<看觀念> 從頻率找尋聽覺的真愛

撰文/林彥君  修訂/書世豪

     初入音響世界時應該都曾有過類似的困擾，看著琳琅滿目的相關商品，如天書般難懂的規格，茫然不知從何下手，以致最後聽從店員的三寸不爛之舌，只要外觀順眼、價格也可接受，就隨意入手了。 但你可曾想過，這套音響，真的適合自己嗎？

     其實，除了價格、品牌、外觀等較直觀的參考條件外，也可以從聆聽需求著手。每個人喜歡的音樂類型不同，挑選一對百樂通用的揚聲器並不容易。有些人喜歡大提琴優美低沉的聲線；有些人則醉心於爵士樂，享受搖擺的節奏與輕鬆的氛圍；而古典樂迷，則期待閉上眼後彷若置身大型音樂廳中，感受現場演奏的震撼。那麼，要如何確定這對揚聲器能夠滿足自身的聆聽需求呢？

     音響器材所附的數據，例如阻抗、功率、靈敏度、頻率響應、訊噪比、總諧波失真等，其實隱含著許多重要的訊息。這些讓入門者退怯、艱澀難懂的專有名詞，其實並沒有想像中 難解。本篇將由最基本的頻率出發，進一步介紹何謂「頻率響 應」。在了解頻率、樂器、與揚聲器之間糾纏不清的愛恨情仇後，將可更了解如何從聆聽的需求面挑選揚聲器。

     以下將進行一系列關於聲音的討論與分析，不論你是剛入門的玩家，或是已擁有一定程度的音響知識，都希望能更增添在聆聽時的樂趣。

旋律的基礎― 頻率

     在錄製與重放技術愈臻成熟的年代，音樂儼然已成為生活中不可或缺的一部份。沉浸在音樂帶來的美好同時，是否曾經想過，聲音是怎麼來的？為什麼音調會有高低之分？

     聲音的產生，源自於物體受力產生振動。小時候上自然課曾接觸過的音叉，可清楚地說明聲音構成的要件。敲擊時，音叉連續來回振動擠壓了周圍的空氣分子（如下圖）。

     物體振動的幅度（振幅）越大，聲音就越大。聲波的頻率即為一秒內物體振動的次數，單位為赫茲（Hz）。若物體一秒振動 440 次，該聲波的頻率即為 440Hz。頻率的高低反應在人的主觀聽覺上即為音調的高低。頻率越高，音調越高，反之則音調越低。

     人耳可以感知的頻率範圍大約是 20Hz 到 20,000 Hz（或記為 20kHz），光看數字可能沒有感覺，若是以比例來看，聽覺頻率的下限和上限足足差了 1,000 倍。在如此廣大的頻率範圍內，為了能互相溝通，聰明的人類替常用的頻率取了一串洋名字 ─ C、D、E、F、G、A、B ─ 。

     看到這邊，可能會產生疑問：頻率範圍這麼寬，七個名字就夠了嗎？這個問題的答案可得從西元前說起。在很久很久以前，有個聰明的希臘男人，姑且稱他為小畢。身為數學家的他不但發現了鼎鼎有名的「畢氏定理」，同時也是個音樂理論家。他發現當頻率增加一倍或減少一半的時候，音調聽起來雖有高低之分，但感覺極為相似。在現代，便將頻率相差一倍的二個音符之 間的距離稱為一個「八度」（octave），即鋼琴上八個白鍵的距離。既然聽起來很像，名字都叫 A 也是很合理的。又為了區分比較高的 A 和比較低的 A，於是有了 A0、A1⋯⋯A8 等名稱。經過一段百家爭鳴、各執一詞的時期， 現在國際普遍認定中央 A（A4）的頻率為 440Hz。音名與頻率的對照表如下方表格所示。

看見聲音：千變萬化的波形

     了解到頻率的不同構成音調的高低後，可以進一步思考，為什麼鋼琴與小 提琴彈奏同樣音調時，耳朵能夠輕易分辨兩者的差異而不會混淆?為什麼同 一段旋律，由周杰倫和費玉清演唱，卻有不同的特色?為什麼有些人音色粗 獷，有些人柔美，有些人清亮?

     只有單純的音調，並不足以構成豐富美妙的音樂世界，「音色」在音樂裡 扮演舉足輕重的角色。接下來，將更進一步介紹音色的構成要素。

     在自然界中，極少聲音是由單一頻率組成的。物體在振動發聲時，產 生的聲波大多是數個頻率疊加構成的複合波。基本頻率（Fundamental Frequency，簡稱「基頻」）是指一個複合波中的最低頻率，這決定了該聲波的音高。在自然界中，基頻通常會是複合波中能量最大的頻率。基頻以外的 頻率稱為「泛音」（Overtone，也稱為「倍音」），通常為基頻的整數倍。 （請參考下圖）不同發聲體產生的泛音其能量比例皆不相同，這些不同 頻率的聲波相互疊加，形成獨特的波形，是決定音色的關鍵因素。

     以鋼琴為例，當我們在鋼琴上彈奏中央 A 時，除了發出 440Hz 的頻率，也 會伴隨 880Hz、1,320Hz、1,760Hz⋯⋯等泛音列，泛音數量可多達十數個。

     上圖為鋼琴彈奏中央 A 時的頻率與能量關係圖及波形，440Hz 為基頻，其能量為所有頻率中最高的，880Hz 稱為第一泛音，1,320Hz 與 1,760Hz 則分別為第二泛音及第三泛音，以此類推。

     每一種聲音都有其獨一無二的波形，音叉的波形很接近單一頻率，泛音的能量極低，音色單純，小提琴的高次泛音較突出，音色高亢明亮。就算是同一種樂器，本身的泛音比例也不盡相同，正是那波形的些許差異造就了所謂 的百萬名琴。前頁圖中列出一些常見樂器的波形，用耳朵聆聽聲音的同時， 也可用雙眼看看聲音的模樣。

頻率的聽覺感受

     有了頻率與泛音的概念後，以下將更進一步介紹頻率與單體、樂器之間的關聯。上圖列舉了完整的音名與頻率對照表，以及常見樂器和各類單體的發聲頻率範圍。線段的起點與終點分別代表該樂器基頻的最低頻率與最高頻率。舉例來說，吉他的線段起點是 E2，線段終點是 G5，則代表吉他基頻的最低音為 82.41Hz，最高音為 784Hz。

     由上圖可知，單體的頻率範圍有部分是重疊的。需特別注意的是，本圖表列出的只是單體大致的頻率範圍，並非絕對值，實際上各類單體的頻率範圍會 因各家廠商的設計而有所不同。

     標準的 88 鍵鋼琴涵蓋完整的七個八度音。最低音為 27.5Hz，音名為 A0；最高音為 4,186Hz，音名為 C8。一般樂器的發聲頻率都不出這個範圍。我們 將 20Hz 至 20,000Hz 分為五個頻段，分別是極低頻、低頻、中頻、高頻以及 極高頻。以下將簡略介紹這五個頻段對應到的樂器、單體種類及聽感差異。

極低頻（20Hz-40Hz）

     極低頻對應的音域為 E0-E1。可以下探到這個音域的樂器很少。一般而言，作曲家也不會在這個音域作曲。這個頻段的聲音主要不是用來聽的，而是用身體去感覺，是轟隆隆震撼感的來源。一般在電影中常見的爆炸、地震、雷鳴等音效都會下探到這個音域。這個頻段主要由超低音單體負責發聲。除非 是要享受震得像坐按摩椅一樣的超低音震撼，否則聆賞音樂不需要花大錢買 到超低音單體。

低頻（40Hz-160Hz）

     低頻對應的音域為 E1-E3。在樂團中主掌低音的樂器都可發出這個頻段的聲音。例如大鼓、低音提琴、巴松管、低音大號及男低音。低頻表現主要由超低音單體與低音單體負責發聲。

     一般人常會誤解低頻越多越好，事實上，好的低頻應該擁有準確的音調與清晰度。當低頻過多時，只會聽到一片模糊低沉的響聲，缺乏清晰的音調與節奏。雖然還是聽得到低音，但卻無法與正在播放的音樂產生連結。然而，若是低頻過少，音樂聽起來會顯得清瘦且黯然，就像少了梅子的番茄，失去柴魚的昆布。若想重現管弦樂團磅礡的氣勢，喜歡搖滾樂與爵士樂活潑明快的節奏感，這個頻段的表現至關重要。

中頻（160Hz-2,630Hz）

     中頻對應的音域為 E3-E7。這個頻段除了涵蓋幾乎所有的樂器及人聲，影響音色甚鉅的低階泛音亦包含在內。中頻低段（約 250Hz-500Hz）過多，聲音聽起來會悶悶的，像是捂著嘴巴說話。中頻中段（約 600Hz）過多則聽起來會有鼻音，像是捏著鼻子說話。中頻若是太少，聲音聽起來會顯得生硬、尖銳刺耳。中頻主要由低音單體及中音單體負責發聲。

     一般人所認知的「高音」，例如女高音與多數樂器的音域上限其實都屬於中頻的範圍，而非高頻。由於中頻是人耳聽覺最為靈敏的區段。舉凡人類、動物的交談聲、樹葉的婆娑聲以及下雨的滴答聲等，千百年來人耳最熟悉的聲響都在此頻段內。因此，中頻響應稍有不佳，聲音就會變得很不自然，不可不慎。

高頻（2,630Hz-5,270Hz）

     高頻對應的音域為 E7-E8。一般樂曲已極少涉入，只有少部分的樂器如小提琴、鋼琴可以駕馭如此高的音域。這段頻率大部分是樂器的高頻泛音，主要 由高音單體負責發聲。此頻段的聲音過多聽起來會覺得太過明亮甚至刺耳，若太少，聲音則會因缺乏高頻泛音的支撐而顯得單薄乏力且細節不足。

極高頻（5,270Hz 以上）

由圖表可知，這個頻率範圍內已無樂器或人聲的基頻，只有泛音才可達到如此高的頻率。這些極高頻泛音影響的是聆聽的空間感、空氣感，以及樂器與人聲的定位等較抽象的感覺，主要由高音單體與超高音單體負責發聲。

由於小提琴、小號、鈸等樂器的泛音都可輕鬆達到 40kHz，超高音單體被設計成可發出 20kHz 以上的頻率。人耳雖然無法聽見這麼高頻的聲波，但是當這個波段伴隨其他頻率一起出現時，人耳還是可以感受到波形的微妙變化。由於這個頻段的波動能量較小，喇叭響應稍有不佳就會失真。因此，追求細節、臨場感、聆聽氛圍，及重視完美音色重現的玩家挑選喇叭時應特別 注意這個頻段的表現。

     一般而言，揚聲器的尺寸越大，能再現的頻率下限會越低，價格當然也就越不親民。下表列舉了五種不同的揚聲器，其頻率響應範圍由窄至寬，以下將簡述這五種揚聲器的聲音表現。