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【翻译】森海HD800 vs HD800S深度对比

文章来源: 更新时间:2019-12-09

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发表于 2019-11-25 00:29 | 只看该作者

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本帖最后由 脑洞略大 于 2019-11-25 04:07 编辑

前两天有人po出HD800 mod vs HD800的频响曲线图,感觉很有意思。随后我在google上搜到了原载于soundontime的一篇文章,感觉更加有意思,决定翻译出来与绿坛烧友们分享。该文作者Konstantin Davy是在奥地利USound工作的一位声学工程师。原文地址在此:https://soundontime.com/sennheiser-hd800-vs-hd800s-review/
对于没有耐心的朋友,我在这先贴上作者测试的结论:1. 从频响上看,HD800S削减了HD800在6 kHz出的高频波峰,削减幅度为4-5 dB,并且抬升了100 Hz以下的低频,增幅1-2 dB。2. 100 Hz以下的低频区域,HD800S的总谐波失真高于HD800,主要来自二次谐波失真,但该区域HD800S的三次谐波失真小于HD800。3. HD800S在6 kHz处的削峰使其在3 kHz处的总谐波失真显著低于HD800。
下面进入正题:

今天我将对比森海的两支开放式旗舰,HD800和它的后续之作HD800S。这个话题一直在听过这两支耳机的人群中激起讨论。这篇文章也是出于回复来自这里的一个请求https://www.reddit.com/r/headphones/comments/7szpqm/199_minidsp_ears_vs_judes_gras_a_quick_comparison/dtahpct/。
这两支耳机最明显的区别是HD800S降低了6 kHz处的谐振,极大地改进了HD800的高频“锐度”(treble “sharpness”)。
但同时两者在低频区也存在差异
Innerfidelity的Tyll的测试表明HD800S在低频有比HD800稍高的谐波失真(harmonic distortion)。(请见https://www.innerfidelity.com/content/sennheiser-hd-800-s-tweaked-and-delightfuland-french-diy-response)
他认为这是森海刻意的设计,因为增加低频谐振有助于听者感知低音的冲击感。这不是一个新概念,而是音乐产业中常用的手段。(请见https://www.waves.com/plugins/maxxbass#adding-deep-low-frequencies-with-maxxbass)
之前Head-fi的Jude告诉我他做了个类似的测试,但他没有在低频区发现两者的区别。(请见https://www.head-fi.org/threads/sennheiser-hd800-s-impressions-thread-read-first-post-for-summary.795365/page-187#post-13937885)
我的公司有一套和Jade相似的测试设备(Gras 43AG耦合器,KB5000人工耳,AudioPrecision信号发生器和分析仪),所以我想为什么不重复一下测试看看我能否验证Tyll或是Jade的结果呢。
图一:声压级频响(SPL frequency response)测试比较。

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2019-11-25 00:07 上传


我在100 dB @ 1 kHz进行测试。
能明显看到HD800S把6 kHz谐振峰降低了4-5 dB。这与HD800的SDR-Mod做了几乎相同的事。
但你同时也能注意到,HD800S在100 Hz以下具有更高的低频响应,幅度不大但均匀一致。低频的抬升小于2 dB,但它确实在那儿。
图二:总谐波失真(THD)对比。图中的THD用%表示,与Tyll的测试图所用一致。

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2019-11-25 00:08 上传



无疑地,HD800S在低频区(< 100 Hz)具有更高的失真。
请注意,测试使用了100 dB @ 1 kHz的信号,这是响度很高的。一般情况下你不会在这么大的响度下聆听音乐,除非你和你的耳朵有仇。
在响度更小的听音状态下,这个失真将变小很多。我之所以选择在大响度下进行测试,是因为我想更清楚地展现HD800和HD800S的区别;并且总谐波失真测试通常在大响度状态下更加准确,只要噪声水平保持一致,这时的信噪比(signal-to-noise-ratio)更高。
然而3 kHz附近出现了个有趣的现象,这是6 kHz谐振峰的一半频率处!由于降低了6 kHz的谐振,同时此处的谐振峰不再被放大,所以HD800S在3 kHz处的二次谐波失真降低了,导致它在此处的总谐波失真低于HD800。
图三:频响及谐波失真声压对比(100 dB @ 1 kHz)

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2019-11-25 00:09 上传


这是个不寻常的对比,你通常不会看见总谐波失真以这种方式呈现。
图三中的耳机频响曲线就是“一般”形式(黑色实线和虚线)。它显示的是“我播放某一频率时,耳机在相应频率回放出的响度”。
另外两对曲线(黄色和绿色)是失真所产生的声压,它表示成dB而不是百分比。它基本上表示“我播放某一频率时,耳机在二倍与三倍该频率处产生的响度,即产生的失真有多大声”。
黄线表示二次谐波失真的声压级,绿线表示三次谐波失真的声压级。
如果我将绿线(H3 )和黄线(H2 )加和,再计算H2+H3与黑线之比,结果就是“一般”形式的用百分比表示的总谐波失真曲线。
如何解读图三呢?

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2019-11-25 00:10 上传


如图中红圈所示:-      选定一个频率,比如20 Hz。-      黑线显示20 Hz处耳机产生的声压级大约是95 dB。-      黄色实线在20 Hz处显示的是800S在2*20 Hz = 40 Hz处产生的二次谐波声压级为73 dB。-      绿色实线在20 Hz处显示的是800S在3*20 Hz = 60 Hz处产生的三次谐波声压级为54 dB。
通过图三,你能读出每个频率处的声压级(黑线)和该频率对应的二次谐波(黄线)与三次谐波(绿线)产生的声压级。
现在,通过图三我们可知,在频谱的绝大部分里,二次谐波失真占据了总谐波失真的大部分。记住:绿线与黄线的加和就是“总”谐波失真。例外之处在100到700 Hz之间,那里的失真绝大部分来自于三次谐波。
我们也注意到,(大部分频段上,)HD800S的二次失真比HD800高很多,同时三次谐波失真又较低。
让我们在图四中放大观察低频区域。
图四:频响及谐波失真声压对比(100 dB @ 100 Hz)

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2019-11-25 00:10 上传


图四与图三是一样的,只是单独把低频区拿出来对比。在测试上也有些许不同,我使用了更长的激励时间(excitation time)和直流耦合(DC coupling)以获得更加准确的结果。
显然,HD800S在100 Hz以下的低频区有更高的二次谐波和稍低的三次谐波。
这会强化我们所感知到的HD800S比HD800轻微提升的低音。
另一种方法是仅观察耳机播放20 Hz正弦信号时的频谱。该信号为0.591 V RMS,等效于100 dB @ 1 kHz。
图五:20 Hz频谱对比(HD800)

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2019-11-25 00:11 上传

图六:20 Hz频谱对比(HD800S)

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2019-11-25 00:12 上传


我们再一次确认HD800S在低频比HD800有更高的二次谐波失真和较低的三次谐波失真。事实上,HD800S的二次谐波失真比HD800高14 dB,三次谐波失真却低8 dB。
有些人会对这个问题感兴趣:如何改变耳机的谐波失真?
谐波失真来自于振膜运动的驱动力的非线形。这个非线性可以是对称的:无论振膜向前还是向后移动都是相同的,或非对称的:影响正向运动的方式不同于反向运动。
这里相关的简略数学知识是:对称的非线性运动引入奇次谐波(三次、五次、七次……其中三次谐波占绝大部分);不对称的非线性运动引入偶次谐波(二次、四次、六次……其中二次谐波占绝大部分)。
那么我们看到HD800S提高的二次谐波,在单元外观看上去一致的情况下,是如何实现的呢?
我猜HD800S对永磁体组件做了轻微调整,改变了磁场的几何形状;或是对磁隙底部的排气方式进行了物理调整,这会影响磁隙中空气的“弹性(springiness)”,即振膜的的回复力,它与气流在通风孔的流动一起产生非线性,进而导致失真。
现在让我们来看看HD800与HD800S的另一个主要区别——亥姆霍兹谐振。
图七:高频谐振对比

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图七:高频谐振对比

2019-11-25 00:12 上传


此图与图三、图四相同,只是观察区域为1 kHz以上的高频区。
看见黑色虚线显示的HD800在5.8 kHz附近的大凸起了吗?这就是人们谈论的HD800的高频波峰。
同时你还可以看到,黑色实线显示HD800S手术刀式地削减了这个波峰。
这里仍然留下一个凸起,后移至了5.5 kHz附近,但它比HD800低了4 dB左右。
接下来是有趣的部分:这同时也降低了失真。
举例来说,当耳机播放一个3 kHz的声音,它会出现一定的失真——总会有一定程度的失真。
我们已经知道HD800的失真主要来自二次谐波,所以3 kHz信号会在2*3 = 6 kHz处产生一个小峰。
由于HD800提升了6 kHz的谐振,3 kHz的二次谐波会在此处被放大,结果造成了3 kHz处更高的失真!
我们已经知道HD800S降低了6 kHz的谐振,这里又看到它在3 kHz处降低了失真。这是由于3 kHz的二次谐波失真不会再被进一步放大。
当理论与实践相结合的时候,世界是不是很美好?
所以,当我回答这个问题:我可以验证Jude或Tyll的测试吗?
我的测试结果的确显示了HD800S与HD800不同的失真行为,与Tyll的结果十分相似。
但这意味着Jude的测试是错的吗?我不这么认为。
我也测试了我自己的HD800S和朋友的HD800,结果显示个体样本之间很可能存在偏差。森海的品控通常是很优秀的,并且HD800系列的公差控制非常严格(考虑到耳机的价格和森海是一家德国公司),但个体差异是客观存在的。
另外,我的测试使用的声压级比Jade高,一般来说这会引起更高的失真。我还采用了不同的测量方法:他向耳机输入单个测试信号,然后测试得到的频谱(在一定的时间内进行平均以降低噪声);而我使用了一种原测试信号自纠正的测量技术,理论上它可以滤除几乎所有噪声,因此更加精确与正确。
我觉得Jude可能使用了和我一样的设备(Audio Precision APx500套装),因此如果他有兴趣有时间可以重复我采用“步进扫频法(stepped Frequency Sweep)”的测试。这个程序内置于Audio Precision的测试套装。这样,他应该可以在低频区得到和我一致的结果。
结论:不要忘记,虽然我们可以测量很多东西,但最终并不是要对耳机进行测量,而是要用它们听音乐。享受音乐!


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