談談耳機阻抗與耳放推力、增益、音效等問題

很多人對於播放器推力大好不好、耳機高阻好不好等問題還比較糾結,所以今天想來談談這些耳機阻抗與耳放(隨身播放器)推力、增益、EQ等相關問題。

聲音的特點:聲音的本質是聲波,它的傳播會遵循波的特點,會反射、衍射和折射。

我們首先來了解下聲音的特性,這非常重要:

(一)響度(loudness):

人主觀上感覺聲音的大小(俗稱音量),由“振幅”(amplitude)決定,振幅越大響度越大。與分貝不同。分貝是人可以區分的最小的聲音響度的級差,而響度是人耳朵對於聲音強弱的主觀感覺,人們對響度的敏感程度不一樣,所以是將很多人的主觀感覺相綜合的平均值。另外人們對於相同分貝但不同頻率的純音聽起來感覺響度不同,所以有等響曲線這個東西,人耳對於2000-5000Hz的頻率敏感的多。比方說,對我們一般人類,50分貝100Hz的純音和40分貝1000Hz的純音聽起來一樣響。所以把耳放、播放器音量調大、調小,每個頻率的響度給你的感覺就會產生變化。下圖就是等響曲線。

而分貝作為客觀描述聲音的參數,同樣有參考意義:130分貝 噴射機起飛聲音,110分貝 螺旋漿飛機起飛聲音,105分貝 永久損聽覺,100分貝 氣壓鑽機聲音,90分貝 嘈雜酒吧環境聲音,85分貝及以下 不會破壞耳蝸內的毛細胞,80分貝 嘈雜的辦公室,75分貝 人體耳朵舒適度上限,70分貝 街道環境聲音,50分貝 正常交談聲音,20分貝 竊竊私語。

(二)音調(pitch):

聲音的高低(高音、低音),由“頻率”(frequency)決定,頻率越高音調越高(頻率單位Hz(hertz)赫茲,人耳聽覺範圍20~20000Hz。20Hz以下稱為次聲波,20000Hz以上稱為超聲波)例如,低音端的聲音或更高的聲音,如細絃聲。我的辯音範圍是20-19000Hz左右,已經有點退化了。一般耳機都會有頻響曲線,如下圖,曲線越平直就越趨近於真實的回放。逼側的黃色曲線就是明顯低頻失真了。一般頻響曲線要結合等響曲線一起看,大多數耳機設計調音時頻響在1000-5000Hz會有低谷,5000-10000Hz有個波峰,這是因為人對於1-5kHz的聲音特別敏感,對高頻聲音卻不那麼敏感。這樣調音三頻才會比較平衡,不過由於個體差異,對三頻的敏感程度各不相同。

耳機算是整個高保真回放系統中失真最大的部分了,高保真轉盤、解碼、耳放失真都挺小的。下面是各種聲源的頻率範圍

(三)音色(music quality):

音色是由於發音體的材料性質、結構形狀、發聲方式、及其泛音的多少等不同方面來決定的。歌手的聲音都比較獨特,具有很強的辨析度,這是因為音色不同,而模仿秀則是模仿歌手發聲的振動方式、基音、泛音,歌唱出極其相似的聲音。而有的藝術家甚至可以模仿樂器的音色(beatbox)。不同樂器能發出涵蓋相同頻率的聲音,但我們仍然可以辨別出不同的樂器,這是音色使然。但耳機、音響可以非常好的模仿發出世間各種聲音,因為其接收到準確信號後還原了各種聲音的波形,形成回放(playback)。

如果你是學音樂的話,聲音的特性則是四項,多了一個聲音長短(時間)。

耳機如何工作?

動圈耳機為例,耳機中有永磁體,有振膜和線圈。電信號流經線圈,與永磁體間產生吸力或斥力,帶動振膜正向或負向扇動,形成聲波。振膜動的頻率快,即是高音;動的頻率慢,即是低音。扇動的幅度大,便是大聲,幅度小即是小聲。

為什麼一個振膜可以同時發出幾個不同位置、不同的樂器和人聲的聲音?空間感、位置是基於左右聲道傳入耳朵中的時間差、還有反射衍射等大腦進行綜合判斷後的結果。而不同的樂器、人聲有不同的聲音頻率,從實質上講高低頻仍然是聲波,借用一張圖片來說明

如果去聽現場音樂會,雖然有a和b兩種樂器,但人耳的鼓膜聽到的音樂形成的振動會是C波形,但大腦仍能還原出a和b兩種樂器單獨的波形。同理,動圈耳機播放古典音樂會,耳機振膜產生的波形就是C,但多動鐵耳機則分頻器把高低頻聲音分開,指揮每個單元播放某個頻段的聲音,多個單元通力合作,同時工作產生了多個波形,再到鼓膜上匯聚成一個C波形。

耳機阻抗是否越大越好?

我們先談一下耳機的阻抗和靈敏度,阻抗是存在於交流電中的,為什麼是交流電而不是直流電,因為線圈會根據電流方向向著永磁體做正向或者負向運動,帶動振膜產生聲波。阻抗不是電阻恆定不變,但也遵循Z=U/I的計算公式。對於動圈耳機而言,提高耳機的阻值,降低耳放的輸出內阻,都是為了讓耳機吃到更多(或更合適)的電壓電流,從而充分的驅動耳機。另一方面大阻抗往往是為了減小分割振動的影響,設計製造多軌大線圈(也增大散熱面積,使耳機沒那麼容易燒機)造成的,更容易提高對振膜的控制力,降低弱信號的失真。下圖為振膜發出不同頻率時的運動狀態。

低阻耳機由於阻抗小,容易得到較好的功率,發聲容易,像812、TH900那種磁通量很大的單元,小推力下也還不錯。但容易過推,或者無法進入耳放最佳的音量位置裡,不能在耳放最佳電氣狀態的推動下施放功力,高頻刺耳,有用力過猛的感覺。

而靈敏度則是指向耳機輸入1毫瓦的功率時耳機所能發出的聲壓級。高阻耳機是阻抗高,不容易產生大電流,所以不容易出聲,而低阻低敏耳機是雖然有了不小的電流,但就是不靈敏,聲音很小。低阻低敏多是平板像HE6,不過LCD4倒是靈敏度不低了。

對於大部分耳放來說耳機阻抗高已經不是問題了,提高電壓便是,卻解決了大部分的難題,聲音也相對比較穩定。阻抗低,容易推響,但對耳放設計者來說提高耳放控制力比提高電壓難度大得多。所以對動圈來說還是高阻好。當然現在FOCAL都已經出了低阻動圈旗艦,相信這些問題現在也不是非常困擾的因素。

耳放的推力越大越好嗎?

雖然對於高阻耳機來說,插手機也能推到正常聽音大小(即耳機在手機上吃到的功率還是會同在國磚上吃到的功率一樣),其實一般耳機的靈敏度吃到1mw的功率便能有90多分貝的聲音,接近氣壓鑽機的聲音大小了。但1.手機開大音量時其放大芯片失真率很高了,2.功率雖然夠了,但關鍵的電流小了,低中高頻都會平平淡淡,沒有力氣,推不開。所以國磚都比較推崇大推力,還要幾檔增益,這樣才受歡迎。下圖是兩款耳放的輸出電流的比較,綠色的耳放電流輸出能力受限,被削峰了,音質會受影響,手機更是如此

推力大固然好,推力大是指的上限推力大,而不是起始推力大。所以國磚的功率該小的時候能小(推低阻耳機時開小音量),該大的時候也能大(推中高阻耳機時開大音量),高低阻通吃?

其實還有不失真最大功率這個概念,一般指放大線路諧波失真THD在0.1%以下的最大功率,像SONY D100音量旋鈕轉到頭耳朵肯定爆了,但是那個音量你根本不能開很大,因為稍稍大一點就失真了。AK的機器也是推力秀氣著稱,也是同樣的問題,音量開大了就會失真,但推推普通塞子絕對不會失真的。

接著來說說輸出功率是怎麼來的,DAC芯片對於歌曲解碼後,DAC芯片輸出信號電平會有一個放大倍率,DAC的信號直接放大是不失真的,玩過的LYRA、HILO、金老婆裡調節的輸出增益是調節DAC的放大倍數(HILO也可以調節其他增益,可玩性非常高),一般來說DAC輸出的標準電壓信號是2Vrms。另外耳放、放大電路會將電壓放大、電流也放大(不過一般後級才放大電流,這也說明了一般耳放難以推動HE6,必須有後級功放大電流才好驅動),大多數的播放器高增益選項也是在放大電路里起作用,增加電壓擺幅。最後的音量調節旋鈕(電位器)便是一個可變電阻,控制音量衰減幅度,看看C4,這個可變電阻就跟高中物理實驗中用到的很像。

一般來說,設計師會把耳放或播放器最佳的電器狀態設置在20%-50%音量之間(也有例外,享聲M1PRO則是在90%以上),如果你插上耳機,正常的聽音音量剛好落在這個範圍內,那就是極好的(高低增益的設計一部分就是這個原因,低阻耳機用低增益可以落在這個範圍內,但高阻耳機用低增益則遠遠超出了這個範圍,而使用高增益剛好又可以落在這個範圍裡了)。這樣大推力的耳放對低阻高敏耳機就有點不友好了,因為可能只用5%的音量就已達到正常音量大小,這時加阻棒效果會好點兒。另外推力太大會導致底噪聲,其實就是耳機中電流過高引起的。

DAC的信號直接放大是不怎麼損傷音質的,但放大線路中用運放三極管二極管等放大方式雖然提高了功率,但也會將噪音訊號放大,所以增益也要慎用。

我們常見說什麼電流型耳放適合低阻耳機,電壓型耳放適合高阻耳機,而耳放不是隻有甲類、乙類、甲乙類等嗎,電流型耳放與電壓型耳放到底是什麼鬼?

實際上是這樣的,耳放有相對恆定的最大輸出功率,遇高阻耳機時,電路中的總阻值較高,電流比較小,此時耳機吃到的電壓比內阻吃到的電壓大得多,耳放的輸出電壓很高,往往這個輸出電壓是沒有進行限制的;但如果耳放遇到低阻耳機時,電路中的總阻值低,電流會比較大,此時推大音量電路中的電流會大幅增加,但有的耳放會限制最大電流的輸出。享聲就很開誠佈公的說MR1對輸出電流做了限制,其實這個往往是對於大耳會有些影響,耳塞因為其隔音性,高敏低阻耳塞需要的輸出功率、電流並不是很大,國磚是完全足夠的。在耳放的音量設計上,跟響度和聲強都沒有直接關係,最直接的關係是人耳的聽覺閥度;在小音量的時候,人耳對聲音的變化非常敏感,一點很小的聲音變化都非常明顯,當音量逐漸增大,敏感度下降,需要增大很大的音量才能讓聽覺感覺到明顯的增加;所以,專用的音量電位器屬於對數型的,也就是說,從最大阻值開始的變化是非常小的,後面的變化越來越大,基本上一個專用的音量電位器在中間位置的時候,它的阻值才變到最大阻值的30%左右而不是50%。

器材在同一平臺上進行比較究竟科不科學?

往往我們要AB兩個耳機,就搬出一套前端,把兩隻耳機來回插在這套前端上,比較兩者的聲音,這究竟科學嗎?

我認為這是不科學的,就是站在同一起跑線上,會出現一個問題,阻抗不同,靈敏度不同的耳機插在相同前端的時候,吃到的電流不一樣了,這樣就導致有可能a耳機(低阻耳機容易出現此情況)高頻過了,低頻剛好。但b耳機(高阻)插在相同前端,低頻剛好,高頻也剛好,三頻均衡。這樣大家就會覺得b耳機好。但是如果有人專為a耳機設計一款輸出功率相匹配的耳放,情況就不一樣了,a耳機就會高低頻都不錯,三頻均衡,但b耳機因為阻抗過高,低頻不受太大的影響,但高頻衰減程度大,就會覺得三頻不均衡。這樣就覺得b耳機不如a耳機。所以使用同一平臺來進行同場PK,往往有一方更吃香。同時也沒有什麼耳放是萬能的,能推好很多個不同參數的耳機。

我非常希望像farrel一樣,什麼耳機都能用上最好的前端去PK,只可惜口袋中的金錢不同意啊,放上F壕的一張圖

EQ究竟靠的住嗎?

EQ是用來調節音效的工具,音頻工作者為了得到監聽的效果,使耳機的頻響曲線變得直一點,會對EQ進行相應的調節,最終達到他們的目的,應該說來是個好東西。下圖是傳統的EQ均衡器,每一個頻域由一個電位器控制。

現在EQ則是通過DSP算法來改變相應頻域的聲音,按理來說除了改變該頻域的響度大小外不應該有其他的改變的(量感),但實際情況卻改變了原本音樂中太多的要素,不是音樂錄製者所希望傳達給聽眾的原始聲音了。

見下圖飛傲X7的EQ調節,我將所有的頻域(每高八度即頻率翻倍)都統一調到+6db,這裡你簡單看成+6分貝音量吧,按理說這個EQ效果就是音量調小6db時也獲得打開EQ之前相同的聽感,而且31Hz以下和16000Hz以上應該是明顯的滾降,實際卻是低頻量增加了,高頻也明顯變亮了。因此我不太相信這些播放器的數字EQ算法了,不過相應的調節臨時彌補下聽感還是可行的。

分貝:人們常常以為dB分貝單純是一種音量大小計量單位,其實不然,這只是dB在日常生活中最常見的一種體現。dB分貝其實是反應實際值與參考值的比例倍數關係,公式是?dB=n*lg(實際值/參考值),當dB需表現的是聲功率或電功率比值時,n=10;當dB需表現的是音量大小(聲壓級)或電壓、電流之比時,n=20;

這樣說來要理解dB既容易又不那麼容易,我們先來回顧一下高中數學吧:

把一個正數用科學記數法表示成一個含有一位整數的小數和10的整數次冪的積的形式然後取常用對數

如:lg200=lg(10^2*2)=lg10^2+lg2=2+0.3010

lg20=lg(10^1*2)=lg10^1+lg2=1+0.3010

lg0,002=lg(10^(-3)*2)=lg10^(-3)+lg2=-3+0.3010

使用對數來表示分貝的好處不少,第一,把原本的計量單位從個位數1----到億位數100000000甚至兆位數1000000000000的單位縮減了到了兩位數三位數,書寫上方便許多;第二,因為是常用對數的倍數,所以單位統一後可以直接加減,省去乘除運算的麻煩,分貝單位也只能加減,無法乘除;第三,符合人體的遲鈍的聽感了。

先說說聲音大小(即聲壓級)

響亮度是聲音或噪音的另一個特性。壓強可以用來表示聲音大小,壓強大則聲音大,壓強小則聲音小,但使用壓強單位Pa帕斯卡非常不方便,因為生活中經常能聽到從20微帕斯卡 (μPa)到2000000000微帕斯卡 (μPa)的聲音,要寫這麼多位數太不方便,所以用dB來表示會更恰當。公式SPL=20*lg(實際值/參考值),因為20微帕斯卡 (μPa)為人類可以聽到的最小聲音,所以規定為參考值,20微帕斯卡 (μPa)的聲音大小即為0分貝。有趣的是,平時我們可能以為從0分貝提高到10分貝,與從10分貝提高到20分貝所增加的音量是一樣的,但實際上並不是,10分貝利用公式算出來為63.244微帕斯卡,20分貝為200微帕斯卡,所以從10分貝提高到20分貝,增加了140微帕斯卡的壓強,而從0分貝提高到10分貝,只增加了40多微帕斯卡的壓強。

接著說說靈敏度,這個之前也說過了,挺好理解的,有兩個不同的單位標準,分別為dB/mw和dB/Vrms。90dB/mw的意思是指負載1mw的功率時,耳機發出90分貝的音量。90dB/Vrms的意思是指負載1Vrms電壓時,耳機所產生的聲壓級為90分貝。

再來說說左右聲道分離度、動態範圍、信噪比

這些基本都是描述有效信號功率的比重指標,所以也是用dB分貝來表示

左右聲道分離度是指左聲道的訊號串擾到右聲道、右聲道的訊號串擾到左聲道的程度。從技術上講,肯定是左耳朵不要聽到右聲道的聲音,右耳朵不要聽到左聲道的聲音為好,一般播放器能做到70dB左右的分離度,這是什麼概念呢?通過公式運算,即會有一千萬分之一的右聲道的功率傳到左聲道,有一千萬分之一的左聲道的功率傳到右聲道。這個70dB的分離度是完全足夠了的,你去聽現場音樂會,坐在觀眾席中的分離度也只有60dB。

動態範圍是指靜音狀態下的功率與最大不失真功率的比值,這個也就是測試器材輸出的有效功率範圍是多少,比較重要。像常見的DAC芯片可以將動態範圍做到110dB-120dB的樣子,如果是在100dB以下可能性能還是差的比較遠了。

信噪比則是指噪音功率和信號功率的比值,這個基本上HIFI解碼產品也能達到110dB以上,也就是說你大約能聽到一千億分之一的噪音訊號,不知道金耳朵是否能聽得出這個。

最後再說說增益吧平時我們在設備經常看到增益+XXdB或者-XXdB,這個dB分貝又是什麼意思呢?這個分貝其實是指輸出功率的倍數,用dB來描述主要是為方便加減計算。如果是從+0dB增益調到+5dB增益,即增加5-0=5dB的輸出功率,通過公式5dB=10*lg(實際值/參考值)計算出,比默認輸出功率增加了3.1622倍。

來自pixnet

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