头戴式降噪耳机如何测试

耳机音质的测试是一项非常专业和主观的测试。专业在于,频率响应曲线、积累频谱衰减、方波响应、阶跃响应、阻抗-相位特征曲线等数据需要借助几十万的设备和专业的测试环境才能完成极为精准的测试。主观在于,耳机是一个耳朵听的产品,每个用户对于“优秀”的界定是不同的。因此我们将耳机音质的评判分为客观数据和主观评价两个部分。

客观数据部分的测试,我们与专业的检测机构国家广播电视产品质量监督检验中心合作,其声学检验室始建于1986年,提供符合标准的声学测试和音质评价的声学环境,配备齐全的声学测量仪器和工具,是国内设施最齐全的电声产品声学性能检测实验室,也是国内最早开展声学检测的国家级实验室。

一、音质

耳机的测试需要使用仿真耳、仿真头部、仿真躯干,用来模拟耳机使用的环境。测试用的麦克风需要放置于仿真头耳膜的位置,用来尽可能地模仿人体环境。

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1、扩散声场

不同于在消音室,麦克风在模拟耳道时会有另一个变量:在耳道中的不同的位置会导致麦克风记录下不同的频率。这是由于耳道的结构导致的共鸣,这共鸣倾向于出现在3KHz左右的位置。失真需要补偿,因此一个正确的校准对于精确地测量是必须的。

2、使用的仪器,设备连接

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3、频率响应曲线

频率响应曲线可以说是关于声音特性的许多曲线图中最重要的曲线图。通常,任何关于声音特性的描述都可以被认为是对频率响应曲线的详细阐述。

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 图像的水平轴表示信号的音调,单位是赫兹(Hertz),垂直轴表示给定音调处的声音的强度,单位是分贝(dB)。 频段划分为: 30-150Hz为低频段, 150-500Hz为中低频段, 500-5KHz为中高频段, 5K-16KHz高频段。

举例来说,如果频率响应曲线小于100赫兹的部分被修改,就会改变贝斯和几乎全处于深低音范围内的底鼓的声音。如果在这个范围内把曲线上移,就会带来有能量和深度的低频,但如果图像的这一部分被强调太多,声音往往会因为高频被低频所掩盖而变得浑浊。

另一方面,如果图像在这一部分显著降低,那么声音就会听起来弱而且空,如果正面地说,低音会变得“温驯而且得到控制”,负面地说,就是“薄”。

钢琴和人声倾向于受到中频的改变的影响,如果中高频被提升,那么钢琴声和人声听起来就会更加精细,如果中低频被提升,钢琴声和人声听起来就会更暗更钝。

最后,频响曲线的高频部分的改变可导致某些乐器,如踩镲的声音改变——如果从5KHz频率往上的范围有显著的存在,那么像踩镲这样的乐器就会听上去特别亮和清晰,但如果低频缺失的话这声音听上去会过于激烈。

正如你所预期的,Hi-Fi耳机在“忠实地呈现所录制的声音”这个意义上,要做到在整个可听频谱范围能有平坦的频响曲线,从20Hz到2KHz。有时候,有些产品被设计的时候就采取了有限的频率响应范围,但是除非这个耳机被设计出来用于特殊的功能(例如用于给舞台上的歌手的增强中频的反送耳机),一般来说会期望耳机有更宽的频率响应范围。

4、阶跃响应

阶跃响应是通过向耳机传递阶跃信号(如Lynx图所示)而获得的图。水平轴是时间; 垂直轴为电压 - 该图显示了电压随时间的变化。

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理想情况下,信号应在原始输出中按指数衰减,但大多数产品往往在<20mS内显示一些纹波,并快速衰减。好的耳机,如森海塞尔HD600只产生轻微的波纹。阶跃响应与产品的灵敏度和频率响应是相关的,并且像Lynx L22的响应那样,显示指数式衰减而没有波纹是令人满意的。

 5、冲激响应(脉冲响应)

当一个脉冲信号(非常短同时高强度的信号,像是枪击)作为输入时,耳机显示的响应是冲激响应。就类似于开一次枪,然后看它的声音响度是如何随时间变化的。

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一个理想的冲激响应曲线图应该是像Lynx L22这样的情况没有波纹的。 

6、累积频谱衰减(CSD)

“累积频谱衰减”就是在频率响应曲线图上增加了一个Z轴,为时间轴。因此“累积频谱衰减”是用来理解声音的强度是如何随着时间衰减的。

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 图像展示了声音强度跨越频率随时间的变化。所以一个好的耳机的标志是跨越整个频谱有平衡自然的衰减,如果频谱的一部分衰减明显比频谱其他部分要慢,说明在这个频率范围内有一个共鸣。这使得CSD成为测试驱动单元的闭合性不可缺少的一个工具。 

7、阻抗和相位特征曲线

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频率和阻抗的变化关系,以及频率和相位的变化关系的两条曲线在一个表格。Phase是相位/频率曲线, impedance是阻抗/频率曲线,是指扬声器在输入不同频率信号时表现出不同阻抗值的“阻抗/频率”曲线。曲线的平均高度所对应的阻值就是耳机的阻抗,其中出现一个大的波峰时,通常预示着发生单元共振(driver resonance)的地方。

8、主观试听

 主观评价方面,我们邀请10位同事,经过训练,他们对于耳机的动态,解析度,频率等概念以及如何去听有了比较清楚的认识,然后从如下几个维度进行打分。然后对每一项算出平均分。

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动态的测试,我们主要选用了贝多芬的歌曲“Piano Sonata No. 8 in C minor”

解析度、透明度的测试,我们主要选用了Radiohead的歌曲“Planet Telex”

高频相对于中频、高频质地的测试,我们主要选用了巴赫的“ORCHESTRAL SUITE No.3 In D Major, BWV.1068” 鷺巣詩郎编曲版本。

低频相对于中频、低频音质的测试,我们主要选用了Charles Mingus的“Cryin' Blues”

 

试听以上选用的曲子时,我们一方面侧重于对曲子所对应的维度进行打分,同时也会注意其他维度,进行综合评分。均衡是重要的,例如,一个耳机的低音过重时,其高频的表现分数就会打折扣。

二、降噪性能

被动降噪耳机是用简单的物理的方法,创造一个密闭的空间将额外的声音档在耳机外面,采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声。

主动降噪耳机则运用digital signal processing (DSP) 技术去消除外界噪声。耳机内有一个内置的微型麦克分和一个声学处理器,微型麦克风识别你周围的噪声,然后处理器制造出一个完全相反的声音将噪音中和掉,声学中这就叫‘相消干涉’。 

对于降噪性能的测试

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首先我们测量环境噪音,然后测带上耳机后降噪的效果,生成曲线图,再测量打开降噪开关后的降噪效果,生成曲线图。

对于测量降噪性能的环境,我们选取掺杂了高频的随机噪音的街头噪音,约75分贝。

此外我们还测试主动降噪开启的情况下电池的续航时间。

三、做工,舒适性

做工:考察整机做工,耳机线,接缝处是否贴合紧密。

舒适性: 

1. 我们对每一款耳机进行称重,写明其重量大小,因为重量的大小会反应到佩戴的舒适度。

2. 然后我们通过长时间的实际佩戴,考察佩戴是否舒适:是否夹耳朵或者夹头,不夹耳朵或夹头同时又佩戴稳固的耳机是最好的。通常来说材质柔软,耳罩有足够大的旋转角度的耳机表现会比较好。3. 耳罩的透气度在炎热和潮湿的夏天显得尤为重要,我们通过在相对湿度保持在80%,温度保持在35度的室内环境对耳机进行佩戴,从而评判而耳罩的透气性。

 


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