پاسخ فرکانسی Frequency Response

پاسخ فرکانسی چیست

اگر تا حدودی از عبارات مرتبط با دستگاه‌های صوتی آگاهی داشته باشید، حتما به عبارت پاسخ فرکانسی Frequency Response برخورد کرده‌اید. این عبارت تقریبا در هر متن مرتبط با صدا از جمله در مورد هدفون‌ها، اسپیکرها، تقویت‌کننده‌ها و حتی آکوستیک اتاق مشاهده میشود. به هرحال چه با این موضوع آشنا باشید و چه برای شما کاملا جدید باشد، در مقاله پاسخ فرکانسی چیست ، متن کاملا با این موضوع آشنا خواهید شد.

همانطور که از نام آن حدس میزنید، در زمینه پاسخ فرکانسی Frequency Response ما با فرکانس و چگونگی توانایی یک مشخصه در پخش همه‌ی صداهایی که میشنویم، روبرو هستیم. محدوده شنوایی انسان از فرکانس‌های بسیار پایین در حدود 20 هرتز تا فرکانس‌های بسیار بالا در حدود 20 کیلوهرتز متغیر است. لازم به ذکر است که شنوایی افراد در محدوده محدده فرکانسی متفاوت میباشد.

از نظر موسیقیایی، ما این محدوده را به سه بخش باس، میانه (Mid-range) و تریبل تقسیم میکنیم. اینها تعاریف ثابتی نیستند، اما معمولا باس برای فرکانس‌های بین 20 تا 300 هرتز، میانه برای فرکانس‌های بین 300 هرتز تا 4 کیلوهرتز و تریبل به عنوان هر فرکانسی بالاتر از 4 کیلوهرتز تعریف میشود.

پاسخ فرکانسی، محدوده فرکانس‌ها یا صدایی که یک جزء میتواند پخش کند را توصیف میکند.

پاسخ فرکانسی برای اندازه‌گیری این موضوع که آیا یک جز صوتی خاص همه فرکانس‌های شنیداری را پخش میکند و آیا در روش دریافت صدا، تغییری در سیگنال ایجاد میکند یا خیر به کار میرود. به عنوان مثال پاسخ فرکانسی Frequency Response بررسی میکند که کمترین فرکانسی که ساب ووفر X میتواند تولید کند چقدر است. خروجی فرکانس ایده‌آل یک جزء، به منظور عدم تغییر سیگنال و بدون هرگونه تنظیمات دستی اکولایزر، باید برابر با ورودی باشد.

این وضعیت اغلب پاسخ فرکانسی Frequency Response مسطح نامیده میشود، که در آن یک موج سینوسی با حجم ثابت (اندازه‌گیری شده در واحد دسی بل) میتواند از طریق سیستم عبور کرده و در همه فرکانس‌ها در خروجی نوسان یکسانی داشته باشد.

به عبارت دیگر پاسخ فرکانسی Frequency Response ایده‌آل پاسخی است که صدای باس، میدرنج و تریبل را از منبع ما تنظیم نکند. در قیاس، اگر خودتان تنظیمات را از طریق هر نرم‌ افزار تنظیم اکولایزری دستکاری کنید، با تنظیمات اکولایزر غیرمسطحی که باس را افزایش داده، تریبل را کاهش داده و … روبرو خواهید شد. بنابراین اگر یک جزء (مانند یک درایور هدفون) پاسخ فرکانسی Frequency Response مسطحی نداشته باشد، ممکن است در نهایت فرکانس‌های خاصی را بیشتر یا کمتر از سیگنال اصلی بشنوید. در مواردی، این موضوع میتواند تجربه شنیداری را با مشکل مواجه کند.

متاسفانه در مورد صدا، آنچه ایده‌آل بوده و آنچه در واقعیت اتفاق می‌افتد، به ندرت یکسان هستند و دستیابی به یک پاسخ فرکانسی Frequency Response مسطح در کل زنجیره سیگنال صوتی فوق العاده دشوار است. این مشکل اغلب به درایورها و بلندگوهای هدفون مربوط میشود. در این اجزاء، خواص مکانیکی، الکترونیک و آکوستیک با هم ترکیب شده و پاسخی غیرخطی را تولید میکنند که بر خروجی صدا تاثیر میگذارد. به عنوان مثال تطبیق آمپدانس، کوپلینگ خازنی بین تقویت‌کننده‌ها و بلندگوها، سیم پیچ های القائی بلندگوها و درایورها و حتی آکوستیک اتاقی که در آن هستید، میتوانند بر پاسخ فرکانسی نهایی تاثیرگذار باشند.

در دنیای واقعی مشخصات پاسخ فرکانسی با طیفی از فرکانس‌ها (مانند 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز) و تغییر در پاسخ فرکانسی که بر حسب دسی بل بیان می شود، نشان داده میشود.

هر جزئی در زنجیره سیگنال در حالت ایده‌آل باید یک پاسخ فرکانسی Frequency Response مسطح داشته باشد، به طوری که صدا بدون تغییر از آن عبور کند. اما واقعیت این است که بسیاری از اجزاء عملکرد ایده‌آلی را ارائه نمیدهند. به طور کلی برای اکثر افراد، مثبت یا منفی 3 دسی بل به عنوان حد پایین دامنه شنیداری است، بنابراین انحرافات کوچکتر از 1 یا 2 دسی بل به هیچ وجه نگران کننده نیست.

اما انحرافات بالای 3 دسی بل به احتمال زیاد باعث ایجاد تغییرات قابل درک در موسیقی میشود. فرکانس‌های رزونانسی که به صورت برآمدگی‌هایی در نمودار فرکانس ظاهر میشوند، می توانند مشکل ساز باشند، زیرا برخی نت‌ها و صداهای موسیقیایی اغراق شده و یا پوشانده میشوند.

بنابراین تنها توجه به عدد پاسخ فرکانسی مانند 20هرتز-20کیلوهرتز و 6+/-دسی بل کافی نیست و توجه به مکان ایجاد نوسانات‌ تاکیدی و چگونگی توزیع آنها نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. پاسخ فرکانسی یکنواخت تر بهتر از پاسخ‌های بسیار متغیر است و نمودار تخت نیز ایده‌آل ترین حالت میباشد.

اگرچه اجزای هدفون ممکن است تغییرات زیادی را در پاسخ فرکانسی Frequency Response نشان دهند، اما پاسخ فرکانسی اجزای DAC و آمپلی فایر باید مسطح باشند. در DAC ها خروجی باید همواره در فرکانس‌های شنیداری تقریبا کاملا صاف باشد. تبدیل دیجیتال به آنالوگ در سخت افزارهای امروزی، قبل از فیلتر کردن نویز در فرکانس‌های بسیار فراتر از درک انسان، یک نمونه تبدیل مستقیم است. در این مرحله نگرانی در مورد هیچ مشکل مکانیکی یا صوتی وجود نخواهد داشت.

مدارهای آمپلی فایر کمی پیچیده تر هستند، اما به طور کلی حتی یک ترکیب DAC/Amp متوسط باید هنگام تغذیه همه سیستم‌های صوتی به جزء اسپیکرها/ هدفون‌هایی با پایین ترین آمپدانس، پاسخ فرکانسی مسطحی داشته باشند.

تحلیل فوریه و موسیقی شما

تاکنون ما با یکی از جنبه‌های قابل فهم و ساده پاسخ فرکانسی سر و کار داشتیم. اکنون متوجه شدیم که یک پاسخ غیرخطی صدای خروجی منبع‌ ما را تغییر میدهد. با این حال این تنها درباره مفاهیم رایجی مانند باس و تریبل نیست، بلکه این مشخصه، کیفیت صدای هر ساز موجود در ترکیب صوتی را تحت تاثیر قرار خواهد داد. برای درک جنبه ظریف تر از اینکه چگونه پاسخ فرکانسی Frequency Response غیرخطی میتواند برآنچه میشنویم تاثیر بگذارد، باید به تحلیل فوریه رجوع کنیم.

به طور خلاصه تحلیل فوریه و تبدیل فوریه نشان میدهد که میتوان یک شکل موج پیچیده را به صورت مجموعه‌ای از امواج سینوسی با دامنه‌های متفاوت بیان کرد.

بنابراین یک مربع، مثلث یا هرشکل موج دیگری که در حوزه زمان ظاهر میشود، میتواند با فرکانس‌های مختلف مجزا و همراه با دامنه‌های متفاوت در حوزه فرکانس نمایش داده شود. این تصویر شامل اشکال موجی است که توسط آلات موسیقی مانند ضربات تند یک درام تا ریتم گیتارهای الکتریک ایجاد میشود.

در آلات موسیقی این امواج سینوسی عمدتا به صورت هارمونیک با یکدیگر مرتبط هستند و اکتاوهای زوج و فرد (چندین فرکانس نوت اصلی) بالای نوت پایه رخ میدهند. برای مثال اگر نت C طبیعی را روی ویولن مینوازید، فرکانس اصلی 261 هرتز، بعلاوه مقداری از هارمونیک دوم با فرکانس 522 هرتز، سوم با فرکانس 783 هرتز، چهارم با فرکانس 1044 هرتز و به همین ترتیب با سطوح کاهشی به صدا در می‌آید. سایر سازها نیز محتوای هارمونیک نسبی متفاوتی دارند که باعث تولید صداهای منحصر به فرد در آنها میشود.

اکنون با بازگشت به پاسخ فرکانسی Frequency Response و فیلتراسیون میتوانیم ببینیم که یک پاسخ غیرمسطح نه تنها خروجی کلی موسیقی ما را تغییر میدهد، بلکه میتواند نحوه پخش اصوات جداگانه هر ساز را نیز تغییر دهد. حتی اگر نمودار پاسخ فرکانسی Frequency Response هیچ مشکلی در باس یا تریبل را نشان ندهد، وجود قسمت‌های غیرخطی کوچکتر در فرکانس‌های خاص میتواند فهم شنوایی ما از سازهای خاص را تغییر دهد.

یکی از قوانین کلی اکولایزاسیون این است که کاهش فرکانس اصلی یک ساز، صدای ضعیف تری تولید میکند، در حالیکه افزایش آن به عمق صدا می‌افزاید. به طور مشابه کاهش هارمونیک یک ساز منجر به ایجاد صداهایی خسته کننده و فاقد فضاسازی مناسب میشود، درحالیکه تقویت هارمونیک باعث افزایش فضاسازی صوتی میشود. همچنین تقویت و قطع فرکانس‌های مختلف ساز ممکن است باعث پوشش یا تقویت صدای سازهای دیگر در موسیقی شود. بنابراین یک پاسخ فرکانسی Frequency Response غیرخطی میتواند تمام زحمات آهنگ ساز برای ترکیب دقیق اصوات در موسیقی را خنثی کند.

نتیجه گیری

طبق استانداردهای HiFi، یک سیستم صوتی دقیق سیستمی است که سیگنال ورودی را دریافت کرده و بدون هیچ تغییری آن را به خروجی تبدیل کند. سیستم شامل اجزاء مختلفی، از فایل صوتی منبع گرفته تا پردازش دیجیتال و اجزائی مانند DAC است که مستقیما به آمپلی فایر و بلندگوها می رسند. پاسخ فرکانسی تنها بخشی از این معادله است. اما تاثیر قابل توجهی بر نحوه صدای خروجی دارد و اندازه گیری آن نیز بسیار آسان است.

پاسخ فرکانسی Frequency Response تنها این نیست که آیا باس، میانه یا تریبل به میزان مناسب از یک سیستم خارج می شوند یا خیر. این مشخصه می تواند بر آواها و تعادل سازها در یک موسیقی تاثیر بگذارد و به طور کلی تجربه شنیداری ما را تحت تاثیر قرار دهد. دریافت پاسخ فرکانسی مسطح و ایده آل همواره ممکن نیست. اما فناوری پیشرفته امروزی مطمئنا میتواند تا حد زیادی که برای انسان قابل تشخیص نباشد، پاسخ فرکانسی Frequency Response مسطحی ایجاد کند. اگر هدف شما گوش دادن به موسیقی به شکل طبیعی و خالص خود است، باید به پاسخ فرکانسی توجه کنید. همچنین اگر به دنبال یادگیری تنظیم دقیق اکولایزر هستید، آشنایی با این مشخصه میتواند مفید باشد.