Allion Labs/Greg Tsai

对于耳机扬声器的基本声学性能,百佳泰团队将在本文分享讨论以下项目:

  1. Frequency Response (频率响应,简称频响或FR)
  2. L/R Balance (左右声道平衡)

由于耳机的配戴每次都会略有不同,因此需要透过多次的量测,并以统计手法来确认其性能。以下数据是每次耳机重新摆放就量测一次,在相同条件下共量测5次耳机。

首先,请看FR重复量测5次的数据:
(我们以0dBFS的测试信号再分别以50%、100%的音量进行播放)

在这两张图中,可以看到右边声道的Speaker在5次重复摆放的量测结果比起左声道来得收敛,并且低频发散得比较开。为了进一步探讨,我们分别对其50%音量的5次量测,以最大值减去最小值的方式更能清楚观察发散的情形,做图如下:

其中,低频差异比较大的现象,在百佳泰丰富的测试经验上是因为耳罩与脸颊贴合的泡绵出现缝隙,或是头带的结构设计上其夹力不够,导致低频外泄。以这只耳机来说,必须要先解决左声道的低频外泄问题,然后再看L/R Balance才会比较有意义。

就生产实务上的理解,应该是制造厂在耳机组装之前就会先对喇叭单体进行量测并做配对,但若耳罩的泡绵垫设计不良,或是组装出现质量问题时,仍然会导致左右耳的响应出现差异。此外,也有可能是制造厂因为成本考虑,而未做左右耳匹配。

再来,对于5次量测的数据中,高频差异也比较大的问题,涉及了两个层面:

  1. 物理上的因素:以5次量测差异开始明显增加的9kHz为例,声速假设是343m/s,那么波长就约有8公分;14kHz的波长也有约2.45公分。这些波长和耳机尺寸相接近,高频率的声波在耳机就不会是均匀稳定的,会因为配戴的些微差异而造成高频FR曲线的差距较大。
  2. 制造工艺:耳机或扬声器一般的制造工艺上,特别是扬声器振膜,光是些微的材料差异,就有可能使高频振动模态出现不同,因此FR曲线在高频也就难以做到一模一样。

在5次量测中,FR曲线在高频出现差异是必然的,若要设限,就必须加以放寛对差异的容忍度,或者是将管控范围设到2kHz以下就好。

对于FR曲线有了以上基本的认识以后,接着来看L/R Balance。

前面有提到FR需要做5次的重复摆放,因此我们将左右耳各自5次的数据平均,将两条曲线再做相减就可以得出左右平衡的评估。

对于左右耳平衡该如何管控的问题,可以考虑先排除7kHz以上的频段 (如前述的分析,高频易有差异),再来是排除低频声泄漏的问题,故下限可以设定在400Hz,也就是说,耳机扬声器的L/R Balance管控范围可以设定在400Hz~7kHz之间,甚至只单看1kHz就可以了(但可能要视个别机种做调整,因为可能不巧在1kHz刚好有较大的起伏)。

就百佳泰丰富的专业经验,我们在本文分享了业界普遍的做法,还有部分数据分析技巧,若您阅读后有何疑问咨询或是相关测试需求,欢迎与百佳泰联系