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今天我們來聊聊耳機(jī)產(chǎn)品中最常見的兩個數(shù)據(jù)"阻抗"與"靈敏度".這兩個概念的解釋在百度百科里都有,但名詞解釋顯然不是本文的目的.如果你有足夠多的耳機(jī)使用經(jīng)驗就會發(fā)現(xiàn),這兩個值在選購耳機(jī)時,判斷耳機(jī)是否好"推"時,并不是每次都管用.那么這兩個參數(shù)到底有多少參考價值?為什么所有耳機(jī)產(chǎn)品都要列出這兩個參數(shù)呢? 首先,來簡單介紹一下現(xiàn)有耳機(jī)和行業(yè)測試方法規(guī)范下的阻抗的概念. 阻抗:即額定阻抗.該值一般代表在核定頻率范圍內(nèi)達(dá)到最大功率時理想狀態(tài)下的最低阻抗值,因為留有余量,該值不應(yīng)該高于最低阻抗值的20%.這套定義和相關(guān)測試方法,以動圈式耳機(jī)為參考.靜電式耳機(jī)、動鐵式耳機(jī)的阻抗曲線會隨頻率發(fā)生較大變化,測試和定義方法可能不同.從現(xiàn)有產(chǎn)品來看,可能會取1kHz或者某個頻率上的阻抗作為額定阻抗. 以上定義其實(shí)進(jìn)一步去思考就會發(fā)現(xiàn)有很多點(diǎn)需要解釋.首先,我們稱之為阻抗,說明無論何種原理的揚(yáng)聲器,它不是純電阻電路.在具有電阻、電容和電感的電路里,對電路中電流起阻礙作用叫做阻抗,單位為歐姆Ω. 其中R為電阻,ωL為感抗,1/(ωC)為容抗.感抗是電感在交流電路中對電流所起的阻礙作用,容抗是電容在交流電路中對電流所起的阻礙作用.由于不是物理課,所以概念介紹到此為止. 雖然行業(yè)測試一般規(guī)定,無論在音箱使用揚(yáng)聲器還是耳機(jī)揚(yáng)聲器上,阻抗都應(yīng)該測試一個頻率范圍內(nèi)最低值[20%偏差].但似乎現(xiàn)在耳機(jī)的額定阻抗也均來取自1kHz頻率下的數(shù)值.也許是動圈、平板式耳機(jī)揚(yáng)聲器的阻抗曲線相對平坦,它們很多會標(biāo)注額定阻抗是在1kHz下得到的.而為了不給普通用戶帶來太多困擾,估計動圈式耳機(jī)也不會標(biāo)注一堆阻抗值給大家參考. 阻抗曲線:對于耳機(jī)產(chǎn)品來說大家相對很少提到阻抗曲線,揚(yáng)聲器的阻抗曲線是指揚(yáng)聲器在輸入不同頻率信號時表現(xiàn)出不同阻抗值的"阻抗/頻率"曲線.由于動圈式耳機(jī)揚(yáng)聲器的阻抗曲線在20Hz-20kHz甚至更高頻率下都比較平坦,所以提到這項指標(biāo)并不多.而在音箱使用的揚(yáng)聲器上,阻抗曲線是重要指標(biāo),一般它會在低頻附近有一個很大的凸起,隨后迅速回落[以第一個低谷作為額定阻抗],隨后隨著頻率的升高,阻抗可能有不同程度的升高.我們下面轉(zhuǎn)載了innerfidelity測試數(shù)據(jù),幫助大家理解不同耳機(jī)阻抗曲線區(qū)別.我們正在籌備這套測試系統(tǒng). innerfidelity將頻率和阻抗的變化關(guān)系,以及頻率和相位的變化關(guān)系的兩條曲線放在一個表格中.Phase的是相位/頻率曲線, impedance的是阻抗/頻率曲線.圖表中說600Ω輸出阻抗測試,是指音源輸出電平為0dBu下完成[電平概念,以后文章再談]. 這對我們玩耳機(jī)有什么啟發(fā)呢? 第一,耳機(jī)的額定阻抗是一個通過比較法或者替換法等測試方法得到的某點(diǎn)的歐姆數(shù). 第二,動圈、平板、靜電、動鐵耳機(jī)的單元都會在有效頻率內(nèi)[可以取20Hz-20kHz,也可以更高,例如50kHz]阻抗發(fā)生變化,而不是一成不變的. 第三,動圈式耳機(jī)、平板振膜耳機(jī)、動圈耳塞的阻抗曲線相對平坦.但動圈式大尺寸揚(yáng)聲器[音箱使用]的阻抗曲線則遠(yuǎn)不如耳機(jī)上的平坦. 第四,動鐵單元的阻抗曲線非常夸張,單個動鐵單元覆蓋全頻帶時高頻阻抗會陡增.多單元動鐵,其實(shí)也是在改善這個問題,但仍然差別很大. 第五,阻抗是一個復(fù)數(shù),它與信號頻率、相位都相關(guān). 第六,阻抗與外加電阻不能等同,尤其是阻抗曲線變化巨大的耳機(jī),可能會帶來很詭異的聽感. 接下來聊聊耳機(jī)的靈敏度. 耳機(jī)的靈敏度:了解阻抗之后,我們來看看另一個與阻抗相關(guān)的值耳機(jī)的靈敏度. 耳機(jī)的靈敏度是指在指定測試條件下[IEC人工耳和不同耦合器件模擬人耳,或耳道],使用1kHz正弦波交流信號,讓耳機(jī)達(dá)到1mW功率時,可以達(dá)到的聲壓級,單位是dB/mW.由于dB作為指數(shù)單位,必然后跟測試條件,對于很多普通用戶來說使用不便,我們在提到靈敏度時可能會省去mW單位.但很多耳機(jī)產(chǎn)品會非常完整的寫下dB SPL/mW @1kHz,或類似的寫法.可使用功率公式P=U^{2}/Z,求得U電壓值.其中P功率要求是1mW,即0.001W已知,即最大正弦功率.U為最大正弦電壓,Z是揚(yáng)聲器額定阻抗.看上去和直流算功率的方法沒啥差別. 例如,一款耳機(jī)標(biāo)明的額定阻抗為32歐姆,需要的電壓大概為0.179V[0.032平方根];150歐姆對應(yīng)的就是0.387V.所以不同的阻抗值粗略的告訴我們一款耳機(jī)在達(dá)到它標(biāo)稱的靈敏度數(shù)值的聲壓級時,所需要供電電壓的高低差別. 這里額外討論一個話題,就是為什么越來越多的手機(jī)可以號稱自己可以驅(qū)動600歐的耳機(jī)了呢?根據(jù)以上公式可以求得,如果耳機(jī)負(fù)載為600歐姆,那么需要供電電壓是0.775V,而根據(jù)行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)以往模擬電平數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)時0dBu的定義,即600歐負(fù)載下達(dá)到1mW的模擬電壓的0.775V為0dBu[也是600歐的0dBm].dBu,其實(shí)就是我們平時測評聲卡、手機(jī)、解碼器等產(chǎn)品時談到的輸出電平xxx dB.關(guān)于這個概念下次再談.而手機(jī)稱自己可以驅(qū)動600歐耳機(jī),是指它可以提供0dBu,即0.775V的輸出電壓,并達(dá)到1mW的輸出功率. 耳機(jī)靈敏度參數(shù)對于我們使用、選購耳機(jī)有什么啟發(fā)呢? 第一,目前頭戴耳機(jī)的靈敏度一般在100dB左右,小耳塞靈敏度很容易超過100dB.而我們一般人在安靜環(huán)境下聽音樂需要耳機(jī)達(dá)到的聲壓級在平均90dB-100dB左右.目前低于90dB靈敏度的耳機(jī)不多,低于這個值,再看看它的額定阻抗,基本知道它是否容易驅(qū)動了. 第二,靈敏度和額定阻抗是一組相關(guān)參數(shù),雖然都是某頻率點(diǎn)上的靜態(tài)指標(biāo),但也需要結(jié)合在一起來看.例如同為100dB靈敏度,阻抗是32歐姆和300歐姆,就有很大差別了.由于聲壓是指數(shù)單位,阻抗又要對應(yīng)到開平方下的電壓值[為了得到1mW的功率指標(biāo)],所以對于習(xí)慣線性關(guān)系的人腦來說,感覺不會那么準(zhǔn). 第三,上文談到,揚(yáng)聲器的阻抗會隨信號頻率變化而變化,靈敏度也只是1kHz下達(dá)到1mW時的聲壓級,它只是一個快速、初步的判斷指標(biāo),所以有時候你會覺得這兩個參數(shù)與聽感好壞判斷幾乎沒有參考價值.對于耳機(jī)是否好推有定量的意義,阻抗低,達(dá)到靈敏度標(biāo)注聲壓的電壓就更低;靈敏度高,自然在同樣輸入功率下,聲壓會更大.但這只是衡量聲音大小的指標(biāo),更何況還是1kHz單一頻率的.我們還要考慮它的阻抗曲線和眾多因素. 第四,由于第三條說的內(nèi)容,所以大家要警惕也可以理解為什么一些音源說可以驅(qū)動600歐甚至1000歐阻抗耳機(jī),這是一種不嚴(yán)謹(jǐn)不負(fù)責(zé)的說法. 作為入門內(nèi)容,本文涉及的信息和知識點(diǎn)似乎已經(jīng)有些復(fù)雜了.作為揚(yáng)聲器如此復(fù)雜的電聲元件來說,并非以上一些參數(shù)就可以完全概括它的性能.頻率范圍、阻抗和靈敏度,作為耳機(jī)產(chǎn)品最常見的三個相關(guān)聲學(xué)參數(shù),它起到的作用需要考慮到它的定義與測試條件.希望本文相關(guān)幾條提示對大家認(rèn)識這兩個參數(shù)有所幫助.
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