頭戴式耳機的性能和音響測試狀態

  本測試是根據日本電子機械工業協會EIAJ RC-7502,雙耳用頭戴式耳機試驗方法,所做的實驗其結果及觀念足以採信,做為參考。

  頭戴式耳機的性能以驅動機構的音響特性為第一,而束頭帶(Head Band)的緊度,耳墊對耳朵的適合感覺也很重要。如果束頭帶過緊,密貼性不好而破壞欣賞音樂的氣氛時,則不能說是良好的頭戴式耳機。還有更重要的是束頭帶的緊度或耳墊對耳朵的適合狀態和驅動機構互相配合,以決定頭戴式耳機的音響特性。因此,實際使用時的裝戴狀態與測試時的狀態必須完全相同。也就是,音響測試是把左右耳墊撐開16公分(雙耳間隔的平均值),相對結合在調整配合好人耳音響組抗的標準耦合器(Coupler),用束頭帶固定進行測試,即可相當正確。這種狀態下的測試,就和實際使用時戴在耳朵上,有相同的動作,我們基於這種觀念,加上頭戴耳機的測試用的標準耦合器而製作了測試擬似頭,如第1圖(a)所示。又標準耦合器的音響阻抗是配合人耳音響阻抗的平均值,與IEC318人造耳(Artifical ear)相同,它的等效電路如第1圖(b)。這次刊登的電氣阻抗、靈敏度或輸出音壓頻率特性、第2高諧波、第3高諧波的測試是以照片1的情形來測定的,而標準耦合器置於無響室內,不受外界──噪音、振動等的影響,進行測試。

頭戴式耳機的音響特性測定規格

  立體音響尚未普及以前,收聽音樂的頭戴式耳機只有NHK民間廣播監聽用與錄音監聽用兩種。頭戴式耳機的音響特性測定規格,在1964年制定。而日本工業規格則在JIS-T-1201中規定測聽器(addio meter)用收話器的音響測試法,及標準耦合器在1976年制定的規格。此兩種規格用於立體音響皆不充分,隨著立體音響頭戴式耳機的普及,如前述,在1978年制定EIAJ、RC-7502。這次的測試即根據此規格,下面說明關於實測項目的內容。

試驗狀態

1.標準狀態:規定在常溫(5~15)、常濕(45~85%)、常壓(860~1060 mbar)的範圍內進行測定,而在此狀態下進行實測。

2.背景噪音:規定對於測試結果影響在±1dB以內的背景噪音中進行測試。此次的實測是將標準耦合器置於無響室內來進行。

3.音響負載:此即為標準耦合器,其構造如第2圖(a)(b)所示依據和耳墊結合的狀態而使用怎樣的方法。又與第3圖(a)(b)所示的IEC模擬耳在音響方面相同,在IEC模擬耳上附有與頭戴式耳機的結合板──即EIAJ RC-7502的標準耦合器。

4.頭戴式耳機與標準耦合器的結合側壓;規定兩耳平均間隔16cm的人使用,以束頭帶加在兩耳的壓力。第1圖(a)是左右結合板以16cm的間隔,如圖或照片─1,裝置頭戴式耳機時,可自然加上規定的壓力。

測試電路

  靈敏度以及輸出音壓頻率特性的測試電路如第4圖所示。低頻振盪器OSC以及電壓控制器VR放大器A為B&K公司的1022型,標準耦合器C為日本藤木電器股份有限公司製造,附有標準耦合器模擬頭,如第1圖(a)(b)所示者,試驗用麥克風MICs為B&K 4134型,麥克風用A2為藤木公司特製的,LR為B&K公司2305型。第2高諧波、第3高諧波的測試電路如第5圖所示,濾波器以兩段連動來測試。濾波器F1、F2使用B&K公司1614型以及212型。OSC、VR、C、MICs、LR、A1、A2與靈敏度測試電路相同,動電型頭戴式耳機的電氣阻抗測試電路如第6圖(a)所示。電容型附屬轉接器輸入端子的電氣阻抗或磁極片型則以第6圖(b)所示的電路測試。用第6圖(a)和(b)的兩項測試電氣阻抗,是考慮實際使用時放大器輸出的連接狀態。一般動電到連接在頭戴式耳機的插座上,而插座端子和放大器輸出端子間連接有220~600Ω的電阻,故以電路(1)加以測試。Aurex的磁片型HR-V7直接連接在放大器的頭戴式耳機插座上,但是阻抗比在放大器側的為高,故用電路(2)測試。此時,以導納曲線(admittance curve)表示,讀取的數值正好相反。又新力的磁極片型ECR-660、STAX的電容型SR-XMI II,都是用轉接器的輸入阻抗連接在放大器的揚聲器端子上,用電路(2)來測定。此時,讀取阻抗的數值亦相反。

輸出音壓頻率特性與聽感特性

  音響測試以實際使用時的耳墊與人耳結合狀態再現的情況下實測比較好,但人耳因外形複雜,且因人而異的程度很大。又,人耳對於音響阻抗的測定值,也是未必人人盡皆相同,而且有從眼鏡腳或頭髮上方,將耳墊貼在耳朵上使用等情形,所以進行實測時,甚難考慮全部的狀態。這種條件的差別在實際的聽感上會出現音質的不同,當然耳墊的裝戴,若為覆耳型,則包住外耳殼,而耳戴型則正常地放在外耳上,這樣聽到的聲音也最好。但是因為人耳的個別差異,無法避免聽覺上有所變化。對此問題,實際的解決方法是對於音響負載在實際上產生的變化,以對聽覺不產生太大影響情況下,盡量將轉換器的機械阻抗設計小一點。

間隙洩漏與因標準耦合器不同而產生輸出音壓頻率特性

  耳墊和耳朵之間本有間隙,但標準耦合器的結合板加上洩漏而測定時,輸出音壓頻率特性,究竟會如何變化呢?考慮包括外耳在內,耳朵的個人差異,變換標準耦合器的輸出音壓頻率特性又將如何變化呢?這的確是十分有趣的問題。我們從測試試驗的頭戴式耳機中,抽出A公司的產品來測試,依照EIAJ RC-7502,首先以標準耦合器的第2圖(a)所示者,進行實測。此標準耦合器的結合板式平的,幾乎為氣密的狀態。在此結合板和耳墊之間插入直徑4.5mm和直徑6mm洩漏棒,以測試輸出音壓頻率特性。其結果如第7圖(b)(c),和沒有洩漏棒的第7圖(a)比較看看,插入直徑4.5mm的圓棒時,於1500Hz降低2dB的音壓,100Hz時降低4dB的音壓,而插入直徑6mm時,於1500Hz降低4dB,100Hz降低6dB的音壓,間隙洩漏尤其在低域有音壓降低。而洩漏常數則考慮臉型較瘦的人,插入直徑6mm的圓棒較妥。因此,此種頭戴式耳機因耳墊與耳朵之間隙有某種程度的個人差,故在第7圖(a)(b)(c)的輸出音壓頻率特性範圍內變化。根據實驗的資料判斷,因頭戴式耳機的間隙洩漏,而產生特性變化的程度為中等。將此頭戴式耳機用第2圖(b)所示的EIAJ B形標準耦合器,來測試輸出音壓頻率特性。其結果如第7圖(d)所示,和第7圖(a)比較看看,在3000Hz─5000Hz之間發現有音壓降低。這是因標準耦合器的第2圖(a)或(b)和頭戴式耳機的結合容積內傳送特性之差而產生。此差別因人而異或裝戴不同而容易產生,的確是不良現象。

  一般較大的覆耳型頭戴式耳機,其特性因振動板面積大,故不太受音響負載變化的影響。小而量輕的速度型頭戴式耳機,因fo較低而且柔軟的耳墊結合在第2圖(a)或(b)的標準耦合器的邊緣,結合容積完全相同,輸出音壓特性沒有變化。轉換器的fo低、機械阻抗小,所以音壓降低較少。故此種頭戴式耳機的導管內音壓分布不會產生個人差,至於其他機種的頭戴式耳機,也賦與聲音洩漏的間隙,或試試交換標準耦合器,測定輸出音壓頻率特性,根據其結果即可推知那種耳機的特性,因人而受影響或沒有影響。嚴格來說,即使是相同的頭戴式耳機,在耳導內的音壓也會因人而異,但最近聲頻用的優良頭戴式耳機都設計成不致因人而產生不同的耳導內音壓。此次實測的輸出頻率特性的資料是用EIAJ-RC-7502的標準耦合器,但此標準耦合器與IEC-318模擬耳相同,以多數人耳的阻抗平均值為基礎而製造,實測的資料可得到接近聽感特性的近似值。

第2、第3高諧波失真測定

  測試電路和第五圖所示,標準耦合器和輸出音壓特性相同,如第1圖(a)所示。而背景噪音必須為40dB以下,如照片1所示,將測試模擬頭放入無響室來測。失真測試時耦合器內音壓規定在600、800、1000、1200Hz的各頻率下,耦合器內音壓的平均值為104dB,而此次的測試即以此規定為標準。

測試資料

電氣阻抗特性

  測試電路如前述,考慮實際行動的電路,用電路(1)電路(2)來測。數值以dB刻度表之,校正時,紀錄標準電阻的實測值。動電型的電氣阻抗特性,如揚聲器在fo附近,因動生阻抗(motional impedance)所出現的波頂較少,全盤說來十分平坦。尤其是勝利牌HP-35、山葉YH-100、Trio KH-85的平坦驅動型(膜面驅動型)全帶域都非常平坦,這就是平坦驅動型特徵。磁極片型、電容型則具有轉接器的變壓器特性。

靈敏度以及輸出音壓頻率特性

  測試輸入以電動型為例,是測試從標示阻抗計算的1mW輸入。資料讀取的數值,即為功率靈敏度(dB/mW)。電容型用輸入電壓1V來測定。奧雷克斯HR-V7和其他相較,效率改善了阻抗高出的部份。耳墊與標準耦合器的結合為氣密狀態,所以實際的聽感是全有低音降低。遵照EIAJ規定,除了A公司以外,其餘並未實測試賦與洩漏狀態下的特性,而根據電氣阻抗特性和輸出音壓頻率特性,聽感特性可由如下的資料來推測。在低域與人耳的結合,以等效性的第8圖所示,有洩漏間隙me時的低音降低,α,α=1-St/ω²me來表示,由頭戴式耳機變換器的挺性(Stiffness簡記St)決定之,如由電氣阻抗物性所推定的fo與振動系統的質量已知的話,St亦可推知;而知道洩漏何種程度時,則知會有何種程度的低音降低。平坦驅動形成磁極片型如fo比較高時,因為振動膜的厚度只有數微米以下,所以質量小,St亦小,在聽感上能夠再生到超低音為止。從這個測試資料可推定聽感上的低音影響不大。

第2、第3高諧波失真特性

  一般來說頭戴式耳機的失真情形比揚聲器較好。低域的失真因耳墊柔軟,尤其速度型,它與標準耦合器的實質結合容積大。膜片(diaphragm)的振幅也大,故無法避免有某種程度失真;而中高域的失真則希望消除之。而失真的SN在低域最好為30dB以上,在中高域則最好50dB以上。平坦的驅動型的失真率非常良好。作為高級的頭戴式耳機,也有從物理特性來評價。電容型、磁極片都出現因變壓器而來的低域失真,但STAX SRD-7非常良好。我們的聽感非常細緻,根據由左右耳進來的聲音種類受到腦部的開關機構作用(如第九圖),而左右腦部決定領域內被分辨。


轉載大眾電子第25期 8. 1981 頭戴式耳機的實測方法與資料的看法-林寶玉/

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