少年包工头的工作日记--探讨耳机的奥秘（一）：推不响？推不好？（草稿整理）

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小工头发表于 2006/2/23 21:31:08

“我的音源是×××，能不能推动×××耳机？”，这是论坛里常见的问题。大侠们一般都是根据耳机的灵敏度和阻抗，再加上音源的输出功率来判断这个问题应该答“是”还是“否”，有时还会酷酷地加上一句“推响不等于推好”。那么，灵敏度，阻抗，还有输出功率，它们和“能否推动”的答案之间有什么样的关系呢？“推响不等于推好”到底是什么意思呢？基础知识篇：让我们从耳机的原理说起。世面上大多数耳机属于动圈式，它的工作原理是这样的：在磁场中放置带电线圈，线圈与振膜相连，线圈在电流信号驱动下带动振膜发声。请注意，线圈是由电流驱动的，电流越强线圈的驱动力也就越大。在音源固定，耳机灵敏度固定，耳机没有烧毁的前提下，耳机输入的电流越大，耳机能够发出的音量也就越大。因此，音源的最大输出电流决定了耳机能发出的最大音量。耳机的音量和音源的输出电流直接相关，那么音源的输出电压有什么作用呢？根据欧姆定律I=U/R可知，当音源的输出电压发生变化时，输入耳机的电流也会发生变化，从而发出不同的声音。因此，音源的输出电压决定了耳机应该发出怎样的声音。在音源的许可范围内，电压变化的范围越大，耳机对声音的表现就越细致。最后介绍灵敏度的概念。耳机的灵敏度是指输入信号的频率是1kHz的时候，输入信号强度与耳机音量的比值。为什么要把频率固定成1kHz呢？这是因为，耳机本身虽然从电路的角度来说属于无源器件，但是耳机会通过振膜把电能转换成声能，而这种转换的效率随着频率不同会发生变化（大家见过耳机的频响图吧）。因此，在单纯研究灵敏度时，固定输入信号的频率，可以减少很多工作量（这也意味着灵敏度只能用来横向比较）。耳机常用的灵敏度单位有两个，dB/Vrms和db/mW。前者指的是输入信号的电压平均值为1V时，耳机的音频响度；而后者指的是输入信号的功率为1mW时，耳机的音频响度。如果知道耳机的阻抗，两者可以方便地互换。设某耳机的阻抗为R，灵敏度为D dB/mW=D' dB/Vrms，则有D'=D+30-10lgR其中lg表示以10为底的对数运算。乍一看，dB/Vrms结合了dB/mW和阻抗，似乎用dB/Vrms来表示灵敏度更加直观。但是，使用dB/mW作为灵敏度单位的耳机反而越来越多。这是为什么呢？因为与耳机的音量直接相关的是电流，而不是电压。在频率固定的前提下，音源输入的电流强度决定了耳机的音量，电压派的是另外的用场。因此，即使知道以dB/Vrms为单位的灵敏度数值，还是要结合阻抗来计算耳机在单位电流强度下的音量。再加上音源的一些特性（这个放在下一篇说），以dB/mW为单位的灵敏度＋阻抗，这样的标法更加合理。理论推导篇：设音源输出的最大电流值为Im，最大电压值为Vm（注意，有正有负哦）。设耳机的阻抗为R，灵敏度为D（单位不重要，反正可以换算）。设音频信号的最大值为M，由于电压信号和音频信号成正比，所以音频信号值为M时，电压信号的值是Vm。设n时刻音频信号的值为n，音源输出的电流值为In，电压值为Vn，则有：Vn=n/M*Vm耳机是无源器件，作用在耳机上的电流全部来自音源。对于耳机来说欧姆定律始终成立，所以有：Vn=In*R注意，音源的最大输出电流为Im，所以In <= Im始终成立。此外，输出电压和输出电流不一定能同时达到最大值，所以Vm=Im*R这个等式并不一定成立。综合上面几个等式，得到n时刻作用在耳机上的电流值：In=n/M*Vm/R，若n/M*Vm/R < Im;In=Im，若n/M*Vm/R >= Im得到In之后，就可以算出n时刻耳机的音量Sn：Sn=In*D=n/M*Vm/R*D，若n/M*Vm/R < Im;Sn=In*D=Im*D，若n/M*Vm/R >= Im;（假设耳机正常工作）可以看到，M，Vm，R和D都是定值。所以，在音源允许的范围内，耳机的音量与音频的输出电压成正比，也就是和原始的音频信号成正比。这就是说，音频信号能够准确还原。假如Vm过小（或者D过小，或者R过大），虽然耳机音量还是和与音频信号成正比，信号还原不走形，但是音量太小，人耳听不清楚。这就是传说中的“推不动”；假如Im过小，那就相当于音频信号被削去了一部分，输入耳机的信号已经有了失真。于是就会造成声音的变化：声场变形，声音发糊等等。这就是传说中的“推不好”；假如Im过小而D够大（或R够小），那就是会出现这样的情况：耳机音量足够，但是声音走形。这就是传说中的“推响不等于推好”；由于实际音源只给出了额定功率，而没有给出Im和Vm的值（实际上，这两个值和耳机本身也有点关系，放在下一篇说），所以，仅仅知道音源的输出功率，无法准确判断音源能否把耳机推好。最后指出一点，灵敏度只是一个参考值。事实上，耳机对不同频率信号的电-声转换比率是不一样的（这就是传说中的“频率响应”）。实际的音乐往往含有许多各种频率的信号，因此，实际音源信号对耳机的影响，远比上面所说的复杂。实战印证篇：从楼上的理论推导出发，可以得到这样一些推论：如果耳机的灵敏度（D）较小，或者阻抗（R）较高，就容易发生“推不响”的情况。把发生“推不响”情况的条件n/M*Vm/R >= Im变换一下，得到这么一个式子：R <= n/M*Vm/Im < Vm/Im这个式子说明什么呢？如果耳机的阻抗较小，就容易发生“推不好”的情况。注意，这个结论和耳机的灵敏度无关。也就是说，低阻高灵敏度的耳机（典型的随身听耳机都是低阻高灵敏度的哦）同样容易遇到“推不好”的情况。这真是一个诡异的结论……且听下文。接下来，举几个实际的例子。高阻低灵敏度的耳机，很不容易推响。AKG K240DF就是其中的典型，随身听根本没戏；高阻高灵敏度的耳机，相对容易推响，也不容易遇到“推不好”。具体表现是：不挑前端，容易出好声。这方面的典型是森海塞尔HD600，在电脑上也能有不错的表现；低阻高灵敏度的耳机，容易推响，但是不容易推好。具体表现是：容易出声，但是声音表现比较糟糕。这方面的典型是拜亚动力DT231，在随身听上也能轻易出声，但是声音单薄，人声凹陷，上了耳放之后会有脱胎换骨的表现；低阻低灵敏度的耳机，既不容易推响，也不容易推好。这方面的典型是AKG K501，公认的难搭配。勘误篇：从楼上的推论看，高阻高灵敏度耳机既容易推响又容易推好，似乎高阻高灵敏度耳机才是随身听的最佳搭配，但实际上并非如此。由于实际音源的一些特性（还是放在下一篇说），耳机的阻抗会影响音源的输出参数，所以高阻耳机不一定是随身听的理想搭配，而低阻高灵敏度耳机也不一定在随身听上就推不好。本文原创，首发于51erji.com和imp3.net

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