頻率響應是系統或設備響應刺激的輸出頻譜的定量測量，用於表徵系統的動態特性。 它是輸出的幅度和相位的量度，作為一個函數 頻率，與輸入相比。 簡單來說，如果一個 正弦 波以給定頻率注入系統，線性系統將以相對於輸入的特定幅度和特定相位角以相同頻率響應。 同樣對於線性系統，輸入幅度加倍將使輸出幅度加倍。 此外，如果系統是時不變的，那麼頻率響應也不會隨時間變化。 頻率響應分析的兩種應用相關但目標不同。 對於音頻系統，目標可能是無失真地再現輸入信號。 這將需要一個統一的（平坦的）響應幅度，直至系統的帶寬限制，信號在所有頻率上延遲完全相同的時間量。 在錄製媒體的情況下，該時間量可能是幾秒鐘、幾週或幾個月。 相反，對於用於控制動態系統的反饋裝置，其目標是使閉環系統與未補償系統相比具有改進的響應。 反饋通常需要在非常少的振盪週期（通常少於一個完整週期）內響應系統動態，並具有相對於命令控制輸入的確定相位角。 對於足夠放大的反饋，錯誤的相位角可能導致開環穩定係統的不穩定，或者無法穩定開環不穩定的系統。 數字濾波器可用於音頻系統和反饋控制系統，但由於目標不同，通常濾波器的相位特性對於這兩種應用會顯著不同。
在本文中，我將解釋什麼是頻率響應、它如何影響聲音以及如何測量它。 另外，我將分享一些關於如何從您的音頻設備獲得最佳頻率響應的技巧。
了解頻率響應：音頻設備性能的關鍵
頻率響應是一個術語，用於描述音頻系統如何響應信號的不同頻率。 簡單來說，它指的是音頻系統在一定頻率範圍內再現聲音的能力。
音頻設備設計中如何應用頻率響應？
設計人員使用頻率響應測量來設計以線性和可預測方式運行的音頻設備。 他們使用濾波器、放大器和其他電路來調整頻率響應以獲得特定的聲音或補償系統中的缺陷。
什麼是傅里葉變換？
傅里葉變換是一種數學過程，用於根據信號的頻率分量來表示信號。 它用於將信號分成其組成頻率和幅度，然後可以將其繪製在頻率響應曲線上。
頻率響應和信號處理之間有什麼關係？
頻率響應是信號處理中的一個基本概念，因為它描述了系統如何響應信號的不同頻率。 諸如濾波和乘法之類的信號處理技術用於操縱系統的頻率響應以實現特定的聲音或效果。
頻率響應在音頻設備性能中的作用是什麼？
頻率響應是決定音頻設備性能的關鍵因素。 具有平坦頻率響應的系統將平等地再現所有頻率，而具有整形頻率響應的系統將強調或衰減某些頻率。 設計人員必須平衡對特定聲音的需求與對準確可靠性能的需求。
為什麼頻率響應在音頻設備中很重要
談到音頻設備，頻率響應是一個經常被拋在腦後的技術術語，人們卻沒有充分意識到它的重要性。 簡單來說，頻率響應是指設備再現音頻信號中所有音調的能力，從最低的低音音符到最高的高音音符。
頻率響應在產生良好聲音中的作用
音頻設備的頻率響應對於確定最終傳送的聲音質量至關重要。 具有更平坦頻率響應的設備被認為更平衡並且能夠產生更廣泛的聲音，而具有整形頻率響應的設備可能被設計為強調或不強調某些頻率。
為什麼平衡的頻率響應很重要
平衡的頻率響應很重要，因為它可以讓設備準確地再現不同樂器和音樂風格的聲音。 例如，具有強烈低音響應的設備可能非常適合播放某些類型的音樂，但它可能不適合錄製或混音包含大量高頻聲音的作品。
頻率響應如何影響性能
音頻設備的頻率響應也會以多種方式影響其整體性能。 例如，具有低頻響應的設備可能無法傳遞足夠的能量來產生良好的低音，而具有高頻響應的設備不一定能夠產生良好的低端聲音。
為什麼頻率響應在工作室設置中很重要
在錄音室環境中，頻率響應更為重要，因為它會影響所製作錄音的質量。 具有平衡頻率響應的設備有助於確保錄音在各種播放設備上準確且音質良好。
如何根據頻響選擇音響設備
購買音頻設備時，記住頻率響應很重要。 以下是一些需要考慮的事項：
- 尋找能夠在整個音調範圍內提供平衡頻率響應的設備。
- 考慮您將製作或收聽的音樂或聲音的類型，並選擇專為處理這些特定頻率而設計的設備。
- 不要太拘泥於技術細節或規格。 雖然了解頻率響應的基礎知識很重要，但大多數人聽不出不同設備之間頻率響應的細微差別。
- 請記住，頻率響應只是選擇音頻設備時要考慮的因素之一。 其他因素包括設備可以處理的輸入和輸出信號類型、它提供的細節和清晰度水平，以及它產生的聲音的整體質量。
測量和繪製頻率響應：技術細節
- 最常見的方法是將測試信號施加到音頻設備的輸入端，然後測量產生的輸出信號。
- 另一種方法涉及使用麥克風拾取設備產生的聲音並分析產生的信號。
- 這兩種方法通常都涉及使用一系列不同頻率的測試信號來覆蓋設備的整個頻率範圍。
頻率響應繪圖
- 頻率響應通常繪製在圖表上，x 軸為頻率，y 軸為電平。
- 生成的圖可以採用不同的形式，包括平滑曲線或一系列矩形。
- 該圖還可以包括有關相位的信息，相位是信號中不同頻率分量的相對時間。
頻域規範：強制限制和跟踪信號
頻域規範是指定係統應如何響應不同頻率的輸入信號的技術參數。 它們對系統的增益、靈敏度和乾擾衰減施加限制，並跟踪信號以確保輸出符合所需的配置文件。
什麼是系統？
Systune 是一種軟件工具，可自動調整控制系統的頻域規範。 它使用閉環腳本來調整系統參數並跟踪所需的響應。
什麼是 SISO？
SISO 代表“單輸入、單輸出”，指的是只有一個輸入和一個輸出的系統。 SISO 系統受頻域規範的約束，這些規範對其對不同頻率輸入信號的響應施加限制。
放大等於增益嗎？
放大和增益相關，但不相同。 放大是指信號電平的整體增加，而增益是指在特定頻率下輸出與輸入的比率。 在某些情況下，根據系統的要求，指定放大而不是增益可能更可取。
什麼是規範約束？
範數約束是一種頻域規範，它對系統傳遞函數的範數施加限制。 這對於約束系統的整體響應很有用，而不是它在特定頻率下的響應。
平坦與整形頻率響應：哪個更適合您的麥克風？
另一方面，整形頻率響應意味著麥克風被設計為強調或弱化某些頻率。 出於多種原因，可以這樣做，例如補償房間的聲學效果或改善特定樂器的聲音。 具有整形頻率響應的麥克風的一些示例包括：
- 舒爾 SM7B：這款麥克風具有增強的中音和高頻滾降，使其成為錄製人聲的熱門選擇。
- AKG C414：這款麥克風有多個替代版本，每個版本都有不同形狀的頻率響應。 這允許用戶選擇最適合他們需要的版本。
根據您的需要選擇正確的頻率響應
那麼，哪個更好：平坦的還是有形的頻率響應？ 答案是，這取決於您的具體需求。 以下是選擇麥克風時需要考慮的一些事項：
- 如果您想要一個能夠準確再現聲源聲音的麥克風，那麼平坦的頻率響應是最佳選擇。
- 如果您在聲學效果不佳的房間內錄音，具有整形頻率響應的麥克風可以幫助彌補這一點。
- 如果您正在錄製特定的樂器或聲音，具有可強調該樂器或聲音頻率的整形頻率響應的麥克風可以改善生成的音頻。
還值得注意的是，一些麥克風（例如著名的 Neumann U87）具有略微提升的高端頻率響應。 這會產生更明亮、更細膩的聲音，但也會導致更多的噪音，需要仔細處理。
頻率響應的應用
音頻系統的頻率響應是設計音頻設備的重要因素。 工程師需要確保系統能夠以足夠的精度和保真度再現所需的可聽頻率範圍。 這需要具有嚴格公差的平坦頻率響應，這意味著系統不應衰減或強調任何特定頻率。 為實現這一點，工程師可以根據系統的具體要求，結合使用模擬和數字濾波器。
測量和分析信號
頻率響應對於測量和分析電子系統中的信號也很重要。 工程師使用頻率響應曲線來指示系統再現或衰減不同頻率的能力。 此信息對於設計和測試電子元件（如放大器、麥克風和濾波器）至關重要。 通過分析系統的頻率響應，工程師可以計算出系統的有限脈衝響應 (FIR)，從而可以補償任意頻率響應。
通信和無線系統
頻率響應在通信和無線系統中也很重要，例如無線電、視頻和開關係統。 工程師使用頻率響應曲線來指示系統可以傳輸或接收的頻率範圍。 此信息對於設計和測試天線和同軸電纜至關重要。 在無線系統中，工程師還需要考慮可能由地震或腦電圖 (EEG) 信號引起的次聲波頻率。
加重和衰減要求
在某些應用中，例如音頻再現或語音清晰度，可能需要整形頻率響應。 例如，特定類型的音樂可能需要更多地強調低音頻率，而語音清晰度系統可能需要更多地強調中頻。 在這些情況下，工程師可以使用濾波器來調整系統的頻率響應以滿足特定要求。 然而，重要的是要確保整形響應不會導致保真度或可懂度差。
保護和通知
頻率響應對於保護電子元件免受損壞也很重要。 例如，揚聲器的頻率響應可能超出可聽範圍，如果使用包含次聲波或超聲波頻率的信號驅動揚聲器，則可能會損壞揚聲器。 為了防止這種情況，工程師可能會使用濾波器來限制輸入信號的頻率響應。 此外，頻率響應可用於通知用戶系統中的潛在問題。 例如，系統頻率響應的突然變化可能表示組件有故障或連接鬆動。
結論
因此，頻率響應是衡量揚聲器或音頻設備再現不同頻率的能力的指標。 在為您想要實現的聲音選擇合適的設備時，這是一個關鍵因素。
所以，現在您知道什麼是頻率響應以及如何測量它了。 我希望本指南已經回答了您所有的問題，並幫助您更多地了解音頻設備的這一重要方面。
我是 Joost Nusselder，Neaera 的創始人，也是一名內容營銷人員，父親，我熱愛以吉他為核心嘗試新設備，並與我的團隊一起，自 2020 年以來一直在撰寫深度博客文章幫助忠實的讀者獲得錄音和吉他技巧。
