技术视角看生活——耳机优劣差在哪？(上)

技术视角看生活——耳机优劣差在哪？（上）

1.生活背景

  生活中经常遇到他人评价某只耳机音质太烂，而另外又有许多人表示听几千块的耳机声音和几十块的没什么区别，为什么会出现这么大的差异，高端耳机与低端耳机差距在哪？随着Hi-Fi音乐的流行，市场上也出现了越来越多的音频设备，2018年曼哈国际首席声学工程师 Sean Olive 博士测试了市面上170款耳机的音质，发现耳机的价格与音质并没有绝对的关系，如何选购这些音频设备也成为人们关注的焦点。下面让我们从几个技术参数的角度来看一下耳机的优劣差在哪。

2.技术指标分析

（1）.阻抗

 ①.阻抗概念：阻抗的定义就是瞬时的电压除以电流，跟电阻的定义很像，区别就是阻抗中除了阻性外还有容性、感性。阻抗与电阻具有相同的单位，都是Ω，因此阻抗也同样适用欧姆定律，在相同电压下，阻抗愈高将流过愈少的电流，阻抗愈低会流过愈多的电流。阻抗详细的介绍可转至博文：电子设计常识——阻抗，进行查看。

 ②.阻抗辨析：

  Ⅰ.高阻抗：阻抗高的耳机有一个优势，可以获得更大的阻尼系数，阻尼系数可以简单理解为隔震、减震的效果。一个信号传到耳机时，耳机的振膜立即做出相应的振动，这个信号结束时，振膜应该越快恢复原状越好，否则下一个信号到来时振膜还处在上一个信号的震动状态，声音的细节之处就还原不出来了。这一点也就对应发烧友常说的耳机对声音的“解析力”，即阻抗越高，解析力越强，声音的清晰度和细节信息量的表现能力就越强。从这个角度来看，耳机的阻抗确实是大一些比较好，一些高端耳机的阻抗甚至达到了600欧姆。

  高阻抗耳机另一个优势就是低失真，电流控制比较精准，因为高阻耳机需要比较大的输入功率（即耳放的输出功率），才可以产生足够的电流驱动发声单元，而耳放的输出功率的稳定性是很难做到非常精准的，一般会有一些抖动，例如：输出100mW的功率，一般的耳放会在105mW~95mW之间抖动，按照 P=I²*R 的公式计算，电阻*（R）越低，电流（I）*的摆幅就会越高，导致音质表现变差。对于极端的音频响度变化幅度过大，致使功放的输出功率的变化幅度也变大，高阻抗耳机有更好的耐受性，不易被烧毁。

  高阻耳机能最大程度上避免功放中点直流偏移电位的负面影响，OCL 电路（Output Capacitor Less ，直译为：无输出电容器的功率放大器） 是音频功放的主流结构，而任何一个OCL电路在输入为零时，其输出端都不是绝对的零。当我们把耳机插头插入打开电源的耳放时，会听到电流冲击声。放大器存在的这个中点偏移表现形式为电压，通常大小为几个毫伏，甚至几十个毫伏。耳机的音圈在这个电压的作用下，会稍稍偏移它在磁隙中的初始位置，这导致耳机的有效冲程缩小，失真加大。在相同的偏移电压下，高阻耳机的音圈偏移相对小。

知识补充：

• （OCL）无输出电容功放电路，省去体积较大的输出电容，并且降低成本、低频响应范围增大、保真度也更高；缺点是必须用双极性电源供电，增加了电源的复杂性，同时没有隔直流的输出电容，必须要注意扬声器的保护。
• 另一种常用的音频功放电路是OTL电路（Output Transformer Less，无变压器功放电路），可以使用单电源供电，是电池供电的首选电路。缺点是需要通过电容作为输出耦合，难以达到较宽的频响，降低音质。

  高阻抗耳机在实际的使用过程中，很重要的一点就是与功放的适配的问题，一般的手机或便携播放器可能伺候不了它，要考虑耳放之类的设备才行，即要使用高阻抗的耳机，就需要大功率的功放进行输出，而大电流功放相对来说要更难设计。传统的高端耳机都是高阻抗设计的，但由于目前耳机有大量的便携使用场合，便携设备由于电池供电的原因，电压不会太高，同时电路技术的提升使得能在低电压范围内很好的控制底噪，因此低阻耳机也逐渐多了起来。

  Ⅱ.低阻抗：耳机阻抗越小，耳机越容易推动出声，所需功耗越低，所以从便携设备的角度以及现在很多都是使用手机作前端的用户来讲，选择的耳机肯定是低阻抗较为适合，但是太低的话，耳机容易出现欠阻尼和低音劣化等现象。

 ③.阻抗小结

  在耳机的前端的推力足够的情况下，耳机的阻抗越高越好，阻抗高的耳机推开以后，音场更佳，适合做成高音质设备，但结合便携、待机功耗、前端功放设备等因素，低阻抗耳机也有着广泛的应用，同时随着电子技术的发展，低阻抗耳机的实际性能也在不断提升。

  音质的好坏与阻抗的高低并没有绝对的关系，反而是和前端采用什么设备较为密切，同时振膜的性能以及磁体、音圈也就是换能方式才是扬声器最核心的内容，这些因素同样会对播放设备的音质产生难以忽视的影响。

（2）.灵敏度

  灵敏度，也叫做声压级，反映的是耳机发出声音的响度。其常用的单位是 dB/mW，灵敏度高意味着达到一定声压级所需要的功率要小，通常来说，阻抗越小，灵敏度越高。业界测试耳机的灵敏度是用一个1KHz、1mW的信号输入耳机，检测它所发出声音的声压级来完成的。如果灵敏度太小，相同的输入信号下，耳机发出的音量就小，想获得大的响度就要增大音源，失真度就会增加。灵敏度越大，总谐波失真就越大，尤其在输出大音量的时候更是如此。因此灵敏度不是越大越好，现在动圈式耳机的灵敏度一般都在 90dB/mW 以上，如果是为随身听选耳机，灵敏度最好在 100dB/mW 左右或更高，灵敏度也是一些没有优秀音频功放电路设备，选择耳机更重要的参数指标。

​  提高单元振膜对电流的响应程度，也可以提高灵敏度，但由于前端的功放电路控制力有限，低阻抗、高灵敏度的耳机也更易出现底噪和失真。对于手机等小功率设备，要选择低阻抗，灵敏度高的耳机，否则由于前端驱动能力有限，声音太低听不见；而对于耳放等大功率设备，由于设备本身的输出功率高，在增大阻抗时，也可保证相应的灵敏度，能使得杂音变得更加小，提高音质。

我们举个例子：

​  由于设备电源的纹波，环境噪声等，设备输出信号中始终存在一定的干扰信号，该信号大小为4mV，干扰信号是硬件设备难以完全消除，只能尽可能的降低。驱动扬声器振膜振动的电流范围是0-3mA，一部手机音频输出功率为50mW，一个耳放的音频输出功率为500mW，一个低阻抗耳机的阻抗是8Ω，一个高阻抗耳机的阻抗是100Ω。那么：
  
  干扰信号在低阻抗耳机上会产生0.5mA的干扰电流，而在高阻抗耳机产生的干扰电流是0.04mA，这就是上文所说的：增大阻抗时，使得杂音变得更加小，提高音质。
  
​  另一方面手机在低阻抗耳机上的电流范围是：0~2.5mA，足够推动扬声器，发出足够大的音量；手机在高阻抗耳机上的电流范围是：0~0.7mA，可以推动扬声器，但音量很小，不能使耳机发出足够大的音量；耳放设备在低阻抗耳机上的电流范围约是：0~7.9mA，如果要使用就必须先把音量调小，否则可能烧毁耳机；耳放设备在高阻抗耳机上的电流范围约是：0~2.23mA，可见，这样耳机既可以发出足够的音量，同时由于设备本身的输出功率高，耳机的灵敏度也可以保证有较高的水平。
  
  综合上述，我们可知敏度高代表耳机容易推动，但并不是越高越好，低阻抗、高灵敏度的耳机更适合手机等便携移动设备上使用，但灵敏度太高易导致耳机有杂音，音质变差。而高阻抗、高灵敏度的，这类耳机是需要耳放来推动的，推动后的音色清晰，解析度高，还原感强，但严重依赖前级功放设备。