谈谈耳机阻抗与耳放推力、增益、音效等问题

98610637 · 发表于 2020-4-23 21:03:58

谈谈耳机阻抗与耳放推力、增益、音效等问题

很多人对于播放器推力大好不好、耳机高阻好不好等问题还比较纠结，所以今天想来谈谈这些耳机阻抗与耳放（随身播放器）推力、增益、EQ等相关问题。

声音的特点：声音的本质是声波，它的传播会遵循波的特点，会反射、衍射和折射。
我们首先来了解下声音的特性，这非常重要：
（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。与分贝不同。分贝是人可以区分的最小的声音响度的级差，而响度是人耳朵对于声音强弱的主观感觉，人们对响度的敏感程度不一样，所以是将很多人的主观感觉相综合的平均值。另外人们对于相同分贝但不同频率的纯音听起来感觉响度不同，所以有等响曲线这个东西，人耳对于2000-5000Hz的频率敏感的多。比方说，对我们一般人类，50分贝100Hz的纯音和40分贝1000Hz的纯音听起来一样响。所以把耳放、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。下图就是等响曲线。

而分贝作为客观描述声音的参数，同样有参考意义：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分贝嘈杂的办公室，75分贝人体耳朵舒适度上限，70分贝街道环境声音，50分贝正常交谈声音，20分贝窃窃私语。

（二）音调（pitch）：
声音的高低（高音、低音），由“频率”（frequency）决定，频率越高音调越高（频率单位Hz（hertz）赫兹，人耳听觉范围20～20000Hz。20Hz以下称为次声波，20000Hz以上称为超声波）例如，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，已经有点退化了。一般耳机都会有频响曲线，如下图，曲线越平直就越趋近于真实的回放。逼侧的黄色曲线就是明显低频失真了。一般频响曲线要结合等响曲线一起看，大多数耳机设计调音时频响在1000-5000Hz会有低谷，5000-10000Hz有个波峰，这是因为人对于1-5kHz的声音特别敏感，对高频声音却不那么敏感。这样调音三频才会比较平衡，不过由于个体差异，对三频的敏感程度各不相同。

耳机算是整个高保真回放系统中失真最大的部分了，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）：
音色是由于发音体的材料性质、结构形状、发声方式、及其泛音的多少等不同方面来决定的。歌手的声音都比较独特，具有很强的辨析度，这是因为音色不同，而模仿秀则是模仿歌手发声的振动方式、基音、泛音，歌唱出极其相似的声音。而有的艺术家甚至可以模仿乐器的音色（beatbox）。不同乐器能发出涵盖相同频率的声音，但我们仍然可以辨别出不同的乐器，这是音色使然。但耳机、音响可以非常好的模仿发出世间各种声音，因为其接收到准确信号后还原了各种声音的波形，形成回放（playback）。

如果你是学音乐的话，声音的特性则是四项，多了一个声音长短（时间）。

耳机如何工作？

动圈耳机为例，耳机中有永磁体，有振膜和线圈。电信号流经线圈，与永磁体间产生吸力或斥力，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。

为什么一个振膜可以同时发出几个不同位置、不同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。而不同的乐器、人声有不同的声音频率，从实质上讲高低频仍然是声波，借用一张图片来说明

如果去听现场音乐会，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。同理，动圈耳机播放古典音乐会，耳机振膜产生的波形就是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，同时工作产生了多个波形，再到鼓膜上汇聚成一个C波形。

耳机阻抗是否越大越好？

我们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。对于动圈耳机而言，提高耳机的阻值，降低耳放的输出内阻，都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。另一方面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，更容易提高对振膜的控制力，降低弱信号的失真。下图为振膜发出不同频率时的运动状态。

低阻耳机由于阻抗小，容易得到较好的功率，发声容易，像812、TH900那种磁通量很大的单元，小推力下也还不错。但容易过推，或者无法进入耳放最佳的音量位置里，不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，不容易产生大电流，所以不容易出声，而低阻低敏耳机是虽然有了不小的电流，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。
对于大部分耳放来说耳机阻抗高已经不是问题了，提高电压便是，却解决了大部分的难题，声音也相对比较稳定。阻抗低，容易推响，但对耳放设计者来说提高耳放控制力比提高电压难度大得多。所以对动圈来说还是高阻好。当然现在FOCAL都已经出了低阻动圈旗舰，相信这些问题现在也不是非常困扰的因素。

耳放的推力越大越好吗？

虽然对于高阻耳机来说，插手机也能推到正常听音大小（即耳机在手机上吃到的功率还是会同在国砖上吃到的功率一样），其实一般耳机的灵敏度吃到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.功率虽然够了，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

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。所以国砖的功率该小的时候能小（推低阻耳机时开小音量），该大的时候也能大（推中高阻耳机时开大音量），高低阻通吃？
其实还有不失真最大功率这个概念，一般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。
接着来说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，可玩性非常高），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（不过一般后级才放大电流，这也说明了一般耳放难以推动HE6，必须有后级功放大电流才好驱动），大多数的播放器高增益选项也是在放大电路里起作用，增加电压摆幅。最后的音量调节旋钮（电位器）便是一个可变电阻，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。

一般来说，设计师会把耳放或播放器最佳的电器状态设置在20%-50%音量之间（也有例外，享声M1PRO则是在90%以上），如果你插上耳机，正常的听音音量刚好落在这个范围内，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远远超出了这个范围，而使用高增益刚好又可以落在这个范围里了）。这样大推力的耳放对低阻高敏耳机就有点不友好了，因为可能只用5%的音量就已达到正常音量大小，这时加阻棒效果会好点儿。另外推力太大会导致底噪声，其实就是耳机中电流过高引起的。
DAC的信号直接放大是不怎么损伤音质的，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，所以增益也要慎用。

我们常见说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到底是什么鬼？
实际上是这样的，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，此时耳机吃到的电压比内阻吃到的电压大得多，耳放的输出电压很高，往往这个输出电压是没有进行限制的；但如果耳放遇到低阻耳机时，电路中的总阻值低，电流会比较大，此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。享声就很开诚布公的说MR1对输出电流做了限制，其实这个往往是对于大耳会有些影响，耳塞因为其隔音性，高敏低阻耳塞需要的输出功率、电流并不是很大，国砖是完全足够的。在耳放的音量设计上，跟响度和声强都没有直接关系，最直接的关系是人耳的听觉阀度；在小音量的时候，人耳对声音的变化非常敏感，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；所以，专用的音量电位器属于对数型的，也就是说，从最大阻值开始的变化是非常小的，后面的变化越来越大，基本上一个专用的音量电位器在中间位置的时候，它的阻值才变到最大阻值的30%左右而不是50%。

器材在同一平台上进行比较究竟科不科学？

往往我们要AB两个耳机，就搬出一套前端，把两只耳机来回插在这套前端上，比较两者的声音，这究竟科学吗？

我认为这是不科学的，就是站在同一起跑线上，会出现一个问题，阻抗不同，灵敏度不同的耳机插在相同前端的时候，吃到的电流不一样了，这样就导致有可能a耳机（低阻耳机容易出现此情况）高频过了，低频刚好。但b耳机（高阻）插在相同前端，低频刚好，高频也刚好，三频均衡。这样大家就会觉得b耳机好。但是如果有人专为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耳机就会高低频都不错，三频均衡，但b耳机因为阻抗过高，低频不受太大的影响，但高频衰减程度大，就会觉得三频不均衡。这样就觉得b耳机不如a耳机。所以使用同一平台来进行同场PK，往往有一方更吃香。同时也没有什么耳放是万能的，能推好很多个不同参数的耳机。

我非常希望像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

EQ究竟靠的住吗？

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进行相应的调节，最终达到他们的目的，应该说来是个好东西。下图是传统的EQ均衡器，每一个频域由一个电位器控制。

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其他的改变的（量感），但实际情况却改变了原本音乐中太多的要素，不是音乐录制者所希望传达给听众的原始声音了。

见下图飞傲X7的EQ调节，我将所有的频域（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效果就是音量调小6db时也获得打开EQ之前相同的听感，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还是可行的。

分贝：
人们常常以为dB分贝单纯是一种音量大小计量单位，其实不然，这只是dB在日常生活中最常见的一种体现。dB分贝其实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；

这样说来要理解dB既容易又不那么容易，我们先来回顾一下高中数学吧：
把一个正数用科学记数法表示成一个含有一位整数的小数和10的整数次幂的积的形式然后取常用对数
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

使用对数来表示分贝的好处不少，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，书写上方便许多；第二，因为是常用对数的倍数，所以单位统一后可以直接加减，省去乘除运算的麻烦，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。压强可以用来表示声音大小，压强大则声音大，压强小则声音小，但使用压强单位Pa帕斯卡非常不方便，因为生活中经常能听到从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，所以用dB来表示会更恰当。公式SPL=20*lg(实际值/参考值)，因为20微帕斯卡 (μPa)为人类可以听到的最小声音，所以规定为参考值，20微帕斯卡 (μPa)的声音大小即为0分贝。有趣的是，平时我们可能以为从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，但实际上并不是，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，所以从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。

接着说说灵敏度，这个之前也说过了，挺好理解的，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。

再来说说左右声道分离度、动态范围、信噪比

这些基本都是描述有效信号功率的比重指标，所以也是用dB分贝来表示

左右声道分离度是指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。

动态范围是指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，比较重要。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比较远了。

信噪比则是指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
平时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？这个分贝其实是指输出功率的倍数，用dB来描述主要是为方便加减计算。如果是从+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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