耳机的理想频响曲线一直是耳机爱好者们热议的话题。然而,研究界已达成共识:基于偏好的方法似乎是找到完美曲线的正确途径。有些人可能认为,凭借哈曼等公司提供的大量研究数据,频响问题已迎刃而解。然而,随着其他测量方法和标准进入耳机测试生态系统,我们必须修改这些偏好曲线,因为它们无法直接翻译。

当您想到基于偏好的耳机目标曲线时,您会想到什么?也许您会思考目标曲线是如何创建的,或者它代表了谁的偏好。这些问题是一个很好的起点。为了回答这些问题,我们需要回到最基本的:双盲听力测试!

结果可能会让您和我们一样感到惊讶:三十五名参与者、五条曲线、两个歌曲片段,但没有明显的偏好曲线。

听力测试主要结果
五条评估目标曲线的平均得分

这些结果的主要结论是什么?我们想告诉你,相信自己喜欢的东西,相信自己没有错,这完全没问题。这并不意味着频率响应是一个不重要的指标——它是定义感知音质的最重要参数。它真的很重要,因为基于这些测量,我们可以提供专业的指导,帮您选择合适的耳机。我们这样做,旨在强调个人偏好的重要性,同时也认识到准确评估客观性能的必要性。

那么,为什么还要费尽心思构建新的目标频率响应曲线呢?原因在于我们的新朋友——B&K 5128-B 型。

B&K 5128-B型

Brüel & Kjær (B&K) 5128-B 型
Brüel & Kjær (B&K) 5128-B 型头部和躯干模拟器

新标准

虽然我们深知主观性在为您找到合适的耳机时始终起着重要作用,但 RTINGS.com 的承诺源于我们愿意为您提供最准确的客观指标,以帮助您做出购买决策。对于耳机测量,这也意味着我们会紧跟最新标准,从而扩大评测范围。

Brüel & Kjær (B&K) 5128-B 型头部和躯干模拟器(本文其余部分简称为 5128)对已实践 40 多年的耳机测量标准进行了全新诠释。我们欢迎这一变化,因为像我们 HMS II.3 测试台上的那些传统耳耦合器符合较旧但仍被广泛接受的 IEC 60318-4 耳模拟器标准;该标准仅适用于 100Hz 至 10kHz 之间的测量,而非 20Hz 至 20kHz 的完整可听频谱。虽然您可以使用此类设备进行全频段测量,但由于没有公差指标,因此无法保证在相同条件下获得与下一台设备相同的结果。

因此,B&K 4620 型耳模拟器问世了:

Brüel & Kjær (B&K) 4620 型耳模拟器
B&K 4620 型耳模拟器

人们已经对这种人造耳的构想进行了大量研究。

  • 它专门用于测量人类听觉的整个可听范围。
  • 耦合器的几何形状代表了平均人类耳道的形状。
  • 它旨在呈现普通人耳的声阻抗。

那么,我们迄今为止所做的耳机测量都是错的吗?错!这并不会让我们和其他人的大量测量数据失效。耳机测量始终存在一定程度的不确定性。不仅每个人的形态差异很大,而且无论使用何种测试设备,测量过程本身也存在不可避免的差异。我们的目标是尽量减少这些局限性,但有些局限性仍会存在。

这款新的测试装置测量结果与我们之前的结果略有不同,但您可以用熟悉的方式解读。变化主要体现在高频部分,因为我们的 HMS II.3 装置在高频部分的响应相当不均匀。我们也注意到低频响应有一些变化,但没有可重复、一致的差异。

下图比较了使用 5128-B(上图)和 HMS II.3(下图)测得的几款耳机的频率响应。两组结果之间并没有天壤之别,但不要期望看到与你习惯的相同的频率响应图。

HMS ii.3 和 B&K 5128 频率响应比较
HMS II.3 和 B&K 5128 型测量结果的比较

新的测试夹具,新的挑战

虽然这款新型人工头耳模拟器为频率响应测量带来了新的可能性,但如果没有比较基准,这些出色的测量结果也毫无意义。正如您可能已经猜到的那样,我们需要一个目标。由于旧款 HMS II.3 和新款 5128 的结果不同,因此目标也必须不同。但这里的挑战在于,这两款设备之间的测量结果之间没有直接的转换。

此外,过去几乎所有关于耳机频率响应的研究(主要由哈曼主导)都是基于符合IEC-60138-4标准的耦合器,通常称为711。由于我们采用5128平台,因此略微领先于行业,并且对于理想的频率响应曲线,我们掌握的数据非常有限。尽管存在许多未知数,但我们已准备好迎接挑战!正如您所见,耳机领域并非一切都是一成不变的。

听力测试:我们的团队知道他们喜欢什么

我们是如何做到的

所以,我们有一个很棒的先进工具来测量耳机频响(以及更多),但要评估人们的喜好,为什么不直接问呢?没错,这个世界需要另一个双盲听力测试——这是评估我们自认为喜欢的东西是否真的喜欢的唯一方法。本次研究的35位参与者均为RTINGS.com的员工。

下图显示了参与者在收听两个不同的 25 秒音乐节目(Daft Punk 的 Get Lucky 和 ​​Steely Dan 的 Cousin Dupree)时被要求从 1 到 10 评分的五条声音轮廓曲线。

我们在听力测试中评估的五条频率响应曲线
我们在听力测试中评估的五条频率响应曲线

大多数声音轮廓曲线都有一定的依据,可以代表人们所认为的平衡声音特征:

蓝色(DF倾斜)

基于已知的 5128 中性漫射场响应的目标曲线,其上每八度倾斜应用了 -1 dB。

绿色(SenseLab/会津)

Ravizza 等人在音频工程协会 (Audio Engineering Society ) 1的最新出版物中提出了 5128 的平均优选曲线的视觉近似值。(稍后会详细介绍!)

红色 (RTINGS.com SPK)

RTINGS.com 的扬声器目标曲线。它本身基于 Harman 的研究,我们将 5128 的扩散场响应应用于其中。

洋红色(Harman+Tilt)

Harman Over-Ear 2018 目标的已知低音行为与每八度 -1 dB 向上倾斜 200Hz 的组合。

青色(低音)

在洋红色曲线上应用了低于 300Hz 的 -4 dB 搁架滤波器和中心频率为 3000Hz 的 -5 dB 钟形滤波器,以获得低频明显减少的曲线。该曲线应被视为一个锚点,并没有任何研究或已知原理表明人们会喜欢它。

在正式评估这些声音配置文件之前,我们为每位志愿者播放了一段两分钟的音乐节目(Dire Straits 的《Sultans of Swing》)。在此期间,我们随机切换了 EQ 曲线,参与者无需评分。然后,我们开始进行测试。我们向参与者呈现 EQ 曲线的顺序是随机的,第二个片段的呈现顺序也同样随机。我们将音量校准为 85 dB SPL A 加权,并补偿了由于响应不同而导致的细微音量差异。在聆听方面,我们使用了 Sennheiser HD 650 耳机,并对其进行了均衡,以使最终的频率响应与所评估的曲线相匹配。我们使用 AutoEQ 创建 EQ 配置文件,使用 Equalizer APO 实现这些配置文件,并使用 EACS(Equalizer APO 配置切换器)进行实时配置文件切换。在第一个完整序列之后,参与者可以按照自己喜欢的顺序,无限次地收听这五条曲线中的任意一条。

人们喜欢不同的曲线,并且确信这一点

现在,你是不是已经迫不及待地想看到结果了?让我们来打破悬念。

听力测试结果分布

所有这些实验工作最终得出了五条曲线中四条在统计上相等的结论!对于统计学家来说,以下是每对曲线的p值表(P>0.05表示统计上相等):

曲线 VS 曲线 p 值
DF倾斜 SenseLab/会津 0.82394
DF倾斜 RTINGS.com SPK 0.08538
DF倾斜 哈曼+倾斜 0.55422
DF倾斜 低音 0.00001
SenseLab/会津 RTINGS.com SPK 0.05283
SenseLab/会津 哈曼+倾斜 0.37290
SenseLab/会津 低音 0.00002
RTINGS.com SPK 哈曼+倾斜 0.27414
RTINGS.com SPK 低音 0.00266
哈曼+倾斜 低音 0.00056

 

低音锚定曲线被确认为最不受欢迎的,并且具有很高的可信度。

这些发现和我们的方法将受到一些严格的审查;如果没有,我们会感到失望。和您一样,我们希望在评价音质时做到全面。这项小规模实验并不能完全概括人们的喜好。它也不否定哈曼团队和其他机构进行的更彻底的测试和结果的有效性。然而,这项测试进行得非常细致,是一项有效的双盲听力测试。

分析结果时,一个有趣的统计数据引人注目:63% 的参与者在聆听两段音乐时,选择了相同的 EQ 曲线作为他们最喜欢的。没有人评论说“它们听起来都一样”。差异显而易见,参与者们都积极参与,并且对自己的评分充满信心。

过去的研究也包含受过训练和未受过训练的听众、地理位置、性别和年龄等概念。我们的样本量较小,无法对这些因素进行准确的统计,但我们进行了一项简单的调查。以下是我们研究对象的人口统计数据:

  • 6名女性
  • 29名男子
  • 12名年龄在20至30岁之间的候选人
  • 23名候选人年龄超过30岁
  • 14位音频专业人士
  • 15 人提到会演奏乐器
  • 12 位自称是音响发烧友的候选人

最后三组显然并非互斥;我们有25名受试者至少属于其中一类。虽然我们尚未就这些方面得出任何具体结论,但在我们的实验中,偏好并没有出现任何显著差异,只是女性似乎比男性更喜欢低音曲线。这与过去的一些研究2相符,但考虑到我们只有六位女性同事参与,您应该对此持保留态度。

针对不同听众群体的听力测试结果。
根据性别、年龄和听众类型得出的听力测试结果

虽然这些观察很有意思,但听力测试并没有找到制定完美目标曲线的解决方案。这些结果表明,尽管从个体角度来看,相对较小的差异是可以听出来的,但“某个精确的频率响应普遍适用”这一原则是有局限性的。“任何东西都能切中要害”的说法也是错误的。低音曲线的结果证实了这一点。

那么,回到绘图板。

目标(KISS)

考虑到我们从听力测试中了解到的情况,回顾已故工程师凯利·约翰逊的名言可能是有意义的:“保持简单,笨蛋。”

不用多说,以下是 RTINGS.com 的新目标曲线:

RTINGS.com 的耳机目标曲线
RTINGS.com 的耳机目标曲线

它的构造很简单,首先从 5128 HATS 在平坦扩散场中的响应开始。其中:

  • 我们在音频带的响应中应用了 -6 dB 倾斜(0.6 dB/倍频程)
  • 然后应用 4.3 dB 低音架(@105Hz,Q .707)
  • 并将曲线平滑至 1/6 倍频程

是的,就是这样。让我们逐一讨论一下这些设计选择。

第一个选择是从 5128 在平坦漫射场中已知的频率响应入手。漫射场是指在任何频率下,从任何方向发出的声压都相等——换句话说,理论上是一个完全反射的房间。

下图显示了耳模拟器在这些条件下的响应。响应中的峰值是 HRTF(头部相关传递函数),即 HATS 的头部和仿真耳对到达耳膜的声音的影响。您可能听说过耳增益或耳共振这两个术语。在扩散场中的 HATS 环境中,它们是等效术语。它旨在重现代表真实人类头部和耳朵的行为,但您不一定拥有相同的 HRTF。我们确实知道一些测量结果显示真实人类的耳增益较低。这些个体之间的差异并不重要,因为该图仅仅是一个可量化的参考。我们的模型并非基于绝对值;我们追求的是偏好曲线。

RTINGS.com 耳机目标曲线
B&K 5128 HATS 的漫射场响应

哈曼的研究始于良好的半反射房间中的优质扬声器的概念,以及声音在这些条件下如何到达耳膜。

众所周知,房间中扬声器的早期反射会导致频率响应倾斜。倾斜程度取决于具体房间。即便如此,也有一些已知的扬声器目标曲线,这些曲线是有研究支持的。我们最终在可听频段上倾斜 6 dB,主要是为了与我们自己的扬声器目标曲线以及 Floyd Toole 博士和 Harman 发布的扬声器目标曲线保持一致。3、4

三个记录在案的演讲者目标
三个扬声器目标曲线

这个倾斜值也使我们的目标与一些已知的哈曼兼容中高音耳机和耳塞非常接近,例如 TruthEar Crinacle ZERO: RED、Sennheiser HD 600 和 HiFiMan Sundara 2020。当然,这些只是视觉样本检查。再次强调,让我们记住本节的前提。

三个符合 Harman 标准的耳机频率响应。
测量三款符合 Harman 标准的耳机在中音和高音区域的原始频率响应

第三个设计选择与低音增强有关。由于 5128 和 Harman 使用的 GRAS 系统的低频扩散场响应在低频区域理论上没有差异,我们选择使用与 Harman 类似的低频搁架式设计来实现整体的声音特征。由于我们不是从它们的室内响应开始,而是从倾斜曲线开始,所以低频区域会有一些细微的差异,但你现在明白了……这没关系。但我们不是告诉过你,两款 HATS 的测量结果不同吗?它们确实不同,但测量结果之间的差异在不同耳机上并不一致且不可重复。

我们还对曲线进行了大量的平滑处理(1/6倍频程)。在这种情况下,初始漫反射场响应已经没有明显的峰值和谷值。不过,一般来说,平滑的响应更能体现我们在目标中追求的总体音调。需要注意的是,频率响应测量本身并不使用相同的平滑处理。我们使用1/12倍频程,这样可以更好地检查响应的变化。

所以它的本质是:对大多数人认为的耳机平衡音调进行简单的近似——不多也不少。

这对你意味着什么?

耳机测试平台的这次更新并非革命性之举;我们并非断言个人喜好决定了所有耳机的音质都一样好。当然,有些耳机的音质确实“不对劲”。也有一些声音配置文件更符合均衡的频谱呈现。然而,我们正在朝着一个方向发展,即中性音质的概念可能符合您的需求,也可能不符合您的需求,而且两种选择都适用。我们的评测仍然会提供中性音质评分,但我们正在逐步引入更具描述性的声音配置文件评估。我们建议您不要只关注一副耳机的中性音质评分。相反,请查看声音配置文件图表,看看它是否符合您的品味,并评估低音和高音量是否符合您的偏好。目标只是一个指示,而不是音质的绝对衡量标准。

您还会注意到,在本次测试平台更新中,我们针对耳机和入耳式监听器 (IEM) 采用了单一目标。我们之所以选择这种简化方法,是因为目前尚不清楚 IEM 在 IEC 711 耦合器和 4620 型耳模拟器之间为何会表现出更大的低频响应差异。我们目前还没有足够的证据表明 IEM 目标应该明显呈 V 形。

尽管如此,重要的是,你可以根据一个基准来判断一款设备的声音配置是否适合你。如果能从中看出什么端倪,那么大多数受欢迎的入耳式耳机在我们目前的目标范围内都表现得相当不错!

我们的术语和评分也体现了耳机 v1.8 的新方向。以下是一些值得注意的更新:

  • 声音配置文件框现在显示应用标准化(零交叉)的频率。
  • 频率响应测量现在在 94 dB SPL 下进行,这更符合公认的标准 (IEC 60268-7)。
  • 术语已更新,以反映新的方向。“符合目标”取代了“低音、中音和高音准确度”。(我们收集相同的测量数据,但措辞很重要)。
  • 类似地,“RMS 偏差”取代了“STD 误差”,以更好地符合我们的观点。
  • 均方根偏差评分现在会降低小偏差的惩罚程度。这是基于“一定程度的偏差不应被视为缺陷”这一理念。
  • 现在,峰值和下降被作为客观指标进行评分,并计入中性声音使用分数。

先前研究的相关性

最后,我们想以对耳机音质研究人员的致敬和对最新技术的评述来结束本文。耳机音频重现领域确实存在一些挑战,但也取得了巨大的进步,涌现出大量研究成果,推动了音频保真度表征标准的不断进步。这些成果惠及每个人,让我们聆听到的音乐更加愉悦。

混乱之圈

混乱圈。这个音频工程界的著名概念,由 Floyd Toole 博士3首次提出,基于一个简单却又意义非凡的理念:如果在音频内容创作时,聆听条件是标准化的,那么我们也能用同样的标准来重现它。结果就是,每个人都能欣赏到音频内容原本的呈现方式。

音频混乱圈
音频再现弥散圆图

如果没有这一点,我们就会陷入恶性循环:听众无法了解内容的音质,创作者也无法预知人们会如何享受他们的内容。在这种情况下,认为所有耳机都应该遵循标准化的声音配置文件,既不切实际,也并非理想的设计目标。我们认为这并非任何研究的目标。没有人会反对为所有人提供更好的音质,我们感谢所有为此努力的人。最终,我们都有一个共同的目标:帮助您获得能够为您带来最佳音质的耳机或耳塞。

哈曼研究公司

在撰写关于耳机听力测试和目标曲线的文章时,我们不得不提及耳机研究领域的先驱们。如果没有 Sean Olive 博士、Todd Welti 和 Harman 团队的努力,耳机音质表征可能仍处于起步阶段。如前所述,我们在 Headphones v1.8 中实现的目标曲线与 Harman 提出的方案非常接近,但并非直接翻译,因为 Harman 的测试条件和室内响应无法重现。

我们也同意这些基本原则(以及大部分细则)。只要“混淆圈”尚未解决,基于偏好的方法是制定有效目标的好方法。

虽然我们完全认可哈曼的方法,但它们也存在一些局限性。事实上,人们的偏好是会变化的——这一点在我们自己的听力测试中得到了清晰的体现。我们理解朝着“中立”标准发展的动机,值得称赞的是,哈曼多年来已经测试了数百名受试者,以达到他们的目标响应。或许,一种让听众完全控制低音和高音音量的调整方法是测试听众偏好最客观的方法。然而,这种方法本质上也会在平均后收敛到一个结果。我们也不知道,如果他们一开始就使用不同的室内响应,最终的曲线是否会略有不同。或者,如果可以的话,有些人是否会选择某个倾斜角度。从所有这些中,我们得出的结论是,基于对漫射场响应进行简单运算的近似值可能已经足够好了。有些人可能认为研究已经完全完成,耳机的“最佳”频率响应已经确定。然而,我们需要记住“偏好”的含义。哈曼自身在听众偏好方面也存在显著差异。2例如,根据哈曼自己的调查结果,虽然听众对低音音量的偏好与大多数听众的目标水平基本一致,但仍有 36% 的听众认为这个基准值过高(21%)或希望低音音量更大(15%)。我们的宗旨不会改变;我们致力于帮助您找到最符合您需求(或偏好)的耳机,希望能够满足 100% 的听众,而不是 64% 的听众。

关于 5128 型 HATS

正如我们之前所说,目前用于为新测试装置设定新目标的数据非常少。据我们所知,目前只有一项关于 5128 型 HATS 的偏好目标的正式研究。该出版物名为《Brüel & Kjær 5128 型头部和躯干模拟器测量的头戴式耳机目标曲线》,由丹麦 Senselab Force Tech 和日本会津大学共同完成。他们的工作包括 56 位参与者对 32 条不同的频率响应曲线进行评估。其方法与我们进行的听力测试类似,但由于存在大量异常值和异常曲线,作者得以挑选“最佳”的五条曲线来计算平均值。他们的研究并没有得出单一的“获胜”曲线,这与我们的发现一致。此外,如下所示,五条优选曲线中低音和高音范围的显著差异,也让我们对自己的结论感到安心,因为它提出了一系列有效频率响应曲线的概念。

B&K 5128 型听力测试研究的频率响应曲线
B&K 5128 型听力测试研究的频率响应曲线

相信你的偏好

就是这样。感知到的耳机音质不可能完全脱离主观性;即使是最广泛的研究也基于这一事实。哪里有主观性,哪里就会有意见和偏好的分歧。RTINGS.com 将继续关注追求最佳保真度的新进展,并且还有进一步研究的空间。

我们将耳机 v1.8 视为重要的基石。我们将在此基础上继续努力,为 v2.0 过渡到灵活的频率响应绘图工具。我们的目标是让您能够直观地看到针对许多已知偏好目标以及一些校准响应(例如漫射场响应)进行补偿的声音配置文件。因此,对于耳机测试和研究社区的所有同仁们,当围绕 5128 型平台研究和设计出更有效的目标曲线时,我们一定会考虑发布它们!

与此同时,我们想再次声明,我们并非倡导制造商可以随心所欲地提出任何应对方案而不受评判的世界。我们需要一个参考,而我们今天提出的这个目标正是我们小小的贡献。但拥有参考并不意味着与之背道而驰的签名就无法完美执行、令人愉悦。

尝试将我们测量过的一些耳机均衡到这个目标;告诉我们你的想法!另外,也请告诉我们你喜欢什么样的耳机音质;这是一个有趣的爱好,我们都能选择那些能给我们带来最大乐趣的产品。

希望您喜欢更新后的评论。一如既往,我们期待您的反馈;您的反馈是测试台架发展的关键!