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            纯干货!完整揭秘耳机放大器(一)
            更新时间:2020-5-13 10:20:07 编辑:温情 醇音音响 调整文字大小:【

            -译者序- 本文翻译自德国LAPE PEOPLE的技术总监Fried Reim撰写的《The Headphone Amplifier Cookbook —— Why bother with a headphpne amp at all?》。此书意在用尽可能浅显易懂的语言去解答发烧友关于耳机放大器的一些疑问,比如耳机放大器存在的意义、耳机放大器好声的重点,同时对于一些技术特点做一些解释。是发烧友初识耳机放大器非常好的科普读物。

            -1- 为什么需要一台耳机放大器?

            耳机不仅仅是一个小型的扬声器吗?如果可以有的话,耳机不需要一台小小的放大器吗?

            耳机放大器是一种处理音频信号的设备,其目的是使音频信号能匹配耳机不寻常的特殊之处。从表面上看,这没什么大不了的。事实上,这也很容易做到。但是,就像几乎所有的事情一样,细节决定成败。制造一个能适配任何耳机的放大器你就必须花费相当的一段时间。

            耳机有很多变量。其中有两个重要的特点:阻抗和灵敏度。

            通常,我们可以说阻抗高的耳机比阻抗低的耳机灵敏度低,而阻抗低的耳机一般灵敏度比较高。情况不总是如此,但大多数情况下是这样的。

            高阻抗耳机比低阻抗耳机灵敏度低。

            既定耳机的灵敏度通?梢杂胐B(声压)/mW来表示。让我们来看看两个型号。AKG K1000的灵敏度为74dB/mW,而Sennheiser HD25的灵敏度为108dB/mW。要获得相同的声压,相较于HD25,我们需要要花超过2500倍的功率在K1000上。

            为什么可变放大系数很有用 预增益(PRE-GAIN)配置于 LAKE PEOPLE 和 Violectric上

            因为耳机贴近耳朵工作,实质上它们的灵敏度比喇叭高得多。一些入耳式耳塞具有极高的灵敏度。这会让听众注意到放大器恼人的底噪。

            物理定律意味着一定会有底噪。它的音量取决于放大器的基础增益(及其输出级)?悸堑降缏肺榷ㄐ,增益不能设置太低。这就是为什么基础增益通常在10-20dB左右,即增益系数在3-10之间。

            灵敏度高的耳机不需要很大的增益,而高阻抗的耳机与之相反。

            一方面为了获得最低级数的噪声,另一方面又要有尽可能大的增益,最好在输出级之前配备可变的增益。我们称之为预增益(PRE-GAIN)。

            预增益一方面使噪声达到最低水平,另一方面使增益达到可能的最高水平。

            在我们的产品上,通常我们提供5级(预增益):-12、-6、0、+6、+12dB。

            让我们看两个(极端的)例子。通常情况下,音量设置为最大时耳机放大器的增益为8dB (x2.5)。

            例1: (前端)放大设备提供了一个4V的电压。但是某耳机只需要2V就能有100dB的声压。在8dB的增益时的最大音量,耳机放大器将提供10V电压。所以你必须非常小心地调整音量控制,避免损害自己的听力。另外,必须避免输入端有噪声,因为它也会被(同等)放大。

            使用预增益(PRE-GAIN),输入电平减少了12dB(1/4)。一个4伏的输入信号被转换成一个1V的信号。这个信号的电压再被放大2.5倍而变为2.5V。现在你可以放心把音量调大。

            例2: (前端)放大设备提供了一个1V的电压,某耳机则需要10V的才能有100dB的声压。如果音量最大时,8dB的增益,耳机放大器只能提供2.5V的电压。而这远低于耳机的需求。

            我们可以使用预增益(PRE-GAIN)把输入电平增加12dB(x4)。1V就变成了4V。然后在放大2.5倍变成10V。这正是耳机所需要的电平。

            为什么内部高电压是重要的

            耳机不需要很大的功率。但是P=U²/R意味着,在既定的电阻下,功率与电压的平方成正比。故而,耳机的阻抗越大,所需电压也就越大。

            对于达到最大的音量,这只有部分关系。音乐瞬息万变,这对于传输信号的技术提出了实质性的要求。

            一个快速的脉冲可以将最大工作电压为+/-15V的常规放大器压迫到它的极限。LAKE PEOPLE与Violectric的产品内部电压通常有+/-30V。这会让你更淡定、给与你更多的控制余量,在没有失真的情况下给予耳机线性的驱动力。那将延长昂贵设备的使用寿命。

            为什么高阻尼系数很重要

            在创造一个力以后,每个电力系统都会产生一个反作用力(反电动势)。当放大器驱使耳机的音圈做位移,其后音圈回到初始位置时,就会产生一定量的电压。必须尽量抑制这类电压。那放大器的输出阻抗就要尽可能低。因为这可以吸收尽量多的电流。

            阻尼系数描述了放大器的输出阻抗(=输出电阻)与既定负载之间的关系。

            假设负载(耳机音圈阻抗)为50欧姆。当放大器在输出阻抗小于0.1欧姆时,阻尼系数则将超过500。

            但是放大器的输出阻抗和耳机的阻抗对于频响曲线的线性不利:扭曲。随着放大器输出阻抗的上升和耳机阻抗的下降,这种效应会越发明显。

            因为阻尼系数不同,耳机在不同放大器上的听感也可能会有差异。

            这就解释了为什么有些人“更喜欢”将耳机接到某台特定的放大器,而不是随便其他什么放大器。

            为什么要使用继电器来开机/关机?

            每个放大器在开机或关机时都会产生噪音或干扰。这可能会损坏任何连接着的耳机。

            我们可以使用一个连接着外加的电子元器件的继电器,使得耳机和放大器之间的联系有一个延迟,并在关机时即时切断。

            一旦预期有非正常的运行状况,这项(措施)就可以;ざ。

            为什么限制频响范围是有益的?

            声音(信号)是交流电。年轻人可以听到从20Hz到20000Hz的声音。随着我们年龄的增加,对高频就越发不敏感。

            为了更好地再现这段频率,放大器的频率响应应该尽量宽、尽量线性。下限由直流电压(0hz)决定。显然,不可能更低。上限可以设定为(几乎)任何期望的值。但这也使得设备对电磁干扰非常敏感。

            虽然你不能直接听到它们,但它们与可闻的频率混合后就能够被听到。因此,不限制频响范围实际上是相当不负责任的行为,而不是一种令人叹服的工程能力的标志。

            为什么一个优质的音量控制很重要?

            音量控制是一种机械制动器。这类产品涵盖了全球市场上的各个价位段。如今,它们经常被电子元件取代。然而,这种电路往往在动态、噪声和失真等方面有缺点。

            对于高品质的应用,由半导体制成的电阻元件、质量好的“多插头”回路和物理隔离每个部分是理想的方式。为了保证多年无故障使用,您需要高品质的组件。

            然而真正优质的电位器市场很小,所以像Noble和松下等厂商已经停产这类产品。这就是为何Alps的RK27是最好的选择之一。

            更多关于音量控制的阐述请看第(二)部分

            为什么平衡信号更好

            与单端信号相比,平衡信号使用两根导线(外加接地)。在“发送”端将原始信号反相(相位移动180°),一个对称的信号被创造出来。一根导线发送信号(a),另一根导线发送信号(-a)。在“接受”端设备中,信号被送入差分放大器。这就能得到(a)-(-a)=2a的差值。

            在两个设备之间的路径上可能会引入噪声。噪声是同相的,也会到达差分放大器。这就产生了两个噪声元素(s)-(s)=0的差值。理想情况下,这将消除沿信号路径引入的任何噪声。

            更多有关平衡信号的阐述请看第(三)部分

            为什么具有平衡驱动(SYMMETRICAL OUTPUTS)的放大器更好

            普通(单端)耳机有3根导线,可以插入3-pin的耳机插孔。当左右声道的信号沿着专门的导线从放大器传递到耳机时,从耳机返回放大器的回路只用一条导线。因此,左右声道残余的能量沿着这条公用导线从耳机回到放大器的耳机插孔,以及接地段。放大器内的每个元件,导线、插座和接地线在电压降低时都具有特定的电阻。这会“污染”带有L+R-残余单声道信号的接地(它应该是完全中性的,因为它是参考点)。其结果是串扰,作为声道之间的互调失真,它测量得到,也听得到。

            平衡驱动需要有4根线从放大器到耳机。每个耳机音圈被2个放大器以180°相位差“推-拉”驱动。当一个“推”时,另一个人“拉”。这意味着不仅输出电压翻倍,音量明显更大,而且接地不受任何串扰干扰。

            更多有关平衡驱动的参数请看第(三)部分

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