頻率響應(yīng)是指將一個以恒電壓輸出的音頻信號與系統(tǒng)相連接時，音箱產(chǎn)生的聲壓隨頻率的變化而發(fā)生增大或衰減、相位隨頻率而發(fā)生變化的現(xiàn)象，這種聲壓和相位與頻率的相關(guān)聯(lián)的變化關(guān)系稱為頻率響應(yīng)。也是指在振幅允許的范圍內(nèi)音響系統(tǒng)能夠重放的頻率范圍，以及在此范圍內(nèi)信號的變化量稱為頻率響應(yīng)，也叫頻率特性。在額定的頻率范圍內(nèi)，輸出電壓幅度的最大值與最小值之比，以分貝數(shù)（dB）來表示其不均勻度。頻率響應(yīng)在電能質(zhì)量概念中通常是指系統(tǒng)或計量傳感器的阻抗隨頻率的變化。
頻響是在電子學(xué)上用來描述一臺儀器對于不同頻率的信號的處理能力的差異。同失真一樣，這也是一個非常重要的參數(shù)指標。頻響也稱響曲線，是指增益隨頻率的變化曲線。任何音響設(shè)備或載體（記錄聲音信號的物體）都有其頻響曲線。理想的頻響曲線應(yīng)當是平直的，聲音信號通過后不產(chǎn)生失真。
簡介
系統(tǒng)對正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。穩(wěn)態(tài)是系統(tǒng)的運動在過渡過程結(jié)束后的狀態(tài)。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)由幅頻特性和相頻特性組成。幅頻特性表示增益的增減同信號頻率的關(guān)系；相頻特性表示不同信號頻率下的相位畸變關(guān)系。根據(jù)頻率響應(yīng)可以比較直觀地評價系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)信號的能力和過濾噪聲的特性。在控制理論中，根據(jù)頻率響應(yīng)可以比較方便地分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和其他運動特性。頻率響應(yīng)的概念在系統(tǒng)設(shè)計中也很重要。引入適當形式的校正裝置（見控制系統(tǒng)校正方法）可以調(diào)整頻率響應(yīng)的特性，使系統(tǒng)的性能得到改善。建立在頻率響應(yīng)基礎(chǔ)上的分析和設(shè)計方法，稱為頻率響應(yīng)法。它是經(jīng)典控制理論的基本方法之一。
在控制工程中又稱為頻率特性它是系統(tǒng)對不同頻率的正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性.
一個“完美”的交流放大器，應(yīng)該在頻響指標上具有如下的素質(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，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，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)的信號能夠達到“標準”即可。實際上，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)_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)”，連這樣的要求也不可能達到。于是，就有了“頻響”這個指標。（附言：指標本身就代表著“不完美”，如果一切都“完美”了，指標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。通常把后者叫做“失真”，而把前者用其它方式表達出來。非線性失真已經(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。
確定方法
分析法
基于物理機理的理論計算方法，只適用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成易于確定的情況。在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成給定后，運用相應(yīng)的物理定律，通過推導(dǎo)和計算即可定出系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。分析的正確程度取決于對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)了解的精確程度。對于復(fù)雜系統(tǒng)，分析法的計算工作量很大。
實驗法
采用儀表直接量測的方法，可用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以確定的情況。常用的實驗方式是以正弦信號作為試驗信號，在所考察的頻率范圍內(nèi)選擇若干個頻率值，分別測量各個頻率下輸入和穩(wěn)態(tài)輸出正弦信號的振幅和相角值。輸出與輸入的振幅比值隨頻率的變化特性是幅頻特性，輸出與輸入的相角差值隨頻率的變化特性是相頻特性。
響應(yīng)圖
在采用頻率響應(yīng)法分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，常以頻率響應(yīng)的曲線圖作為研究問題的出發(fā)點。頻率響應(yīng)圖的主要形式有奈奎斯特圖、波特圖和尼科爾斯圖。
奈奎斯特圖
又稱極坐標圖。它是當頻率ω由零變化到無窮大時，表示在極坐標上的頻率響應(yīng) G（jω）的幅值|G(jω)|與相角∠G（jω）的一條關(guān)系曲線(圖1）。極坐標圖的優(yōu)點是，頻率響應(yīng)曲線上能顯示出頻率ω的分布情況。為了繪制極坐標圖，必須對選定的每個ω值計算出相應(yīng)的G（jω）的幅值|G(jω)|和相角∠G（jω）；由|G(jω)|和∠G（jω）可構(gòu)成極坐標圖上的一個矢量G（jω）。奈奎斯特圖就是當ω由零變化到無窮大時矢量G（jω）終端掃描得到的一條軌跡。
波特圖
又稱對數(shù)坐標圖。波特圖由頻率響應(yīng)G（jω）的對數(shù)幅值特性圖和相角特性圖組成（圖2）。在對數(shù)幅值特性圖中，頻率軸采用對數(shù)分度；幅值軸取為20log|G(jω)|，單位為分貝(dB),采用線性分度。在相角特性圖中，頻率軸也采用對數(shù)分度；角度軸是線性分度，單位為度。波特圖的優(yōu)點是可將幅值相乘轉(zhuǎn)化為對數(shù)幅值相加，而且在只需要頻率響應(yīng)的粗略信息時常可歸結(jié)為繪制由直線段組成的漸近特性線，作圖非常簡便。如果需要精確曲線，則可在漸近線的基礎(chǔ)上進行修正，繪制也比較簡單。
尼科爾斯圖
又稱對數(shù)幅相圖。它是在直角坐標上以頻率ω為參量表示的對數(shù)幅值20 計程儀|G(jω)|與相角∠G（jω）的一種關(guān)系圖(圖3)。對數(shù)幅相圖很容易根據(jù)波德圖上的對數(shù)幅值特性和相角特性來繪制。尼科爾斯圖的優(yōu)點是能較容易地確定控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。
性能
系統(tǒng)的過渡過程與頻率響應(yīng)有著確定的關(guān)系，可用數(shù)學(xué)方法來求出。但是除一階和二階系統(tǒng)外，這樣做常需要很多時間，而且在很多情況下實際意義不大。常用的方法是根據(jù)頻率響應(yīng)的特征量來直接估計系統(tǒng)過渡過程的性能。頻率響應(yīng)的主要特征量有：增益裕量和相角裕量、諧振峰值和諧振頻率、帶寬和截止頻率。
增益裕量和相角裕量
它可提供控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定和具有多大穩(wěn)定裕量的信息。
諧振峰值Mr和諧振頻率ωr
Mr和ωr規(guī)定為幅頻特性|G(jω)|的最大值和相應(yīng)的頻率值（圖4）。對于具有一對共軛復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點(見根軌跡法)的高階線性定常系統(tǒng)，當Mr值在(1.0～1.4)M0范圍內(nèi)時，可獲得比較滿意的過渡過程性能。其中M0是ω=0時頻率響應(yīng)的幅值。ωr的大小表征過渡過程的快速性:ωr值越大，系統(tǒng)在單位階躍作用下輸出響應(yīng)的快速性越好。
截止頻率ωc規(guī)定為幅頻特性|G(jω)|達到0.7M0并繼續(xù)下降時的臨界頻率(圖4)。對應(yīng)的頻率范圍0≤ω≤ωc稱為帶寬。截止頻率的含義是：系統(tǒng)對頻率高于ωc的信號分量具有過濾的功能，而頻率低于ωc的信號分量則可直接通過或略有衰減。從復(fù)現(xiàn)輸入信號的角度來說，常要求帶寬大一些，它相應(yīng)于較小的上升時間和較快的響應(yīng)速度。但從抑制高頻噪聲的角度來看，則帶寬不宜太大。因此確定帶寬需要全面考慮。
范圍
頻率范圍是指音響系統(tǒng)能夠回放的最低有效回放頻率與最高有效回放頻率之間的范圍；聲壓和相位與頻率的相關(guān)聯(lián)的變化關(guān)系(變化量)稱為頻率響應(yīng)，單位分貝(dB)。頻率范圍和頻率響應(yīng)這兩個概念有時并不區(qū)分，就叫作頻響。
音響系統(tǒng)的頻率特性常用分貝刻度的縱坐標表示功率和用對數(shù)刻度的橫坐標表示頻率的頻率響應(yīng)曲線來描述。當聲音功率比正常功率低3dB時，這個功率點稱為頻率響應(yīng)的高頻截止點和低頻截止點。高頻截止點與低頻截止點之間的頻率，即為該設(shè)備的頻率響應(yīng)；聲壓與相位滯后隨頻率變化的曲線分別叫作“幅頻特性”和“相頻特性”，合稱“頻率特性”。這是考察音箱性能優(yōu)劣的一個重要指標，它與音箱的性能和價位有著直接的關(guān)系，其分貝值越小說明音箱的頻響曲線越平坦、失真越小、性能越高。
從理論上講，20～20000Hz的頻率響應(yīng)足夠了。低于20Hz的聲音，雖聽不到但人的其它感覺器官卻能覺察，也就是能感覺到所謂的低音力度，因此為了完美地播放各種樂器和語言信號，放大器要實現(xiàn)Hi-Fi目標，才能將音調(diào)的各次諧波均重放出來。所以應(yīng)將放大器的頻帶擴展，下限延伸到20Hz以下，上限應(yīng)提高到20000Hz以上。對于信號源(收音頭、錄音座和激光唱機等)頻率響應(yīng)的表示方法有所不同。例如歐洲廣播聯(lián)盟規(guī)定的調(diào)頻立體聲廣播的頻率響應(yīng)為40～15000Hz時十/—2dB，國際電工委員會對錄音座規(guī)定的頻率響應(yīng)最低指標：40～12500Hz時十/—2．5十/—4．5dB(普通帶)，實際能達到的指標都明顯高于此數(shù)值。CD機的頻率響應(yīng)上限為20000Hz，低頻端可做到很低，只有幾個赫茲，這是CD機放音質(zhì)量好的原因之一。
放大電路
頻率響應(yīng)是衡量放大電路對不同頻率輸入信號適應(yīng)能力的一項技術(shù)指標。
由于放大器件（雙極結(jié)型三極管或場效應(yīng)三極管）本身具有極間電容，此外，放大電路中有時存在電抗性元件，所以，當放大電路輸入不同頻率的正弦信號信號時，電路的放大倍數(shù)將有所不同，而成為頻率的函數(shù)。這種函數(shù)關(guān)系稱為放大電路的頻率響應(yīng)或頻率特性。
頻率失真
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，就可以說這臺放大器有頻率失真了。在電聲學(xué)上，把這種現(xiàn)象稱為“頻響曲線的不平直”，這里面的“曲線”稍后再講。
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、采用負反饋技術(shù)放大器的開環(huán)特性以及負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，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的。
測試方法
任何可以被寫上說明書的“指標”都是必須借助儀器來測量的，這些指標必須有一個共同的特點，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。把這一類指標稱為“客觀指標”，頻響當然是屬于此類。
頻響的測量方法很簡單，在放大器的輸入端接入一個標準信號發(fā)生器，這個信號發(fā)生器可以產(chǎn)生標準的正弦信號信號，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準的純阻性負載，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”，即從一個標準頻率（例如1KHz）開始，按照2倍關(guān)系向上和向下取點，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，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？不是要賣關(guān)子，而是這里的“玄機”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”。時常發(fā)現(xiàn)，兩個質(zhì)量完全不同的放大器在頻響指標上“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。
標注方法
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，其頻響指標就越差。而一個比較負責任的指標標注，應(yīng)該指“在該放大器的最大不失真功率下測量的指標”，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“看起來好看”，往往采用的是“標準測試方式”，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際上并不全面，但是“出于商業(yè)目的和測試標準的允許”，這個測試仍然被認為是“正確”的。這樣，就應(yīng)該注意了，看指標的時候不能只關(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是毫無意義的。
標準的頻響標注方法是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。
頻響曲線
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，就可以在一個坐標上描繪出一個電平對應(yīng)頻率的曲線。這個坐標的縱坐標是電平，橫坐標是頻率。縱坐標的單位是dB，橫坐標的單位是Hz（或KHz）。為了記錄方便，橫坐標的表尺為對數(shù)型的，縱坐標則是線性的。
特征
可以看看各個廠家提供的不同器材的頻響曲線，會發(fā)現(xiàn)，即使兩個看起來頻響指標完全相同的器材，其頻響曲線也是非常不同的。這里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。這里需要注意的是“工作頻率”，對于音頻設(shè)備來說，應(yīng)該關(guān)心的是20～20000Hz這一段的情況，如果要求很高，可以將范圍擴大到5～40000Hz，這已經(jīng)是足夠了。
影響
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。
音色
從廣義的范圍來說，音色也是音質(zhì)的一個組成部分。知道，不同的樂器具有不同的聲音特點，基音、泛音、共振相互作用組成了一件樂器的音色特點，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。由于很多時候沒有機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)象來彌補錄音的不足。對于錄音師來說，這種調(diào)整也是“家常便飯”，因為他們不可能每張唱片都能“請”到那些“名琴”。
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)的聲音細節(jié)會被弱化或者加強，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)出其它聲音要遠些或者近些，這樣，就會感到這個樂器被縱向拉長了，形體發(fā)生了變化。當頻響的不平直度嚴重的時候，會感到樂器在前后晃動。
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、強度都是主要來源于此（當然還有其它因素的影響，進階篇會有探討）。
頻響指標
對于廠家的頻響指標，應(yīng)該給予足夠的重視。但是還要記住，這個指標并非“標注”的越高越好，由于的耳朵具有一些自身的特性，因此需要對頻響有個清醒的理解。
1、需要的頻響指標應(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，也不一定能聽到平直的聲音。這是因為的耳朵本身就不是“平直”的。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，在考慮平直的時候，必須要把耳朵一起考慮進去。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、耳機廠家以及錄音師去完成。
3、對于頻響起伏的辨別程度有限，有實驗表明，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也是一樣的。
4、前面說過，不能因為某些頻段聽不到就可以去忽略它，因為那些東西可能會暗示器材的一些其它特性的情況。
5、任何指標都要和別的綜合起來看，而不能孤立起來看問題。
參考資料 >