从规格面以及技术面探讨耳机与耳放的关系

RogerShih

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老实说，讲到规格跟技术面，我不知道有多少人看的明白，甚至有兴趣去了解这些探讨的真正意义。所谓的真相，是建立在一个充足的技术基础之上的，耳机跟耳放与其它音响器材、甚至于乐器，都是人类智能与科技的产物，没有什么不能探讨的。即便是主观的声音好坏，也有许多方面的科学研究，诸如声音心理学、视觉与听觉相关的视觉心理学等等，只是人类限于自己所知的少，往往把许多事情凭着个人的主观下批判，所探求的已经不是真相。

以下我在台湾某AV网站音效讨论区回答一个朋友计算随身听输出的范例。相关的规格跟耳机输出能力比较有关的明列如下：

Panasonic SL-MV50
http://www.gs2100.com.tw/images/bra...0300250%20o.jpg

●音频
‧声道数：2(左和右，立体声)
‧频率响应：20~20KHz
‧输出电压：1.2伏 (10k ohms)
‧S/N比：90db以上
‧耳机出力：最大9mW+9mW / 16 ohms

耳机出力：最大9mW+9mW / 16 ohms
不知道是好还是不好！和18mW(32 ohms)或10mW(32殴姆)是差在哪？？


基本上我们必须确认一件事情，输出功率会随着负载阻抗而有不同的意义，9 mW/16 Ohm跟9 mW/600 Ohm 并不相等，这等一下我会计算给大家看。

我们知道SL—MV50的最大电压输出是1.2Vrms(10K Ohm)，这个规格之所以用10K Ohm这么高的负载来测试，是为了排除电流的影响，以得到输出的最大讯号电压，这是因为在低阻抗 16 Ohm的时候，随身听输出电路的供应电流会有限，所以输出电压可能达不到1.2Vrms所导致。

我们这边会应用到的电子学知识是很基础的，用到的公式只有- P=IV、V=IR、P=V^2/R等，应该是很浅显的了。

我们以9 mW/16 Ohm反算回去SL-MV50的最大电流应该是多少，0.009=V^2/16，求出V=0.38V，现在可以算出电流了，应该是0.0237A=23.7mA。我们假定这是此台随身听的最大电流输出 (为何如此假定？因为算出的0.38V小于最大电压的1.2V，这表示在16欧母的阻抗下, 用VR再怎么调，输出电压峰值再高，电流已经无法供应相对应的足够电流，波形会被切削失真)

上面又提到18 mW/32 Ohm (这是另一台随身听的输出规格)，我们同样以1.2Vrms为最大输出电压。0.018=V^2/32，得V=0.76V，电流I=23.7mA，所以18mW/32 Ohm跟9 mW/32 Ohm输出能力是一样的。10 mW/32 Ohm 的输出能力就比较差了。


现在，我们以同样计算的方式，直接拿耳机来考验随身听的输出。

SONY MDR-F1 – 12 Ohm, 100dB/mW
ATH A1000 – 40 Ohm, 103dB/mW
AKG K240 DF – 600 Ohm, 88dB/mW
Sennheiser HD600 – 300 Ohm, 97dB/mW

我们知道，听感增加一倍音量约是3dB，而每3dB，就要增加一倍功率。换句话说，以HD600为例，1mW可以推出最大97dB的音量，听感上的音量要再大一倍就是100dB，此时功率就要2mW。

我们先以SL-MV50最大功率输出推动耳机来看上面计算出来的最大电压与电流的能耐，等下再来以一般聆听时的音压大小来看实际聆听上的差异。

MDR-F1 => V=IR，V=0.0237 x 12=0.2844V，远比最大电压小。再来计算此时功率是6.7mW，换算成最大不失真的音压是106dB弱。(讯号电压超过0.2844V就会造成波峰被切割)

A1000 => V=IR，V=0.0237 x 40=0.948V，还是比1.2V小。功率是22.5mW，最大不失真音压是116dB左右。

K240-DF => V=IR，V=0.0237 x 600 = 14.22V，远大于1.2V对吧？所以此时就不能用V=IR来算，必须要改以I=V / R，V以1.2V带入，I=0.002A=2mA。看到这里，就能理解为什么有不少技术人觉得高阻抗耳机好推 (台湾一些不玩耳机的技术人尤然, 还出现过说随身听可以推好K240M的笑话)。
此时功率是1.2 x 0.002=2.4mW，最大音压是91dB强。

HD600 => 同样用I=V / R来算，I=1.2 / 300=0.004A=4mA。功率是4.8mW，此时最大音压约为103dB强。

以上的计算可以看出，9 mW / 16 Ohm是不太够力的。而电压跟电流分别在高低阻抗负载时形成一个限制，这些很少人会去注意，连一般技术人也不例外。

PS: 有人注意到我没算 K501 吗？可以试着自己算算看，你会发现K501算出来的最大音压竟然比HD600差不多？很不符合实际的聆听经验对吧？原因何在？不妨从频率响应图去想想就有答案。


在计算实际聆听上每支耳机需要的驱动能力之前，必须先讲解一下什么是动态范围。我们知道声音有所谓的dB值，不管是噪音还是音乐，有一部份我们会称之为背景噪音，不管用耳机还是音箱，这背景噪音都是存在的，就算是极为宁静的半夜，背景噪音通常也有20dB，甚至30~40dB的，白天会更高，如果是出门坐车、热闹的街道，背景噪音通常可以高达90dB以上 (这是以台北市为例)

动态范围通常指的是音乐中最小跟最大音乐音压的差距值，通常以交响乐为最高，可达80dB。当然还有更高的，例如一些爆棚的电子原声带 – 如神鬼战士，动态范围就很高。

而耳放的SN比，为的也是让动态范围大的音乐可以尽情发挥而不被局限。

上面我们说过，人耳觉得宁静的背景噪音通常是20~40dB，我们拿30 dB为最低点，设计动态范围为30~110dB (交响乐)，来进行实际推动耳机时需要的最大电压摆幅跟电流。

要发出最大110dB音压时
MDR-F1 约需12mW(12 Ohm)，V=0.38V，I=31.7mA。
A1000 约需5mW(40 Ohm)，V=0.44V，I=11mA。
K240DF 约需接近200mW(600 Ohm)，V=10.9V，I=18mA。
HD600 约需要20mW(300 Ohm)，V=2.44V，I=9.1mA。

一般动态范围是相对的，尤其对开放式的MDR-F1以及HD600而言，外面的背景噪音影响甚大，有时可能40~120dB都还不够，在吵杂环境下，背景噪音高时会吃掉许多细节。这也是K1000不建议在吵杂环境下聆听的原因，毕竟最大音压只有104dB。

对付低阻抗耳机时，最常被人忽略的一个问题是当电流不足的时候，会产生什么现象。
1.       动态范围被缩减。以MDR-F1以及上面的SL-MV50为例，如果要听大编制、动态范围大的音乐，在动态范围超过106dB的时候，超过的部分会形成clipping切割，明显的影响是音场缩的极窄，乐器距离重叠的很厉害，人声拉的很近脑袋。
2.       控制力变差，不管是动圈还是静电，耳机还是音箱，工作原理都是把电能转成动能，但是转化的动能也会形成一个反电动势。所以一般在计算供应耳机所需要供应的电流时，通常会多加一些余裕，在抵销这个反馈回来的电动势之余，还要有足够的电流供应给单体。控制力不好的时候，很明显的低频会变的朦胧一片，没有层次，低频声响彼此交叠时更明显。控制力不好的驱动，会让振膜单体做许多不必要的虚功，直接的影响了单体的寿命。



要评估随身听、CD机耳机输出跟耳放输出的关系上，与其说耳放声音多好，倒不如说耳放的存在，是为了更有弹性的应付众多不同耳机的需求。从上面的计算来看，这种想法并不是多虑的。

当然，有很多耳放的设计应付的范围很窄，明明就是驱动能力不足，在听感上就是很容易被硬凹成是喜好不同，这当然不足取。但是这些问题同样在随身听以及CD机耳机输出上面出现。

所谓的真相，容易被主观的听感喜好蒙骗带过。这也是我认为要发掘真相的同时，不能单纯只以听感的实证来进行推论，还得要有发掘证据的本事才行。

通过了这些，什么音色、音质、临场感、层次、染色、忠实、姐熙等等的听感实证才有真正的基础。不然把本来耳机就没推好的情况当成是听感的证明，未免过于混淆情况，更不能真正的判断一个耳机的实力了。

HecT@R_sl

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耶耶?很权威么？ 挺小的一个主页啊？
高手解释解释。

iLLogiCo

好好

RogerShih

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耶耶?很权威么？ 挺小的一个主页啊？
高手解释解释。 [/B]

台灣唯一的耳機網站, 不妨當作 山中無老虎, 猴子稱大王吧 ;)

我是那個小站的站長, 電視跟幾位朋友也有去我這小站光顧,

iLLogiCo

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谦虚，做得挺不错的:D

念苍僧

坛子里就缺这种帖子啊！

kell

技术性强！可读性强！！

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老实说，讲到规格跟技术面，我不知道有多少人看的明白，甚至有兴趣去了解这?.. [/B]

祗园主人

很长见识啊！

RogerShih

就這個題目, 來討論討論 HD600 ，順便討論一下 HD600 這支耳機的特色以及問題在哪裡。

目前，國外測試耳機最完整的公開資料，應該是HeadRoom，有興趣的朋友可以到 http://www.headphone.com/ 看看。

從頻響來看，HD600 的低頻響應增益較大，但是更特殊的是其阻抗響應，以 HD600 跟 DT931 來看，個人推測 HD600 的低頻部分的反電動勢應該不低，這反電動勢跟振膜的材質、耳筒的密閉開放程度有關，DT931 的阻抗響應更誇張，但是卻很少出現控制不良的情況。

HD600 的發聲室構造與 AKG 或是 Beyerdynamic 不同，前寬後窄，MDR-F1的發聲室構造據說是跟Sennheiser HD600 學的，因為這種結構可以取得較深潛的低頻響應，所以以MDR-F1的全開放式設計，還可以得到相當沉的低頻，要歸功於此，不過量感上還是因為全開放沒辦法有效補救。

反電動勢的增強，可能會造成一些問題，振膜的發展上，歐洲方面平心而論，是不及日本的，這一點可以從振膜可承受的最大功率可以得知，日本ATH、Sony耳機很簡單就可以承受500mW甚至到2000mW的功率輸入，反觀 AKG 、Sennheiser 都是在200~300mW左右，其實不高(但因為阻抗高的關係，輸入電壓要很大才會達到如此的功率, 所以反而不見得比較脆弱).

學過一般物理的應該都知道作用與反作用力吧？拿車子為例，車開越快，車子本身越重，動能就越強，當你要煞車 (施予反作用力) 的時候，反作用力的能量要越大，才能漸次抵銷車子網前進的動能，讓車子停下。

振膜的工作也與此相差不多，如何控制好振膜的工作，就是隨身聽、CD機耳機輸出、耳放的重要工作。

所以以之前所計算的來看，一般隨身聽要能搞定 HD600，除了輸出電壓要比較高，電流供應能力也要比計算大，保險一點最好大一倍。也就是說 110dB, 2.44V 外, 最好有接近 20mA 以上的電流供應能力。如果要達 120dB 都還能綽綽有餘, 約需要200mW，電壓7.75V，電流基本要25mA，考慮到反電動勢, 40~50mA 大概會是比較保險的要求。

其餘的就要看一般CD機耳機輸出使用的op能不能在供應這麼高的需求之外，音質也不會變差。

基本上, 個人不算是很喜歡 HD600 ，我承認在大編制的交響樂、音樂劇、歌劇、古典、人聲而言，HD600 表現的很稱職，且在某方面來說，HD600很能反應前端包括訊源跟二房的素質。

但是HD600 表現出來的穩重，讓它缺乏了一點活潑，對，就是活潑。沒有活潑、就難以展現許多音樂中想要表達的激情，沒有活潑，就很難有聆聽爵士音樂那種特殊的臨場活生感，例如前陣子拿HD600跟K240DF聽當鋪爵士，HD600的穩重很容易讓我感覺放不開，K240DF就把當鋪爵士發揮的很出色。

HD600 在 8K Hz 刻意的衰減, 個人覺得是這種感覺最大的影響來源，而這就純粹是Sennheiser在耳機設計上刻意走的方向吧。

李晓梦

好文章，长见识。

RogerShih

另外補充一下，HD600 的低頻增益比高頻明顯，DT931則是高頻增益比低頻多，這也造就了為何同樣增強低頻，DT931會明顯明亮許多的原因之一 (另一個原因就是 8Khz 的衰減, DT931衰減的程度很少)

iLLogiCo

看惯了太多感性的东西，看看这些还真是过瘾