頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

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頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2017-09-14, 11:21

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這張圖是啥?其意義?
音響迷常說這是響頻,頻率響應簡稱,精準說,該是振幅頻率響應,還有一種頻率響應是相位頻率響應,
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看來很複雜是吧?
還有諧波失真頻率響應
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也就是說,對某種隨頻率變化的性質來整個頻段掃一遍呈現出來的就是一種頻率響應圖,圖面上的橫軸是頻率,以聲音而言,20~20KHz,縱軸是振幅或相位或其他的;

最常見的是振幅,也就是,由20~20KHz都輸入一樣的振幅,測量其輸出振幅變化,再看一次前面這張,
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輸入訊號是一條水平直線,輸出卻變成這樣,好慘...這是在聆聽位置測量喇叭發出的聲音,空間扭曲了喇叭發出的音波,這案例看這篇 http://www.miaofoundry.url.tw/phpbb/vie ... 593#p20026
實際上怎麼測呢?
有好幾招,例如,先送個20Hz,再來25Hz,再來30Hz....一直測到20KHz,每次都記錄下測到的振幅,畫成圖;
另一招是送個white noise,這訊號不停的送出20~20KHz都有振幅都相同的不規律雜訊,再以Fourier Transform將測到的聲音,轉換成頻譜,以此結果畫成頻率響應;
還有一招是送log sine sweep,這訊號由20Hz逐步掃到20KHz,經過運算產生impulse response猝發音響應,
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再經過運算推算各頻段訊號長時間累積後的振幅頻率響應。
這些測法都必須要送出含20~20KHz的訊號,測量所得,據以畫成圖。

那,這振幅頻率響應圖的意義是?
各頻段經過音響系統(若在聆聽位置測音壓就包含空間)後其振幅的變異程度,送進去的是平直的,輸出照說應該是平直,DAC、擴大機要做到這點都不難,喇叭呢...就難了...上下誤差3dB很普通;再加上空間呢,那真是慘兮兮...就是前面看到的這些圖的樣貌...
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2017-09-16, 13:57

再看一次前面這張振幅頻率響應,
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來另一張,只有高頻1KHz以上的
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怎麼兩張圖的高頻段看來不太相同?中頻段也類似,
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這是怎麼回事?
再回到前面提到怎麼測量振幅頻率響應,最直覺的是要測2KHz,就送個2KHz的訊號,在測量點量音壓,重點在,這2KHz訊號是?很短一個週期波?還是連續不斷的波?一般是後者;
這連續不斷的波由喇叭發出後,並不會只傳送到聆聽位置,還會傳送到整個空間四處彈來彈去,當然也會彈到測量位置;
我們可以預期,這彈來彈去的會比直接傳到聆聽位置的慢,如果我們測量的時間很短,那麼就可以看到直接傳來的,測量的時間很長,就會看到長期累積穩定後的結果,上面這部份圖與全頻段圖的差異就在於此,測量的時間不同。

來看看呈現音波逐漸彈到測量處的過程,也就是瀑布圖
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左橫軸是頻率,右橫軸是時間,縱軸是振幅;
也就是音波由最右側那一波先抵達測量點,再來漸次傳來的反射音陸續抵達,不同頻段的反射狀況不同,那斜斜一長條的,就表示有個反射點能夠反射那整個長條的頻段。
換個觀點,用2D圖呈現,不分頻段,就是前面的猝發音響應圖,
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這意思是,如果突然發出個極短促的聲音,例如爆炸,在測量點聽見後,再來就會聽見回音漸次抵達,音量當然也是越來越低。
再來看這個例子的低頻段,注意看35Hz處,二條線振幅幾乎相同,
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但40~100Hz卻差很多,這是怎麼回事?這得看瀑布圖,先看細部,上對應振幅頻率響應的紅,下對應藍,
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這系統是Genelec 1029A+JBL超低音,在二個空間中測,上面那張超低音擺在主喇叭後面約1.5m處,而且音量沒開高,因此這瀑布圖細部只看到主喇叭唱到80Hz就沒了;
下面這張超低音就擺在主喇叭下面正中,只稍微比主喇叭慢一點傳到測量點;
來看長時間瀑布圖,
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上面拖很久,下面很快就沒了,
而且上面第一波顯然超低音的音量比較高,但最終二者在35Hz處累積的振幅差不多;
上面的空間是個水泥屋,下面是個輕隔間的小房間。
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總結以上,振幅頻率相應圖呈現的測量時間內累積的成果,瀑布圖與猝發音響應則能呈現隨著時間變化的過程;
振幅頻率相應圖是表,瀑布圖與猝發音響應是裡。
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頻率響應不只一種...

文章drunkenlife » 2018-04-03, 10:42

這篇算是為了台東原住民錄音師養成班準備的題材...
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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/viewtop ... amp;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。
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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。

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?
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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。
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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。
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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;
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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。
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2018-04-04, 11:47

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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。
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2018-07-21, 10:18

順便藉Neumann公布的KH 310資料談談測量圖,
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這張頻率響應圖看得出上下抖並不嚴重,顯然在+/-1dB,非常之漂亮~多半喇叭隨便也有3dB;
另外要注意的是音壓是90dB,很高或很低都不會這麼漂亮。
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2018-07-22, 13:12

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這張最大音壓紅色表示失真1%時,綠色是3%時,當然音壓大失真比較大;
最左側看來這喇叭的極限能力是50Hz,畢竟低音振膜面積不大,箱身又小,擴大機也只有150W,算來差不多啦~
500Hz~2KHz這段能力特別強,這段是中音單體負責,這中音很猛啊!
高音負責2KHz以上,能力就差一些,但也能唱到近百dB沒問題,還是很高段;
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2018-07-23, 09:51

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這諧波失真圖先看二張的最高一條的數值有些差異,左圖是在輸出90dB時,右圖是95dB時;
圖上的左側標示的是諧波失真相對於主頻率的音壓值,數字越低當然越好;
以10KHz處來看,左圖-52dB,右圖-47dB,差了5dB,也就是音壓由90dB拉到95dB時,諧波失真也跟著放大,可以預期,音壓更大會更糟,畢竟喇叭有其極限;
反之,倘若是很低音壓時,也會有類似狀況;
這圖的最低一條該是三次諧波,最高一條該是所有諧波總和THD,中間該是二次諧波;
三次諧波會聽來吵/刺激,二次諧波聽來是厚、渾、濁、矇;
50Hz以下超過喇叭能力極限不用看,2KHz以上高音單體的三次諧波都沒啥變化,相當好。
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2018-07-24, 10:37

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這瀑布圖看的是單體的反應速度,由這方向看的是煞車速度,也就是振膜外圈懸邊與內側彈波構成的阻尼,拖的越久當然越差;
50Hz拖到56ms掉到-30dB以下,也就是大概2.8個週期後掉到3%振幅。
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2018-07-26, 10:38

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這張是水平指向性,與等高線類似,中央範圍越大越好,越不敏感,不過專業用都坐正中,其實沒啥差;
下一張是垂直指向性,這就能看出2KHz分頻點特別窄,因為中音和高音上下擺設,二者的音波會干涉,頭高度稍微動一點就不太平順了。
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Re: 頻率響應、猝發音響應與瀑布圖

文章drunkenlife » 2019-06-19, 23:41

先搞懂一點,impulse response並不等於空間殘響response,而是包含喇叭輸出,無法分割;因為啊,20Hz唱完一個週期要1/20秒,音波已經能跑17m了,也就是說,17m以內的間接音都會與20Hz音波響應重疊;誰家房間大到17x17x17m?
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