2012年7月10日 星期二

耳機的單體種類


耳機的單體種類有很多種
在此大致介紹四種:動圈、平板、靜電、動鐵

動圈:
又可稱為動態,英文是dynamic或是moving coil
其實中文就是直譯
這種單體佔了80%以上,大多數的喇叭也是這種
價格的範圍也很廣
從最便宜的雜牌耳機,到五萬以上都有
最早是由Beyerdynamic做出動圈耳機(在二三零年代)
優點:定位精準,聲音力道、凝聚力強
缺點:振膜、外殼的形狀會造成音染(開放式比較不受外殼影響)
         在做活塞運動時並不是很規則,也會造成失真


不過這種單體歷史悠久、技術成熟
所以上述的缺點,在高階款式幾乎都被降低到人耳聽不出來的地步
振膜的中間有線圈,電流經過線圈之後會產生磁力,跟後面的永久磁鐵產生排斥或吸引,振膜的材質、厚度會影響聲音,永久磁鐵的磁力也會影響,這就是為什麼有的品牌廣告自己的振膜是生物振膜(Fostex)、液晶振膜(SONY)、木質振膜(JVC)。有的廠商宣稱磁鐵很特殊Beyerdynamic的Tesla系列或是很多品牌愛用的銣鐵磁鐵。
下圖是Sennheiser的HD800,是很特別的動圈耳機,振膜是中空的,像甜甜圈形狀,能提供更好的解析、定位,但失去了力道




上圖來源:
http://tech.hexun.com.tw/2011-06-28/130941203.html
下圖來源:
http://www.armygroup.com.tw/shop/goods.php?id=5164


平板:
又可稱為場極,英文是Orthodynamic、Isodynamic
正確的名稱是Planar Magnetic
中文也是直譯
平板的結構跟動圈基本上完全相同
只是把振膜做成完全平面的,並且在前方也加上永久磁鐵
因為沒有地方可以繞線圈
所以大多是用印刷的方式,把線圈印在振膜上
大概1970開始有耳機使用這種技術(由Yamaha大力提倡)
但是後來發現解析並不能跟動圈相比,逐漸被放棄
直到2010年開始,由Hifiman跟Audez'e這兩家廠商的提倡
平板又開始流行起來,尤其是一千美元左右
使用平板單體大多是中高價位以上
便宜平板的也要一萬出頭(Fostex的某幾款例外)
最貴的平板大概是六七萬
優點:力道強(甚至勝過動圈)
          其他單體難以達到的厚度
          失真少(因為振膜是平的,磁場也是平的)
          能承受很大的功率
          兩面都有擁有磁鐵,形成push-pull的移動方式
          頻率曲線平直
缺點:振膜厚而笨重,解析、速度大多輸同價的動圈
         膜材質不均勻,線走過的點無彈性,沒線的地方有彈性
         定位比起動圈也不好,平面的振膜無法使聲音聚集
         由多個磁鐵施力無法像動圈均勻,不容易結像
         S形的走線在轉折處產生的磁場不均勻
         低頻雖有力,但不一定紮實,容易呈現「片狀」
         感度低、效率低,需要推力大的耳擴
看起來平板是很失敗的單體?缺點那麼多?
其實可以看出來他的缺點來自振膜的重量跟厚度
70年代並不能解決這兩個問題,所以才會逐漸沒落
若能減少振膜的重量跟厚度,那會比動圈更有優勢
現在的平板已經進步一些了,Audez'e旗艦款的LCD-3
被評為「當代第二」的耳機(雖然自己覺得差遠了)
我認為大多數的平板耳機並沒有完全解決此問題
解析、透明度、分離度和定位還是比同價位的動圈差了一些



雖然OPPO已經推出環形線圈的平板耳機
來解決S型線圈的眾多問題,讓平板的運作更像動圈
然而透明度卻反而還比其他平板低
平板還有一段很長的路要走


印刷電路的振膜,比起動圈來的笨重,造成解析、透明度的下降


平板的結構就像是把動圈的振膜做成平的
前後都有磁鐵,形成push-pull形態的推動方式,磁力線更平整
有更少的失真
push-pull代表兩個磁鐵一個推一個拉



上圖圖片來源:
http://www.innerfidelity.com/content/how-planar-magnetic-headphones-work
下圖圖片來源:
http://headfonics.com/2011/05/dynamic-vs-orthodynamic-vs-electrostatic-which-is-which/

靜電:
英文是Electrostatic,中文也有人稱他為電容式耳機
大概在1930年代出現了靜電單體的構想
1960年代STAX實際做出了產品
靜電耳機經常被認為是最佳的發聲方式
平面狀的振膜讓人誤以為跟平板很像,其實發生原理不同
而且振膜重量差很多,聲音特性也是
平版速度慢而有力,較為混濁
靜電輕快、飄逸,解析高且透明
Sennheiser HE-90(Orpheus)和STAX SR-009
這種有資格被列為耳機之王的產品,都是靜電耳機
振膜非常輕薄,大概在個位數微米(STAX做到了1.35µm)
基本上都是高價位,最便宜的也要兩萬左右(含耳擴)
目前最貴的SR-009要十五萬左右(不含耳擴)
生產過靜電耳機的品牌不多,目前還再生產的有STAX跟KOSS
許多廠商因為STAX耳機很優秀,而替他特製耳擴,像是WOO AUDIO WES、RSA A-10 Thunderbolt、HeadAmp Blue Hawaii(這三台都要五六千美元)

優點:有極高的解析、超低失真和別人難以達到的透明度、空氣感
          耳擴大多為平衡的電路設計,有更少的底噪
缺點:振膜很薄,因此低頻比較缺乏力道(punch)
         僅有幾微米的振膜也十分脆弱,怕潮溼、怕灰塵(現在已改進)
         需要專用的耳擴、特殊的接頭,而且每個品牌都不相容
         很高的電壓,使用上有些危險(現在已改進)
低頻弱的問題在近年來,由於材質、電極的進步,有明顯的改善
旗艦款的STAX SR-009甚至可以贏過許多動圈
以靜電的發聲優勢,照理來說會大賣
但是因為耳擴不能隨意配對,因此無法吸引高階用家
這些用家往往希望可以自己搭配耳擴,靜電耳機的「可玩性」低
價格又不便宜,所以市場接受度不大




極輕薄的振膜夾在兩個電極中,且永遠被提供固定的高壓電,訊號則是導入電極,兩個電極的訊號相反,呈現push-pull的推動方式,有趣的是沒有電流流過振膜,耳機線也是沒電流,靠電壓造成靜電力來推動振膜發出聲音



圖片來源:
http://www.stax.co.jp/Export/ABOUT_ESP1.html#


動鐵:
動鐵為俗稱,平衡電樞才是正確的名稱,英文是Balance Armature
原本是助聽器在使用的單體,近年來漸漸被使用在耳道式耳機
由於單體很小、振膜很小,有極高的感度
但也因為單體小,所以不可能做成耳罩式耳機
有趣的是全世界所有的動鐵單體幾乎都是Knowles公司製造的
耳機廠商只是做一些調音,跟組裝外殼
只有少數幾家如Sony、Final Audio的動鐵單體是自己製造的
Sony技術不同於其他人,振膜比較大,聲音介於動鐵和動圈之間
優點:振膜小且輕巧,所以有不錯的解析、細節

         振膜和外殼的形狀比較不影響聲音,不會造成太多的因染
缺點:定位不佳

         頻寬很窄,響應頻率範圍小,高低頻延伸差
         感度太高,造成底噪明顯

動鐵也是由磁力來推動的,永久磁鐵提供磁場,電樞(中間的槓桿)導電以後,產生磁力,拉動小線,線連接在振膜上,造成振膜震動



動鐵通常一個單體的頻寬不夠
因此需要多個單體組合,而多單體勢必有分音器
而這樣的設計在頻段連續性上會比一單體差
動鐵也是最好製造的耳機,幾個現成單體與分音器就能做出來
也因為製造過程相對容易,也讓客製市場能蓬勃發展

圖片來源:http://records2ear.blogspot.tw/2012/03/drcdac-audiolab-m-dac.html

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