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為什麼耳放可以增加對耳機的控制力?

對耳機的控制力指什麼?


耳機的工作過程就是

  1. 電流經過線圈(音圈)產生變化的磁場,

  2. 磁場變化使振膜在磁場內移動,

  3. 振膜移動時推動空氣發出聲音。

由於振膜本身具有一定的質量,所以在位移時會有一定的慣性,慣性使得振膜運動產生遲滯(相對電流變化)。

這種遲滯,使振膜不能隨音樂信號收放立止,結果就是聲音變得模糊拖沓,細節消失或扭曲。

但也有人就是喜歡這種風格的聲音。

減少上述遲滯對重放音樂的影響,增加對振膜的控制,一般從三個方面著手:

1、供電。這個和電源儲備能力、線路輸出能力有關。所以市面上會有昂貴的變壓器、整流橋和電容的存在,就是為了提高電流轉換效率和充放電速度。請注意,要加強對振膜的控制,需要的不僅僅是較大的電流,更需要的是瞬間輸出大電流的能力。

2、磁力。通過加大音圈、使用銣鐵硼磁體等方法,提高磁力,也就增強了對振膜運動的控制。

3、減輕振膜的質量。

通過耳放,來改善對耳機的控制力,屬於第一種。

——————————update——————————

匿名用戶 ? 12:43

也就是說阻抗越大的耳機越需要耳放?

回復@匿名用戶:

高阻低敏型耳機需要耳放,主要是因為推不動,驅動力不足——當然驅動力也是一種控制力。

我們平常講要改善對耳機的控制,更常見的情況,其實指的反倒是低阻高敏型耳機——不是推不動,而是太容易推動,並且收不住。

耳機的阻抗,與耳放的輸出電阻,之間的比值叫做阻尼係數。它是表達耳放在音樂信號停止時控制振膜運動的能力。

阻尼係數較高時,音樂一停止,耳放對於耳機就相當於接近「短路」。振膜如果有餘振,會切割磁場,產生相反的作用力,從而減小其振動。

因此阻尼係數越高,對耳機的控制越好。

或者說,耳機輸入阻抗越高,耳放輸出阻抗越低,對耳機的控制越好。

這從另一個方面揭示了,為什麼高端耳機大多被設計成高阻。

因為耳機阻抗較高的話,即使搭配一些輸出阻抗不是很低的耳放,它仍然能獲得足夠高的阻尼係數,也就是足夠的控制力。

前提是,耳放有足夠的電流輸出,推得動這些高阻抗的耳機。

所謂「推得動」,就是電流大到「能驅動振膜產生足夠的振幅,從而發出足夠響度的聲音」。


這個問題絕不是三言兩語能說明白的。

首先,需要明確一個概念,就是耳機和功放電路之間的關係。

不少人說起耳機的音質,言必稱「相位偏移」。事實上一個音頻放大器由於內部網路的設計的原因,滾降點不會高出人耳聽覺上限(20KHz處)太多,由伯德第二定律可知在可聽聞頻帶以內確實會有一些「相位偏移」存在。但是目前沒有任何證據表明由耳機放大器產生的「相位偏移」能被人耳覺察。平時需要注意相位問題的,多是需要用到分頻器的多單元耳機和揚聲器的設計[1]。

那麼刨除了相位因素,耳機是功放的什麼?

耳機是功放的負載(阻抗),僅此而已。對於功放來說,耳機的振膜,懸掛系統,釹鐵硼磁什麼的都是浮雲,功放需要做的,只是將大功率電信號輸送過去,驅動一個電氣負載而已。所有的耳機的特性,也許在人耳聽來千差萬別,但是對於一個功放來說,他們之間實際上均大同小異。

一個通用的用於對耳機阻抗進行模擬建模的電學模型[1]

在這個電學模型當中,Rc 代表著音圈電阻,Lc 代表著音圈電感,Rr,Cr以及Lr分別代表著用來模擬振膜質量/順性諧振的電氣網路(更嚴謹的說這些參數全部為等效參數,並不代表耳機實際標定的數值)。

很多人認為耳機/揚聲器(為方便起見以後均以「揚聲器」簡稱)在工作過程中,線圈上會產生一個「反電動勢」,為了抵消這個反電動勢功放需要消耗額外的功率。事實上所謂的「反電動勢」是存在的,但是需要指出的是,在這個模擬的模型中,「反電動勢」對整個揚聲器電路的影響僅僅在 Lr 和 Cr 上。當揚聲器上載入低頻信號時,揚聲器線圈 Lc 感抗值很小,整個揚聲器阻抗由 Rc,Rr 以及 Cr,Lr 構成,而當揚聲器到達自身的固有共振頻率上時,Lr 與 Cr 達到並聯諧振狀態,相當於斷路,整個揚聲器系統的阻抗達到一個極大值(約等於 Rc+Rr),之後當載入的頻率逐漸升高,揚聲器線圈的「反電動勢」對整個線圈的影響也逐漸減小。當頻率上升到 1KHz 以後,電感線圈的感抗逐漸增強,並成為整個揚聲器系統的主要感抗構成部分,最後就如同下圖所示:

一款全頻帶揚聲器的阻抗曲線

相對來講,耳機的阻抗曲線比起揚聲器的阻抗曲線要平直很多,主要原因就在於耳機振膜的質量很小,所以自身產生的諧振相對很小。但是線圈引起的高頻衰減與揚聲器的情況大體相當。

AKG K601耳機的阻抗曲線(上方為其相位曲線)引用地址:http://www.erji.net/read.php?tid=1258813

說到這裡就該進入下一問題了——如果說功放與耳機的關係僅僅是負載的關係,那麼為什麼會出現「耳放能將耳機推響,但是推不好」這樣的情況?

因為這與「阻抗匹配」有關係。日常我們的概念中,所謂的「阻抗匹配」需要做的,是盡量保證負載阻抗=輸出阻抗,因為只有這樣才能滿足功率的最大效率傳遞。但是這樣的「阻抗匹配」忽略了一個問題,就是當輸出阻抗 Ro =負載阻抗 Ri 時,由於負載阻抗自身的變化,會反過來影響到功放電路的總阻抗 ( Ro//Ri ),最後導致功放電路自身的頻率響應也會被負載影響,無法保證輸出理想的波形。

那麼怎麼辦?因為對功放電路來講,總阻抗是負載阻抗與輸出阻抗的等效並聯,那麼只有將功放電路的輸出阻抗做到最小,這樣就能讓負載(揚聲器)的阻抗起伏對功放電路自身的影響減少到最小。一般我們將 Ri(負載阻抗) 與 Ro (輸出阻抗)的比值稱為阻尼係數。在參考了若干資料之後,我發現並沒有一個相對嚴肅的學術作品有提到過「控制力」這個詞——相反的,《實用揚聲器技術手冊》作者提到,「我們在探討、研究揚聲器與放大器的關係時,最關心的就是阻尼係數。」——所以我認為這位知友在問題中提到的「控制力」,應該就是指「阻尼係數」。

獲得一個高的阻尼係數,有兩種方法——要麼提升分子,要麼降低分母。

所以對於高阻耳機來說,有一個天生的優勢就在於——分子高。所以高阻耳機對於功放電路的要求(分母)更低。因為在同樣一台耳放下,高阻耳機能獲得比低阻耳機更大的阻尼比,這樣就意味著功放在工作時受到來自耳機上的負載變化影響越小。但是同一台耳放接不同阻抗的耳機時,高阻耳機必然會因為阻抗較高,需要更大的電平(音量)才能發出與低阻耳機相同響度的聲音。

除此之外高阻耳機和低阻耳機還有其它區別么?

有。這個原因和耳機自身的特徵沒關係,而是來源於功放所使用的晶體管在半導體領域範疇的缺陷——即在大電流(而非大電壓)通過的情況下,晶體管的電流放大倍數 β 會意外地下跌,而且目前導致這個缺陷產生的機理據說還沒有完全弄清。Douglas Self 聲稱與 8Ω 阻抗的音箱相比,在驅動 4 Ω 的音箱時,這個超出一倍的電流幾乎引起了所有額外的失真。至於這個失真是否對普通的 16Ω/32Ω 的耳機也會產生如此嚴重的影響,就不得而知了——但是有一點需要確認,就是這一類失真目前還沒有辦法消除。

所以最後總結一下,就可以基本從理論層面證明這條存在於發燒界的說法了:低阻難推易響,高阻易推難響。低阻耳機吃電流,造成失真加劇、控制力減弱等後果,而高阻耳機的高電壓則沒有這種負面影響,只不過低端設備(尤其是隨身音源)接高阻耳機達不到需要的壓擺以致聲壓不夠罷了。總之只要聲壓足夠(也就是功率足夠),應該儘可能選擇高阻耳機[4]。

[1] 音頻功率放大器設計手冊 Douglas Self 著 http://ishare.iask.sina.com.cn/f/14768294.html?from=isnom

[2] 揚聲器與耳機手冊 John Borwick 著 http://books.google.com.hk/books/about/Loudspeaker_and_Headphone_Handbook.html?id=9DeZqnsjetgC

[3] 實用揚聲器技術手冊 王以真 著 http://ishare.iask.sina.com.cn/f/21257269.html?from=like

[4] 公認不靠譜的百度百科 XD http://baike.baidu.com/view/3709035.htm


現在隨便找一個運放的datasheet的實測失真度曲線來看,都是十分NB的數據,比如說opa1612 :THD=0.00015%(@1kHz),人耳可以明顯區別的THD為1%,那麼問題來了,一枚小小的運放都這麼NB了,還要專門的耳機驅動器幹嘛?

因為這個THD指標根本不是帶上耳機負載的THD指標,甚至和帶上耳機負載的情況沒有什麼關係。運放在測量THD時,一般都是以一個大阻值電阻作為負載,運放驅動這樣的負載顯得很輕鬆,因為負載是大電阻意味著輸出小電流,而運放在大電流輸出的情況下的失真度顯著增加。另一方面,耳機負載本身是個比較複雜的情況,它並不是純電阻,而存在寄生電感和電容,由於運放是典型的反饋控制系統,負載存在電容性的情況下,輸出電壓後電容會經歷充電的過程,這個過程輸入端得不到正確的反饋信號,就會引起一個超調量(overshoot),聽起來就是高頻的毛刺。所以,運放的大電流輸出能力和大環路負反饋系統的超調量是制約運放驅動力的主要因素。原來這不是玄學……


耳放是用來推動耳機的。有些好耳機阻抗很大。中間信號損失就比較快。然後你用這種耳機直接插在比如你的隨身聽上聽歌就軟弱無力。可以理解為:信號=河水 阻抗越大=河道越寬 你的耳朵=河道的盡頭 耳放=推動河水流動的速度 當然。不同的耳放推力不一樣。而且本身也有一定的音染。所以在保證推力的前提下還要考慮到音染問題。不同的耳放有不同的音染也有不同的聲音。懂了么?控制力大概就是說你的耳機的音量大小可以更遊刃有餘或者說是有更多的「音染」選擇


喇叭是不能等同於一個電阻的。因為他的瞬間阻抗隨著狀態變化。

例如,假如施加正的電壓使振膜向外高速運動,當振膜向外快速運動時,會產生很高的負向感應電動勢作用於耳放,在此時施加一個負的電壓讓振膜反向運動。耳放電壓和感應電壓疊加。好的耳放能輸出大電流,便會迅速產生巨大的電流讓振膜迅速改變方向向內運動,控制住振膜。而輸出電流不夠的耳放則難以迅速控制住振膜,聲音便會不幹凈。這就是耳放輸出能力和對喇叭控制能力的微觀原理。

大耳機線圈多,磁鐵強,因此需要大的電流驅動能力才能控制住耳機


這兩天購入了ONKYO DAC-H200, 對比之下,感覺對電腦的音質改善還是十分的顯著,無論是接在音響上,還是接在耳機上。


不愧是知乎的回答風格,圖標數字一應俱全。

然而到了燒圈一切都可以精鍊為一句話:貴的耳房。提示一句 如果想買高票那種指標好的,廣東DIY,淘寶一搜一大堆。


請先搞清楚自己的放大器是電壓反饋輸出級還是電流反饋輸出級。


比較贊同朱誠兄的觀點,好耳機阻抗大,或者靈敏度低,而便攜設備推力不足,時常推都退不響,更別談素質了。另外耳放自身都有音染,自然對於聲音有影響。


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