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耳机和音箱有什么区别?哪一种更好?

耳机和音箱有什么区别?哪一种更好?

为了更生动形象的解释,特地录了一段视频,请放心食用~~

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心理声学基础:

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要回答这个问题,首先我们要了解什么是真正的音乐。

现实世界中的音乐表演多种多样,在这里我只以小型流行音乐表演为例。

从图中我们可以看出,乐队和听众均位于一间房间中,歌手通常在听众的正前方,乐队中有多种乐器分别位于歌手的左右。

在次我只以图中的鼓为例。鼓是一种膜鸣乐器,如下图所示,当鼓手敲击鼓时,鼓所发出的声音会向360度空间均匀传播。

尽管鼓的声音向四面八方传播,但最先到达我们耳朵的声音是由鼓和人耳的连线这一方向传播的(两点之间直线最短)。在声学中称为直达声。

与此同时,向其他方向传播的声音会经过一次反射后,在直达声到达人耳后相继到达人耳。这些声音的总和在声学中称为早期反射声。

但还有很多声音会经过第二次、第三次反射才到达人耳。这些声音的总和,也就是能够传播到人耳的所有声音减去直达声和早期反射声被称为混响。而早期反射声和混响的总和被称之为反射声。

当鼓手敲击鼓时,我们首先听到的是直达声,紧接着是单次反射声(也就是早期反射声),之后便是多次反射声,且反射的次数越多,被墙壁吸收的能量也就越多,最终传到我们人耳的能量也就越小。

一般情况下,从直达声开始计算,混响的能量是直达声的-60dB(-1000倍)所经过的时间被称为混响时间(RT60)。

我们之所以会感觉这场流行音乐表演是在一个房间内进行而不是露天表演也不是在音乐厅里的原因在于人的听觉系统可以感知到我们所处的房间大小。而人的这种感知能力取决于反射声

而我们之所以听到鼓在我们的左前方,除了分别传达到我们左右耳的直达声的强度差与时间差(相位差)意外,还与鼓所产生的直达声入射角度和早期反射声入射角度有关,即耳廓效应

好吧,回到我们最开始要讨论的话题,耳机和音箱有哪些不同?最大的不同有两点,一是声场不同,二是频率响应不同。

  1. 耳机与音响的声场不同

让我们回到以音箱为回放设备的系统中。在这里我还以流行音乐和鼓为例。在现今大多数流行音乐录音中,多采用无混响录音室。虽然现在的录音方式多种多样(AB录音、XY录音),但对于绝大部分天然乐器(非电吉他、电子鼓),录音距离均在离乐器很近的距离(不会贴着乐器,但也不会离乐器过远)。这种录音环境下的乐器声音以直达声为主,尽量避免反射声带来的音染。

所以我们在用一个低频表现不错的音箱听鼓声时,可以把音箱近似等效为鼓。所以当我们也在类似的房间欣赏音乐时,就会获得和现场类似的声场。

人对音乐的空间印象(声场)不只取决于直达声、早期反射声和混响三者的能量和时间,也与直达声、早期反射声和混响到达人耳时的入射角度。对此,我此前的两篇文章均有描述。

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科普:HiFi中的声场由哪些因素决定?该如何选购器材能获得更好的声场? - 鬼斧神工119的文章 - 知乎

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而当我们使用耳机听歌时。我们可以把耳机看似一个紧贴我们人耳的小音箱。

此时,我们只能听到直达声,没有反射声,我们所听到的音乐的声场会大打折扣。并且,直达声的入射角也是错误的,直达声并不是从我们前方而是侧方入射人耳(当然这里也要考虑HRTF的影响)。这样会导致声场的宽度过宽。(具体原因我在前面列举的两篇文章中有详细解释)。

所以可以这样说,即便是大奥、STAX之类的耳机,对于大多数录音,它所呈现的声场也远不如一般的音箱系统准确。这是一种原理上的区别。就像你在牛顿面前没办法用轻功一样。

对此部分内容,建议没有专业听音经验和主观评价经验的人先冷静,毕竟不是每个人每天都去现场听音乐还要进行对比测试。

当然,就像评论区里有人提出的质疑一样,对于立体声系统而言,是否可以通过电子混响完全代替现实中的混响或者说通过电子混响完全模拟声场呢?答案是否定的。在录音中混入与乐器在表演的环境内完全相同的电子混响(早期反射声+混响)能量,会出现如下三点问题:

1) 重放系统在直达声方向上的混响能量远高于原始乐器;

2)合成在直达声内的早期反射声与真实的早期反射声方向不同;

3)音箱系统会再次在房间内形成混响,与合成在音乐中的电子混响叠加造成声场过于空旷;

而对于耳机系统,虽然解决了混响能量的问题,但依然无法解决乐器在现场表演时,单次反射声和多次反射声方向的问题。在多数情况下会使声场变得更差,比如说很多游戏声卡或者游戏主板都带有的“环境模拟”功能,这种音效谁开谁知道。。。属于一种两边都不讨好的做法。

我不否认很多很多录音混音的作品会加入适当的电子混响,比如交响乐,但这与乐器实际产生的反射声对人的声场感知是两回事。

而对于一般的音乐而言(含有人声和多种乐器),现场、音箱系统与耳机对声场的表现可以由一下几张图形容。

现场表演
音箱系统,由于录音技术的限制和混音的人为因素
耳机系统,人声普遍比音箱系统和现场宽很多很多

耳机系统的中间声像(即人声),会比音箱和现场宽很多的原因是IACC(双耳听觉互相关函数)比音箱和现场要小,导致ASW(感知声源宽度)过大。

关于声场宽度(声源宽度)的问题,虽然我之前的文章已经解释过很多遍了,但我在这里还是再解释一遍吧。

我们常说的声场的宽度和人声的宽度在心理声学中统称为感知声源宽度(ASW)。对于声场的宽度,可以用直线a与直线b所成角度θ来表示。这本来是一个衡量音乐厅好坏的重要指标,最早被Floyd Toole博士引入家用HiFi领域。Floyd Toole博士和Sean Olive博士通过数十年的研究发现ASW与IACC(双耳听觉互相关函数)和LF(早期侧向声能比)有关。通常来说IACC越小,θ越大,我们听到的声音越宽。LF越大,ASW也越宽。

在此,我先解释音箱和耳机在还原声场宽度上的区别。

上图是一个典型的录音室,录音室在这里完成录音和混音的工作。在这里我先以左声道为例。为了简化问题,在这里我们只讨论直达声所引起的IACC区别。那么录音师在录音师,我们可以把左声道的监听音箱抽象为下图。

我们不难发现,左声道的音箱所发出的声音不只传输到人的左耳,也会传输到右耳。因此左声道的音乐,传播到我们人耳时,左右耳具有一定的相似度,即相关系数较强,IACC较大,ASW较小。

所以当我们用音箱听歌时,也会有相似的声场宽度,即我们听到声场的宽度,也就是最左侧乐器与最右侧乐器之间的夹角θ与录音师想要表达的音乐比较接近。

而当我们使用耳机听歌时,左声道发出的声音指挥传达到左耳,不会传达到右耳,使得双耳能量相似度较低,双耳听到的声音相关系数较低,即IACC较低,ASW较高,θ角远大于实际值,声场过宽。

另外一个区别就是侧向声能比的区别会导致耳机的人声过宽,远高于实际值。具体原因如下。

侧向声能比的概念是从人侧方传来的声音的能量和人能听到的全部声音能量的比值。而早期侧向声能比则是指80ms以内的这一比值。一个简单的现场表演如图所示(图中的麦克风代表歌手),我们不难发现,我们听到的大部分能量均来自于直达声,也就是从前方传来的能量,由早期反射声所导致的侧向声能仅占很小的比值。真正的人唱歌,人声是很窄的。

而当我们在听有扩声系统的演唱会或者家用HiFi欣赏时。尽管直达声会产生一部分的侧向声能,但占直达声大部分能量的依旧是前方声能,侧向声能的占比依旧较小。但因为侧向声能相比于真正的歌手有所提升,所以这些系统的人声会稍宽于实际人声。

而对于耳机来说,侧向声能比占100%,人声宽度会远高于实际值。

至于一些人说的让我哭笑不得的mixlogic。。。

鬼斧神工119:详解感知声源宽度与舞台宽度zhuanlan.zhihu.com图标

至于为什么音箱和现场还是有差别,其中一个重要的因素如下图所示。

以小提琴为例,其在不同频段对所产生的声音在空间中有着不同的辐射方向,很难对这样的弦鸣乐器与以准确录音,我们常见的音箱也很难产生这样的指向性,从而无法准确还原小提琴的反射声的能量和入射角度。

2. 耳机与音箱的频率响应不同

频响曲线这个概念我们再熟悉不过。对于音箱来说,衡量其轴向频响曲线的好坏很简单,就是在消声室内测量其频响曲线,越平直越好。

而对于耳机来说,则复杂的多得多。究其主要原因,可以总结为两点:测量方式的不同和人的个体差异。

但在此之前我还是先要介绍一个基本的概念:自由场与压力场

在自由场中声波在任何方向无反射,声场各点接受的声音,仅有来自声源的直达声而无反射声。消声室、开阔的旷野、周围较大范围内无反射物,可以近似为自由场。

消声室是一种人为的自由场。消声室的四壁、顶棚和地板都有吸声能力很强的吸声材料和吸声尖劈,可用来对声源、音响设备进行较准确的测量,是理想的声学测量设备

而当声波波长比所处腔体尺寸大时,声压压力分布均匀,此时称为压力场。当传声器插入声压级校准器中时,即是压力场。

当我们使用入耳式耳机或者封闭式头戴耳机时,耳机与人的耳道所组成的系统就属于压力场。

但非常遗憾的是,被业内普遍作为测量标准的IEC711标准人工耳由于容积限制等因素,只有10k一下的频响测量时准确的,10k以上的测量结果则不能准确反映实际结果。并且存在漏气问题,使得此类人工耳对真实人耳佩戴封闭式头戴耳机的压力场模拟效果十分有限。

然而,一个更严肃的问题摆在我们面前。我们的人耳、人头、耳道对声波存在空间滤波作用(不知道什么是滤波的可以先学习一下数字信号处理)。这一现象也被称作HRTF(人头传递函数)。即,当标准的频响曲线为平直的音箱发出的声音,经过我们的人头、人耳、耳道滤波后,最终传达在耳膜的声音频响曲线并不是平直的。

Sean Olive博士通过超过10年的研究,(发现平直频响经过HRTF后的标准频响曲线应为上图绿色曲线所示)考虑到耳机佩戴时有一定的漏气因素和听音偏好(人们普遍喜欢更多的低频),低频进行了适当的增强。

然而,我们每一个人的人头和耳朵是不同的,所以这个耳机目标曲线也是因人而异的,直至今日也没有一种标准的测试方法能够真正的反映每个人用耳机时的真实频响曲线。

所以当我们使用耳机听歌时,频响曲线一定不是标准的。总会存在这样那样的音染。这在一定程度上违反了HiFi(高保真)的初衷。

综上所述,音箱和耳机存在着原理上的不同,在大多数情况下,音箱的表现会比耳机好很多。但这一切均建立在两者音质相似的情况下。

而音质又是什么?又是如何衡量的?我将在下一篇文章中进行详细的解答。

编辑于 08-29

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