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| 2015/03/04 10:31:26瀏覽2142｜回應0｜推薦0 | |
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肆拾柒、 頻率響應 頻率響應 ( Frequency response ) 是指以特定的頻率及或頻率音域範圍之訊號在經過任何一段路徑後的特性，該路徑對某特定的頻率音域範圍之整個頻率特性所造成的影響而言，是為頻率響應特性。 在「專業聲頻」( professional audio ) 與「高傳真度」( High Fidelity 、 Hi-Fi 或 Hi-End ) 的音響器材方面，「頻率響應」的術語所代表的是指某項器材對人類耳朵整個聽覺的寬闊聲頻音域之處理能力。 --- 我們人類耳朵聽覺的頻率音域寬度由最低頻率到最高頻率大約是從 20 Hz 到 20,000 Hz ( 20 Hz ~ 20 kHz ) 。 在早期的音響設備方面，在電訊傳播或記錄聲音之利用上，以只要能達成傳遞語音訊息含義為主要目的，大多只能處理 400 到 1,000 Hz 的最主要聲頻帶域即可。 而在今日專業聲頻與高傳真度的音響器材方面，則要求不但要能對於由 20 Hz 至 20,000 Hz 的全部聲頻音域頻帶去再生重播，而且這頻域還要能有平坦均勻的處理能力。 --- 例如：麥克風在對具有相同音壓的低音域、中音域、或高音域，都應要能夠產生同等的訊號電壓輸出；擴大機則對這些電壓要施以同等倍數的放大率；揚聲器也要能均勻地去再生重播出從低音域到高音域間所有的頻率。 在早年幾乎所有當時的高傳真器材，對如此寬闊的頻率音域，都難以去做到均勻的處理，不是低音不易通過，就是高音遭到削弱。由此便形成了對該項器材的頻率響應特性要求，而此特性又是評估高傳真器材性能的主要項目和準據之一。 雖然在今日這項規格已幾乎完全不是問題了，因為只要是高傳真度的音響器材一定要而且要能達到這項要求，而有若干某些的音響器材甚至頻率響應可寬達到由 DC ~ 30,000 Hz ( 0 Hz-30 kHz ) ，但是還有其它的許多因素制約，所以在今日這頻率響應規格項還是項評估的主要條件之一。 --- 最簡易可靠的表示頻率響應方法，就是以「圖示電平位準計錄器」 ( graphic level recorder ) 所繪製出的響應曲線圖。這也有『波特圖』 (bode plot) 的名稱。 其以橫座標表示頻率，縱座標表示當輸入為一條水平直線性的頻率音域訊號時，對於輸出的頻率訊號之相對響應程度。 座標之縱橫均以對數刻劃的，縱座標以電平位準的 dB 數標示，橫座標則標註以頻率的 Hz 標記。 --- 請參閱下面這附圖的「Altec Lansing M600 的頻率響應圖」。
圖 11 、 Altec Lansing M600 的頻率響應圖 --- 我們常會見到「frequency range」( 頻率範圍 ) 這常用語，我們也可將它翻譯成「頻率音域」，其實它有絕大部份與「頻率響應」是相同的意思，係指一訊號路徑所能通過的最低頻率到最高頻率的限度而言。 舉例言之，在 Altec Lansing M-600 鑑聽級揚聲器的規格說明上宣稱能再生重播 60 Hz ~ 20,000 Hz 的聲頻音域，這就是它所能再生重播的頻率範圍。 --- 我們還能在擴大機的特性規格裡常見到像這樣的規格： 『Maximum Output, Both Channels Driven, XXX W RMS, 8 Ohm, 20 Hz - 20 kHz ±3 dB, 0.1% THD』。 在這裡的「±3 dB」之「±」是所謂的「+」和「–」，也可以說是誤差的意思。 假設這擴大機於說明書上的規格列示的是 150 W 輸出時，從 20 Hz 到 20 kHz 之間，最大有「+」及或「-3 dB」的頻率功率誤差。另外有一種解釋是「+1.5 dB ~ -1.5 dB」，但我個人有時取用「+3 dB ~ -3 dB」。 --- 附註： 這時「0 dB」是該裝置設備的「額定全功率分貝值」，即是「dBu」、「dBW」、或「dBSPL」值。 也就是說，如果這裝置設備的輸出功率 ( 功率擴大機 ) 或承受功率 ( 喇叭 或 揚聲器 ) 是 150 W 時，這 150 W 所得到的 dB 值即被設定為 0 dB ( 0 dBW 或 0 dBSPL ) 的位置處。 所謂的「0 dB」，時常的會是「參考值」或「在做比較時所對應的參考值」。 --- 「頻率功率」 嚴格的說，這是有關於頻帶方面而且又涉及到功率，所以應該是叫作「Power bandwidth」，中文是「功率頻(帶)寬」。 因為這說到的是屬於聲頻擴大機方面的規格，而功率擴大機當然是屬於擴大機的項目之一，所以在這裡有功率放大的要素，再加上所放大的訊號是那些聲頻音域。 而在這的「誤差」，我們通常的思考點是以「負值」的誤差，當然也有可能是正值的，但是通常是以負值為思考的。如果以負值為思考點來說，是在某頻率或頻域的再生增幅放大不足夠。 說的更明白一點，就是通常在接近 20 Hz 的 低頻端 和 20 kHz 的 高頻端 ，所再生輸出及或放大輸出的功率只有該功率擴大機的額定輸出之 -3 dB 。 --- 還記得嗎？功率的 -3 dB 即「減半」，也就是，在這規格 150 W 的一半是 75 W 。 如果是在未標明最大輸出為多少瓦特 ( W ) 或多少伏特 ( V ) 的狀況下，這是在規格上的「頻率響應」的規格，此時的 ±3 dB 通常是表示「響應曲線」的「振幅」 ( amplitude ；簡單的解釋是波形的「幅度」) ，但意思是一樣的；這時我們在思考點方向是設定於「伏特數值」甚或是「dB 數值」方面。 --- 表面上看來，超過頻率範圍之外的訊號，應該是完全不能通過這一段訊號通路。 但是事實上並非如此。因為即使是在頻率範圍之內，聲頻器材對不同頻率的訊號處理的能力也有可能是不均勻的。 但是通常在低頻端和高頻端的效能都會比中音頻段的效能較低一些。這也就是它的頻率響應成因之一。 而超越頻率範圍之外的訊號，除非是特別地設置了若干的具有截止性質的濾波器之外，我們相信它多少仍能通過，只是「效率」已經極低罷了。 --- 由是便發展出所謂的「頻率範圍」，但還應該有更明確一點的定義。那就是應該在低於一般通常的電平以下的多少，這樣就可去估算出它在何處已經越出頻率範圍之外。 在此通常仍使用功率頻寬一樣的標準，也就是以低於一般通常的響應之下 3 dB 為頻率範圍的界限。 --- 另一種說法是：「-3 dB」為「截止頻率」或「頻率截止點」。 在此的「截止點」之意思，並不是到 -3 dB 以下就沒有了，而是只計量及或計值到這 -3 dB 位置點的頻率位置處為止，也就是「有效值」的意思，低於此 -3 dB 的，我們通常就不計值了。 假如我們以上述的 Altec Lansing M600 Maestor Monitor 揚聲器規格為例，即可註解為：頻率範圍是 60 Hz ~ 20,000 Hz ，在理論上就可解釋為 60 Hz ~ 20,000 Hz ±3 dB 的意義。 …… ===
附錄： Altec Lansing M600 是 老 Altec Lansing Corporation 在上個世紀所有的經典作品中的精典作品之一。 Altec Lansing M600 Maestor Monitor 揚聲器規格 --- SPECIFICATIONS FOR THE M600 MAESTRO MONITOR LOUDSPEAKER SYSTEM System Type: Two-way coaxial, vented, full range loudspeaker system. Pressure Sensitivity: 98.5 dB SPL ( 1 W, 500 Hz - 3 kHz, re: 20 μPa, see Note 1 ) Frequency Response: 60 Hz - 20 kHz ( see Figure 1, Note 2 ) Power Handling: 150 watts, 60 Hz - 20 kHz, AES method ( see Note 3 ) Maximum Long-Term Output: 119.8 dB SPL ( 150 watts input, 1 m, re: 20 μPa, see Note 4 ) Impedance: 8.5 ohms minimum, maximum inductive phase angle = 65° @ 8 Hz, maximum capacitive phase angle = 68° @ 78 Hz, ( see Figures 3 and 4, Note 5 ) Distribution Pattern: 60° horizontally by 40° vertically ( see Figure 8 ). Components: 16" coaxial loudspeaker, part number 50-03-026768. Crossover Network: Part Number N604 Enclosure: Vented type for optimum response, built of 3/4" ( Input Connection: Red and black five-way binding posts. Replacement H.F. Diaphragm: Model 26420 Replacement L.F. Recone Kit: Model R604 Replacement Grille: RC-M600 Dimensions: 26" ( Net Weight: Shipping Weight: Finish: Black stained birch veneer, black grille cloth. --- NOTES ON MEASUREMENT CONDITIONS 1. Pink noise signal, one Watt calculated using Eˆ2/Zmin, 3.16 meter measurement distance referred to one meter. 2. On-axis, one Watt calculated using Eˆ2/Zmin, 3.16 meter measurement distance referred to one meter, low frequencies corrected for anechoic chamber error. 3. This system rating patterned after the AES method for individual driver, where the test signal is pink noise with 6 dB crest factor over the bandwidth of the system, with power calculated using Eˆ2/Zmin, for two hours. 4. This measurement made under the same conditions as Pressure Sensitivity, but at rated power, and takes into account any power compression effects due to non-linearities in the system. 5. The loudspeaker system should be connected to the 8-Ohm tap on amplifiers using transformer coupled output sections. 6. Phase response of the system is measured at a time corresponding to the energy arrival of the high frequency component where the amplitude response is optimally flat, as noted on figure 12. 7. Distortion components invalid above 10 kHz. The distortion at any given frequency may be found by graphically taking the difference between the fundamental and harmonic, adding the number of Decibels which the harmonic has been raised on the graph and apply the formula: percent distortion = 100 × 10ˆ (-dB change/20) 8. The axis of rotation for all polar plots is the apparent apex of the high frequency driver. Plots below 200 Hz have not been shown because of their lack of pertinent information. 9. The time window has been chosen to resolve the arrival times of the low and high frequency components. Frequency bandwidth of the measurement, 0 Hz - 20 kHz. 10. Response decay of the system. Time window is selected to display loudspeaker and box characteristics without room reflections. --- 此規格取材自 Altec Lansing M600 的規格說明書。轉載的內容如與原版資料如有出入，請以原版資料為準。 --- 下面附圖為 Altec Lansing M600 及 Altec Model 604 Altec Lansing M600 的目錄編號為 AL-1605_42-02-027991, Printed 8/90. Altec Lansing Model 604 --- 注意： Altec Model 604 兩個時代的 604 === 網際網路資源： ◾ 維基百科_High fidelity [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Hi-Fi ◾ 維基百科_功率 [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics) [中文] ◾ 維基百科_頻寬 [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Bandwidth [中文] ◾ 維基百科_振幅 [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude [中文] ◾ 維基百科_頻率響應 [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_response [中文] ◾ 維基百科_Audio power [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_power ◾ 維基百科_Electronic amplifier [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_amplifier [中文] ◾ 維基百科_截止頻率 [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Cutoff_frequency [中文] ◾ 維基百科_Audio system measurement [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_system_measurements [中文] ◾ 維基百科_Audio quality measurement [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_quality_measurement [中文] ◾ 維基百科_Loudspeaker measurement [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Loudspeaker_measurement [中文] ◾ Audio Precision_Books & DVDs_[ Audio Measurement Handbook ] ( 這是個 PDF 文件檔，須要註冊登入才可免費下載 ) http://ap.com/library/books.htm ◾ RANE_Reference_RaneNote 145 Audio Specifications 在 BW-Bandwidth or Frequency Response 段落 [ html 網頁 ] http://www.rane.com/note145.html [ PDF 檔 ] http://www.rane.com/pdf/ranenotes/Audio%20Specifications.pdf ◾ The University of Michigan_Control Tutorials for Matlab_Frequency Response Analysisand Design Tutorial_I. Bode plots_[ Bandwidth frequency ] http://www.engin.umich.edu/group/ctm/freq/freq.html#wbw …… --- 參考資料： Altec Lansing M600 的目錄編號為 AL-1605_42-02-027991, Printed 8/90.
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另外有可能你會對於在 udn 部落格_音響阿國的部落格_ 『DIY_Altec_揚聲器技術』 http://blog.udn.com/hckconsultant/article?f_ART_CATE=677925 『Altec_Home_Hi-Fi』 http://blog.udn.com/hckconsultant/article?f_ART_CATE=677926 『Altec_Duplex_Series』 http://blog.udn.com/hckconsultant/article?f_ART_CATE=677927 『Altec_9800_Series』 http://blog.udn.com/hckconsultant/article?f_ART_CATE=677933 『Altec_Loudspeakers』 http://blog.udn.com/hckconsultant/article?f_ART_CATE=677935 『Altec_Speaker_Components』 http://blog.udn.com/hckconsultant/article?f_ART_CATE=677934 『Altec_Technical_Letters』 http://blog.udn.com/hckconsultant/article?f_ART_CATE=677939 有興趣。 ---
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