耳机音质与价格有没有关系,一篇文章告诉你音质与频响曲线的关系

2021-01-20 16:45发布

当一个人没有足够的能力评价声音时,就只能通过价格判断声音的表现。

如何判断声音和价格有关系?

A:通过足够样本数量的受控双盲听实验结果与耳机价格计算相关系数

B:一分钱一分货,贵的肯定好

虽然说这是个很老生常谈的问题,我既然之前已经写过类似的文章,但这次还是再重复一遍,也再系统梳理一遍。

本文只针对有线耳机。别瞎套用到蓝牙耳机、音箱、功放等。

多组科学实验证明耳机音质与价格之间的关系很小。

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我完全同意你的观点,一些发烧耳机有着奇怪的曲线,并且不好听。——森海塞尔HD800设计师Axel Grell

造成这一现象的深入原因究竟是什么?我们还是要回到那个最基础也是最重要的概念,什么是音质?

我们的HiFi系统,不论是耳机还是音箱,使用来听音乐的。而音乐是由不同的乐器(包括人声)的声音组成的集合,包括音高(音调)、音色和响度。对于耳机而言,不同耳机的音质不同,差别到底在哪里?到底是因为什么?我们不妨从音乐的组成来分析。我们在使用不同的耳机听歌时,音调是不会出现变化的(除非特别特别垃圾的系统),没听说过森海塞尔的耳机换成索尼的耳机听音乐都跑调了吧?响度则更不是衡量音质的关键,我们常用的耳机所产生的SPL完全够我们听歌。要是响度决定音质的话,大妈跳广场舞用的音箱音质岂不秒杀大奥。

而其实响度包含压缩和动态范围,但这通常不是耳机的短板。一般而言,耳机的最大SPL都可以轻易达到100dB以上,距离xmax也有一定距离,不会出现压缩。更别说你正常听歌的音量了。而动态范围的瓶颈通常是音源、播放器等。例如CD音源的动态范围只有约96dB。

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所以这个问题其实非常简单,排除法,音质就是音色,音质就是音色,音质就是音色。重要的事情一定要说三遍,当然也可以说成是音色的质量、还原音色的能力等等。即便是相同的音调,人声、钢琴、小提琴、吉他的声音也是不同的,因为它们有着不同的音色。任何引起音色变化的因素都会影响音质。

音色由基频与谐波的组成决定。任何影响这个谐波组成的因素都会影响音质。(声学欧姆定律)

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在这里以钢琴的谐波分布为例(不懂什么是谐波的朋友,可以先学习一下信号与系统、傅里叶变换等相关基础知识),当然,钢琴拥有六阶以上阶次的谐波,这里仅取前六阶方便讨论。如果我们使用的耳机的频响曲线如下图蓝色所示,当这一信号的基频为261.63Hz时(C大调1),我们听到的这个钢琴的音色会非常标准,也就是音质非常好。(原因在于这个音调的钢琴的主要谐波范围基本都不属于MOA的区间内,所以即便有音染,也非常小)

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但是当耳机的频响在400~600Hz(这段不属于哈曼曲线MOA范畴)有所凹陷时(请原谅灵魂手绘)。

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这个钢琴声音的谐波会变成下图所示。

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因为这一声钢琴的基频为261Hz,所以二阶谐波为522Hz。由于耳机的频响曲线在400~600Hz存在凹陷,因而使得最终回放的声音中,二阶谐波低于输入耳机的信号的谐波相对组成,导致钢琴的谐波组成发生变化,从而导致音色发生变化,进而劣化了音质。这个原理就是这么简单和清晰。

至于一些其他能够影响谐波组成的因素,例如THD、IMD、CSD、SNR、IMP等。首先,耳机的THD和IMD等非线性失真通常较小。(注意不是所有都很小)

其次,CSD即瀑布图,经过Floyd Toole博士的研究,对于200Hz以上的频率,谐振的察觉过程依靠的是频谱信息而不是瞬态特征。

而频域信息和时域信息在一定条件下也是可以相互转换的。一般有线耳机是无源器件,不存在信噪比一说,信噪比是前端的问题,当然和耳机的灵敏度也有一定的关系。而对于阻抗曲线,即IMP,如果耳机的阻抗和前端不匹配,频响会有一定的变化。但是,这种因为不同前端的输出阻抗而导致的差异依旧远小于不同耳机之间频响的差异,而这种现象被称之为耳机效应(以后有时间我会细讲)。

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而市面上在售的耳机的频响千奇百怪,和价格也没什么关系,所以不论是对于统计学结果的哈曼曲线而言,还是对于你自己(特定的HRTF和个人偏好),频响曲线的偏差是与价格无关的,因而不难得出音质与价格无关或相关性很小的结论。而这一原因正好也被盲听实验所验证。

而造成耳机曲线如此混乱的深层原因又是什么呢?

在此之前没有人真正对耳机的客观指标进行全面科学的研究Sean Olive博士在2014年的公开演讲中指出:在过去的一年,或者说过去的20年间,很少有耳机测量和音质之间的公开研究,没有一个真正有意义的耳机标准;而对于功放、播放器等产品甚至是音箱,人们对于频响曲线应该是平直的达成了普遍共识。

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而对于之前长久以来存在的两种标准而言,即扩散场曲线和自由场曲线,Sean Olive博士经过实验均已证实并不是理想的耳机曲线。

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而之所以这两种标准均有错误的原因也有两点:

  1. 我们日常听音的环境,既不是扩散场也不是自由场。(看到那么多人说哈曼曲线是基于扩散场曲线的,我真的都不知道说什么是好)

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2. 压力场与人工耳对音箱的测试结果并不是直接对应关系,需要主观修正。

再回答几个长久以来我一直想讲又觉得太基础但是很多人误解的问题。


为什么耳机曲线的低频应该多一些,而不是平直的?

首先,房间稳态曲线应该是一个缓降曲线,这个趋势是B&K公司、Floyd Toole博士、Sean Olive博士等人经过数十年的心理声学实验验证的事实。

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所以耳机曲线低频也应该多一些。另一方面,当音箱播放低频时,不止被人耳接收到,也被胸腔和颅腔接收,最终人主观接收到的低频多于人耳处的测量值。而对于耳机而言,人耳在听耳机时无法通过胸腔和颅腔接收低频,所以需要耳机再额外补偿一些低频。这也就是为什么耳机曲线尤其是入耳式耳机曲线会比房间曲线的低频增益多一些的原因。以上是Sean Olive博士亲自的解释。当然,大规模的盲听实验也验证了这一点。而房间稳态曲线既不是预测曲线也不是FFT曲线也不是音箱曲线更不应该是平直的。

当然,我讲这几个概念,别说看这篇文章的发烧友能搞清楚 ,国内专门做声学的人我到现在看下来也没几个搞清楚的。磊说的很对,我写这些文章,既不是为了科普也不是为了测评,而是在玩。没错,我就是在玩,生活就是这么枯燥乏味且随意。不同耳机通过EQ调至相同的曲线,声音是不是一样的不是。会存在一定差别。对于入耳式耳机,这种差别很小。

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但是对于头戴式耳机,差别会比入耳式耳机大一些,虽然相关系数依旧有0.85。

具体原因有两点:

1.头戴式耳机的THD较大且不同头戴式耳机之间的THD差异较大;

2. 头戴式动圈耳机与静电耳机相比,低频表现不同。(注意,是头戴式耳机)

Genuit reported that the cause of the superiority of electrostatic compared with dynamic headphones is the monaural phase distortion in the latter below 300 Hz, reaching a maximum of about 70° at 20 Hz. Since dynamic headphones are more sensitive to leaks (Section 14.2.4) than headphones with large light membranes, the phase distortion is to be expected. However, Genuit speaks of the all-pass component, which shows that a dynamic headphone is not a minimum phase system at low frequencies. Ohm’s law of acoustics seems to apply, except for some exotic special cases.与动圈耳机相比,静电耳机的优势在于300Hz以下的相位失真。动圈耳机因为对泄露更敏感,所以可以预料到会有相位失真。这意味着动圈耳机在低频部分不是最小相位系统。

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这也从科学原理上解释了Axel Grell的观点,为什么一个便宜的动圈即便有相同的频响也无法达到HE1一样的声音。说到这里,我又想感慨了,天天大奥大奥的,又是素质推力解析力的,快一年过去了,稍微看一眼书就不行吗?如果一个EQ之后曲线更好的动圈耳机和一个曲线一般的动圈/平板耳机相比呢?

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如果一个曲线更好的动圈耳机和一个曲线不好的静电耳机相比呢?(这是思考题,我就不告诉你答案了)

人类的听觉存在规律吗?

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人与人之间的听音偏好是有所差异的,这和每个人的耳道耳朵不同以及听音经历等有关系,但不是截然不同的,是有规律的。如果每个人的听音偏好截然不同,那么任何耳机都应该只有一小部分人喜欢,而对于大部分人讨厌。如果有一款耳机大多数人都喜欢,则说明这些人有着相似的偏好,与每个人的偏好截然不同相悖。

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而事实上,Axel Grell认为大奥对于大多数听音者来说都是非常棒的。Sean Olive博士的实验中全球不同国家、不同年龄、不同性别、不同听音经验的听音者都对森海塞尔HD800打出了很高的分数,而对真正的音乐打出了较低的分数,这证明了人类有着相似的听音偏好。不是完全相同,但至少相似。

而Sean Olive博士通过聚类分析,实验结果显示不同群体的听音偏好的最主要划分方式是低频的偏好问题,而不是中高频。

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相同频响曲线的耳机有可能听上去差别较大吗?

有可能,尤其是对于入耳式耳机。但是有几个前提。一是:频响曲线在人工耳测量,有可能因为耳机外壳结构件设计所导致的实际佩戴的泄露与人工耳不同。但如果实际佩戴通过更换耳套等方式保证密闭或直接采用mem麦克风在真人耳道内测量频响曲线则几乎不会出现这种情况。

二是:有可能因为目前主流的IEC711的两场限制,无法筛选掉高频延展不足的一些超级低端耳机。通常默认耳机是能够到20kHz的,但是我最近的一期40款500元以下的入耳式耳机对比测评中实际试听发现确实有几款耳机高频到不了20kHz,而这种现象通常在量程只到10kHz的711人工耳上是无法察觉的。

三是:有些耳机的非线性失真过高,前文提到由于耳机的原理,通常非线性失真不会太高,但是对于我之前测试过的很多200元以内的耳机甚至500元以内的耳机确实有相当一部分出现了THD过高的情况。

不同曲线的耳机有可能听上去相似吗?

有可能相似,但不可能相同。我这里之举一个简单的例子,那就是一些高频平坦而非隆起的耳机,例如Audeze LCD4和森海塞尔的一些入耳式耳机。音乐声学和心理声学专家Hyunkook Lee教授认为耳机在高频和中低频部分存在听觉对称,如果高频部分和中低频部分同步变化,那么可能最终听感是等效的。我个人基于我过去300余款耳机的试听经验而言,部分同意这个观点。这一类耳机确实不会因为高频绝对值不足而显得三频不均衡,但是人声和乐器的音色确实不标准。而Sean Olive博士的预测算法在这一类耳机的计算中,权重最高的对数几率回归也不会因为高频不足而增加,即这种情况下感知平衡度并不会显著变化,只不过与标准曲线的标准差会增加。

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Hyunkook Lee与Axel Grell现已加入肯德基豪华。。。不不不,现已加入理性派HiFi人物系列访谈!

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Let's talk face to face!

说到这里,我又不禁感慨,一年前还是可以讨论问题的,而现在基本上就剩下各种人身攻击、冷嘲热讽和没有任何论据的“你不懂”。而人们也早已无心去讨论问题本身,而是把这一问题变为了战队问题,哪怕是没有任何理论和依据的杜撰,甚至只是一声高喊gfsg傻x,也能让这些人找到共鸣。

没有人想听真话,人们只想听他们想听的话。

我觉得对于大部分喷你的人,他们可能并不知道频响曲线是怎么计算来的,并不知道频响曲线上的峰,谷,凹陷,凸起等这些特征的位置,幅值,大小,数量等都跟振膜的材质,厚度,镀膜,腔体形状,调音孔大小,阻尼等等息息相关,当然这方面的内容你没细讲,但我相信即使你讲了他们也不会认真看的,他们深陷玄学中不愿接受科学的思想,面对本来包含大量声学信息的频响曲线,催眠自己这只是一条普通的线,并不能反映声音信息,玄学才是对各种声音最好的解释。他们只看你文章/视频的标题,或者本身就带着偏见去粗略看,根本没有明白你讲的是什么,然后就自己YY一些你根本没说过的东西来喷你,AES上的论文应该是声学里面最权威之一了,如果你们觉得里面的实验不如老烧们的听感,你也可以写论文做实验反驳他们啊,如果你能做到的话,那也算是为中国人争光了,何乐而不为呢,就别在这里断章取义喷来喷去了。——某B站热心网友

而那些坚信贵的耳机一定好的人,一定是信仰吗?或者他们的信仰真的很高吗?最近在看一些二战的节目,当年日本的神风敢死队可以为了信仰去死,相比之下一些人的信仰本身又有多高?说到这里,我又想起了经典战役库尔斯克会战的普罗霍洛夫卡遭遇战。

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太阳升起时,德军飞机发现了苏联坦克。立即发射紫色信号弹示警。

沿狭窄区域进行攻击的苏联坦克不占优势。但指挥部拒绝取消反击。

空中响起阵阵爆炸声,苏联坦克发动攻击!

党卫军骷髅师一名团长别克回忆道:我看见苏军坦克出现,苏联动用了预备队,我对参谋长说。同时我也意识到,我们已在库尔斯克战役中失利。


原文出处: 理性派HiFi

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