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耳机杂谈(0)

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云深无际
发布2021-04-14 14:20:44
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发布2021-04-14 14:20:44
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文章被收录于专栏:云深之无迹

作为一种电声换能设备,耳机其实远比我们想象的历史悠久。很多发烧友或许听说,世界上第一款动圈耳机是1937年发布的德国Beyerdynamic(通常被称为“拜亚动力”或者“拜亚”,现官方品牌名已经改名为“拜雅”)的DT48,但实际上,DT48并非世界上的第一款耳机。

1895年得一个耳机,就像一个听诊器

现在可以考证的世界上的第一款耳机,其实可以追溯至1895年甚至更早,尽管它看上去像是超大号的听诊器,但从功能上讲,跟现在的产品已经没有什么区别。1910年,美国人Nathaniel Baldwin在自家厨房里生产了第一批现代耳机,并把它售给了美国海军。至此,奠定了现代耳机的雏形。

1937年的DT48原型,它被公认为世界上第一款动圈耳机

至今,耳机已经是一个相当庞大的品类,也成为个人用户欣赏音乐的首选。但耳机的行情,不了解的用户估计很难想象。对普通人来说,各式各样的“稀有耳机”可能会让他们大吃一惊。

最贵的耳机:森海塞尔的HE1,由静电式耳机和专用放大器组成。其外壳由大理石构成,是人类耳机技术的结晶。它的售价为42.8万元,已经是一辆奔驰E级轿车的价格。

最贵的动圈耳机:索尼MDR-R10。这是索尼在日本泡沫经济鼎盛的1988年推出的一款不计成本的产品,振膜采用生物纤维制作,外壳采用制作高档乐器的榉木,与人耳接触的地方采用柔软透气的希腊小山羊皮,并搭配专用的收纳箱。发售时的价格约为4000美元,现在早已经成为稀世收藏品。

世界上第一款Walkman,以及搭配的便携式立体声耳机

频响最宽的耳机:索尼QUALIA 010。QUALIA是索尼于2003年6月,以“感质”为核心价值推出的一个奢侈品产品系列,只接受订单式制作,并且只在日本、美国推出此系列产品。QUALIA 010是这个系列唯一的耳机产品,其频响范围为7Hz~120kHz。通常,人耳能感知到的频率为20Hz~20kHz。

最贵的入耳式耳机:美国厂商Light Harmonic所推出的OSCAR XXI入耳式耳机,单边采用21个动铁单元,并将其质量控制在8g,实属工程上的奇迹。如此一款产品,价格也是不菲的,一副价格从39999元起。

日本JEITA制定的4.4mm平衡接口示意图

韩系标准2.5~4.4mm的转接线。如果你的耳机使用的2.5mm接口,但播放器却是索尼,就会用到这种转接线

而在台式设备(比如说各类解码器和耳机放大器)上,又是另一种光景,占主力的不是以上任何一种接口,而是更粗壮的6.35mm的单端接口,而平衡输出的主力接口XLR,很多普通消费者更是见都没见过。

除了接口的差异外,还有耳机线材本身的差异,从耳机线的纯度到材质到编制方式……

比如,最基本的是材料纯度,从5N到8N,1个N代表1个9(Nine),5N的纯度即99.999%,6N则是99.9999%,依此类推。

材质也值得一说。尽管铜有着良好的延展性、优良的导电性,并且不属于化学性质活泼的元素,但一丁点儿氧化物也可以改变铜的导电特性,让声音造成损失,而无氧铜则可以保证是纯净的铜单质。

再往上则是“单晶无氧铜”,整根铜杆仅由一个晶粒组成,不存在晶粒之间产生的“晶界”(“晶界”会对通过的信号产生反射和折射,造成信号失真和衰减),因而具有更高的信号传输性能。

对大多数人来说并不陌生的蓝牙Logo

蓝牙最早是1994年由瑞典厂商Ericsson(爱立信)所研发的。研发之初的设想,就是在手机和其他配件间可以有一种低功耗、低成本的连接方式。

经过不断的发展,5年后的1999年,蓝牙公布了第一个1.0版本。现在,最新的版本是5.0。早先,大多数产品支持的最高标准到4.2,但如今支持蓝牙5.0的耳机也越来越多。

对听歌这件事情来说,蓝牙发展技术中一个重要的标准是A2DP(Advanced Audio Distribution Profile,蓝牙音频传输协议)。简单地说,现在的蓝牙耳机,都是建立在A2DP这个协议基础上,毕竟,蓝牙从诞生之初并不是专门为传输音频信号而设计的,而是覆盖了更广泛的应用。最新的蓝牙5.0版本在传输距离上相对之前的版本有大幅增加,对于音频信号传输本身也是有益的。

蓝牙耳机的编解码技术

A2DP解决的是“能听”的问题。如何让声音“好听”,如何让蓝牙耳机的音质更优秀?这是业界目前最热门的话题,也是很多消费者最关注的话题。从A2DP协议最基础的SBC、到AAC再到aptX、aptX HD、LDAC和HWA,各种更先进的编解码方式不断涌现。可以说,如今蓝牙耳机的音质飞速进步,其中一个原因就是编解码技术的进步。

不同的编解码技术如何会影响到蓝牙的音质表现?这涉及蓝牙音频传输的流程:实际上,整个蓝牙音频传输过程要经历两次解码和一次编码。

具体过程是这样的:如果播放的原本是一个FLAC无损音频文件,那么整个默认过程就是播放设备将FLAC解码为PCM,再将PCM编码为SBC,SBC文件传输到接收端,接收端将SBC解码为PCM输出,整个流程后,我们听到的已经不是最早播放的那个无损音源了。如果我们播放的音源是MP3这类有损压缩格式,这个过程就会变得更糟。

我们都知道“木桶理论”:一个木桶能装多少水,取决于木桶最短的那块木板的长度。对于蓝牙耳机来说,很长一段时间之内,蓝牙耳机的音质瓶颈为蓝牙传输。即使耳机单元很昂贵,音质也会被影响。

当然,现在越来越多的蓝牙耳机开始支持各种更先进的编解码技术,比如aptX HD、LDAC、HWA,配合更高的传输带宽,极大地提高了蓝牙耳机的音质表现——至少在传输端是这样。所以我们不妨先来一一了解那些对于一般人来说稍显晦涩的蓝牙编解码技术。尽量用最通俗的语言描述技术和原理。

SBC:

SBC是A2DP协议强制规定的一种编码格式,为最基础的编码格式所有的蓝牙音频芯片也支持这个协议。

在兼容性和性能方面,SBC毫不犹豫地选择了兼容性,但其性能受限:SBC是码流最低的一种编解码方式,码流约为328kbit/s,音质不太好,而且SBC编码本身也谈不上优秀。根据实际测试的结果,最常见的SBC编码在相同码率下要比MP3格式的音频音质还要稍弱一些,最高328kbit/s的SBC音质在224~256kbit/s的MP3范围内。

SBC可以用于普通的单声道语音通话,因为

语音的频响窄。但如果用于听歌,SBC就容易出现声音毛躁生硬、撕裂感强、整体频响窄、细节模糊等问题,与传统有线耳机相比,SBC音质有明显的劣化。

由于SBC是一种出现最早、最基础的编解码方式,所以应用范围也是最广泛的。可以不夸张地说,很多人对于蓝牙耳机音质的刻板印象,要由SBC来背锅。

AAC:

AAC是Advanced Audio Coding的缩写,译为“高级音频编码”,此词出现于1997年。和MP3类似,它也是一种通用的音频编解码标准,而不限于在蓝牙音频领域使用。

和我们熟知的MP3相比,在同码率下,AAC音质也要好得多。比如说128kbit/s的MP3音频简直没法听,但128kbit/s的AAC的音频要自然很多。即便是320kbit/s的MP3仍然被人嫌弃为“声音干硬、延展不佳、缺乏活生感”,而320kbit/s的AAC,声音要细腻饱满一些。

可以这么打比方,MP3是VCD级别的音频,而AAC则是DVD级别的音频,音质自然要好很多。事实上,MP3的压缩技术确实与VCD同源,而AAC的压缩技术则与DVD同源,1999年后,AAC加入了更高级的MPEG-4压缩技术。

应用在蓝牙上,AAC的声音质量也明显比SBC要好很多。很多人也许不知道的是,如果你使用的是iPhone,以及苹果的AirPods,它们之间的连接使用的是AAC。而迄今为止,苹果的iPhone(包括最先进的iPhone Xs MAX)、iPad,都不支持更先进的编解码技术。另外,大多数人对AirPods的音质评价也是在水准之上,不认为它声音干硬毛躁撕裂,但对它的低频不满,而且还是在跟BOSE这类传统上以低频著称的耳机相比而得出的结论。

AAC格式的音频文件

aptX、aptX HD:

aptX和aptX HD来自英国厂商CSR。其实这个技术并非CSR自己研发,而是源于收购的另一家公司apt,故而有了这个略显奇怪的名字。其后,CSR被手机芯片的制造商高通收购,也就顺理成章地成了高通所力推的一种编解码标准,并随高通的芯片在蓝牙领域蓬勃发展。

和SBC相比,aptX其实在传输带宽上并没有显著增加(384kbit/s),但它的延时更低,容错性好,编解码算法上也有改变。在SBC编码的条件下,蓝牙立体声音频传输延迟时间大概在120ms,而采用aptX的编码标准,蓝牙立体声音传输延迟时间则降低到40ms。作为对比,大部分人能感觉到的延时在70ms。

aptX的Logo

aptX HD的Logo。

与标准版的aptX相比,它支持的设备要少一些

如果你的手机和蓝牙耳机都支持aptX,那么蓝牙耳机不但能获得音质上的提升,同时在连接稳定性上也有加强,而且延时也会更低,就和使用有线耳机一样。在听歌的时候延时可能不是问题,但看视频或者打游戏,一丁点儿的延时都会让你感到不悦,如果出现声画不同步,会严重影响人的体验。

aptX HD则是由aptX发展来的一种编解码标准。它把传输带宽提高到了576kbit/s,因此可以容纳更高清晰度的音频标准(24bit/48kHz)。同时,aptX HD配合特殊的频响调整技术,使得音频信号相较于aptX的提高主要在于丰富度,利用较高的压缩比增加了细节的合入。但在失真与动态的表现上,aptX HD并没有明显的提升,以至于听感上的改善有限。

另外,尽管aptX HD支持24bit/ 48kHz的音频,但依据现在的标准,并不是对Hi-Res音源(至少从24bit/96kHz起步)提供了良好的支持,在更高规格的LDAC和HWA出现之后,aptX HD处于一种尴尬的、不上不下的地步。所以aptX HD在市场上的知名度不如aptX,支持它的产品也并不多。

如何判断自己的蓝牙耳机是否支持aptX?一般情况下,产品的包装盒上一般都会做相关的标注。如果你的手机和蓝牙耳机同时支持aptX,在配对连接后也会有清晰的显示。

Tips:

Hi-Res音源是高解析度音源的英文缩写,被认为是一种超越CD质量的音源标准。传统的CD采用44.1kHz(采样频率)/16bit(量化精度)的标准,频响范围正好覆盖人耳可听到的20Hz~20kHz。而Hi-Res音源则采用更高的采样频率(96kHz以上),量化精度也提升到24bit。因此,Hi-Res音源不但能提供更宽的频响范围(高频可达40kHz以上),还能提供更好的细节表现,并提高声音还原的真实度。

耳机盒子上面得信仰脑标

信仰之跃

LDAC:

LDAC是由索尼研发的一种标准,它提供的传输带宽达到了990kbit/s。2015年,索尼在推出LDAC标准时,Hi-Res音源已经是方兴未艾,因此LDAC从一开始也考虑了Hi-Res音源的传输,支持24bit/96kHz音频的传输。同时,不同于诸如SBC这样的传统蓝牙编码技术,LDAC号称在传输高解析音频内容时,不会经过任何的劣化。因此,从理论上来说,蓝牙耳机也可以欣赏高清音源所带来的效果。

请注意这个“理论上”。因为要达成高清音源的效果,会有很苛刻的条件。首先,播放器和蓝牙耳机都要支持LDAC;其次,要播放高清音源,而不是网易云音乐或者QQ音乐里的流媒体,甚至是无损音乐。再次,要选对播放模式。

LDAC实际上有三种模式,只有最高端的音质优先模式才对应这个990kbit/s的传输带宽,才能承载高清音源。而若不手动指定,默认连接时采用的是标准模式,传输带宽只有660kbit/s,这种情况下,是无法真实还原高清音源的。除此之外,LDAC还有一种连接优先模式,传输带宽进一步降低到330kbit/s,和SBC差不多,尽管它的编解码算法比SBC优胜,但巧妇难为无米之炊,戴着脚镣跳舞,效果自然也好不到哪里去。与aptX/aptX HD相比,LDAC在规格上是明显优胜的。

但并不意味着它能和市场上的成功画等号。历史上,索尼在这方面的经验教训并不少。20世纪70年代的Betamax录像带规格,败给JVC主导的VHS格式;2000年前后音质全面胜出的MD(Mini Disc,一种小型化的、可录制的磁光盘),最后也让位于音质远不如的MP3。当然,从技术的角度来看,MD所代表的是人类在光、电、磁和机械方面的高度结合,它的价值,已经从实用性转向了收藏层面。

截至目前,推崇LDAC技术的,以日系厂商居多。除了索尼自家的产品之外,还有松下等品牌的蓝牙耳机也支持LDAC协议。同时,也许几次规格大战的失败让索尼变得更加开放,从安卓8.0系统开始,索尼将这套编解码技术授权给安卓系统免费使用。也就是说,只需要采购支持它的芯片,不需要另写代码,就可以实现对LDAC的支持。

但LDAC技术发布以来,它在市场上的号召力并没有想象中那么大。一方面,占蓝牙耳机份额最大的高通,其生产的芯片并不支持LDAC。另一方面,LDAC有一个潜在的劣势,本身对设备天线设计的要求极高,对环境干扰也比其他编解码技术更为敏感,常常无法维持“音质优先模式”(990kbit/s),而必须降到标准模式(660kbit/s),甚至是连接优先模式(330kbit/s)。这可能是因为,索尼并不是一个通信厂商,所以对这方面考虑得并不是太周全。而经常处于降级模式下运行的LDAC,其优势就没有那么明显了。

HWA:

HWA是High resolution Wireless Audio的英文缩写,直译为高清无线音频,由华为牵头研发,于2017年发布。因为同样支持Hi-Res音源,所以与之对标的是索尼的LDAC。而相比之下,高通的aptX和aptX HD已经有代差了。

但和索尼的LDAC不同,HWA不仅仅是一个单纯的编解码标准,更是一种蓝牙音频的链路标准,除了采用了最新的编解码技术(被称为LHDC)之外,HWA在蓝牙芯片、天线设计以及蓝牙耳机的DAC芯片上都有更强的“约束性”。所以,HWA实际上贯穿蓝牙音频的整个链路,而非蓝牙传输的这个过程。这是在设计概念上,HWA比LDAC更超前的地方。

为了理解两者的差异,我们可以打一个比方:

HWA意味着我们想看4K视频。播放器是4K的,HDMI连接线是支持4K的,而电视机也是4K的。只要我们播放的片源是4K的,所以就能呈现出4K的效果。LDAC只能用4K HDMI连接线进行连接,但电视机有可能只达到2K的清晰度——电视机效果如何,与LDAC无关。这样一来,虽然也能让你看到显示画面,但效果也会大打折扣。甚至,这根4K HDMI连接线有时候会出现没信号的情况,只能换成支持2K标准的HDMI连接线才可以,这就更无法实现4K效果了。

HWA Logo。其中,HWA三个字母采用简洁的直线条,有些类似音频信号波形,也代表HWA产品的简单易用稳定的用户体验。下方是HWA完整的描述,方便用户记忆HWA的品质。同时,采用了黄金底色,代表高品质

HWA传输示意图,蓝色线条圈起来的部分代表HWA所包含的部分,由此可见它并非只是只针对蓝牙传输,而是涵盖了整个传输链路

在蓝牙传输的带宽上,HWA可以达到900kbit/s,略逊于LDAC所提供的990kbit/s。但HWA内部采用的LHDC算法,则比LDAC有所改进,因此最后的实际效果反而优于LDAC。LDAC的编码技术最大限度地保留了所有的音频细节,但是由于其特殊的压缩方式,使得其在对某些类型的音乐处理后会产生明显的高频噪声,增加失真。

而根据目前的听音测试显示(现阶段还没有支持HWA的蓝牙耳机,此项测试通过支持HWA的播放器设备无线传输音频信号判断),HWA要更加圆润自然,尤其是失真度明显降低。

以下是三种最先进的编解码算法所能提供的理论数据。

还在继续增加


今天就先唠到这里:明天再见,如果我不鸽得话....

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原始发表:2020-05-23,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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