頻率響應不只一種...

這篇算是為了台東原住民錄音師養成班準備的題材...

音響迷常說響頻，這三張都是頻率響應，響頻是那個？
這三張圖的橫軸都是頻率，以音樂、音響而言，我們關注的是20~20KHz這人耳聽得見的頻段；
縱軸分別是振幅、相位、振幅；
也就是說，頻率響應圖是對某種隨頻率變化的性質來整個頻段掃一遍呈現出來的圖。
振幅是啥？這裡的第一、三這二張圖的振幅是指音壓大小，也就是說送個20Hz的訊號進音響，測量喇叭發出的音壓，記錄下來，再送25Hz，再測...如此一直測到20KHz，所得畫成圖；
第一張圖是Andy Wang同一套音響在二個不同空間測量所得 http://miaofoundry.url.tw/phpbb/viewtopic.php?f=7&t=3625
第三張圖是著名的TAD 2402錄音室監聽喇叭原廠提供的諧波失真圖，最上面那條是主頻率，另外二條則是二次諧波與三次諧波，也就是說，當你要喇叭唱1KHz時，不會只得到1KHz，還會得到2KHz與3KHz，加料啦～加的料越多，聲音就越不純，多到某個程度就會覺得濁、糊了...
TAD 2402是錄音室用監聽喇叭，因此會提供這圖，取信於顧客。

這圖怎麼看呢？
先看虛線三次諧波那條，出現在2KHz以下，2402二個單體的分頻大約在600~800Hz，可見得這三次諧波出自於低音錐盆，高音號角幾乎沒有三次諧波，只有在11KHz處有一些，還有17KHz以上到了極限陡增；
再看50Hz處，三次諧波也陡增，這則是低音單體的極限，唱到極端的二頭都很勉強，因此失真大；
這二條諧波失真再與上面那條主頻率對比，音壓是90 vs 40~50，反過來想就是諧波失真約-40~50dB，數字越低當然越好。
另一方面，上面那條主訊號的音壓大約95dB，如果用105dB測呢？那麼下面的二條諧波可就不會相同，可預期會大幅增加，這麼大的音壓對號角而言或許還輕鬆，但對15"的椎盆而言就相當吃力了...
那，若是用60dB測呢？諧波失真也是會增加，唱大聲不容易，唱小聲也不容易啊...人說話也是如此。
挑喇叭時，得注意在你期望的音壓值的失真程度，只是說，廠商多半不會給自己的缺點啊...因此大概是反過來，看廠商給的圖用哪個音壓，就知道大概就只能唱那個音壓。

這條主頻率看來挺平直，上下抖動不到8dB，那第一張圖怎麼那麼爛？

第一張圖是在一般房間測量，TAD這圖該是無響室（或近似手法）測量所得；
為何一般房間（其實Andy的第二個空間也不能算"一般"）那麼爛？
要不然怎麼會搞出無響室這種東西勒？
就是一般空間一定會很爛，干擾我們想測量喇叭這件事，所以弄個特殊空間來測量啊～
到底爛在那？
緩緩消散的回音，這得看瀑布圖才知道，這也是振幅頻率響應的盲點，看不出隨時間變化；
前面提到測量方式是，送一個單一頻率，記錄下振幅，送進去這頻率延續多久時間？
很久，久到振幅穩定下來（其實大概二秒就行），記錄的是長時間單一頻率的穩定狀態，並未記錄訊號由一開始到穩定狀態的進展過程；
試問，倘若A聲音是立刻達到穩定振幅 vs B聲音是緩緩達到穩定振幅，二者聽來會相同嗎？
顯然快慢有差。

這也是這空間的振幅頻率響應之所以總是長這樣的原因，高頻很容易被物體吸收，低頻很難，於是整體看來總是低頻振幅很大，高頻振幅小很多；
而中頻段呢？非常極端，不是大凹就是大凸，為何如此？這得先談相位。

https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_(waves)

何謂相位？
例如，二個步幅相同的人以同樣速度前進，二人的邁步頻率當然也就相同，如果二人並行同時起步，我們會看到幾乎等於一個人的步伐，完全相同的頻率與速度，這就是相位相同；
如果一人先起步，一人後起步，我們會看到二人亦步亦趨，步伐節奏相同，但左右腳邁步的時間永遠一直都有固定的落差，這就是相位不同；
如果二人並行同時起步，但一個先左腳，另一個先右腳，這就是相位相反；
重點，相位只對相同的頻率有意義，不同頻率之間稱不上相位這回事。

以音波而言，相位就是指目前振動在週期上的那個位置；
我們關注相位因為音波振動有二個方向，二道波若同相，則振幅完全相加，若反相，則完全相減；
一道音波被牆面反射，與直接由波源發出的波就不同相，二者疊加就在空間中產生複雜的干涉效應；
第二張圖上低頻段部分就是如此，我們聽到的音波根本就亂七八糟；

另一方面，音響設備也會改變電訊號的相位，典型狀況是扭曲，這圖上的中高頻部分就是喇叭的分頻電路造成的相位扭曲，典型是每octave偏移90度、180度、270度...這般。
這扭曲聽來會是？怪異，
你聽過左右聲道其中一反相的聲音吧？聽來聲音像是不知道從何處而來，有空洞感；
當這扭曲落在高頻段，例如喇叭典型的分頻造成相位超前，聽來就是刺刺的，不自然，像是合唱團齊唱時，高音部搶拍了一般。

再回來談前面說到振幅頻率響應中頻段為何不是大凹就是大凸？
我們知道振幅頻率響應之所以不平直是因為回音造成，當回音與喇叭發出的直接音同相，振幅大增，反相則大減；
這麼說，低頻段的回音與直接音幾乎都同相囉？真的嗎？
簡單算一算就知道，以鼓聲的50Hz為例，音速340m，波長就是340/50=6.8m，如果間接音抵達耳朵走的距離比直接音多6.8m，二者就同相（但差了一整個週期），振幅完全相加；差3.4m二者就反相，振幅對消；小於3.4m部分相加，大於3.4m小於6.8m部分相消；
實際上四個牆面、地板、天坪造成的間接音很少會超過3.4m，因此幾乎都落在相加這部分，因此低頻振幅看起來大半都很高。

那，中頻段呢？以500Hz而言，波長只有68cm，嘿...這落在二者相消的機會很大啊...
反過來想，為何這頻段叫做中頻？
精準的說，該說人耳最敏感頻段，為何人耳對這頻段最敏感？
不就是因為這頻段的音波的波長最接近人的體型，最容易受物體干擾變形嗎？
試想，人需要聽到波長小到如微生物尺寸的音波嗎？能夠發出那麼快速振動的物體也非常之小，對人而言根本無足輕重，無需在意；
而極低的頻率呢？那得是非常大的物體才會發出，20Hz以下波長17m，這麼大的尺寸的物體振動很少，幾乎不發生，因此也無需在意。