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耳机阻抗与耳放推力、增益、音效的各种问题深入了解

耳机阻抗与耳放推力、增益、音效的各种问题深入了解

很多人而言播放器推力大怎么样、耳机高阻怎么样等疑问还相当困惑 ,因此现在想来聊聊这些耳机阻抗与耳放(随身播放器 )推力、增益、EQ 等相应的疑问 。

声音的特征 :声音的本质是声波,它的传播会遵循波的特征,会反射、衍射和折射 。

大家首先来认识下声音的特性,这十分关键 :


(一)响度(loudness):

人主观上感觉声音的大小(俗称 音量 ),由“振幅 ”(amplitude )决定,振幅越大响度越大。 与分贝不一样。 分贝是人能够区分的最小的声音响度的级差,而响度是人耳朵而言声音强弱的主观感觉,大家对响度的敏感程度不一样,因此是将很多人的主观感觉相综合的平均值。 此外大家而言相同分贝但不一样频率的纯音听起来感觉响度不一样 ,因此有等响曲线这个东西,人耳而言2000-5000 Hz的频率敏感的多。 比方说,对大家通常人类,50分贝100 Hz的纯音和40分贝1000 Hz的纯音听起来一样响。 因此把耳放、播放器音量调大、调小,每个频率的响度给你的感觉就会产生变化。 下面的图便是等响曲线 。

而分贝用作理性形容声音的参数,一样有参考意义:130分贝喷射机起飞声音,110分贝螺旋浆飞机起飞声音,105分贝永久损听觉,100分贝气压钻机声音,90分贝嘈杂酒吧区域环境声音,85分贝及以下不会破坏 耳蜗内的毛细胞,80分贝嘈杂的办公空间,75分贝人体耳朵舒适度上限,70分贝街道区域环境声音,50分贝常规对话声音,20分贝低声细语。

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(二)音调 (pitch):

声音的高低 (高音 、低音 ),由“频率 ”(freque ncy)决定,频率越高音调越高(频率单位 Hz (hertz )赫兹,人耳听觉范围 20~20000 Hz 。 20 Hz以下称作次声波,20000 Hz上 称作 超声波 )举个例子,低音端的声音或更高的声音,如细弦声。 我的辩音范围是20-19000Hz 左右,现已有一点衰退了。 通常耳机还会有频响曲线,如下图,曲线越平直就越趋近于真实的回放。 逼侧的黄色曲线便是明显低频失真 了。 通常频响曲线要切合等响曲线凑在一起 ,绝大部分耳机设计调音时频响在1000-5000 Hz会有低谷,5000-10000 Hz有个波峰,这是因为人而言1-5k Hz的声音 特别敏感,对高频声音却不那么敏感 。 这样一来调音三频才会相当平衡,只不过鉴于个体差异,对三频的敏感程度截然不同。

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耳机称得上 整个 高保真 回放 系统 中失真 最大 的环节 了,高保真 转盘 、解码 、耳放 失真 都挺小的。 下面 是各种 声源 的频率 范围


(三)音色 (music quality):

音色是随着发音体的材料性质、结构形状、发声方式 、及其泛音的高低等不一样方面来决定的。 歌手的声音都较为独具特色,有着很高的辨析度,这主要是因为音色不一样,而模仿秀则是模仿歌手发声的振动方式 、基音、泛音,歌唱出极为相像的声音。 而有的艺术家几乎能够模仿乐器的音色 (beatbox)。 不一样乐器能形成覆盖一样频率的声音,但大家仍然能够辨别出不一样的乐器,这是音色使然。 但耳机、音响能够非常不错的模仿形成世间各种声音,由于其传输到准确信号后还原了各种声音的波形,形成回放(playback)。

假如你是学音乐的情况下,声音的特性则是四项,多了一个声音长短(时间 )。


耳机怎样工作 ?

动圈耳机例谈,耳机中有永磁体,有振膜和线圈。 电信号流经线圈,与永磁体间形成吸力或斥力,带动振膜正向或负向扇动,形成声波。 振膜动的频率快,即是高音;动的频率慢,即是低音。 扇动的幅度大,便是大声,幅度小即是小声。

因为什么原因一个振膜能够同一时间形成多个不一样位置、不一样的乐器和人声的声音? 空间感、位置是基于左右声道传入耳朵中的时间差、还有反射衍射等大脑进行综合判断后的结果。 而不一样的乐器、人声 有不同的声音频率,从本质上讲高低频仍然是声波,借用一张图片来阐述


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要是去听现场音乐会,虽然有a和b两种乐器 ,但人耳的鼓膜听到的音乐形成的振动会是C波形,但大脑仍能还原出a和b两种乐器单独的波形。 反之亦然,动圈耳机播放古典音乐会,耳机振膜形成的波形就是C,但多动铁耳机则分频器把高低频声音分开,指挥每个单元播放某个频段的声音,多个单元通力合作,同一时间工作形成了多个波形,再到鼓膜上汇聚成一个C波形。


耳机阻抗是不是越大越好?

大家先谈一下耳机的阻抗和灵敏度,阻抗是存在于交流电中的,为什么是交流电而不是直流电,因为线圈会根据电流方向向着永磁体做正向或者负向运动,带动振膜产生声波。 阻抗不是电阻恒定不变,但也遵循 Z=U/I的计算公式。 相对动圈耳机而言,提高耳机的阻值,降低耳放的输出内阻,全是为了让耳机吃到更多(或更合适 )的电压电流,从而充分的驱动耳机。 与此同时大阻抗往往是为了减小分割振动的影响,设计制造多轨大线圈(也增大散热面积,使耳机没那么容易烧机)造成的,更比较容易提高对振膜的控制力,降低弱信号的失真。 下面的图为振膜发出不同频率时的运动状态。

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低阻耳机基于阻抗小,比较容易得到较好的功率,发声比较容易,像812、TH900那种磁通量很大的单元,小推力下也还不错。 但比较容易过推,或者无法进入耳放最佳的音量位置里,未能在耳放最佳电气状态的推动下施放功力,高频刺耳,有用力过猛的感觉 。

而灵敏度则是指向耳机输入1毫瓦的功率时耳机所能发出的声压级。 高阻耳机是阻抗高,不会轻易产生大电流,所以不会轻易出声,而低阻低敏耳机是即便是产生较大的电流,但就是不灵敏,声音很小。 低阻低敏 多是平板像HE6,不过LCD4倒是灵敏度不低了。

相对很大一部分耳放而言耳机阻抗高早已不是问题了,提高电压便是,却解决了很大一部分的难题,声音也相对较为稳定。 阻抗低,比较容易推响,但对耳放设计者而言提高耳放控制力比提高电压难度大得多。 所以 对动圈而言还是高阻好。 当然如今FOCAL都早已出了低阻动圈旗舰 ,想必这类问题如今也不是特别烦恼的要素 。


耳放的推力越大越好不好 ?

尽管对于高阻耳机来讲,插手机也可以拉到常规听音大小 (即耳机在手机上听到的功率还是会同在国产的专业音频播放器上听到的功率一样 ),实际上普通耳机的灵敏度吃到1mw的功率便能有90多分贝的声音,接近气压钻机的声音 大小 了。 但1.手机开大音量时其放大芯片失真率很高了,2.功率尽管够了,但关键的电流小了,低中高频 都会 平平淡淡,没有力气,推不开。 所以国砖都比较推崇大推力,还要几档增益,这样才受欢迎。下面的图是两款耳放的输出电流 的比较,绿色的耳放电流输出能力受限,被削峰了,音质会受影响,手机更是如此。

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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。 所以国产的专业音频播放器的功率该小的时候能小(推低阻耳机时开小音量 ),该大的情况下也可以大(推中高阻耳机时开大音量 ),高低阻通吃 ?

实际上还有不失真最大功率这个概念,普通指放大线路谐波失真THD在0.1 %以下的最大功率,像SONY D100 音量旋钮转到头耳朵肯定爆了 ,但是那个音量你根本不能开很大 ,因为稍稍大一点就失真 了。 AK的机器也是推力秀气著称,也是同样的问题,音量开大了就会失真,但推推普通塞子绝对不会失真的 。

接着 来讲 说输出功率 是怎么来的,DAC芯片对于歌曲解码后,DAC 芯片输出信号电平会有一个放大倍率 ,DAC的信号直接放大是不失真的 ,玩过的LYRA、HILO、金老婆里调节的输出增益是调节DAC的放大倍数 (HILO也可以调节其他增益 ,可玩性相当 高),一般来说DAC输出的标准电压信号是2Vrms。 另外耳放、放大电路会将电压 放大、电流也放大 (只不过 普通 后级 才放大 电流 ,这也反映 了普通 耳放 难以 推动HE6,一定要有后级功放大电流才好驱动 ),大部分的播放器高增益选项也是在放大电路里起功效,增加电压摆幅。 最终的音量调节旋钮 (电位器 )就是一个可变电阻,控制音量衰减幅度 ,看看C4 ,这个 可变电阻就跟高中物理实验中用到的很像。


通常情况下,设计师会把耳放或播放器最佳的电器状况设置在20%-50%音量之间(同样有特殊,享声M1PRO则是在90%以上),要是你插上耳机,正常的听音音量恰好落在这个范围内,那就是极好的(高低增益的设计一部分就是这个原因,低阻耳机用低增益可以落在这个范围内,但高阻耳机用低增益则大大超出了这类范围,而使用高增益恰好又可以落在这个范围里了)。如此大推力的耳放对低阻高敏耳机就有点不友好了,因为也许只需要5%的音量就已实现正常音量大小,这时加阻棒效果会见效一些。此外推力太大会导致底噪声,事实上也是耳机中电流过高引起的。

DAC的信号直接放大是不太会损伤音质的,但放大线路中用运放三极管二极管等放大方式虽然提高了功率,但也会将噪音讯号放大,因此增益也需谨慎使用。

大家比较常见说些什么电流型耳放适合低阻耳机,电压型耳放适合高阻耳机,而耳放不是只有甲类、乙类、甲乙类等吗,电流型耳放与电压型耳放究竟是什么鬼?

事实上是如此的,耳放有相对恒定的最大输出功率,遇高阻耳机时,电路中的总阻值较高,电流比较小,这时耳机吃到的电压比内阻吃到的电压大上许多,耳放的输出电压很高,通常这类输出电压是没有进行限制的;但假如耳放遇到低阻耳机时,电路中的总阻值低,电流会比较大,这时推大音量电路中的电流会大幅增加,但有的耳放会限制最大电流的输出。享声就很推心置腹的说MR1对输出电流做了限制,事实上这类通常是对于大耳会有点影响,耳塞因为其隔音性,高敏低阻耳塞需要的输出功率、电流并并非很大,国产的专业音频播放器是完全足够的。在耳放的音量设计上,跟响度和声强都没有直接影响,最直接的影响是人耳的听觉阀度;在小音量的情况下,人耳对声音的变化极其敏感,一点很小的声音变化都非常明显,当音量逐渐增大,敏感度下降,需要增大很大的音量才能让听觉感觉到明显的增加;因此,专用的音量电位器属于对数型的,换句话说,从最大阻值开始的变化是极其小的,后面的变化越来越大,绝大多数一个专用的音量电位器在中间位置的情况下,它的阻值才变到最大阻值的30%左右而不是50%。


音响器材在一样平台上实行对比到底科不科学?

通常我们要AB两个耳机,就搬出一套前端,把两只耳机反复插在这套前端上,对比两者的声音,这到底科学吗?

在我看来这是不合理的,就是说站在同一起跑线上,会产生一个问题,阻抗不一样,灵敏度不一样的耳机插在一样前端的时候,吃到的电流不一样了,如此一来就导致有可能a耳机(低阻耳机容易产生此情况)高频过了,低频刚好。但b耳机(高阻)插在一样前端,低频刚好,高频也刚好,三频均衡。如此一来大家马上会感到b耳机好。可是假如有人专为a耳机设计一款输出功率相匹配的耳放,情况就不一样了,a耳机马上会高低频都不错,三频均衡,但b耳机因为阻抗过高,低频不会受到很大的干扰,但高频衰减程度大,马上会感到三频不均衡。这样就感到b耳机不如a耳机。所以使用一样平台来实行同场PK,通常有一方更吃香。与此同时也没有任何耳放是万能的,能推好很多个不一样参数的耳机。


我十分期待像farrel一样,什么耳机都能用上最好的前端去PK,只可惜口袋中的金钱不同意啊,放上F壕的一张图

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EQ到底靠的住吗?

EQ是用来调节音效的工具,音频工作者为了得到监听的效果,使耳机的频响曲线变得直一点,会对EQ实行相应的调节,最后实现他们的目的,应该说来是个好东西。下面的图是传统的EQ均衡器,每一个频域由一个电位器控制。

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现在EQ则是通过DSP算法来改变相应频域的声音,按理来说除了改变该频域的响度大小外不应该有别的的改变的(量感),但实际情况却改变了原本音乐中太多的要素,不是音乐录制者所期待传达给听众的原始声音了。

下面图片所示飞傲X7的EQ调节,我将全部的频域(每高八度即频率翻倍)都统一调到+6db,这里你简单看成+6分贝音量吧,按理说这个EQ效果就是说音量调小6db时也获得打开EQ之前一样的听感,而且31Hz以下和16000Hz以上应该是明显的滚降,实际却是低频量增加了,高频也明显变亮了。因此我不太相信这些播放器的数字EQ算法了,不过相应的调节临时弥补下听感依然行得通的。

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分贝:

大家常常认为dB分贝单纯是一种音量大小计量单位,然而并不是,这只不过dB在日常生活中最普遍的一种体现。dB分贝事实上是反应实际值与参考值的比例倍数关系,公式是?dB=n*lg(实际值/参考值),当dB需表现的是声功率或电功率比值时,n=10;当dB需表现的是音量大小(声压级)或电压、电流之比时,n=20;

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


如此而言要正确理解dB既容易又不那么容易,大家先来回顾过去看高中数学吧:

把一个正数用科学记数法表述成一个含有一位整数的小数和10的整数次幂的积的形式继续取常用对数

使用对数来表述分贝的好处不少,第一,把原本的计量单位从个位数1----到亿位数100000000甚至兆位数1000000000000的单位缩减了到了两位数三位数,书写上便捷很多;第二,由于是常用对数的倍数,因此单位统一后可以直接加减,省去乘除运算的繁琐,分贝单位也只能加减,无法乘除;第三,符合人体的迟钝的听感了。


先说说声音大小(即声压级)

响亮度是声音或噪音的另一个特性。压强可以用于表示声音大小,压强大则声音大,压强小则声音小,但使用压强单位Pa帕斯卡十分不方便,由于生活中常常能听到从20微帕斯卡(μPa)到2000000000微帕斯卡(μPa)的声音,要写这么多位数太不方便,因此用dB来表述会更恰当。公式SPL=20*lg(实际值/参考值),由于20微帕斯卡(μPa)为人类可以听到的最小声音,因此规定为参考值,20微帕斯卡(μPa)的声音大小即为0分贝。有意思的是,平常大家也许认为从0分贝提高到10分贝,与从10分贝提高到20分贝所增加的音量是一样的,但事实上并不是,10分贝利用公式算出来为63.244微帕斯卡,20分贝为200微帕斯卡,因此从10分贝提高到20分贝,增加了140微帕斯卡的压强,而从0分贝提高到10分贝,只增加了40多微帕斯卡的压强。

继续说说灵敏度,这个以前也说过了,很好理解的,有两个不同的单位标准,分别为dB/mw和dB/Vrms。90dB/mw的意思是指负载1mw的功率时,耳机发出90分贝的音量。90dB/Vrms的意思是指负载1Vrms电压时,耳机所产生的声压级为90分贝。


再来讲说左右声道分离度、动态范围、信噪比

这些基本全是形容有效信号功率的比重指标,因此也是用dB分贝来表示

左右声道分离度指的是左声道的讯号串扰到右声道、右声道的讯号串扰到左声道的程度。从技术上讲,肯定是左耳朵不要听到右声道的声音,右耳朵不要听到左声道的声音为好,一般播放器能做到70dB左右的分离度,这个是什么概念呢?通过公式运算,即会有一千万分之一的右声道的功率传到左声道,有一千万分之一的左声道的功率传到右声道。这个70dB的分离度是完全足够了的,你去听现场音乐会,坐在观众席中的分离度也只有60dB。

动态范围指的是静音状态下的功率与最大不失真功率的比值,这个也就是测试器材输出的有效功率范围是多少,较为关键。像常见的DAC芯片可以将动态范围做到110dB-120dB的样子,如果是在100dB以下可能性能还是差的较为远了。

信噪比则指的是噪音功率和信号功率的比值,这个基本上HIFI解码产品也能达到110dB以上,也就是说你大约能听到一千亿分之一的噪音讯号,不知道金耳朵是否能听得出这个。


最后再说说增益吧

平日里我们在设备经常看到增益+XXdB或者-XXdB,这个dB分贝又是什么意思呢?这个分贝其实指的是输出功率的倍数,用dB来形容关键是为便于加减计算。假如是从+0dB增益调到+5dB增益,即增加5-0=5dB的输出功率,通过公式5dB=10*lg(实际值/参考值)计算出,比默认输出功率增加了3.1622倍。


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