《Hi-Fi控》No.34:“推不动”是个伪命题?一篇看懂所谓“推力”与“驱动”

引语

谈到HIFI,就不得不提到“耳机”这个日常生活中最为常见听音器材。耳机作为小型电声换能器与人耳相耦合,是将声音直接送到外耳道入口处的重放声音器件。它(动圈耳机)的原理和功能与扬声器基本相同,但两者的声场特性却大不相同。扬声器的发声源是置于声场中间自由向四面八方辐射声能;而耳机则只在一个空腔内形成声压,发声源近耳道,具有独特的声场特性。又因而人类本身外耳道的构造,使得接收耳机发声的形式与接收自然发声的形式原理不同(入耳式更甚),因此耳机发声与真实声音相比较有着很大区别。所以,严格上来说,高保真——High-Fidelity是一个理想命题。

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而对于与原本自然声音高度相同的重放声音来谈,不论是音箱或是耳机。以现阶段技术条件还是客观难以实现幻想,HIFI只是音乐发烧友们的一个美好愿景。当然,不论耳机声音真实与否,这都不影响我们对于音乐本身的欣赏,听过现场的人少之又少,人们对于耳机的要求也不是本身意义的HIFI,对于部分音乐爱好者来说,高保真本身就是一个伪命题。(真实还原的声音真的这么重要么?音乐性好“听着爽”是不是更能令你开心?)

然而从1937年世界上第一款动圈耳机DT48诞生开始,人们对于声音的追求就从未止步,从有线到无线,音乐载体从模拟到数字,不论时代如何变革,耳机作为日常刚需被人们广泛使用,耳机本身也在不断更新迭代。对于近些年逐渐升温的HIFI行业来说,很多爱好者对于高价位产品的戏谑嘲讽与玩哏都不曾停止过。“玄学”一词再也不是道家算命行业的专属,HIFI玄学深植人心。越来越多人玩儿哏玩儿的不亦乐乎~

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这也归功于很多不负责任的厂商与媒体对于耳机的过度宣传,评测文中运用了大量文学主观描绘词语,吹得天花乱坠。诚然,声音不像计算能力或者重量屏幕色彩等客观参数可以直观表达;声音作为主观因素,耳机发声好坏难以量化的行业难题也不是存在一天两天了。然而难道耳机真的就没有客观科学参数可寻了么?答案是否定的。《Hi-Fi控》No.34:“推不动”是个伪命题?一篇看懂所谓“推力”与“驱动” 


耳机的基本参数

根据耳机行业产品惯例,现售款耳机在包装盒上普遍都会标明耳机参数:频响范围、阻抗、灵敏度等等,很多入门初烧者也会迷恋便携耳放设备等大推力功率放大器,担心手中的设备没有被推好、推完全(这也是诸多评测文章中常提的一点,“推不好就出恶声”“低频绵软无力”“声场暗淡狭窄”等等,是不是很熟悉)。然而对于普通消费者而言,衡量耳机声音表现好坏的标准有很多种,那什么样的耳机才能算易推呢?下面就让小编从耳机指标中的阻抗和灵敏度开始谈起。

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阻抗(Impedance)

耳机作为电声换能器,其阻抗(Impedance)是其内部元器件交流阻抗的简称,它的大小是线圈直流电阻与线圈感抗组合而成的。针对听音使用环境不同,耳机厂商对于耳机阻抗的设置也有不同,一般值友们日常使用的耳机阻抗多在16~32Ω之间,消费级耳机一般不会超过60Ω。而与台式设备匹配的耳机阻抗就不止如此了,一般监听级或旗舰头戴耳机阻抗多在150Ω以上,甚至高达600Ω(例如拜亚动力T1)。驱动该类阻抗高的耳机需要更大的功率,驱动阻抗低的耳机相对容易,但对电流要求也更高。《Hi-Fi控》No.34:“推不动”是个伪命题?一篇看懂所谓“推力”与“驱动” (灵敏度高对于底噪将会有更高的要求)

值得一提的是,耳机阻抗是会随着重放信号的频率改变而改变的,一般耳机的阻抗会在低频的时候最大,高频的时候小一些,低频的衰减也要小于高频。虽然这样看来阻抗越小耳机则会越容易驱动,一般的耳机阻抗过高推力不足时,会使耳机声音变得暗淡,声场狭窄。但我们还是看见很多专业级耳机产品采用高阻设计,因为在一定限度内,阻抗越高的耳机搭配输出功率大的音源时声音效果越好,安全性也越高。根据以上阻抗的相关知识,我们来聊一聊灵敏度这个问题。

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灵敏度(Sensitivity)

我们常说的耳机灵敏度(Sensitivity)实际上是指代耳机的灵敏度级——施加于耳机1mW的电功率耳机所产生的耦合于仿真耳(录音设备)上的声压级,在1mW的功率下以频率为1000Hz时耳机的标准阻抗为依据计算的(耳机阻抗是会随着重放信号的频率改变而改变的,上文知识点~)。通常我们使用的灵敏度单位为dB/mW。

但如果是经验丰富的烧友可能会知道,某些厂商使用的灵敏度单位是不一样的,相较于常见的dB/mW,还有一个不太常用的灵敏度单位:dB/Vrms@1kHz,即频率在1000Hz、电压值为1V的正弦电压作用下所能够达到的声压级.。Vrms是电压的均方根,对于阻抗值在1-10000欧范围内的耳机,两种标注方式的灵敏度之间是有差值的,对于db/mW标注的灵敏度,在我们知道的既定的阻抗值后,可以换算成为以dB/Vrms @ 1kHz的单位方式来表示耳机的灵敏度。底下是换算公式,内容较为技术向,不感兴趣的值友可以直接跳过看结论。 

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将dB/mw换算成dB/Vrms必须知道阻抗。功率=电压平方/电阻,就能根据阻抗、mw,算出电压,然后换算成/1V的灵敏度。需要注意的是,spl声压是20倍的log。

为了让大家明白这两个单位换算的具体过程,下边小编就举个栗子 比如:100dB/mw灵敏度,32欧的耳机,求/Vrms灵敏度

 功率=电压平方/电阻,电压=开方(功率*电阻)=开方(0.001w*32欧)=开方(0.032)=0.179V

 100dB/mw换算为了100dB/0.179Vrms=114.9dB/Vrms

为了避免误导值友,下面小编再给出推导公式:

 已知:灵敏度 A dB/mw,耳机阻抗R

 dB/V灵敏度=A+20lg(1/根号(0.001*R))=A+30-10lgR

dB/V灵敏度=A+30-10lgR       (A =dB/mw的灵敏度值;R=耳机阻抗, 欧姆)


“直推”是否科学靠谱

对于耳机阻抗与灵敏度而言,初烧者往往都存在一个普遍误区——推力越大声音越好。总怕手中的器材“吃不饱”,仿佛总要加个耳放、玩套捆绑心里才舒服。

其实对于耳机而言,越来越多的厂商在消费级产品上都有了长足的进步与思考,越来越多的厂商在耳机设计的过程中,对于耳机前端的要求门槛在不断的降低;例如驱动效率较低的平板振膜耳机近年来也出现了许多标明可以移动直推的型号;市场提供给了烧友们更多选择,这些耳机在便携设备上已经可以获得较为优秀声音表现的产品,对于耳放而言只是更进一步的聆听选择。无需迷信高阻抗耳机的声音表现,更不要提及近年来随着3.5mm耳机接口的消失越发普及的蓝牙耳机了。一款优秀的产品难道不是应该方便用户更为简单的享受音乐么?

对于较真的朋友们,小编也准备了几个结论,可以让大家解决一些常见的误解与疑问:

  • 以dB/Vrms为灵敏度单位的参数可更为准确的表达耳机易推程度(阻抗参与计算),而dB/mW更为直观。

  • 一般情况下,dB/Vrms的数值都比dB/mW的大,例如K701 来说,62 欧姆阻抗,105 dB/Vrms,看似小,然而转换下来只有92.9 dB/mW 的灵敏度,并不算易推的类型。

  • 通常来说,低于<90dB/mW的耳机属于难推的类型,需要配合独立耳放使用。90~105范围属于中等灵敏度耳机,这也是大多HIFI头戴耳机的灵敏度范围,想要获得更好的声音,往往需要专业前端的加持。而大于>105dB/mW灵敏度的耳机多为便携式入耳耳塞(更偏消费级),是相对好推的类型,即便是手机或随身播放器直推也能获得一个不错的声音。

  • 关于耳机“推没推满”与“耳机潜力”的问题,何为推满推到十成?声音好坏的差异是无法精确量化的,笔者曾在展会听过HD600在英国和弦 Chord Dave 解码耳放一体机驱动下的声音表现,令笔者惊叹(诚然,该台一体机更值得一提的是FPGA的解码端,众多黑科技加持)。相比自己手中的解码耳放系统,又或是某某大推力国砖上的声音要好得多。但对于“好的多”是几成呢?对比更好的听音系统Chord Dave推出来的声音算几成呢?“差”多少呢?这是一个难以量化的问题,只能说合理的投入就能有合理的产出。

  • 关于耳机潜力问题,像HD800、T1、PS1000又或诸多以难伺候著称的平板振膜耳机,的确潜力巨大。想要获得好听的声音,手机与随身听显然都难堪重任。但却在良好的前端设备搭配下,挖掘出极好的声音。然而对于一些动铁动圈入耳式耳机来说,连接前端推力强大的台机并不会像上述耳机那样带来巨大的质变。与其把大量预算花在升级耳放方面,不如提升提升音源要来的更为实在。

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功放(耳放)究竟是啥?

对于耳机阻抗与灵敏度而言,初烧者往往都存在一个普遍误区——推力越大声音越好。总怕手中的器材“吃不饱”,仿佛总要加个耳放、玩套捆绑心里才舒服。

其实对于耳机而言,越来越多的厂商在消费级产品上都有了长足的进步与思考,越来越多的厂商在耳机设计的过程中,对于耳机前端的要求门槛在不断的降低;例如驱动效率较低的平板振膜耳机近年来也出现了许多标明可以移动直推的型号;市场提供给了烧友们更多选择,这些耳机在便携设备上已经可以获得较为优秀声音表现的产品,对于耳放而言只是更进一步的聆听选择。无需迷信高阻抗耳机的声音表现,更不要提及近年来随着3.5mm耳机接口的消失越发普及的蓝牙耳机了。一款优秀的产品难道不是应该方便用户更为简单的享受音乐么?

然而对于高阻抗专业耳机设备来说,人们口中常常提及的“耳放”到底是个什么东西呢?

功率放大器简称功放,是声频系统中十分重要的设备之一。与其他声频设备相比,它的重量和体积都比较大,通常,传声器、录像机、解码器、CD、VCD、等设备输出的微弱声频信号进行放大,“amp”—— amplifier放大器,耳机相对于音箱这些大功率扬声器来说,对于前端的功率需求并是那么高,但有些高阻低敏耳机的确不是一般移动设备直出功率所能满足的。因此拥有高品质元件及电源的放大器将会为耳机提供更好的声音质量无论在任何的音量级别。要记住,我们之所以考虑到放大器,是因为我们需要在我们的声音达到峰值时,输出更加干净整洁并且没有失真,这和信号的多与少并无关系,而是有关于声音的质量。这也就是常说的“推的响”与“推的好”的区别所在。《Hi-Fi控》No.34:“推不动”是个伪命题?一篇看懂所谓“推力”与“驱动” 吃得饱还真就不一定吃的好~

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功率放大的方式

(1)甲类功放

又称A类,在输入正弦波电压信号的整个周期中,功率输出管一直有大电流通过,不论信号电平如何变化,它从电源取出的电流总是恒室不变(这也意味着更多功率消耗为热量),用作声频放大时,由于信号幅度不断变化,其实际效率不可能超过25%。此类放大器需要大容量的电源电路,功率管具有较大发热量,并容易击穿烧坏,寿命相对较短。其优点是音质好失真小(无交越失真和开关失真,而且谐波分量中主要是偶次谐波);缺点是输出功率和效率低消耗电量大。旗舰级高端耳放多采用此类放大形式,在听感上具有低音厚实、中音柔顺温暖、高音清晰利落、层次感好等优势。


(2)乙类功放

又称B类,功率输出管只导通正弦电压信号的半个周期,另半个周期截止。也就是说,正半周由一个管子工作,负半周由另一个管子工作,在输出端合成一个完成的波形,其与输入的波形完全相同,用来驱动扬声器系统,一个输入信号由两路分别进行放大是B类放大器的特征(必须采用推挽电路才能完成),然而此种放大形式在正负通道开启关闭时常常会产生跨越失真,尤其是在低电平的情况下。B类放大器的特点是输出功率大效率高但失真比较大,耳放因功率要求较低,此类功放难以称为实际意义上的高保真功率放大器,不满足HIFI发烧的理念。

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(3)甲乙类功放

又称AB类,即功率输出管导通时间大于半个周期,但又不是一个周期,有较短时间截止。为获得不失真的信号输出,必须采用由连个管子组成推挽放大的电路形式。放大器在低电平驱动时,放大器为甲类工作,即晶体管的正负通道都常开,功率有所消耗但没有纯甲类严重。当提高驱动电平时,转为乙类工作。甲乙类放大器的长处在于它比甲类提高了小信号输入时的效率,虽然失真比甲类稍大,至今此类形式仍是应用最广泛的晶体管功率放大器种类,高品质耳放越来越多的采用高偏流的甲乙类耳放作为其工作形式,此类兼具A类与B类功放的一部分优势,具有失真较小效率高发热量适中的特点


(4)D类功放(数字功放)

D类放大器与上述A,B与AB类放大器均不相同。传统功率放大器都是模拟功率放大器,即利用模拟电路对模拟信号进行功率放大,放大处理的是连续信号,而D类功放是一种数字功率放大器,其工作原理基于开关晶体管,可在极短时间内完全导通或完全截止这两种状态间变化,两只晶体管不会再同一时刻导通,因此产生的热量很少。对比以上几类放大器,D类数字功放具有体积小,效率高等特点,广泛运用于现今电子产中(小型集成电路芯片)。

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功率放大的科学指标们

以台湾谷津U4解码耳放一体机的参数表为例,下面让我们来科普一下关于耳放的几个重要参数。

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(U4的参数表算是非常细致详尽了,输出功率方面,近乎涵盖了所有阻抗对应的最大输出功率)

耳机输出功率(Power OutPut Headphone)

指功率放大器的额定输出功率。现代专业功放多为双声道立体声方式,即有两组相同的功放线路,左右两个输出声道。也可接成桥式工作方式,它的峰值功率为额定的3倍多。如输出功率为250W,峰值功率就是850W左右,当然,作为耳机功率放大器一般不会有这么高的输出功率。例如表中140mw @ 600ohm,意为在六百欧姆耳机负载下最大可以输出一百四十毫瓦功率,不过需要注意的是,对于输出功率而言,最大输出功率意义不是很大,标rms(实际功率)功率才更有意义,现在越来越多的厂商标明功率采用rms,行业发展还需更多实在专业的厂商~

频率特性(Frequency Response)

频率特性是指功率放大器对不同频率表现的放大性能,实际上就是测量对高频、中频、低频各频率信号的放大倍率是否均匀。理想的频率特性曲线应是平直的,通常从20Hz~20kHz的均匀性在±0.5dB之内,当然不乏有些耳放对前端输入音频信号的频响曲线做出了细微的调整(调音),让三频更具音乐性,这也解释了为什么耳放器材可以对声音做出直观听感变化的主要原因。

失真(THD)

失真是指放大器驶入信号与输出信号的波形不完全一样,失去原有的音色。失真有线性失真与非线性失真,优质功率放大器的失真度一般控制在0.1%或更小一些(耳机放大器普遍失真较低)。

信噪比(S/N)

噪声主要是由晶体管/电子管、集成电路及电阻等元器件产生的。输出信号电压与同时输出的噪声信号电压比,就是信号噪声比,简称:信噪比。信噪比越大,表明混杂在信号中的噪声越小,放音质量就越高。高质量的功率放大器信噪比大都在100dB以上。

动态范围(Dynamic Range)

通常,信号源的动态范围是指信号中可能出现的最高电压与最低电压之比,以dB表示;而放大器的动态范围则是指它的最高不失真输出电压与无信号时输出噪声电压之比。因此,想要获得高保真的重放效果,放大器的动态范围必须要大于前端音频信号的动态范围,从而使得耳放系统达到不劣化电路的水准,才够HIFI,目前CD唱片的动态范围基本超过85dB以上,这就要求功率放大器的动态范围要更大。

以上涵盖了大部分耳放指标参数,一般高端产品会展示出多项具体参数内容以供消费者参考,拿参数指标作为宣传产品的厂商不一定是良心厂商,但闭口不提参数指标,只吹嘘听感的耳放厂商一定是流氓厂商~!!!《Hi-Fi控》No.34:“推不动”是个伪命题?一篇看懂所谓“推力”与“驱动” 


简单易懂的结论

耳放作为发烧系统中不可或缺的一环一直被烧友们津津乐道,众多音频厂商也在自家产品中推出了许多专为耳机设计的优秀耳放产品。但凡事都有两面性,随着HIFI热度不断升高,对于耳机放大器而言,也涌现出诸多无良厂商借助行业技术盲区来进行产品的过度宣传。劣化电路的耳放被推为HIFI神器,胆管下部插LED灯照明的胆管耳放也非荒诞不经。

梦幻的商品宣传、奇差劣化的电路设计、配以高昂的智商税售价充斥了发烧净土。利用了诸多初烧一知半解的知识“红利”来赚去黑心钱,小编个人作为音乐爱好者中的一员,衷心希望各位KOL与厂商自律。请为烧友群体理性良心的推荐产品,尊重科学事实,别让听感与HIFI成为玄学的一份子。技术不是假说,改编不是乱编,但愿HIFI音乐发烧行业也能早日文体两开花《Hi-Fi控》No.34:“推不动”是个伪命题?一篇看懂所谓“推力”与“驱动” 

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结语

作为消费级耳机而言,手机、电脑、平板或MP3等移动听音设备的驱动力已经足够满足耳机工作需求,无需多花资金再折腾一个耳放。而对于价格较高的HIFI、专业监听类的耳机而言、例如上文提到的森海塞尔HD系列又或是拜亚动力T1等高阻抗低灵敏度的头戴大耳,确实需要一个高品质耳放才能展现耳机的全部实力。而耳放本身又有许多分类,甲类,甲乙类,推挽式等等,胆机与石机的声音差别也被烧友们广泛认可,高阻抗旗舰耳机对于这方面的投入是十分必要而有效的。但对于一般用户而言却也无需太过苛求,毕竟HD800这类万元旗舰耳机并不是每个人都有能力(需求)拥有的。

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大家一定要合理剁手,分配好自己入烧的金额预算,避免“酱油比鸡贵”的尴尬局面,希望每个人都能在能力范围内,享受到自己喜欢的HIFI好声音~感谢收看本期《Hi-Fi控》耳机玄学课堂节目 《Hi-Fi控》No.34:“推不动”是个伪命题?一篇看懂所谓“推力”与“驱动” 

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