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【推力科普】计算所需推力,只看耳机灵敏度?还有这些因素不能忽略

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发表于 2020-9-14 17:49 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 江苏省南京市
本帖最后由 xduoo 于 2020-9-14 17:48 编辑

在开始之前,大家看看这几位烧友,他们说的对吗?

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这几位的观点,总和起来就是:
现在的耳塞灵敏度都很高,耳放工作工作的时候,
只要输出1mW不到,就能让耳塞的声压级/响度,
达到正常听音的85dB~90dB了。
那么问题来了!
耳塞的灵敏度很高,就不需要推力了吗?
答案是:需要!

原因一:
计算耳塞所需的推力,不能只看标称灵敏度。

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在百度百科中,灵敏度是施加于耳机上1mW的电功率时,
所产生的耦合于仿真耳(假人头)中的声压级,
1mW的功率,是以频率1000Hz时耳机的标准阻抗为依据计算的。

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即输入1mW时,@1kHz响度。
这意味着什么呢?
同一耳机,不同频率,灵敏度不同。

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灵敏度不同,所需要的功率也就不同。

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打个比方,
一排人站队,中等身高为175cm。
但队伍里也有160cm和180cm。
这时,需要给所有人配一双鞋,
让他们都要超过180cm。
但是却只按照175cm的人选鞋。
导致160cm身高的人,
依然没有达到180cm。
所以,计算耳机所需的推力,
不能按照标称的1kHz灵敏度来计算。
1kHz需要推力=耳塞推响功率
1kHz需要推力≠耳塞推好功率

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原因二:
人耳对不同频率,敏感度不同
因为等响度曲线的存在。
不同频率要听起来一样响,
实际的分贝值是不一样的。

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举个例子。
同一个辣椒,四川人吃了,觉得不辣
但是其他地区的朋友吃了,觉得很辣
如果要让湖南人也觉得很辣。
应该怎么办?那就需要更辣的辣椒。
同理,让不敏感的低频频段和高频频段,
在人耳中,有与敏感频段的一样的响度,
需要更大的推力。


原因三:
不同音乐、频率、时间,所需功率不同。
这句话比较难懂,不妨拆开来理解。
不同音乐类型,所需功率不同;
在声谱图中,颜色越鲜明,所需的能量越强,
这里可以看出,不同音乐,能量是不一样的。

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通过这三张声谱图可以得出:
乐器独奏所需功率最小;
复杂流行人声所需功率中等;
大动态大编制所需功率最大。
同理也可以证明:
同一音乐,不同频率,所需功率不同;

13.jpg

同一音乐,不同时间,所需功率不同。

14.jpg


理论小结
为什么耳塞灵敏度很高,还会需要大推力?因为上述的三点要求:
1、耳机频响要求——计算耳塞所需的推力,不能只看标称灵敏度;
2、人耳感知要求——人耳对不同频率,敏感度不同;
3、音乐表现要求——不同音乐、频率、时间,所需功率不同。

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也说明了,推响≠推好
在表现不同音乐时,需要的功率差异非常大。
比如一般流行人声:

16.png

又或是大动态大编制:

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而储备功率就好比跑车里多出来的马力,
能够让跑车在需要的时候,有足够快的加速。
可能平时不一定全部用得着,但必要时不可少。
同理耳塞灵敏度很高,
但是在耳机频响、人耳感知、以及音乐表现,
三方面要求时,依然需要大推力,作为储备功率。


实际情况呢?
我们采用了下述的器材进行了实际测试。
*手机=》华为Mate30
*小尾巴=》乂度Link2 输出功率150mW@32Ω
*耳机=》AKG Q701(62Ω、93dB/mW)
功率测试仪=》APx500音频分析仪
测试曲目=》陈小春《算你狠》
测试软件=》QQ音乐

18.jpg

19.jpg


在不播放音乐时,输出功率为几十~几百pW。

20.jpg

在正常音量播放音乐时,输出功率峰值可达十几mW。

21.jpg

在音量调大之后,输出功率峰值高达几十mW~100mW+

22.jpg

23.jpg


本次测试中,可以得出结论由乂度xDuoo工程师:韦工进行测试。
并且可以得出结论,
前端在播放音乐时,功率的输出是不停在变化的,
其中峰值功率最高可达100mW+,
最低时,可能只有几mW~10+mW。

24.png
并且他表示:
耳机选功放时,
需要功放的输出功率,
为耳机最大承载功率2-3倍以上,
才能很好驱动。

25.png


最后总结
通过理论和实验测试,我们可以得出结论:
推力足够≠基础功率
推力足够≥峰值功率
推力足够=基础功率+峰值功率。

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再加上影响储备功率的3重因素
1、耳塞全频段灵敏度;
2、人耳频率敏感度;
3、音乐风格。

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综合上述几点,即便耳塞的灵敏度很高,
也依然需要一定的推力,来保证能完全推好,
并且计算推力需求时,
并不是单独看标称灵敏度就ok的。
本次科普还有视频版,【戳这里】。
如果有任何疑问、意见或建议,欢迎在下面留言。
最后感谢您的阅读。
发表于 2020-9-14 17:55 | 显示全部楼层 来自 江苏省
本帖最后由 q6_6per 于 2020-9-14 17:59 编辑

必须顶。
科学不分公司。


功率余量,最好是5倍以上,2倍留给把飚出去的2倍拉回来的力气用。

传说,美国军标,10倍起步。


我国大卡车,就是那种把老桥压侧翻的那种,机械设计余量30倍以上。


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发表于 2020-9-14 18:36 来自手机 | 显示全部楼层 来自 江苏省南京市
很专业的分析,学习了
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发表于 2020-9-14 18:49 来自手机 | 显示全部楼层 来自 云南省保山市
很好,近年打着科学hifi幌子的垃圾越来越多了,需要楼主这样的。
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发表于 2020-9-14 18:51 | 显示全部楼层 来自 上海市
说耳放没用,打马赛克的那位是鬼斧神工吗?
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发表于 2020-9-14 19:00 | 显示全部楼层 来自 上海市杨浦区
支持科普贴
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发表于 2020-9-14 19:24 来自手机 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
学习了
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发表于 2020-9-14 19:28 | 显示全部楼层 来自 山西省太原市
本帖最后由 音质评标 于 2020-9-14 19:35 编辑

现在人家抓住这个实验是你开最大音量时是否已经超过人耳所能承受的范围,这个实验apx500测试的时候 没有写是多少DB的音量 希望工程师给补充下
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发表于 2020-9-14 19:42 来自手机 | 显示全部楼层 来自 内蒙古赤峰市
顶帖
非常好的科普
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发表于 2020-9-14 19:47 来自手机 | 显示全部楼层 来自 江苏省南京市
我一直以为灵敏度是用白噪声测的,原来是1KHZ单频信号啊。
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发表于 2020-9-14 19:51 | 显示全部楼层 来自 北京市
好活当顶
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发表于 2020-9-14 19:58 | 显示全部楼层 来自 北京市
回龙教主 发表于 2020-9-14 19:47
我一直以为灵敏度是用白噪声测的,原来是1KHZ单频信号啊。

几乎所有的参数测试都是基于1KHz正弦波的,你信不信测试其他的波形数据会有一大批设备表现惨不忍睹,方波就会让现在的绝大多数设备惨不忍睹,只有NOS R2R勉强能看,但是NOS R2R的正弦不能看
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发表于 2020-9-14 20:26 来自手机 | 显示全部楼层 来自 江苏省南京市
小米气态键盘 发表于 2020-9-14 19:58
几乎所有的参数测试都是基于1KHz正弦波的,你信不信测试其他的波形数据会有一大批设备表现惨不忍睹,方波 ...

你说的我不懂,觉得灵敏度就是响度和功率的关系,一直以为是用白噪声测试的。如果是1khz的正弦波为基准,感觉失去了参考意义
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发表于 2020-9-14 20:53 来自手机 | 显示全部楼层 来自 上海市徐汇区
回龙教主 发表于 2020-9-14 20:26
你说的我不懂,觉得灵敏度就是响度和功率的关系,一直以为是用白噪声测试的。如果是1khz的正弦波为基准, ...

你说的是从更全面的角度来看。
但是时期情况是几乎所有的此类测试(远超过音频家电的范畴,甚至包括各类仪器)就是以1k为基准。
而白噪声,对于不同系统,他所指的带宽是不同的(理论上是指直流到无穷高频率)。
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发表于 2020-9-14 21:05 来自手机 | 显示全部楼层 来自 江苏省南京市
这个要顶起 让大家了解更多
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发表于 2020-9-14 21:41 | 显示全部楼层 来自 北京市
lz说的太繁琐了,说简单点好理解一点,推力大应该是在比较小的音量下声音素质(细节 密度 动态 声音力度)和大音量下差距不明显,说简单点就是比较小的音量下声音照样非常有劲并且不失细节!推的响不响不是看驱动力,是看耳放的增益大小,有些高端耳放增益反而做的不大经常要开到50%以上的音量,但可以做到80%的音量下声音不失真!反而一些低端耳放驱动力不强但增益做的很大,开一点音量声音就大的吓人,让一些人误认为推力很大!
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发表于 2020-9-14 21:49 | 显示全部楼层 来自 陕西省西安市
支持科普贴,不过对楼主文中写到的正常听音需要85dB~90dB保留疑问,这个声压听一晚上估计就聋了,我专门买了个噪声记测过,大耳机正常听音60多db就很大声了。
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发表于 2020-9-15 02:17 来自手机 | 显示全部楼层 来自 广西南宁市
支持科普
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发表于 2020-9-15 02:36 | 显示全部楼层 来自 贵州省贵阳市
过马路小心 发表于 2020-9-14 21:49
支持科普贴,不过对楼主文中写到的正常听音需要85dB~90dB保留疑问,这个声压听一晚上估计就聋了,我专门买 ...

是的,一般情况下耳机最终播放音乐歌曲输出长时间的平均响度,要在60db-70db之间为宜,超过80db肯定会影响听力的。

但是在这个响度下,前端所需要输出的瞬时最大响度往往在105db-110db了。
也就是说耳放起码要有驱动耳机到110db响度的电压摆幅以及不失真输出功率,这才能算是能真的推动起来。
一些前端的电压输出也许可以把耳机推响到110db的峰值,但这时的失真率会明显大幅上升瞬间爆炸,这就是推不动的表现。
至于说推好,那要求甚至不仅仅只有110db,要提高到115db甚至120db。
而且失真率不仅仅要看THD+N大小,还得看谐波的奇偶大小,IMD+N、瀑布图等等更多的数据。


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发表于 2020-9-15 02:55 | 显示全部楼层 来自 广西南宁市
大型打脸现场
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