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通过频响曲线看耳机的好坏不太容易。% y) C W9 y K5 F H7 j
5 z) d$ K$ ^3 o5 V$ \) S0 \耳机音膜中心为低频边缘为高频。. m" u9 V2 ~% V2 j+ R7 ?
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频响曲线的低频端为下降趋势,为了获得更多的低频动能,因此耳机中心的球形设计是为了增大他的表面积而获得低音,耳机中频的频响曲线比较平坦,是因为音膜表面的螺旋状纹路。( Y5 A3 m4 r) D* m3 Y
/ k' @( X. ~' S7 b' P耳机高频端的频响曲线上有一个大锯齿,是因为音膜边缘有一个软环是为了增加音膜弹性,因此软材料的共振频率下降,过了软环到了粘接边缘材料变硬,共振频率上升,形成一个大锯齿。每个耳机都有无法避免。
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耳机高频端的频响曲线上有很多小锯齿,音膜支架和音膜边缘粘接有毛刺。和耳机制造工艺有关,如果支架和音膜一体化就不会有该问题。6 P) J: ^: U, P* r
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知道了上述情况,我们在选择耳机时注重他的频响曲线,低端增益要大,高频端小锯齿要少,中频要平。6 W# J! L5 o. D( U& {; ?0 b) i
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音质与频响曲线; ?2 d& z. g k/ w" i* Q
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影响音质的因素太多了。
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& G% @) ]) f3 J- `6 e首先来看看什么叫音质。音质指的是实际声波与原始波形的接近程度,即回放出来的实际声波与原音频文件所保存的波形越接近,则音质越好。假设有一个音频文件A.wav,又有一个理想的录音设备,它可以将空气中的声音毫无损失地录下来,存为B.wav,则这个A.wav与B.wav(从时域和频域上都)越接近越好(更多请阅读chinaaudio.net主站原文:何为音质)。: B2 E% ^3 m. d- m z
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对一个系统(设备)来说,幅频响应和相频响应在一起才构成整个系统的响应,而一般说的频响曲线只是指幅频响应。
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一个音频文件从手机里播放到被人听到需要经过哪些影响音质的过程。大致过程是这样的:音频文件-》操作系统的混音器(Mixer)-》操作系统DSP算法(音效、重采样,可能会用到DSP芯片)-》 DAC -》放大器-》耳机/音箱-》空气-》人耳。
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Y9 f2 r* E2 s7 j8 L/ c鉴于空气和人耳是无法控制的,所以只研究到音箱/耳机出来的声音。这前面几乎每一步都会影响音质。3 b8 N4 u' @# k; g: U5 }
) M) m# h1 V. a6 s6 @! r; a! ]首先是操作系统的混音器,它负责的是将系统内各个播放声音的程序混合到一起,从而可以使各个程序同时发声而不会出现一个程序将输出设备独占而其他程序不能发声的情况。表现在代码上也就是做加法,把各个程序的输出加起来。如果只有一个程序在播放音乐那还好,但手机还要处理铃声和提醒声音等。加法是怎么做的呢?这取决于算法。如果是定点的加法,为了保证加完的值不会溢出,会先对两个数据进行右移再相加。浮点的情况更为复杂,而且因为现有大多音频文件都是16位定点格式,所以还要经过定点《-》浮点之间的相互转换,这个过程也会损失精度。总之,程序会通过牺牲精度来换取动态范围。而如果只有一个程序在输出呢?别忘了还有个调节音量的东西吧,那个就是给波形上的每个点乘以一个增益值(gain),乘法过程也是会有精度损失的。总的来说,混音器这一步的精度损失无法避免。但手机上除了输入和输出过程,中间都是浮点运算的,精度的损失一般不会超过-90dB,一般是听不出来的。
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% t( u: F9 Q S! t7 F* m然后是DSP算法部分。音效(低音增强、增加空间感等)这一部分是主观性的,不属于「音质」的范畴,就不讨论了。假设所有音效都已关闭,那唯一剩下的就是重采样。对手机来说,重采样的存在是由于一个DSP芯片往往只支持一种输出采样率,或者DAC只支持一种输入采样率,而大部分情况下这个采样率是48kHz。这是由于如果要支持不同采样率,特别是像44.1kHz和48kHz这种不成整数关系的采样率,需要配备频率不同的晶振。由于各种原因,晶振产生48kHz的时钟频率更容易。然而,由于各种历史原因,目前的大部分音乐都是44.1kHz的,因此会经过一个44.1kHz-》48kHz的重采样。非整数倍的重采样是会大大损失精度的,不要以为采样率变高了音质就会变好。不经过重采样直接输出的才是最好的音质。重采样对音质的影响取决于重采样算法,劣质的算法可以导致严重失真。: `6 z& Q) W9 D3 N+ \/ F4 t
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' B, o( {, Q% s9 g! d4 L& r+ S0 q接下来是DAC,即数模转换器。这是对音质影响十分显著的一个模块。DAC的频响也容易做到平直,但衡量DAC的音质还需要参考许多其他参数。DAC的好坏基本可以就看芯片本身的厂商及型号等,所以没什么可说的。好的设备会用比较高端的DAC。
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+ }7 P; ]$ q( P H {- z( U, @, ?然后是放大器。相对来说,这一部分还是比较容易做到平直的幅频曲线的。但相频则不一定。(目前放大器的频响已经很容易做到平直)
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0 w: y9 u$ ]* s$ ~最后是耳机/音箱。通常来说,它们的幅频曲线很难做到平直,这很大程度上是因为发声单元所能发出的频率高度与其尺寸成反比。所以根本不要指望耳塞式耳机能发出有效的低频。这也是头戴式耳机一般来说比耳塞式或者挂耳式的音质更好的主要原因。而对于音箱来说,往往会采用二分频、三分频,甚至多分频,即多个发声单元负责不同的频段,其中还会有滤波、处理频段连接等问题。从整个音频流来看,耳机/音箱才是对音质影响最大的部分。你手机里放的全都是无损音乐、手机支持直接输出44.1kHz、DAC用的是最好的芯片、放大器几乎没失真,结果你用了一副50元的街边摊上买的耳机,那音质就是个渣。5 H1 a/ V! m0 P! p. l' t
0 r2 Z3 l* A$ S+ v总的来看:3 B2 S6 h: L1 q. z
5 E$ H l& I6 h }1.频响曲线能不能反映音质? b' p/ i) R8 L% M
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能。理论上来说越平直的频响曲线越好,系统响应越接近于直通。但光看一个频响曲线是十分不全面的。7 g( X, ?( v/ C9 a
0 c. r) [# e. y* t; {, F, R; Z. D2.放大器的频响曲线在多大程度上决定了音质?5 m1 J5 d6 M. r+ _
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很少。) q! i# b" R5 s' {" g
4 y: e* ?! n$ a: p/ v/ }$ o. ~3.对手机来说,有哪些影响音质的参数值得关注?
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混音器和重采样算法,各个手机都一样或差不多。
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放大器,比较重要,目前手机的放大器已经可以做到很好的系统响应,所以大家都差别不大。7 p( }- ~ N3 S5 ^" t, @0 W5 y" k' X7 S3 k
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DAC,比较重要,看芯片型号。: |6 ^4 C9 d9 H8 [. m
9 T1 b0 v9 d9 k/ W0 l8 v* p决定性的环节还是在你的回放设备,用个好点的耳机或音箱比什么都有效。/ }! q! `0 B9 O' ]4 x
1 f, ~+ T( x5 ?( G, h* k( Q" a& ~- z其他常用的评价音质的参数还有失真度、信噪比等。* r: @9 W* v; p8 c. b- H
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音色与频响曲线8 g/ a! M# }5 s8 v5 U# m+ E+ O
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; _3 Y7 O* d4 ]; ~+ w/ J9 e从“频”开始分析:我们在不同乐器中会发现同“音调”(频)的声音,其“音色”却不同,那么是什么因数决定了乐器音色呢?
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; _ } N0 O0 K6 Q$ g答:是因为“音调”(频)里面包含的谐波成份不同。. I; c6 X( a P$ X' `
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我们知道,声音是振动产生的。而一个物体的来回振动,几乎不可能一直按照确定的周期来振动。也就是说当一个物体发声的同时,还会发出很多不同频率的波(谐波)。这许多不同频率的波由于相位差很小(波之间相隔时间非常短),人是无法单独分辨的,所以这些波会混合在一起给人一个整体的声音感受,而这个感受就叫做音色。
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3 ]3 ?/ G. ~4 x9 q) ^有人质疑,在实际的乐器中“音调”虽然相同,但是却难保在吹、拉、弹时,其对比的声压/响度能达到一致,所以我们听到的声音的感觉当然会不同。 n# U1 w1 U* d1 _$ I
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为了排除这个观点,可以做一个实验:理论上,当两个声压级相同的声音叠加时,在参考轴的总声压级会增加3dB。我们取两个在同一频率声压级相同的扬声器单元叠加放声,然后与单独一个+3dB的单元对比听音。其最终结果是:声压级相同的声音所听到的声音,感觉仍然有很大差别。(这时只有在满足以下条件:即叠加的声压中谐波成份与单独一个+3dB的扬声器谐波成份相同时,给人的音色感才会不容易分辨) K8 M# p# `" B+ U' c. e; P6 `
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既然乐器内每一个声音都包含很多个频率的声波,那我们又是如何分辨出音调(频率)的呢? ]$ M, b' Q- G) T4 M% u7 @# b
. t3 A0 N+ p) k9 U( z; D答:在一个声音中某一个频率的相对量最大的那个频率决定了声音的音调。比如说一个声音里面包含有3单位的444Hz(la音),1单位222Hz的频率,那么我们听到的就是la音。而有3单位的444Hz,1单位的333Hz的频率,那我们听起来仍然还是la音,只不过给人的音色感觉不同了。
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在解释了“频”、“响”与“音”的关系,再来阐述一下在扬声器研发过程中对测试曲线应注意的一些问题(在此跳过低频共振和高频上限对音色的变化,着重讲述一下中频段声压级差的问题)。
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1.在很多公司扬声器规格书上平均灵敏度一栏都会有如下标识,如:82dB±3dB。所以很多人在copy扬声器时,做到82dB的允许范围内,就认为完成了开发任务,结果样品被听音后判NG。
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在dB SPL数值之间因为是对数的关系,这说明,在1个dB内还包含着一个相对比较宽的声压(强)范围。而人耳在较灵敏的频段是可以分辨出1dB声压级的差异的。所以在研发过程中,中频段的dB SPL应尽量控制在±0.5dB之内。4 \: M+ s' m4 y" \' p+ _
" }3 z: e' n8 K E2.有一些工程师将SPL数值差异做到了1dB之内,甚至更为接近。此时,音色仍然感觉不同。这时应考虑测试环境和曲线表现的方式。当测试环境较差时,环境对测试麦克风的干扰较大,对同一个扬声器测试的几条曲线都会存在较大的误差,所以要多重复测试、排除环境的影响因数,然后再分析。9 ?7 v2 f1 z6 r4 K% N4 J& g
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测试环境较好,例如在标准无响室,无人为操作失误,曲线又控制在1dB之内,这时需要再考虑一下曲线的不同取点数量和平滑模式。不同的取点数与平滑模式对频响曲线细节处的表现,差别非常大。(在测试频率范围内仪器对不同频点响应值的数量选取,点数越多,测试越精确。仪器对频率范围内频点响应幅值的采样平滑方式,例如1/6oct、1/12oct、1/24oct、1/48oct等,分母越大,数据越精确)。所以,如果想了解到频响曲线上这些细节的变化就要付出的代价是:一个良好的标准测试环境。
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$ |6 f( J9 k1 D* l) s/ u* a( a应注意的是,在使用多点数,不采用平滑功能的曲线对比时,除环境因数外,还会遇到一些问题。例如上面谐波中提到:因为物体的来回振动,几乎不可能一直按照确定的周期来振动。这时就会出现在某些频点声压级漂移的现象。此时可以根据仪器的功能,将原测试的频率范围分段、采取更多的点数扫描,多方位了解其频段的响应趋势。
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. L1 I. z. T. a* k v+ B3.排除测试误差因数,对频响曲线非常接近的扬声器进行谐波成份的对比,找出下一步改善的方向。一般测试谐波失真的仪器,均能方便的进行谐波成份对比。' n8 I# j) z% _: T6 A
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结语:
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在扬声器频响曲线相同时,其音色是由其谐波成份决定。在扬声器频响曲线相同时,如果音色不同,则需要对扬声器的谐波曲线进行对比。测试过程中,需充分关注操作人员、测试仪器、使用方法、以及测试环境和治工具对测试结果的影响,尽可能使用多取点、少平滑的方式进行对比 |