你的耳机需要多大推力?手机能推 300Ω?

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作者: 飞飞

由于录音行业基本用音箱工作,以至于我们没有什么机会交流耳机...

昨天@硕硕问我个问题:

我知道耳放输出电压决定推力、

我可以通过 Ω/mW 来计算 dBu、

我了解入门声卡耳放有 +6dBu、

可是我怎么知道...

多少推力能带多少欧耳机 ?

我的声卡能带多大阻抗的耳机 ?


不愧是 95 后大学生,提问很具体,需要量化分析。现在搜索引擎这么发达,我们不缺少答案,而是缺乏更有针对性的问题。

这个问题可拆分成几个小问题


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+6dBu 有多大?

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USB 2.0 接口供电是 5V 直流(±2.5V 交流),录音行业习惯转换成 dBu 来对比,我们之前有详细的 “dB” 教程,算下来是 +10dBu,这是 $99 美金价位入门声卡的“操作电压”或者“最大输出电平”,专业声卡一定会标出这个数据,例如 PreSonus iOne 的产品页

入门声卡没有太多成本,通常与音箱输出共用 AD/DA 和运放,而耳机输出是【非平衡】传输,会比平衡传输的音箱输出少一倍信号,所以 +10dBu 少一倍(-6dB)就是 +4dBu,实际上 iOne 的耳机输出是 +7.8dBu 左右,这里面可能有一点“主动放大”(下文细讲)。

这是什么样的推力 ?

有个好方法是对比手机

我们看看 iPhone 6 的实测,当然我们也测过 iPhone 7,网上连 iPhone X 的测试都有,不过这个数据是用好几万的 Audio Precision 测的,代表了最准确的水准:

看到高阻抗时 Crosstalk(串音)的水准有巨大的提升

确实阻抗越大越好

从第一行的阻抗和最后一行的输出功率,可以看出 iPhone 6 的推力分别是:15Ω / 44mW、33Ω / 26.4mW、150Ω / 6.6mW、330Ω / 3mW。然而【功率】很难直接对比大小,因为涉及阻抗,而换算成【电压】就可以直接对比了:

电压² = 阻抗(电阻) x 功率

(这里要把 mW 毫瓦换成 W)

例如表中在 150Ω 时,电压 U² = 150Ω x 0.00614,这就能算出 U 是 0.997 伏。同理算出 iPhone 6 在 33Ω 时是 0.933 伏、330Ω 时是 1.007 伏。

iPhone 的耳放 ≈ 1 伏

补充:iPad 的耳放也是 1 伏

1 伏 ≈ +2.2 dBu

比刚才的 iOne 小了近 6dBu

也就是小了一半音量

这意味着,入门声卡的音量

至少比 iPhone 大一倍

PS:所有手机的推力都是 1V 吗?下面还有 Audio Pricision 测的其他手机(32Ω 数据),HTC M8 有 1.25V 输出(+4dBu),但伴随着很大的谐波失真和频响波动;而三星 Galaxy S5 只有 0.6V(-2.2dBu),相当于在 iPhone 里减去一格的音量。

有些手机厂商吹嘘他们用了很牛逼的运放 —— 这是一个坑... 感兴趣可以看看我们写的《那些年被手机厂商玩坏的“音质”》


直接对比耳放推力还不够

“响度”还取决于耳机本身


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Sensitivity 灵敏度

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同一个耳放开相同音量

推同样阻抗的两幅耳机

音量可能不一样

因为它们的灵敏度不同

耳机的灵敏度取决于元件的素质、磁铁的强度、振膜的厚薄等因素。在同样推力下,灵敏度越大,音量也越大,通常更贵的耳机也拥有更高的灵敏度。

灵敏度经常见到两个单位

最常见的是 dB/mW

例如我们上次评测的 SONY MDR-7510,灵敏度是 106dB/mW,刚好,它的前辈 MDR 7506 也是 106dB/mW。

两幅耳机的灵敏度看似一样 ?

不, 7510 比 7506 更响

因为 dB/mW 单位涉及阻抗

不知道阻抗就很难判断大小


而高端耳机爱用另一个单位

dB / V (rms)

例如森海 HD800 的说明书

灵敏度标的是 102dB/V

这是绝对的响度,无关阻抗



dB/mW 可以换算成 dB/V,不过由于“dB”是个对数的概念,计算会比较复杂:dB/V = dB/mW - 10log (电阻 x 功率)...

还是给一个在线转换器吧...

reference-audio-analyzer.pro/en/dbv-dbmw.php

经过换算之后,

7510 (24Ω) 灵敏度是 122dB/V

7506 (63Ω) 灵敏度是 118dB/V

7510 比 7506 要响 4dB

这里的 dB 不是指“dBu”这种电压,是指真实世界的 dB SPL 声压 (气压),音箱也需要这个指标,不过测量音箱的要求是在 1 米处测量,而耳机用的是人头话筒戴着耳机测量。


那么,

同样的推力、听同一副耳机

听起来的音量就一样了?

不,每个人的耳朵都不一样


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人 耳 灵 敏 度

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小编的丈母娘近年得了糖尿病,其中一个并发症是听力下降,每次跟她讲话都要很大声,不知情的旁人还以为我们在吵架…(这个例子有点夸张...)

小编以前去录音棚,总是惊讶于录音师的“工作音量”,几乎是我的承受极限,后来采访著名录音师 Paul 老师的时候才知道,这是因为录音师们工作疲劳,耳朵灵敏度下降,工作音量的“阈值”就越来越大,而 Paul 老师混音的时候会故意用小音量,保持耳朵的灵敏度。

讲到这我们似乎很难往下写

因为我不知道你的听力水平

我只能用自己和同事@硕硕举个栗子,虽然我比他大十几岁... 测试了一下,我们的耳朵灵敏度貌似在同样水准,在公司里用 iPhone 来听 Samson Z55(灵敏度 113dB/V)时,

我们的舒适音量是衰减 7 格


iPhone 的音量调节共 16 格,我们测了一下,音量衰减 1 格是 -3dBFS、衰减 2 格是 -7dBFS、衰减 3 格是 -10dBFS、衰减 4 格是 -14dBFS、衰减 5 格是 -17dBFS、衰减 6 格是 -21dBFS、衰减 7 格是 -24dBFS、衰减 8 格是 -27dBFS...

所以我俩听歌的合理声压是

113dB - 24dB = 89dB

PS:此处 89dB 对应的只是 0dBFS 的“峰值” (瞬态/音头),每首歌的“听觉响度”或“平均响度” (下文细讲)视不同的歌曲的母带制作而不同,我们用同一首流行歌《1973》来做参考,这 89dB 峰值对应的听觉响度可能在 80dB 左右~

以此为基准,我们就能计算

其他耳机所需的响度了

例如 MDR-7510 的灵敏度是 122dB/V,iPhone 的输出刚好 1V,也就是 iPhone 的音量开到头是 122dB,而我们感觉舒适的声压是 89dB,

因此我们需要衰减的音量是

122dB - 89dB = 33dB

也就是要衰减大概 9 格音量

测试了一下,果然如此

(前提是厂商的参数准确...)

再例如,我们手头虽然没有 HD800 (300Ω),但它的灵敏度是 102dB/V,这意味我和硕硕要在 iPhone 上衰减 13dB 才合适 —— 也即衰减 4 格音量。当然这是室内的理想计算,室外可能要大一倍的音量(衰减 2 格),但这个结果让我们很吃惊...

iPhone 居然能直推 HD800..

有条件的朋友可以自我测试一下... 看完世界杯我再借更多耳机试试...

专业声卡也可以这么计算,例如我用 Apogee Duet 来推 Samson Z55,Duet 的耳放是 +19dBu,比 iPhone(+2.2dBu) 高 17dB 左右,那我在 Duet 里就不能用 -24dB(FS) 的音量了,还要再衰减 17dB,就是 -24 - 17 = -41dBFS —— 测试的结果正是如此。


那假如我们将耳放开到同一个位置、用同一副耳机、找同一个人来听歌

这下音量听起来都一样了吧?

不,每首歌的音量也不一样..



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不断增加的响度

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这是国内讨论推力时容易忽视的问题,因为普通人不可能知道音乐制作行业的内幕,但假如一个录音师没听过“Loudness War (响度大战)”,那他一定是骗子。

什么是“响度大战”


80年代,音乐越来越响

一方面,更大的歌曲音量在当时能让歌曲的音质“显得”更好,当时设备的底噪都不小(录音磁带的底噪大概 -72dB),提高歌曲的音量相当于提高“信噪比”;

另一方面,音乐的风格越来越“重”,年轻人开始听 DISCO、摇滚、金属和说唱,这些元素都陆续引入了流行歌,导致流行乐的音量越来越大;

当然音乐人这么做也有技术支撑——压缩器开始大量应用,而压缩比达到 1:10 的“限制器”也开始普及,只要想做大音量,录音师就能做到。

当其他歌手都将音量做大了

你就不能维持以前的小音量

而且你想比别人更响...

这样音量的“攀比”就开始了


录音行业近年对此有深入思考和对策,这里不讨论,本文主要讲对大众的影响。


那歌曲的音量上涨了多少?

下图是各大年份 “打榜歌” 的音量(平均响度)统计,绿色代表舒适,越接近数字音频的最大值 0dBFS 就越红,我们看到最底下,1985 年打榜歌《Brothers in Arms》还能做到 -16dBFS 的平均响度,而到了 2009 年 Metallica 的《Death Magnetic》平均响度是 -3dBFS...

40年涨了 12dB !!

这可是四倍的音量 !!!!


既然歌曲的音量更大了、声卡和手机推力更大了、耳机的灵敏度也更高了,

直推已经不再不可能



不过应该还有人表示质疑

“推得动不一定推得好啊”



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推得动 vs 推得好

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20 年前这么说还有点道理

那是“主动放大”的时代

小信号真的需要“放大”一下

而传统的甲类/甲乙类功放都会遇到“非线性”的问题:音量增加后输出电平并没有等比增加、音量增大后低频却上不去(如下图,造成音色变“瘦”)、另外底噪和失真也都一并放大了...

还有一点,1998 年中国(城市)的人均收入只有 5425 元/年,美元汇率高达 8.3,一般的音乐爱好者买不起太好的功放。

不过科技不可能 20 年不变

“被动放大”时代来了

和“主动放大”不同的是,它的音量旋钮用于衰减而非放大

它不是功放,是“功衰”

现在随便找一个专业声卡

音量旋钮最大都是 “0”



它跟“主动”放大的区别是

音量最大时, 音质最好

iPhone/iPad 和所有的手机、平板、电脑集成声卡也都是这种设计,它们的参数都是在最大音量时测得的。

而衰减音量和放大就不同了

声音的变化非常“线性”

例如音量衰减 3.5dB(FS) 时,输出电平就精确地减少 3.5dBu;

同时频响曲线没有任何波动

底噪方面不会增加也不降低

但失真会随音量降低而减少

有人会问,它们是不是在内部做了固定的“主动放大”?不是,0dBFS 对应的电压是声卡的 “操作电平”,内部所有元件都跑在这条“公路”上,像上文的 Apogee Duet,输入端就是 +20dBu,AD/DA 和运放芯片运行在 +20dBu,最后输出也是 +20dBu,从一而终。

总之对于这些新玩具,音量调节是绝对线性的,毕竟音量的调节都是衰减。

如果出现“非线性”情况——耳机的表现依然是非线性,与功放无关。就像有源音箱,内置的功放(尤其 D 类)已经足够线性,但高音头和低音单元都不够线性。


到此为止,我们已经知道

“音量”包括多方面的考量

歌曲, 电压, 灵敏度, 听力..


我还有问题留给大家


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科学还是哲学?

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每次有机会接触专业厂商 ,

我都会问他们同一个问题 :

参数能反映音质吗 ?

Avid、Apogee、UA 公司,甚至音箱厂商 EVE Audio 的人告诉我同一个答案:

“ Y E S ”

“如果不行,那参数还不全面”

就像上文 HTC 的推力确实比 iPhone 大,但失真也更高、频响波动更大。



有的国家认为音质是科学,科学就意味着可量化、可测量、可计算、可精确预测——看完本文,即使你没用过某款耳机,也可以计算出自己声卡需要用多大的音量来推这款耳机。

有的国家认为音质是哲学,或者说是美学和文学,这就没法比了…谁也说服不了谁,只能比谁资格老、比谁更有钱,这种国家即使坐拥十几亿人口,也无法做出让全球音乐爱好者认可的音乐设备...

没错,我说的就是印度

上周看美食节目,看到有村民认为只有用柴火铁锅做饭才有味道,用煤气和电磁炉做饭都不香,而且木材也有讲究,普通木头不行。你觉得呢?



最后列举几个常见问题 :

1、我怎么知道我的手机推力多少?

音质不是手机厂商关心的问题,上文的三星 Galaxy S5 推力只有 0.6V,一般也不会有厂商公布推力,如果关心音质,还是推荐用 iPhone,苹果公司拥有业内最多的音乐人。

2、我用手机能推多大阻抗的耳机?

如果你用的是 iPhone、你还年轻(听力不错),300Ω 没有问题,只是在室外你可能要将 iPhone 音量开到头,而低于 300Ω 的耳机更没问题。

3、除了推力,iPhone 的其他音质参数表现如何?

iPhone 的动态范围大概 100dB,不过 THD 谐波失真和 IMD 互调失真都非常高(手机内部的电磁互扰严重),与目前 $99 美金价位的入门级专业声卡还有一定差距。

4、我们不需要独立耳放了吗?

“被动放大”一旦衰减音量,就衰减动态范围,像 20 年前最好的专业声卡 Digidesign 888|24 动态是 110dB (+26dBu),如果衰减 40dB 到合适音量,只有 70dB 动态。这时耳放能帮上忙,像 SPL Phonitor X 有 135dB 动态,这样 888|24 出来的信号进入 Phonitor 即使衰减 25dB 也不会衰减动态。然而今日旗舰声卡如 Apogee Symphony 已经能做到 131dB (+24dBu)...
多加一个设备肯定影响音质,而且现代声卡的音质越来越好,对耳放的要求就非常严苛,耳放最好在动态、底噪、失真方面都比播放设备强,像 Symphony 的 THD+N 只有 0.00014%,而 Phonitor X 是 0.00091%(已是耳放的记录),几乎没有办法不给 Symphony 增加失真。


  • 哪有拿htc这种音质垃圾的手机来比较的啊,再怎么也该找台vivo啊~😒
    zuolun1984 评论道
    • 我的天,希望楼上是在黑vivo,,vivo那什么垃圾音质根本没法和iPhone比
      Kosmos 回复 zuolun1984
      • vivo 有段时间主打音质,说动态超过 120dB,不过网友用 AP 测出是 100dB 出头(找不到那篇文章了,其实也不错,跟 iPhone 平起平坐),锤子也试过主打一块发烧运放(这个就有点扯),但关键是国内厂商很多设计都没有延续性,锤子的新手机肯定不会用 OP2604 了。
        飞飞 回复 Kosmos
        • 感觉民用品牌里除了苹果外都喜欢把da的频率响应往不平直的调,所以下意识的感觉vivo的频率响应可能不准,就算动态范围再高也还是低保真咯
          Kosmos 回复 飞飞
    • 飞飞老师有打算测试一下homepod的频响曲线吗?我现在买了一个,如果和eve差距太大的话就不打算再买一个组立体声了。。
      Kosmos 回复 zuolun1984
      • HomePod 我们计划会写,我也买了,音质有亮点也有问题,我已经问总代理借到 SC204,还要借 KRK V4 才开始写,这两对都是 HomePod 同价位的监听(可惜真力没出 M020...)
        飞飞 回复 Kosmos
  • @错人了,然而好像没法删掉,sorry啦
    Kosmos 评论道
  • 飞飞老湿 森海 HD800怎么样?
    Ming 评论道