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声学系统概述——音箱/耳机系统选购搭配策略与工程设计

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声学系统概述——音箱/耳机系统选购搭配策略与工程设计

耳机话题下的优秀答主

系统一词来源于英文system的音译，即若干部分相互联系、相互作用，形成的具有某些功能的整体。

声学系统，顾名思义，就是声学器件以及相关器件组成的系统，或者说，最终输出或输入声音的系统。

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声学系统中的各个组成部分并非同等重要，而是分轻重缓急的。

声学系统的最终表现，应该以其最终表现为准（这听上去像一句废话），不论是主观的还是客观的。这一点不论对于工程师设计产品，还是消费者选购并组件音箱/耳机系统，都有重要意义。

固然模拟和数字电子产品也在音频信号通道中，但不难证明，在设计精良的产品中，如果不造成严重失真或削波，它们可能产生的任何影响都很小。事实上，与电声和声学因素相比，电子产品的影响通常非常小。电子产品对声音的影响的测试很快就变成了“有没有区别？”这就是众所周知的ABX测试的起源，它以单调的规律性表明，设计精良的功放/耳放、CD机/DAC、线材等并不是导致声音难听的原因。

从声学系统的角度来看，功放、DAC、CD机、线材、音频格式等并不重要，只要其满足一定的条件，即低于人耳听觉极限或无法在ABX双盲听测试中产生具有统计学意义的差异即可。也可以换一个说法，以目前的技术水平，这些因素想要达到较好的水平并不是困难的事情。

熟肉】HiFi音频玄学（精华版）国际音频工程协会研讨会。

相比之下，电声器件以及传播声音的途径，才是影响听音者最终听到声音的关键因素。比如音箱、耳机、房间（摆位、听音位选择、房间处理等）。这是由于这些因素对声音的改变通常远大于模拟和数字电子产品，并且通常能够被人耳所察觉。例如，对于音箱系统的低频而言，良好设计功放的失真可以达到0.1%或更低，但对于很多低音单元而言（尤其是小尺寸低音单元），失真通常大于1%，甚至高于10%，且低频下潜不容易达到20Hz。而房间驻波等因素的影响，通常会使低频在某些频段有±6dB或更高的变化，这甚至远大于音箱本身的通带平坦度变化，就更不要说功放了。

因而，认为一个系统中任何组成部分都很重要或同等重要，只是一厢情愿。这不止在声学系统中，几乎任何系统都适用。例如PC/台式机就可以视作一个系统，如果以游戏性能为最终评判标准，那么显然，CPU、内存、显卡、主板、电源、机箱、硬盘等组件的重要性和优先级是不同的。在已经达到一定的水平下，一味的买更好的CPU、内存、主板、电源而不是显卡，并不会显著增加很多游戏的帧数表现，有时反而会适得其反，尤其在预算一定的情况下。

声学系统中各个组成部分对最终声音的影响，并不是一尘不变的，这取决于具体情况。

例如，对于车载音响而言，由于很多车载音响的喇叭阻抗较小，且汽车车身走线通常较长，所以采用一般民用的线材可能导致声音受到影响。车规音频线材的要求通常高于民用线材，如果还采用普通的家用线材，可能成为车载音响系统的瓶颈之一。再例如，一定功率的失真较小的功放可以满足很多音箱，但如何一个音箱灵敏度较低且在一个较大的房间中，这个功放就有可能制约其声音表现，此时往往需要一个功率更大且失真较小的功放。（如果是专业扩声领域在更大的场馆中则需要更大的功率）

系统中各个组成部分如何配置，应该取决于对应部分最终会对系统产生的影响，而不是无条件的强调具体组成部分某个方面的性能。

例如，一个不起眼的组件——螺丝钉。一些人会认为拧螺丝的力度会影响声音的表现，但如果拧螺丝的位置是错误的或者单元本身的设计有问题，那么再怎么注意所谓的力度都是徒劳的。

再例如，一个更常见的例子，耳机的声音与单元的关系。

几乎所有耳机的广告以及绝大部分发烧友认为的“耳机的声音与单元的关系”，更有甚者认为耳机的声音不取决于频响曲线而是单元的“素质”。或者说的更直观一些，声音不取决系统最终的声音输出，而取决于系统中某个组件，如果两者相冲突时，声音由单元决定而不是由耳机决定。

事实上，耳机由于其压力场属性，耳机的最终声音输出是单元与腔体（前腔、后腔）相互作用的结果。耳机的最终声音与单元没有必然联系，或者说必须要以系统的观点去看这个问题。并且，只要单元不是特别差，满足一定的水平（频宽、非线性失真等），耳机的声音通常是腔体主要决定的。但是毕竟在广告中宣传腔体调音会给人莫名其妙的感觉，所以很多广告用一些人更能接受的单元如何牛x所以耳机声音会变得怎么样之类的做宣传。

解释这种现象的具体定量计算为电力声模型和声音在管中的传播等。

本篇文章是2016年声学楼11周年年会的演讲报告

更基础的解释则在南京大学的声学基础中。

声学系统中各个问题，有些是主观评价的，有些是心理声学的，有些是客观理论的。对于耳机单元与最终输出声音的关系这个问题。其实是一个纯粹的声学原理问题。其实只要对这些原理稍微有所了解，就不难发现几乎所有厂商的广告和音频媒体以及发烧圈对此的说法，与声学或者真正发生的事情基本上没什么关系，或者说只是纯粹的营销故事。不少人确实从来没看过最基本的相关知识，所以看到一些广告语中也许符合他们直觉的说法便会深信不疑。当然，这些广告的目的一来是想宣传耳机的声音有多好，二来是给消费者一个购买这样的商品是有意义的理由。

再例如，也是近些年被炒的火热的圈铁耳机/多单元耳机。如果耳机最终的声音表现不好，那么不论这个耳机堆再多单元、再贵的单元都是没有意义的。

耳机的最终声音表现已经是事实结果，再用所谓单元的营销概念，例如运用了何种“黑科技材料和工艺”，去反过来推翻耳机最终输出的声音结果，是荒谬的。

系统的瓶颈由系统的短板决定

这也就是很多人熟知的“木桶原理”。

发烧圈的一些说法和理论

认为不论任何环节和组件，都是很重要且只要花了更多的钱就一定会有提升或解决、改善声学系统某些缺陷的想法，显然是错误的。

例如在“直推”已经可以足够驱动耳机的情况下，再在系统中增加额外的独立耳放不会对改善系统声音起到任何作用。有时新增加的耳放由于设计缺陷或阻抗匹配问题，反而会起到适得其反的作用。如果耳机已经被良好驱动的情况下，对其声音感到不满，应该解决的是耳机问题而不是耳放等电子产品。

理性的人明白，应该优先集中资源解决系统的短板。

这一点对于设计产品的工程师而言，也同样重要。例如对于电声器件，尤其是耳机，频响曲线的缺陷，有时被称为线性失真，对谐波组成的影响通常远大于非线性失真。尤其是当非线性失真小于一定的值时还去强调非线性失真，而无视频响曲线的缺陷，是舍本逐末毫无意义的。此时应该想办法改善频响曲线，而作为消费者应该选择频响曲线更好的耳机或者用EQ修复频响曲线。

再比如，房间会对音箱系统产生影响，对于低频部分，通常是“致命”的。如果音箱本身的摆位存在问题或者房间没有任何类似于低频陷阱的声学处理材料，只是一味的更换功放，是毫无意义的。房间本身产生的低频问题，也不会随着更换更高级的低音单元有任何改善。房间以及音箱摆位对音箱系统最终声音的影响，也体现在其他频段的音色以及空间印象的表现。

混音逻辑、算法、声道数量等因素，会增加整个系统的复杂程度。此时则更需要以系统的角度看待各个组成部分对最终声音表现的影响。

这一切，需要对其背后的原理有较为深刻的理解。

就像埃隆·马斯克所说：“物理学研究的第一条原则，不要以类比方式来推理，应该从最根本的真理开始思考。”

当然，如果整套声学系统不止包含各个电子/电声/声学器件，也包含听音者本身，那么通常，听音者是整套系统的薄弱环节。例如非正式场合下，一些听音者本身所给出的主观评价可能收到营销概念、品牌、价格、他人言论等非听觉因素的干扰。亦或是听音者本身的主观评价结果可重复性较差、随机性较高，或者无法对频段、空间印象有一定的分辨能力。

听音训练、了解主观评价得基本概念、积累相对自然均衡得听音经验、了解相关专业知识尽量避免营销故事和价格等因素得干扰，有助于获得更好的实际听觉体验。


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