淺談耳機的聲學設計 & 技術探討
發表於 : 週四 1月 24, 2013 1:23 pm本篇「淺談耳機的聲學設計 & 技術探討」文章源於一則回覆作延伸討論，重新校閱、編排文字與補充圖片，新增耳機量測翻譯文與看法分析，如有錯誤還請不吝指正！
高阻抗耳機的優勢
Prosandcons of high impedance headphones:
Headphoneimpedanceis usually increased by thinner wire and most importantly more turnsof wire inthe voice coil. More turns or loops creates a larger field (area ofmagneticinfluence). In layman's terms more magnetic force for the coil to movethediaphragm. Thinner wire usuallyworks outto a lighter, more responsive diaphragm. Depending on the headphonedesign, thismay lead to more accurate response.
Thedisplacement(amount of movement) of the diaphragm (the part that vibrates toproduce sound)can be better controlled via a more accurate flux (magneticfield to pull andpush the diaphragm). Difficultto drive for small headphone amps with low outputvoltage and low gain. Mosthigh impedance headphones need an amplifier withhigher voltage gain and higheroutput voltage, e.g. the 600 ohm BeyerDT770/880/990 series.
AllowSolidState Op Amps to work more efficiently with less distortion. Have a lookat OpAmp data sheets and a graph of distortion vs. output impedance for mostaudioOp-Amps and you'll get the idea. This is a very complex subject, but mostOpAmps are designed to output (typically) up to 10 Volts into 600 ohm loadsorhigher.
考量到磁束更加精確，在振膜運動的行程之中，能夠更好地控制住，實現更加精確、優異的低頻表現。因高密度且精確的磁束密度，最終令振膜的「推拉過程」更穩定、更容易控制，透過最佳化磁路磁束分佈的方式，讓音圈在磁隙間的運動更平順、更快速。
換言之，Tesla Technology 讓驅動振膜的力道更平順、均勻，諸如 Permendur鐵鈷合金磁驅系統或 Tesla 磁路系統均是運用類似的原理達到相同目的。
當音圈採用不同纏繞方法，或者纏繞圈數愈多都會增加單體的阻抗，因此纏繞更多圈或者更多層，故擴大音圈影響的區域，讓音圈運作得更有效率，正是為何 beyerdynamic T1 是一款高阻抗耳罩式耳機的原因了，不過電磁鐵纏繞的圈數愈多磁力愈強，卻無可避免地產生電感問題。
時值今日，beyerdynamic 第二代旗艦 T1 2nd Generation 延續舊有技術加入新型設計變革，繼承既有的纏繞線圈數與粗細，故平均阻抗維持在 600 歐姆。
此外，T1 2nd Generation 在驅動單體施加阻尼來消除高頻共振，單體後方的檔板結構移除原本的聲學不織布，替換為新型複合材質，進一步降低共振影響。
同為競爭對手的 Sennheiser 亦採取相同策略，將旗艦耳機 HD800 的生產周期壽命延長，不同的是 HD800 依然維持在產，定位更加高階的 HD800 S 來攻佔更上位的市場目標，技術規格略有改動，替換內部框架的減震材料。可見德國龍與虎的技術鬥爭沒有「止戰之時」，期待將來有機會好好品評兩大德國旗艦耳機呢！
耳機設計技術面探討
從耳機設計的技術面初步分析，beyerdynamic 利用高效率的磁路系統、音圈的纏繞圈數、封閉的腔體、低音反射孔......等設計進行調音，不過僅以低頻而論，「密閉空氣」能夠做到有效地補償，這是為何鐵三角的 D.A.D.S. 構造，僅出現於封閉式耳機而非開放式耳機之原因。
鐵三角高階封閉式如 ATH-L3000、ATH-W2002、ATH-W3000ANV、ATH-W5000、ATH-W1000X，上述型號的外殼木材材質皆不同，話雖如此，部分型號如ATH-W1000X 運用外殼上的空氣導孔改善低頻，透過不同氣孔深度來調節聲音。
鐵三角專利技術 Double Air Damping System 簡稱為「D.A.D.S.」的雙層空氣緩衝系統，按照官方型錄說明，個人理解是，運用兩層構造的內部機殼設計，盡可能壓縮振膜與空氣間的距離，達到低頻凝聚之目的。
因為耳墊確實有改變聲音的作用，MDR-XB1000 即是運用超大耳墊完整地包覆耳朵，更為密閉地傳導空氣，讓低頻不至於逸散。
由於70mm 巨大振膜對低頻的影響甚鉅，此後推出的 MDR-MA900 也繼承此項特性，該款耳機卻採用全開放式設計，故選擇遍佈透氣孔的耳罩，有助於提升「聲音在耳罩內的反射與吸收」的效果，需要藉由「低音透鏡」來集中低頻。
旗艦耳機量測總集
TheState of Flagships 是近期國外的一篇熱門文章，透過量測數據評比耳機設計的優劣，但不能代表真正聽感表現。簡略地說：場極式與靜電式有著先天上的優勢，因此在量測的某些項目獲得高分，通常場極式強項在於低頻弱項是高頻，靜電耳機反之。
動圈耳機方面，Sennheiser HD800 量測數據非常棒，唯一獲得 A+ 評分的動圈式耳機，想見 Sennheiser 的聲學設計著實高超、領先眾家廠牌，擁有平緩的低頻響應與極低失真率，為現今動圈技術創造全新的亮點與里程碑。
GRODOPS1000 之所以低頻失真極高，完全是因為低頻的延伸幾乎消失了，所以量測後結果自然慘烈。SHURE SRH1840 雖然全頻段的失真極高，卻是我聽過擁有現場感的耳機，故量測數據僅供參考，請以實際聽感為準。
高阻抗耳機的優勢
Prosandcons of high impedance headphones:
Headphoneimpedanceis usually increased by thinner wire and most importantly more turnsof wire inthe voice coil. More turns or loops creates a larger field (area ofmagneticinfluence). In layman's terms more magnetic force for the coil to movethediaphragm. Thinner wire usuallyworks outto a lighter, more responsive diaphragm. Depending on the headphonedesign, thismay lead to more accurate response.
Thedisplacement(amount of movement) of the diaphragm (the part that vibrates toproduce sound)can be better controlled via a more accurate flux (magneticfield to pull andpush the diaphragm). Difficultto drive for small headphone amps with low outputvoltage and low gain. Mosthigh impedance headphones need an amplifier withhigher voltage gain and higheroutput voltage, e.g. the 600 ohm BeyerDT770/880/990 series.
AllowSolidState Op Amps to work more efficiently with less distortion. Have a lookat OpAmp data sheets and a graph of distortion vs. output impedance for mostaudioOp-Amps and you'll get the idea. This is a very complex subject, but mostOpAmps are designed to output (typically) up to 10 Volts into 600 ohm loadsorhigher.
考量到磁束更加精確，在振膜運動的行程之中，能夠更好地控制住，實現更加精確、優異的低頻表現。因高密度且精確的磁束密度，最終令振膜的「推拉過程」更穩定、更容易控制，透過最佳化磁路磁束分佈的方式，讓音圈在磁隙間的運動更平順、更快速。
換言之，Tesla Technology 讓驅動振膜的力道更平順、均勻，諸如 Permendur鐵鈷合金磁驅系統或 Tesla 磁路系統均是運用類似的原理達到相同目的。
當音圈採用不同纏繞方法，或者纏繞圈數愈多都會增加單體的阻抗，因此纏繞更多圈或者更多層，故擴大音圈影響的區域，讓音圈運作得更有效率，正是為何 beyerdynamic T1 是一款高阻抗耳罩式耳機的原因了，不過電磁鐵纏繞的圈數愈多磁力愈強，卻無可避免地產生電感問題。
時值今日，beyerdynamic 第二代旗艦 T1 2nd Generation 延續舊有技術加入新型設計變革，繼承既有的纏繞線圈數與粗細，故平均阻抗維持在 600 歐姆。
此外，T1 2nd Generation 在驅動單體施加阻尼來消除高頻共振，單體後方的檔板結構移除原本的聲學不織布，替換為新型複合材質，進一步降低共振影響。
同為競爭對手的 Sennheiser 亦採取相同策略，將旗艦耳機 HD800 的生產周期壽命延長，不同的是 HD800 依然維持在產，定位更加高階的 HD800 S 來攻佔更上位的市場目標，技術規格略有改動，替換內部框架的減震材料。可見德國龍與虎的技術鬥爭沒有「止戰之時」，期待將來有機會好好品評兩大德國旗艦耳機呢！
耳機設計技術面探討
從耳機設計的技術面初步分析，beyerdynamic 利用高效率的磁路系統、音圈的纏繞圈數、封閉的腔體、低音反射孔......等設計進行調音，不過僅以低頻而論，「密閉空氣」能夠做到有效地補償，這是為何鐵三角的 D.A.D.S. 構造，僅出現於封閉式耳機而非開放式耳機之原因。
鐵三角高階封閉式如 ATH-L3000、ATH-W2002、ATH-W3000ANV、ATH-W5000、ATH-W1000X，上述型號的外殼木材材質皆不同，話雖如此，部分型號如ATH-W1000X 運用外殼上的空氣導孔改善低頻，透過不同氣孔深度來調節聲音。
鐵三角專利技術 Double Air Damping System 簡稱為「D.A.D.S.」的雙層空氣緩衝系統，按照官方型錄說明，個人理解是，運用兩層構造的內部機殼設計，盡可能壓縮振膜與空氣間的距離，達到低頻凝聚之目的。
因為耳墊確實有改變聲音的作用，MDR-XB1000 即是運用超大耳墊完整地包覆耳朵，更為密閉地傳導空氣，讓低頻不至於逸散。
由於70mm 巨大振膜對低頻的影響甚鉅，此後推出的 MDR-MA900 也繼承此項特性，該款耳機卻採用全開放式設計，故選擇遍佈透氣孔的耳罩，有助於提升「聲音在耳罩內的反射與吸收」的效果，需要藉由「低音透鏡」來集中低頻。
旗艦耳機量測總集
TheState of Flagships 是近期國外的一篇熱門文章，透過量測數據評比耳機設計的優劣，但不能代表真正聽感表現。簡略地說：場極式與靜電式有著先天上的優勢，因此在量測的某些項目獲得高分，通常場極式強項在於低頻弱項是高頻，靜電耳機反之。
動圈耳機方面，Sennheiser HD800 量測數據非常棒，唯一獲得 A+ 評分的動圈式耳機，想見 Sennheiser 的聲學設計著實高超、領先眾家廠牌，擁有平緩的低頻響應與極低失真率，為現今動圈技術創造全新的亮點與里程碑。
GRODOPS1000 之所以低頻失真極高，完全是因為低頻的延伸幾乎消失了，所以量測後結果自然慘烈。SHURE SRH1840 雖然全頻段的失真極高，卻是我聽過擁有現場感的耳機，故量測數據僅供參考，請以實際聽感為準。
，簡單來說，音響或耳機沒有玄學，只是缺少將科學數據來證實聽感罷了，Yazi 大您今天發的"頻響曲線"文正是一例。
