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从规格面以及技术面探讨耳机与耳放的关系
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原文亦會發表於 台灣 我的耳機世界 網站.6 V( F6 E& R, V" j( r
文中如有任何不當或錯誤， 歡迎討論 * T# b# D+ m; l) W* c2 ]
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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。
! _. I! q ]) i$ D0 { 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：
* t# s0 L1 A1 a* n/ E Panasonic SL-MV50
1 c0 d6 v- M1 a& Y/ j5 }4 E$ b% _: i8 a4 M. m
●音频+ _& V- u6 q4 U: Z9 v7 O; h# d
‧ 声道数：2(左和右，立体声) d7 c V& W5 u8 s
‧ 频率响应：20~20KHz8 [1 |* Y) E: D7 e' ^2 P
‧ 输出电压：1.2伏 (10k ohms)3 N" c. m* e1 I) R* ~
‧ S/N比：90db以上
1 y- f! v) B3 n' `4 ~5 d6 V‧ 耳机出力：最大9mW+9mW / 16 ohms! F% R/ o& G, [+ \2 @
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？？# ^. K* G: @+ d* J
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。9 \8 h$ `; E9 U1 d4 _) w8 ^; r$ R& f
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10KOhm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 16Ohm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。4 Z% L& b$ l: S
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。6 n* i4 ?8 G+ e7 g" @. V
我们以9 mW/16Ohm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) N6 s6 l! ^7 d o- V/ h
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。9 i+ @! ?" J! X8 D
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。& g5 k/ X$ ^# U9 z+ ~6 D3 R
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。0 S" U! n2 Q6 ]% }* p$ k
SONY MDR-F1 – 12 Ohm， 100dB/mW3 i5 _$ J% Y1 X) \
ATH A1000 – 40 Ohm， 103dB/mW2 F3 g- X: m, m: M: S
AKG K240 DF – 600 Ohm， 88dB/mW+ g; \. D6 s1 Z- P- P! i
Sennheiser HD600 – 300 Ohm， 97dB/mW* E, G3 n8 c% ^0 p/ m( X% E
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。" G8 {/ {. V( N) \7 o+ B
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。
) I% x' n$ f O 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)# P2 C1 h4 }/ s
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。
6 l" A' K' D& T* n! C; _8 Y+ | 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)。
4 D6 I: i! `, n) @8 R此时功率是1.2 x 0.002=2.4mW，最大音压是91dB强。
0 j& {+ ~5 m! V9 U R. \ 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。- W' [" N* a0 U( x7 X7 X
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。4 s, [: f. \9 {8 J1 ]
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。
" {5 }: h- S4 j% V; ? 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)
, O% I! T* [! J4 [6 {8 Q 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。$ `! c7 q& V& _ p# u7 ^/ w* Z
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。+ |/ y4 s8 S2 q$ G8 ~
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。& B4 O5 C/ M" _9 c
要发出最大110dB音压时
" \8 i. i V8 F% r. A0 A4 H* ^ MDR-F1 约需12mW(12 Ohm)，V=0.38V，I=31.7mA。
0 `# j! W1 q. }7 i1 Q A1000 约需5mW(40 Ohm)，V=0.44V，I=11mA。* N1 M4 r6 t+ n9 `2 {7 k9 u
K240DF 约需接近200mW(600 Ohm)，V=10.9V，I=18mA。% ?" A5 K0 S H
HD600 约需要20mW(300 Ohm)，V=2.44V，I=9.1mA。
9 T8 @1 @, `" U+ m% A. A, @5 Q 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
8 E# B3 t; X( r6 W5 h2 ^3 M1 z40~120dB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。
! ]3 f N# [* F 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。
0 ], I0 ?- S X7 g0 @ 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。
@. a7 `, m# k) h; g 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。
" y; ^* D4 _" [: @2 w: G* g B! W 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。
' P: W5 @! [6 N- ?& f3 c 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。- O7 E+ p' @, N y3 Z
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。* r- K) x5 ` r* v" B/ v5 T8 Y
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。 |
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狗仔卡
发表于 2008-3-3 00:48
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