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HIFI日记:由浅入深,理解频响曲线/瀑布图

最近看到一些朋友在讨论频响曲线相关的内容,发现不少人在这方面了解还是比较片面的,于是想尝试跟大家稍微聊聊频响曲线的相关内容,以方便各位真正了解频响曲线和与之相关的瀑布图到底是什么,有什么用。

1、什么是频响曲线

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图片取自网络

我们一般来说看到的频响曲线如上,在这张图中,纵轴是响度(dB),横轴是频率(Hz),曲线代表的就是在某个频率上的瞬间响度。简单地理解就是,频响曲线就是观察声音在某个频段上的最大响度是多少。而一个相对完美的频响曲线,应该是趋于平直、波动较少的。

2、频响曲线有什么用?

在了解频响曲线的作用前,我们需要先了解不同声音的频率范围:

通过上面的图,我们能看到,不同的乐器、人声坐落在不同的频率上,观察频响曲线就能大致了解到不同乐器、人声的响度情况。

那这些响度情况到底有什么用呢?一句话总结就是,没什么用。由于频响曲线只能体现出某个频段的响度,因此单纯参考曲线,只能大致判断某个频段的“量感”,比如烧友经常说的“低频太多”、“中频空洞”、“高频刺耳”,这些都是因为在响应的频响上出现了突起,也就是“峰”而导致的,而烧友平时说的“低频少”、“人声远”、“高频暗”等问题,一般来说就是因为频响上出现了凹陷,也就是“谷”而导致的。

但是,频响曲线能表现的也仅此而已了,他只能提供一个非常模糊的数据,远不到判定一个回放设备好坏的程度。下面就让BLOG主为大家介绍一下原因。

3、Equal Loudness Contours(等响曲线):

这是1933年时,美国两位在贝尔实验从事研究的科学家Harvey Fletcher与Wilden Munson在Journal of the Acoustic Society of America对人耳听觉发表一篇文章”Loudness,its definition, measurement and calculation”。他们研究发现人耳对所有频率的响度认知并不是相同的,人耳对不同频率的反应会随着音量而改变。

说人话就是人耳对于频率的认知受到音频响度的影响非常严重,在低音量下,人耳对高频和低频的敏感性都会显著降低,而随着音量增大,这种差异将变小。更准确的说,在1kHz以下时,频率越低,我们就需要更大的响度才能获得与其他频率一致的听感。而超过6kHz,人耳的敏感度就会出现明显的下降。

其次,则是人耳结构对于音频的自然衰减。由于人类的耳朵结构,声音从耳朵进入耳道最终到达耳膜,这个过程中声音就已经开始产生了失真。而更为严重的问题可能是人类进化的过程中所形成的生理适应力。比如人耳对于3kHz的声音特别敏感,这主要是由于婴孩啼哭的哭声恰好就落在这一段频率上,导致在漫长的进化岁月中,人类对于这个频段的敏感程度变得越来越高。

在种种原因下,单纯参考频响曲线,是无法“判断器材好坏”的。即使我们经常听到,一个好的HIFI设备追求的是频响曲线的平直,不要有峰或谷就是好的曲线,但即使是一个完全平直频响的声音,被人耳接收后,也会自然的变得不平直。那面对这这样的情况,HIFI厂商是如何处理这个问题的呢?

4、哈曼曲线(Harman Target Curve)

在介绍厂商如何处理频响问题的时候,就不得不提著名的“哈曼曲线”。哈曼曲线是哈曼卡顿音频工程师根据听音环境、人耳结构、以及回放设备等综合因素得出的一条标准“调音”曲线,他的目的是为了让人耳最终听到的声音频响趋向于平直,也就是“听感平直”。因此,哈曼曲线是哈曼卡顿在制作回放设备时的参考标准,代表了他潜在的声音风格即风格取向。

但必须注意的是,哈曼曲线也仅仅代表了哈曼卡顿自己的调音风格,并非行业标准。而其他厂商比如SONY、森海塞尔、拜亚动力等等,都有自己的调音曲线,这种曲线一定程度上保证了品牌产品声音的传承性和可辨识度。但要是问到是否真的能代表人耳最终接收到的声音更为平直,更为HIFI,那BLOG主只能说,亚洲人的耳朵和欧洲人的耳朵就连外观上都明显不同呢。

5、什么是瀑布图

我们先回到频响曲线的话题上,前文说到频响曲线一定程度上能了解到诸如“低频太多”、“中频空洞”、“高频刺耳”等问题。我们知道声音是通过振动产生的,在没有人工干预的情况下,声音会随着振幅减弱而逐步衰减。这里就会引入到一个新的概念就是“衰减时间”。比如以前文“低频多”为例,一个衰减快的低频,会给人干净利落的感觉,而一个衰减慢的低频则会给人低频臃肿的感受。放到人声上,衰减快的中频会让人声会显得更加干净、清丽,而衰减满的中频则会让中频显得更饱满而富有氛围感。而平面的频响曲线图是无法表现出衰减速度的快慢的,因此一个加入了Z轴(时间轴)的频响曲线图就诞生了,这就是瀑布图。

如图,这就是拜亚动力旗舰耳机T1的瀑布图,我们可以清楚地看到在人声比较多的100Hz-1000Hz区段,T1的衰减速度非常快,这跟T1本身监听的风格是相吻合的。因此,相对于频响曲线而言,瀑布图无疑承载了更大的信息量,作为判断的依据而言,也更为准确。

OK,那么说到这里,想必各位应该对频响曲线和瀑布图有一定了解了。诚然无论是频响曲线亦或是瀑布图,对于选购一个音频产品而言,是具有一定的参考价值的。但我们很难认为仅仅靠响度和衰减就判断一个产品的好坏,更何况当前对于“什么是好”还没有一个公认的行业标准可供参考。

我们观察到,有些厂家比较喜欢在设备的介绍页面贴出频响曲线作为参考,我们不妨深入一些,去了解频响曲线或者瀑布图,对于整个音频行业中,有什么样的意义。

1、对音频工作者

我们知道,HIFI对于整个音频产业来说实际上是一个很小众的分类,而天生更注重感性理解的HIFI,与必须用专业知识和眼光对待的的音频行业从业者来说,本身就存在不可调解的矛盾。比如,HIFI玩家在听邓大姐的音乐时,喜欢用这样的描述:这个邓大姐像是年轻了几岁!而一个音频工作者比如监修或者DJ,他们会说,你500Hz高了3dB!

其实对于上述问题,HIFI玩家跟音频工作者表达的意思很可能是一样的。但是对于一般玩家而言,感性的词汇是大家表达自己感受的方式,他不需要专业的知识积累,不用做大量的听力练习,只要保证沟通双方的文化差异水平不大,一般都能接受这种表达方式。但毫无疑问的是,这样的表述是十分抽象性和具有不确定性,他无法形成标准,也无法准确衡量程度。对于专业人士来说,这样的沟通不仅效率低下,而且不具备实用性。因此采用频率、响度等更准确的参数进行沟通对于专业人士而言是非常正常的做法。

2、对硬件开发商

对于开发商而言,频响曲线的价值就变得很低了,更多情况下,他仅起到一个指导价值,而更多时候可能连指导价值都没有。仍然以拜亚动力为例。

可以看到,T90、T70P、T5P这同系列的三只高端耳机,其瀑布图都呈现出非常强烈的个体风格,几乎没有多少系列的延续性和传承性。可以说,当前音频终端产品更多的声音细节还是通过音频工程师的经验和听感进行把控,而瀑布图应该仅作为参考和debug的时候使用。

当然应该也有一些例外的情况,比如严谨的监听厂商在制作产品时就会格外关注频响曲线。比如著名的芬兰制造商真力,他们的监听校准软件GLM中的AutoCal功能,就可以为每个工作场景里的每一个监听设备提供频响、响应等参数的精细校准和优化。

3、对生产厂商

很多人没想到的是,频响曲线最大的用处体现在生产厂商这里。其作用概括来说就是“质量监控”。不少产品常卖常新,比如HD650、K701等经典耳机一卖就是357年,更别说歌德一票产品,甚至卖了10年之久。在这个过程中,产品原材料可能都已经更新换代了数次,如何尽可能保证产品的声音与最开始设计时基本吻合,如何保证同一个型号产品历经多年后声音仍一致,频响曲线就能起到一个很好的辨识作用。另外,还有在QA环节检测不同单元之间响度是否一致等使用环境,可以说应用层面非常广了。

那么这篇科普基本到这里就差不多了,频响曲线和频谱图还有很多知识这次未能细说,他更偏向专业性,与HIFI玩家的关系也不密切,如果有兴趣的朋友,可以自行寻找学习。

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