎn)些或者近些，這樣，我們就會(huì)感到這個(gè)樂(lè)器被縱向拉長(zhǎng)了，形體發(fā)生了變化。當(dāng)頻響的不平直度嚴(yán)重的時(shí)候，我們會(huì)感到樂(lè)器在前后晃動(dòng)。

頻率響應(yīng)整體音色

這個(gè)話題可以非常古老了，這里就不再多說(shuō)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(lái)源于此（當(dāng)然還有其它因素的影響，進(jìn)階篇會(huì)有探討）。

一個(gè)“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(duì)于任何頻率的信號(hào)都能夠保持穩(wěn)定的放大率，并且對(duì)于相應(yīng)的負(fù)載具有同等的驅(qū)動(dòng)能力。顯然是完全不可能的，那么針對(duì)不同的放大器就有了不同的“前綴”，對(duì)于音頻信號(hào)放大器（功率放大器或者小信號(hào)放大器）來(lái)說(shuō)，我們還應(yīng)該加上如此的“前綴”：在人耳可聞?lì)l率范圍內(nèi)以及“可能”影響到該范圍內(nèi)的頻率的信號(hào)。這個(gè)范圍顯然縮小了很多，我們知道，人耳的可聞?lì)l率范圍大約在20～20000Hz，也就是說(shuō)只要放大器對(duì)這個(gè)頻率范圍內(nèi)的信號(hào)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(gè)頻段以及部分低于這個(gè)頻段的一些信號(hào)雖然“不可聞”，但是仍然會(huì)對(duì)人的聽感產(chǎn)生影響，因此，這個(gè)范圍還要再擴(kuò)大，在現(xiàn)代音頻領(lǐng)域中，這個(gè)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(wàn)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(gè)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(méi)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(lái)。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(shuō)，發(fā)生這種失真時(shí)放大器的輸出信號(hào)波形和輸入波形仍然是“相似形”，它不會(huì)使放大器對(duì)要處理的信號(hào)產(chǎn)生“形變”。一個(gè)單純的頻率失真可以看成放大器對(duì)于不同頻率的信號(hào)放大倍數(shù)不同，例如，1個(gè)十倍放大器，對(duì)1KHz的信號(hào)的放大倍數(shù)是10倍，而對(duì)于10KHz的交流信號(hào)可能放大倍數(shù)就變成了9.99倍，于是，我們就可以說(shuō)這臺(tái)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(duì)于一臺(tái)放大器來(lái)說(shuō)，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(huì)影響到這個(gè)參數(shù)，甚至失真也會(huì)插進(jìn)來(lái)一腳，總的來(lái)說(shuō)，有如下一些情況會(huì)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(duì)于測(cè)量方法引入的“測(cè)量誤差”

4、放大器的電路設(shè)計(jì)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(hào)導(dǎo)致頻響的不平直。

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

頻率響應(yīng)測(cè)試方法

任何可以被寫上說(shuō)明書的“指標(biāo)”都是必須借助儀器來(lái)測(cè)量的，這些指標(biāo)必須有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是“可重復(fù)性”，也就是說(shuō)，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(cè)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(cè)量方法很簡(jiǎn)單，在放大器的輸入端接入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，這個(gè)信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波信號(hào)，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)使得這個(gè)發(fā)生器的輸出信號(hào)的頻率發(fā)生變化，而幅度不變。在放大器的輸出端接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的純阻性負(fù)載，并且接一個(gè)交流電平表，通過(guò)讀取電平表的數(shù)據(jù)，就可以測(cè)量該放大器的頻響特性了。測(cè)量時(shí)，為了保證測(cè)試結(jié)果的可靠和準(zhǔn)確，要盡量多地在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選取不同的頻率，通常采用的是“對(duì)數(shù)采樣法”，即從一個(gè)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(gè)間隔太大，可以縮小倍數(shù)，例如√2，√2/2等等。將這些對(duì)應(yīng)的頻率的輸出電平（單位是dB）記錄下來(lái)，并經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算就可以了。

這里，我們可能會(huì)忽視一個(gè)問(wèn)題，就是這個(gè)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(huì)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(cè)試條件”。我們時(shí)常發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)質(zhì)量完全不同的放大器在頻響指標(biāo)上“好像沒(méi)什么差別”，是那個(gè)質(zhì)量差的放大器在“說(shuō)謊”嗎？非也，是測(cè)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(gè)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(cè)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(lái)好看”，往往采用的是“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方式”，也就是說(shuō)，在給定放大器放大倍數(shù)（增益）的條件下進(jìn)行測(cè)試，而這個(gè)放大倍數(shù)通常是1。顯然，多數(shù)放大器是用來(lái)“放大”的，所以這個(gè)測(cè)試方法實(shí)際上并不全面，但是“出于商業(yè)目的和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的允許”，這個(gè)測(cè)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(shí)候不能只關(guān)心那些數(shù)值，而應(yīng)該和測(cè)試條件聯(lián)系起來(lái)看。沒(méi)有測(cè)試條件的指標(biāo)是毫無(wú)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(cè)試頻率的范圍，Z表示的是在這個(gè)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(gè)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(duì)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(gè)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(duì)頻響有個(gè)清醒的理解。

1、我們需要的頻響指標(biāo)應(yīng)該是整個(gè)系統(tǒng)的，而不是單一的器材。單個(gè)的器材的頻響平直并不意味著我們一定會(huì)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(shí)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?duì)于高頻的敏感程度在一生中會(huì)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(huì)損失過(guò)半，另外還和身體健康狀況以及遺傳有關(guān)。因此，我們?cè)诳紤]平直的時(shí)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(gè)心照不宣的約定，這個(gè)部分主要由音箱、耳機(jī)廠家以及錄音師去完成。

3、我們對(duì)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(wàn)分之一都不到），絕大多數(shù)人在1~3dB之間。也就是說(shuō)，小于1dB的頻響不平直幾乎沒(méi)有意義，如果為了追求頻響的過(guò)分平直而舍棄了一些其它要素將是得不償失的。這個(gè)原則對(duì)于其它指標(biāo)也是一樣的。

4、前面說(shuō)過(guò)，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(huì)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(lái)看，而不能孤立起來(lái)看問(wèn)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(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。