理性派HiFi
首发于理性派HiFi
什么是音质?哪些因素影响音质?怎样提升耳机和音箱系统的音质?

什么是音质?哪些因素影响音质?怎样提升耳机和音箱系统的音质?

在此之前,首先特别强调一下耳机的音质与频响曲线之间的关系。

如何通过频响曲线看耳机的音质好坏?www.zhihu.com图标

不论是大烧老烧、论坛大神还是各种伪声学砖家,当你问他什么是音质时,我相信他们自创的玄学词汇能从民国建国说到抗战胜利100周年。。。入坑耳机别走弯路:耳机入门详解不论是大烧老烧、论坛大神还是各种伪声学砖家,当你问他什么是音质时,我相信他们自创的玄学词汇能从民国建国说到抗战胜利100周年。。。

这倒是挺应景的。。。

还有很多人认为越贵就是越好。。。

回归正题,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。

以耳机为例,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。

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。当然,这一标准几十年前AES(国际音频工程协会)就有了,我想国内一直处于玄学状态和我国HiFi行业起步较晚有很大关系。

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。任何音响这个谐波组成的因素都会影响音质。

在这里以钢琴的谐波分布为例(不懂什么事谐波的,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。(值得注意的是,下图中曲线是通过GRAS的HATS测试所得的结果,由于不同的仿真人头存在差别,使用B&K和Headacoustic等仿真人头的测试结果不具备参考价值,也就是说你们在网上找到的绝大多数曲线不能以下图为参考,要用GRAS重新测量才有意义)

但是当耳机的频响在400~600Hz有所凹陷时(请原谅我的灵魂手绘)。

这个钢琴声音的谐波会变成下图所示。

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,导致钢琴的谐波组成发生变化,从而导致音色发生变化,进而裂化了音质。

至于THD(总谐波失真)这个指标,我想就不必再细说了,这个名字已经说明一切。但对于THD来说还是有两点值得注意的:

  1. THD是越低越好,但即便其他参数都一样的情况下,相同的THD也不代表相同的音质。因为THD是所有谐波失真的总和,可能THD数值相同的情况下,一种耳机的二阶谐波失真高而另一种耳机的三阶谐波失真高。人对不同阶次谐波失真的感知是不同的。
  2. THD不是一个典型值,一个耳机在不同的频率和不同的响度下会由不懂的THD表现,而耳机厂商所标注的THD往往是1kHz固定音量的典型值。我个人认为不具备参考价值。

此外,这个音色的谐波组成并不是瞬态的,而是有一个过程的,所以时域上的参数同样会影响音色(这很好理解,即便是相同的乐器,比如说吉他,不同的弹法声音也是不同的)。例如冲击响应、品质因数等。


然而,只有一个耳机我们是听不到声音的,耳机想要发出声音还需要播放器、耳放等。都8102年了,像B&K这种专业声学测量公司都在讲系统音质(System sound quality)。我们光有一个音质很棒的耳机而只用手机做前端是没有意义的。

对于转盘——DAC——耳放——耳机这样的系统,我们又有什么值得注意的呢?

我认为首当其冲的是阻抗。

当耳机插在耳放上,就组成了一个系统,这个系统会引入一个新的参量:阻尼系数。阻尼系数是负载阻抗(耳机的阻抗)与耳放输出阻抗的比值,这个比值越大,耳机对电信号的“阻力”也就越大,换句话说声音就变得更紧,使得音色的动态变化更逼真。阻尼较小的系统,会使人听起来很松散,称为欠阻尼;阻尼过大的系统,会使人听起来过紧,称为过阻尼。

当我们的耳机接在不同的耳放上时,由于不同的耳放的设计原理不同,输出阻抗也不同,所以整个系统的阻尼系数不同,使得我们的耳机接在不同的耳放上的音质有所不同。

阻抗对音质的影响不仅如此。耳机的阻抗并不是定值,会随着频率的变化而变化(动圈单元的原因是高频交变电流会使线圈产生自感)。

图中是音箱单元的阻抗曲线,具体耳机是什么样我就不测了,实在是懒,总之也是一个变化的值。很多放大器属于恒压源,耳放输出阻抗、耳机线阻抗和耳机单元阻抗共同分压。

随着耳机播放的声音频率的变化,耳机阻抗变化时,耳机所分到的电压也就发生变化,耳放输出的频响发生变化,从而耳机的频响发生变化,整个系统的频响出现偏差。

问题是,偏差能有多大?

绿色为空载、深红色为播放器接入AKG K240S时耳放的频响曲线

上图为索尼某高端播放器的频响曲线,这诡异的Class D变化让我着实在怀疑我花了大几千到底买了啥?

还有这夸张到不行的THD+N曲线让我怀疑我的宇宙最高端Audio Precision音频测试仪是不是坏了?

不开玩笑了,所以说测耳放(功放)的时候不接耳机作为负载是没有任何意义的,所以说测耳放(功放)的时候不接耳机作为负载是没有任何意义的,所以说测耳放(功放)的时候不接耳机作为负载是没有任何意义的。

再加上很多非专业人事测量耳机频响曲线之前完全不校准麦克风,或者根本就没有麦克风校准仪(麦克风校准时可能比上一次校准有几个dB的变化,我不是麦克风专家,我只知道有这样 的现象)。测试也不是在专业的消声室或消声箱内进行。所以我认为,绝大多数测评团体的测试结果没有参考价值,绝大多数测评团体的测试结果没有参考价值,绝大多数测评团体的测试结果没有参考价值,绝大多数测评团体的测试结果没有参考价值,绝大多数测评团体的测试结果没有参考价值。

特别重要的事情说五遍。

不得不说,上图中绿色的曲线(空载)还是很唬人的,这也是绝大多数测评媒体的测试结果。恕我直言,任何音频测试工程师,测放大器最基本的要求就是要带负载。从图中空载的曲线和带有负载的曲线之间的差别,我们也能看出其实就是耳放模块的问题,播放器本身的解码还是很不错的。

最开始我真的以为AP坏了,于是测了下VIVO NEX。

AKG K240S 时手机输出端的频响
AKG K240S时手机输出端的THD+N曲线

吊打“索尼专业播放器”。

带有AKG K240S的频响曲线 图中红色为索尼某播放器,绿色为拜亚动力A1耳放
带有AKG K240S的THD+N曲线 红色为索尼 绿色为拜亚动力A1

不得不说我五年前买的拜亚动力A1耳放还是很屌的。

不过。。。

和我自己做的功放还是有一个数量级的差距。

好吧, 由于我个人时间精力有限,没办法测试每个耳放和耳机之间的排列组合。以上测试结果的对比在于证明测空载阻抗的耳放输出特性没有意义。不同的耳机搭配不同的耳放会有不同的结果,要对整个系统进行评价。

至于拜亚动力A1为什么那么吊,有一本800多页书叫做《音频放大器设计手册》,有兴趣的朋友一定会在里面找到答案。(这是一个声学科普类文章,放大器属于电气类专业,在此不做过多赘述)

但即便这样,我还是无脑推荐索尼大法的播放器,原因如下:

并且索尼大法的东西做工续航都不错。拿在手里挺有分量、挺有质感的。

关于耳放本身,还有一个指标也尤为重要,那就是信噪比。耳机本身是不会产生底噪的,底噪来源于耳放。还是以钢琴为例,若输入耳放的信号如下图。

经过耳放后的输出信号变成下图这样。

音色(音质)会不会受影响呢?我想我不需要再解释了。对于耳放,底噪越小越好,信噪比越高越好。

耳机与耳放大致介绍完了。我们在看看音源(解码器、转盘)。对于解码器,我们同样需要尽可能好的频响、THD和信噪比。不过,值得注意的是解码器所用的DAC解码芯片的参数不等于解码器的实际参数。比如说ES9038Pro,信噪比高达惊人的140dB,THD+N -122dB。。。

其实这些参数都是芯片本身的参数,且在专业的电磁屏蔽实验室测得,和我们普通消费者没什么关系。我们实际买到的解码器产品除了DAC芯片以外,外围的电路设计,PCB走线,电源的选择等等都会影响整机的性能。实际上信噪比和THD表现都是低于芯片本身的,要以实际测量为准。


总结一下,这篇文章我以简洁的方式介绍了一下什么是音质,那些指标与它有关,或者说是主要关系,还有很多因素会影响音质,但我认为并不重要(其实就是我懒)。

至此,HiFi系统的两大重要衡量指标:音质和声场我已经介绍完毕。

不了解什么是声场的朋友,可以看看我以往的文章,里面有极为详尽的介绍。

如何评价一套HiFi系统,如何进行主观评价? - 鬼斧神工119的文章 - 知乎

鬼斧神工119:如何评价一套HiFi系统,如何进行主观评价?zhuanlan.zhihu.com图标

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

鬼斧神工119: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?zhuanlan.zhihu.com图标

耳机和音箱有什么区别?哪一种更好? - 鬼斧神工119的文章 - 知乎

鬼斧神工119:耳机和音箱有什么区别?哪一种更好?zhuanlan.zhihu.com图标

编辑于 2019-05-04

文章被以下专栏收录

    我是哈曼国际声学工程师,专门负责HiFi产品的主观调音和声学设计。哈曼国际(Harman)旗下拥有JBL、AKG、B&W、B&O、Revel、Mark Levinson、Lexicon、Harman/Kardon等多个知名品牌。