频率响应是系统或设备响应刺激的输出频谱的定量测量，用于表征系统的动态特性。 它是输出的幅度和相位的量度，作为一个函数 频率，与输入相比。 简单来说，如果一个 正弦 波以给定频率注入系统，线性系统将以相对于输入的特定幅度和特定相位角以相同频率响应。 同样对于线性系统，输入幅度加倍将使输出幅度加倍。 此外，如果系统是时不变的，那么频率响应也不会随时间变化。 频率响应分析的两种应用相关但目标不同。 对于音频系统，目标可能是无失真地再现输入信号。 这将需要一个统一的（平坦的）响应幅度，直至系统的带宽限制，信号在所有频率上延迟完全相同的时间量。 在录制媒体的情况下，该时间量可能是几秒钟、几周或几个月。 相反，对于用于控制动态系统的反馈装置，其目标是使闭环系统与未补偿系统相比具有改进的响应。 反馈通常需要在非常少的振荡周期（通常少于一个完整周期）内响应系统动态，并具有相对于命令控制输入的确定相位角。 对于足够放大的反馈，错误的相位角可能导致开环稳定系统的不稳定，或者无法稳定开环不稳定的系统。 数字滤波器可用于音频系统和反馈控制系统，但由于目标不同，通常滤波器的相位特性对于这两种应用会显着不同。
在本文中，我将解释什么是频率响应、它如何影响声音以及如何测量它。 另外，我将分享一些关于如何从您的音频设备获得最佳频率响应的技巧。
了解频率响应：音频设备性能的关键
频率响应是一个术语，用于描述音频系统如何响应信号的不同频率。 简单来说，它指的是音频系统在一定频率范围内再现声音的能力。
音频设备设计中如何应用频率响应？
设计人员使用频率响应测量来设计以线性和可预测方式运行的音频设备。 他们使用滤波器、放大器和其他电路来调整频率响应以获得特定的声音或补偿系统中的缺陷。
什么是傅立叶变换？
傅里叶变换是一种数学过程，用于根据信号的频率分量来表示信号。 它用于将信号分成其组成频率和幅度，然后可以将其绘制在频率响应曲线上。
频率响应和信号处理之间有什么关系？
频率响应是信号处理中的一个基本概念，因为它描述了系统如何响应信号的不同频率。 诸如滤波和乘法之类的信号处理技术用于操纵系统的频率响应以实现特定的声音或效果。
频率响应在音频设备性能中的作用是什么？
频率响应是决定音频设备性能的关键因素。 具有平坦频率响应的系统将平等地再现所有频率，而具有整形频率响应的系统将强调或衰减某些频率。 设计人员必须平衡对特定声音的需求与对准确可靠性能的需求。
为什么频率响应在音频设备中很重要
谈到音频设备，频率响应是一个经常被抛在脑后的技术术语，人们却没有充分意识到它的重要性。 简单来说，频率响应是指设备再现音频信号中所有音调的能力，从最低的低音音符到最高的高音音符。
频率响应在产生良好声音中的作用
音频设备的频率响应对于确定最终传送的声音质量至关重要。 具有更平坦频率响应的设备被认为更平衡并且能够产生更广泛的声音，而具有整形频率响应的设备可能被设计为强调或不强调某些频率。
为什么平衡的频率响应很重要
平衡的频率响应很重要，因为它可以让设备准确地再现不同乐器和音乐风格的声音。 例如，具有强烈低音响应的设备可能非常适合播放某些类型的音乐，但它可能不适合录制或混音包含大量高频声音的作品。
频率响应如何影响性能
音频设备的频率响应也会以多种方式影响其整体性能。 例如，具有低频响应的设备可能无法传递足够的能量来产生良好的低音，而具有高频响应的设备不一定能够产生良好的低端声音。
为什么频率响应在工作室设置中很重要
在录音室环境中，频率响应更为重要，因为它会影响所制作录音的质量。 具有平衡频率响应的设备有助于确保录音在各种播放设备上准确且音质良好。
如何根据频响选择音响设备
购买音频设备时，记住频率响应很重要。 以下是一些需要考虑的事项：
- 寻找能够在整个音调范围内提供平衡频率响应的设备。
- 考虑您将制作或收听的音乐或声音类型，并选择专为处理这些特定频率而设计的设备。
- 不要太拘泥于技术细节或规格。 虽然了解频率响应的基础知识很重要，但大多数人听不出不同设备之间频率响应的细微差别。
- 请记住，频率响应只是选择音频设备时要考虑的因素之一。 其他因素包括设备可以处理的输入和输出信号类型、它提供的细节和清晰度水平，以及它产生的声音的整体质量。
测量和绘制频率响应：技术细节
- 最常见的方法包括将测试信号施加到音频设备的输入端并测量产生的输出信号。
- 另一种方法涉及使用麦克风拾取设备产生的声音并分析产生的信号。
- 这两种方法通常都涉及使用一系列不同频率的测试信号来覆盖设备的整个频率范围。
频率响应绘图
- 频率响应通常绘制在图表上，x 轴为频率，y 轴为电平。
- 生成的图可以采用不同的形式，包括平滑曲线或一系列矩形。
- 该图还可以包括有关相位的信息，相位是信号中不同频率分量的相对时间。
频域规范：强制限制和跟踪信号
频域规范是指定系统应如何响应不同频率的输入信号的技术参数。 它们对系统的增益、灵敏度和干扰衰减施加限制，并跟踪信号以确保输出符合所需的配置文件。
什么是系统？
Systune 是一种软件工具，可自动调整控制系统的频域规范。 它使用闭环脚本来调整系统参数并跟踪所需的响应。
什么是 SISO？
SISO 代表“单输入、单输出”，指的是只有一个输入和一个输出的系统。 SISO 系统受频域规范的约束，这些规范对其对不同频率输入信号的响应施加限制。
放大等于增益吗？
放大和增益相关，但不相同。 放大是指信号电平的整体增加，而增益是指在特定频率下输出与输入的比率。 在某些情况下，根据系统的要求，指定放大而不是增益可能更可取。
什么是规范约束？
范数约束是一种频域规范，它对系统传递函数的范数施加限制。 这对于约束系统的整体响应很有用，而不是它在特定频率下的响应。
平坦与整形频率响应：哪个更适合您的麦克风？
另一方面，整形频率响应意味着麦克风被设计为强调或弱化某些频率。 出于多种原因，可以这样做，例如补偿房间的声学效果或改善特定乐器的声音。 具有整形频率响应的麦克风的一些示例包括：
- 舒尔 SM7B：这款麦克风具有增强的中音和高频滚降，使其成为录制人声的热门选择。
- AKG C414：这款麦克风有多个替代版本，每个版本都有不同形状的频率响应。 这允许用户选择最适合他们需要的版本。
根据您的需要选择正确的频率响应
那么，哪个更好：平坦的还是有形的频率响应？ 答案是，这取决于您的具体需求。 以下是选择麦克风时需要考虑的一些事项：
- 如果您想要一个能够准确再现声源声音的麦克风，那么平坦的频率响应是最佳选择。
- 如果您在声学效果不佳的房间内录音，具有整形频率响应的麦克风可以帮助弥补这一点。
- 如果您正在录制特定的乐器或声音，具有可强调该乐器或声音频率的整形频率响应的麦克风可以改善生成的音频。
还值得注意的是，一些麦克风（例如著名的 Neumann U87）具有略微提升的高端频率响应。 这会产生更明亮、更细腻的声音，但也会导致更多的噪音，需要仔细处理。
频率响应的应用
音频系统的频率响应是设计音频设备的重要因素。 工程师需要确保系统能够以足够的精度和保真度再现所需的可听频率范围。 这需要具有严格公差的平坦频率响应，这意味着系统不应衰减或强调任何特定频率。 为实现这一点，工程师可以根据系统的具体要求，结合使用模拟和数字滤波器。
测量和分析信号
频率响应对于测量和分析电子系统中的信号也很重要。 工程师使用频率响应曲线来指示系统再现或衰减不同频率的能力。 此信息对于设计和测试电子元件（如放大器、麦克风和滤波器）至关重要。 通过分析系统的频率响应，工程师可以计算出系统的有限脉冲响应 (FIR)，从而可以补偿任意频率响应。
通信和无线系统
频率响应在通信和无线系统中也很重要，例如无线电、视频和开关系统。 工程师使用频率响应曲线来指示系统可以传输或接收的频率范围。 此信息对于设计和测试天线和同轴电缆至关重要。 在无线系统中，工程师还需要考虑可能由地震或脑电图 (EEG) 信号引起的次声波频率。
加重和衰减要求
在某些应用中，例如音频再现或语音清晰度，可能需要整形频率响应。 例如，特定类型的音乐可能需要更多地强调低音频率，而语音清晰度系统可能需要更多地强调中频。 在这些情况下，工程师可以使用滤波器来调整系统的频率响应以满足特定要求。 然而，重要的是要确保整形响应不会导致保真度或可懂度差。
保护和通知
频率响应对于保护电子元件免受损坏也很重要。 例如，扬声器的频率响应可能超出可听范围，如果使用包含次声波或超声波频率的信号驱动扬声器，则可能会损坏扬声器。 为了防止这种情况，工程师可能会使用滤波器来限制输入信号的频率响应。 此外，频率响应可用于通知用户系统中的潜在问题。 例如，系统频率响应的突然变化可能表示组件有故障或连接松动。
结论
因此，频率响应是衡量扬声器或音频设备再现不同频率的能力的指标。 在为您想要实现的声音选择合适的设备时，这是一个关键因素。
所以，现在您知道什么是频率响应以及如何测量它了。 我希望本指南已经回答了您所有的问题，并帮助您更多地了解音频设备的这一重要方面。
我是 Joost Nusselder，Neaera 的创始人，也是一名内容营销人员，父亲，我热爱以吉他为核心尝试新设备，并与我的团队一起，自 2020 年以来一直在撰写深度博客文章帮助忠实的读者获得录音和吉他技巧。
