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发表于 2019-4-30 12:48:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
音色与频响曲线
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?
答:是因为“音调”(频)里面包含的谐波成份不同。
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。
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。
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)
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?
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。
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)。
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。
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。
2.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。
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。
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。
3.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。
结语:
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

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