纯干货！完整揭秘耳机放大器（5楼和9楼已更新）

醇音

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-译者序-本文翻译自德国LAKE PEOPLE湖人的技术总监Fried Reim撰写的《The Headphone Amplifier Cookbook —— Why bother with a headphpne amp at all？》。此书意在用尽可能浅显易懂的语言去解答发烧友关于耳机放大器的一些疑问，比如耳机放大器存在的意义、耳机放大器好声的重点，同时对于一些技术特点做一些解释。是发烧友初识耳机放大器非常好的科普读物。

-1- 为什么需要一台耳机放大器？

耳机不仅仅是一个小型的扬声器吗？如果可以有的话，耳机不需要一台小小的放大器吗？

耳机放大器是一种处理音频信号的设备，其目的是使音频信号能匹配耳机不寻常的特殊之处。从表面上看，这没什么大不了的。事实上，这也很容易做到。但是，就像几乎所有的事情一样，细节决定成败。制造一个能适配任何耳机的放大器你就必须花费相当的一段时间。

耳机有很多变量。其中有两个重要的特点：阻抗和灵敏度。

通常，我们可以说阻抗高的耳机比阻抗低的耳机灵敏度低，而阻抗低的耳机一般灵敏度比较高。情况不总是如此，但大多数情况下是这样的。

高阻抗耳机比低阻抗耳机灵敏度低。

既定耳机的灵敏度通常可以用dB(声压)/mW来表示。让我们来看看两个型号。AKG K1000的灵敏度为74dB/mW，而Sennheiser HD25的灵敏度为108dB/mW。要获得相同的声压，相较于HD25，我们需要要花超过2500倍的功率在K1000上。

为什么可变放大系数很有用

预增益（PRE-GAIN）配置于 LAKE PEOPLE 和 Violectric上

因为耳机贴近耳朵工作，实质上它们的灵敏度比喇叭高得多。一些入耳式耳塞具有极高的灵敏度。这会让听众注意到放大器恼人的底噪。

物理定律意味着一定会有底噪。它的音量取决于放大器的基础增益(及其输出级)。考虑到电路稳定性，增益不能设置太低。这就是为什么基础增益通常在10-20dB左右，即增益系数在3-10之间。

灵敏度高的耳机不需要很大的增益，而高阻抗的耳机与之相反。

一方面为了获得最低级数的噪声，另一方面又要有尽可能大的增益，最好在输出级之前配备可变的增益。我们称之为预增益（PRE-GAIN）。

预增益一方面使噪声达到最低水平，另一方面使增益达到可能的最高水平。

在我们的产品上，通常我们提供5级（预增益）：-12、-6、0、+6、+12dB。

让我们看两个（极端的）例子。通常情况下，音量设置为最大时耳机放大器的增益为8dB （x2.5）。

例1：

（前端）放大设备提供了一个4V的电压。但是某耳机只需要2V就能有100dB的声压。在8dB的增益时的最大音量，耳机放大器将提供10V电压。所以你必须非常小心地调整音量控制，避免损害自己的听力。另外，必须避免输入端有噪声，因为它也会被（同等）放大。

使用预增益（PRE-GAIN），输入电平减少了12dB（1/4）。一个4伏的输入信号被转换成一个1V的信号。这个信号的电压再被放大2.5倍而变为2.5V。现在你可以放心把音量调大。

例2：

（前端）放大设备提供了一个1V的电压，某耳机则需要10V的才能有100dB的声压。如果音量最大时，8dB的增益，耳机放大器只能提供2.5V的电压。而这远低于耳机的需求。

我们可以使用预增益（PRE-GAIN）把输入电平增加12dB（x4）。1V就变成了4V。然后在放大2.5倍变成10V。这正是耳机所需要的电平。

为什么内部高电压是重要的

耳机不需要很大的功率。但是P=U2/R意味着，在既定的电阻下，功率与电压的平方成正比。故而，耳机的阻抗越大，所需电压也就越大。

对于达到最大的音量，这只有部分关系。音乐瞬息万变，这对于传输信号的技术提出了实质性的要求。

一个快速的脉冲可以将最大工作电压为+/-15V的常规放大器压迫到它的极限。LAKE PEOPLE与Violectric的产品内部电压通常有+/-30V。这会让你更淡定、给与你更多的控制余量，在没有失真的情况下给予耳机线性的驱动力。那将延长昂贵设备的使用寿命。

为什么高阻尼系数很重要

在创造一个力以后，每个电力系统都会产生一个反作用力（反电动势）。当放大器驱使耳机的音圈做位移，其后音圈回到初始位置时，就会产生一定量的电压。必须尽量抑制这类电压。那放大器的输出阻抗就要尽可能低。因为这可以吸收尽量多的电流。

阻尼系数描述了放大器的输出阻抗（=输出电阻）与既定负载之间的关系。

假设负载（耳机音圈阻抗）为50欧姆。当放大器在输出阻抗小于0.1欧姆时，阻尼系数则将超过500。

但是放大器的输出阻抗和耳机的阻抗对于频响曲线的线性不利：扭曲。随着放大器输出阻抗的上升和耳机阻抗的下降，这种效应会越发明显。

因为阻尼系数不同，耳机在不同放大器上的听感也可能会有差异。

这就解释了为什么有些人“更喜欢”将耳机接到某台特定的放大器，而不是随便其他什么放大器。

为什么要使用继电器来开机/关机？

每个放大器在开机或关机时都会产生噪音或干扰。这可能会损坏任何连接着的耳机。

我们可以使用一个连接着外加的电子元器件的继电器，使得耳机和放大器之间的联系有一个延迟，并在关机时即时切断。

一旦预期有非正常的运行状况，这项（措施）就可以保护耳机。

为什么限制频响范围是有益的?

声音（信号）是交流电。年轻人可以听到从20Hz到20000Hz的声音。随着我们年龄的增加，对高频就越发不敏感。

为了更好地再现这段频率，放大器的频率响应应该尽量宽、尽量线性。下限由直流电压（0hz）决定。显然，不可能更低。上限可以设定为（几乎）任何期望的值。但这也使得设备对电磁干扰非常敏感。

虽然你不能直接听到它们，但它们与可闻的频率混合后就能够被听到。因此，不限制频响范围实际上是相当不负责任的行为，而不是一种令人叹服的工程能力的标志。

为什么一个优质的音量控制很重要？

音量控制是一种机械制动器。这类产品涵盖了全球市场上的各个价位段。如今，它们经常被电子元件取代。然而，这种电路往往在动态、噪声和失真等方面有缺点。

对于高品质的应用，由半导体制成的电阻元件、质量好的“多插头”回路和物理隔离每个部分是理想的方式。为了保证多年无故障使用，您需要高品质的组件。

然而真正优质的电位器市场很小，所以像Noble和松下等厂商已经停产这类产品。这就是为何Alps的RK27是最好的选择之一。

更多关于音量控制的阐述请看第（二）部分

为什么平衡信号更好

与单端信号相比，平衡信号使用两根导线（外加接地）。在“发送”端将原始信号反相（相位移动180°），一个对称的信号被创造出来。一根导线发送信号（a），另一根导线发送信号（-a）。在“接受”端设备中，信号被送入差分放大器。这就能得到(a)-(-a)=2a的差值。

在两个设备之间的路径上可能会引入噪声。噪声是同相的，也会到达差分放大器。这就产生了两个噪声元素(s)-(s)=0的差值。理想情况下，这将消除沿信号路径引入的任何噪声。

更多有关平衡信号的阐述请看第（三）部分

（未完待续）

VIOLECTRICNIIMBUSLAKE PEOPLE中国总代理- 醇音音响 -咨询电话：021-63172566

夜游人

拿K1000和HD25比灵敏度？？神啊

夜火

发这些文章，还不如把 湖人产品的说明书翻译成中文，

比如V100、V200，想拆机改一下内部设置！！但是附送的说明书是外文，根本看不懂，

论坛上也查不到

HYQID

alps的RK27是真正优质的电位器吗

醇音

继续干！| 完整揭秘耳机放大器（二）| 各种音量控制的优缺点



-译者序-本文翻译自德国LAKE PEOPLE湖人的技术总监Fried Reim撰写的《The Headphone Amplifier Cookbook —— Why bother with a headphpne amp at all？》。此书意在用尽可能浅显易懂的语言去解答发烧友关于耳机放大器的一些疑问，比如耳机放大器存在的意义、耳机放大器好声的重点，同时对于一些技术特点做一些解释。是发烧友初识耳机放大器非常好的科普读物。

续接上文：

[color=var(--weui-LINK)]纯干货！完整揭秘耳机放大器（一）

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控制音量的不同方式

为了控制音量，我们需要一个分压器。它的工作是，只把某个定量的电压从一边传输到另一半。最简单的分压器形式是一个称为电位器的传动器。

电位器

你可以把电位器视为一个“外露”的电阻。一方面，电位器连接着信号源，另一方面连接着接地。机械刮片沿着电阻元件的表面移动。

如果刮片越靠近源头，则信号强度越大。如果离接地越近，则信号越微弱。当刮片碰到接地，信号就“没了”。

这是很容易就能想到的，这种机械传动器可精致可粗糙、可昂贵可便宜。优劣不一的碳膜、陶瓷或者半导体制造的电阻，和寻常或者特殊材料制造的刮片，用简易或精巧的方式组装在一起。

应用于立体声领域，电位器要更复杂点。左右声道的电阻路径必须尽可能一模一样（这非常困难），理想情况下又必须在物理上隔离开。

如果你想确保经得起长期使用，电阻表面就必须尽可能坚硬且光滑。刮片的触点要用极为适当的材料，比如金或银。

电位器中充满润滑剂。时间和摩擦终将导致电位器“毛糙”，刮片在电阻上的滑动不再顺滑。而你突然灵光乍现，用点触点喷雾，千万不要！喷雾可以作为去除油脂的溶剂。用了它，电位器的确不再有抓挠的感觉，但过不了多久，情况将会更糟。

永远不要在电位器上用触点喷雾！

电位器的机械结构同样重要。它不能摇摇晃晃。它应该有顺滑而有阻尼的旋转手感，如果有多个电位器那么它们的扭力应该相同。

可以安装一个带有级数的电位器，这样用户就可以回到之前的设定：

-音量电位器通常有31或41级

-左右平衡的电位器通常位于正中

-降低音量最好使用13级的电位器

顺带一提，这里所谓的“级（step）”与步进式电位器无关。它们只是为了让用户更容易知道电位器调节到的位置，以及给予一种正在高精度工作的感觉。

因为这个设计的原理所致，在电位器的源头“看到”的是一个恒定的高阻抗，接下来则变成一个可变幅度极大的阻抗。

为了避免干扰，最终的阻抗应该很小。这只能通过增加更多的电子元件来实现，理想的方式是使用缓冲放大器。

顺带一提，这也就是为什么信号通路中的无源传动器常常会产生比它们能解决的问题更多的问题！

全世界的电位器市场提供的产品从几乎免费（几分钱）到昂贵得令人目瞪口呆。比如ALPS的RK50，价值数百欧元。

真正好的电位器的市场其实很小。这就是为什么Noble和松下停产了这些（电位器）。ALPS RK27是我们在可接受的价格范围内的首选优等品。

电位器可以很容易由电机控制转动。在刮片连在电机后面的情况下，滑动联轴器可以让用户转动刮片。

电位器时常很昂贵，而且迟早会磨损。所以人们长期以来一直在研究其他替代方案。

步进式电位器

步进式电位器是一个很好的替代方案。

取代电阻路径的是一个电压分配器，每一级有2个电阻，声道平衡更佳。如果触点和组装质量够好，这种步进式的会比一般电位器更长寿。

但也有相当大的缺点。步进级数太少（12或者24）意味着控制音量时无法很好地适配。而且很昂贵，尤其是24级的。同样在制造上也非常困难，也不能被电动控制。

电子开关

电子开关是一种可以在高欧姆电阻和低欧姆电阻之间进行切换的元件。

头一个电子开关有在“低”点有问题（导通电阻不够低，而且变化相当大）。这个“开关”也是一个场效应晶体管，这意味着它可以造成相当大的失真。

在某些情况下，电子开关可以在输入开关等应用中取代继电器。电子开关也被开发成具有更窄的导通公差。

尽管电子开关在设计上取得了很大的进步，但它只能部分替代电位器。

这些开关的优点之一是不会划伤或破裂，但它们通常不是很“hi-fi”。很便宜，价格断崖式降低。另一个优点是它们很就能电动控制。

VCA

VCA是电压控制衰减器的缩写。VCA在早期的模拟计算机中起“四象限乘法器”的作用，并在专业演播环境中用于限制器和噪声门。早期的调音台也使用VCA。

当有衰减时，会导致如今无法忍受的失真，所以在hi-fi环境中根本无法使用。

VCA中的控制电压相对较小（6mV/dB的衰减），这意味着它的声道平衡比较差。而电动控制更困难。

单片集成电路

飞利浦在1980年代制造TCA730和TCA740时就是该领域的早期开拓者之一。这些芯片具有简单的线性电位器，可控制两个通道的音量、声道平衡、高音和低音。

其目的是尽可能廉价，同时减少所需连接的导线。不幸的是，这些IC很快就因嘶嘶声和失真而声名远扬。它们完全不适合高级hifi设备。

DCA

数控衰减器是90年代末期芯片技术发展的结果。衰减器本身是模拟的，内部的“开关”则是数控的。

DCA的内部结构是许多电子开关、精密电阻器和缓冲放大器的巧妙组合。

Cirrus Logic的CS3310是最早一批的出色产品。它以及其后续产品有两个通道，最多提供256级，以0.5dB步进。

它采用过零开关，在线性、噪声和失真方面的表现非常适合在hi-fi设备中使用。它也很容易电动控制。

CS3310有一个缺点，它只能运行在5V电压，限制了其在音量控制上的可用性。由其衍生出来的产品已经有了改进。

CS3310以及类似的产品常被用于音响领域，但依旧距离理想中的正经hi-fi产品有点远。

RCA

继电器控制的衰减器综合了上述所有的优点，且避免了随之而来的缺点。

继电器以步进开关的方式让人联想到电阻的不同组合。但是它还有更多步骤，可以电动远程控制。

一些Violectric的产品提供了128级步进。每一级0.75dB，音量范围达到96dB。

Niimbus有提供256级的版本，每一级0.4dB，音量范围超过了100dB。

优点：

-内部没有电阻条，所以不会有刮擦

-得益于使用配对精度1%或0.1%的电阻，有出色的声道平衡，

-最佳的串扰阻尼（声道之间被物理隔离）

-（理论上）相较电位器有更大的控制范围

-多声道配置很容易实现

-信号通路仅有固定电阻，所以不会引入噪声或失真

缺点：

-技术层面上最精致也最昂贵的方案

-设定时会有轻微的咔哒音

结论：

RCA是控制音量最好的方式！

（未完待续）

VIOLECTRIC NIIMBUS LAKE PEOPLE中国总代理- 醇音音响 -
咨询电话：021-63172566

zc631516

太长了，没耐心看

HYQID

这种继电器开断的电位器我本来也想着做个用起来，但发现其信号并不像有些宣传所说只经过两个电阻，就没啥兴趣了
用架子做出的分流式更方便小巧，反正用不着多少档，唯一问题就是有些劣质架子有可测的大失真

初到广州

写的不错

醇音

本文翻译自德国LAKE PEOPLE 湖人的技术总监Fried Reim撰写的《The Headphone Amplifier Cookbook —— Why bother with a headphpne amp at all？》。此书意在用尽可能浅显易懂的语言去解答发烧友关于耳机放大器的一些疑问，比如耳机放大器存在的意义、耳机放大器好声的重点，同时对于一些技术特点做一些解释。是发烧友初识耳机放大器非常好的科普读物。

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-3-

平衡耳机放大器

平衡的不同形式和使用

平衡信号通路的使用是为了将信号通路上的噪声降到最低。如果你曾经当过兵，也许还记得老式电话机，还要有不幸的家伙带着拖在后面的电缆盘。野战电话是不需要电子元件和电源的早期产品。相互之间用简单的双芯双绞线连接。即便线缆有数公里长，在另一端人们依旧可以听见。这就是平衡信号通路的现实案例。

最简单、最可靠也是最精确的方式，是使用一个变压器。但这样很昂贵，而且在处理高频段时会有问题。在电子平衡器中，一个现存的单端信号（a）被转成一个相位180°翻转的信号（-a）。

然后，这两个信号沿着不需要任何额外屏蔽的双芯双绞线电缆发送。在到达接收端的过程中遇到的任何干扰都会影响两个信号。在接收端中，信号被发送到差分放大器。

陈如其名，差分放大器会生成差值，一个信号减去另一个信号：a-(-a)=2a。干扰也会经历同样的过程：(s)-(s)=0。

在理想的情况下，接收端将得到一个没有干扰而强度翻倍的信号。当然在现实中，这不可能100%实现。

必须把电压和阻抗因素考虑进去，在实践中作为共模抑制（CMR）这是可以测量得到的。而这个系统越是复杂，效果就越好。

除了大大改善噪声特性这个优点以外，平衡传输相对于单端信号还有一个优点。

线缆的地线或者屏蔽仅仅是用于屏蔽信号，使其不受干扰，并平衡连接设备之间的电位。这意味着它具有纯静态的功能。与单端连接相比，屏蔽/接地不会被用来携带信号返回（发送端）。

其结果是，地线是中性的非调制的。

当一条平衡线被用于发送一个尽可能低干扰的信号，并保持地线的静态，一个“平衡”放大器就有了其他用处。

让我们看一下放大器的基本原则。左右声道的输入信号被放大，并传送去各自的负载端。

平衡放大器并不是新兴（事物）。使用于汽车上的无线电，用一个限定的电压（12V）将功率放大4倍。这种电路也被称为BTL，意为桥式推挽电路。电路如下：

输入信号通过2个放大器送去负载端。其特点是，一个放大器“正常”工作，另一个放大器反向，也就是相位被颠倒180°。当一个放大器推动音圈，另外一个拉住音圈。在同等电压下，相较于单端放大系统，这会给予双倍的电压偏移和4倍的功率。

另一个优势是，接地是完全中性的，与放大过程“毫无接触”。

然而，上面所说的系统有一个缺点立即显现出来，我们需要加倍的元器件数量。

遗憾的是，真实的世界不会像上述理想的例子表述的那样。“简洁”的放大器设计有其令行禁止。

除了我们试图驱动的负载以外，还有许多其他“伴随的”阻抗在起作用，我们必须将其纳入考虑，这可能会削弱音圈的移动。

阻抗是电阻、电容和电感参数的复杂混合体。例如，电缆中的高电容元件可能会导致放大器性能不稳定。

化繁为简，我们将只看电阻元件。每一个阻抗负载都会引起电压下降，造成系统的非线性。

上面电路图上的几个问题马上就能看出来：

· 阻抗负载越高，寄生阻抗的影响越弱

· 阻抗负载越低，寄生阻抗的影响越大

· 放大器的输出阻抗越低，对传输质量的影响就越小

· 阻抗负载越低，线材的作用和输出阻抗越大

· 单端连接耳机，插头在接地这里会产生很多问题 - 因为左右声道共地 - 而且插头和插座之间的接触不佳（接触面积太大）

· 这里的接地不是“空闲”的，而是有电压负载的。因为线材和内阻，此电压持续降低。这意味着它是由左声道+右声道信号（意为单声道信号）调制的。作为串音或者互调，这是可以被测量到或者听到的。

平衡放大器则是这样的：

如图，单端放大器有6个问题区域，推挽式放大器则会有8个，却不是12个。平衡系统不会让问题数量翻倍。

传输质量更好源于没有共地，接地是没有负载的。

推挽放大器并不是完美的。除了由于需要2倍的元器件而增加了成本以外，还需要考虑以下几个方面：

· 输出阻抗翻倍，因为每个声道会有2个阻抗

· 本底噪音更大，因为双倍放大

· 更容易失真，因为有两个放大器

当设计一个平衡或者推挽式放大器驱动耳机时，我们不会专注于最大化输出摆幅，尤其是驱动低阻耳机时。

LAKE PEOPLE / Violectric的产品能够提供足够的摆幅，即便是驱动高阻耳机亦是如此。

为什么平衡耳机放大器是有用的而且是需要的？

正如我们先前所知，单端放大器是接地的。具体来说，不是设备上的接地线或者表面，而是变压器的底部。

信号的振幅在这个参考点附近尽可能平稳地振荡（否则我们将讨论直流偏移），并且只受正负工作电压的限制。理论最大有效振幅(V eff)计算如下（简化）：

该电压通过负载（耳机音圈）沿着共享路径传送到设备耳机插孔中的接地连接器。

从那里它被带到变压器的基准点，这是真正的参考点或接地点。

耳机和设备中的传导通路，以及设备的接地面都不可能是没有一丁点阻抗的，它们本身也有阻抗，产生的负载也会导致电压降低。

这也就是本应该是“空闲”的作为参考点的“接地”，被左右声道残余信号“污染”的原因。这是一个合在一起的单声道信号，作为串音或者互调是可以被测量和听到的。

如前文所述，有很多因素在起作用，包括电路本身(输出阻抗)、电路布局、耳机布线以及接地阻抗+返回阻抗之和与负载电阻(音圈)之间的关系。

平衡放大器的优点

一个平衡放大器（全桥或者推挽或者BTL放大器）由每声道两个放大器组成。一个传递正常的输入信号，同样的信号180°反转（反向）后被另一个传到耳机的音圈。

由于负载（音圈）被同相和反相的放大器拉来拉去，接地电位保持完全不变。这意味着不会产生串音效应。

平衡（耳机）放大器的最大优点是声道分离。“标准”放大器的通道分离通常足够好，用户不会有意见。但是很多人不知道如何做“更好”。

平衡（耳机）放大器有完美的声道分离。

听普通耳机的时候，由于头中效应，经常会把更好的声道分离认为是“不自然的”。用户有时会使用“crossfeed（互馈）”来减轻这种情况。

但是降低串音和减少互调，即严格的声道隔离，也是很多人聆听平衡放大器和耳机时醍醐灌顶的原因之一。

空间感得以提升、信息量得以提升、舞台上乐器的定位结项也得以提升。

简而言之

聆听喇叭就像是坐在音乐厅。聆听一般的耳机就像是身处导线的位置听。听平衡耳机就像是成为管弦乐队的一部分。

平衡输出的优点

一个技术上的优点是，我们不需要再使用耳机插头，不再被迫接受这东西的电阻（有时候非常大）。

尽管这毫无意义，有时我们看到有使用双3针XLR插头。也有设备有双耳机插头（分左右）。

在LAKE PEOPLE / Violectric / Niimbus上，我们决定在输出端使用4-PIN XLR插座，可以插上AKG K1000为标准连接的耳机。与其他厂家一样，通过设备的母座（没有锁扣）和耳机端的公插即可实现平衡线驱动。

平衡耳机

现在我们需要解决的是，如果现有耳机不支持平衡，那该怎么实现平衡驱动呢？

一般来说，如果耳机使用的是一根4芯线，直接连接到左右声道的耳机本体，那就不是问题。只要剪掉原来的耳机插头，然后焊上一个4-PIN XLR插头。

（完）

VIOLECTRICNIIMBUSLAKE PEOPLE湖人中国总代理- 醇音音响 -咨询电话：021-63172566

夜火

“只要剪掉原来的耳机插头，然后焊上一个4-PIN XLR插头”

对于包括鄙人在内的手残党来说，这太难了

醇音

顶起！

醇音

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