-譯者序-
本文翻譯自德國(guó)LAPE PEOPLE的技術(shù)總監(jiān)Fried Reim撰寫(xiě)的《The Headphone Amplifier Cookbook —— Why bother with a headphpne amp at all？》。此書(shū)意在用盡可能淺顯易懂的語(yǔ)言去解答發(fā)燒友關(guān)于耳機(jī)放大器的一些疑問(wèn)，比如耳機(jī)放大器存在的意義、耳機(jī)放大器好聲的重點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于一些技術(shù)特點(diǎn)做一些解釋。是發(fā)燒友初識(shí)耳機(jī)放大器非常好的科普讀物。
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為什么需要一臺(tái)耳機(jī)放大器？
耳機(jī)不僅僅是一個(gè)小型的揚(yáng)聲器嗎？如果可以有的話(huà)，耳機(jī)不需要一臺(tái)小小的放大器嗎？
耳機(jī)放大器是一種處理音頻信號(hào)的設(shè)備，其目的是使音頻信號(hào)能匹配耳機(jī)不尋常的特殊之處。從表面上看，這沒(méi)什么大不了的。事實(shí)上，這也很容易做到。但是，就像幾乎所有的事情一樣，細(xì)節(jié)決定成敗。制造一個(gè)能適配任何耳機(jī)的放大器你就必須花費(fèi)相當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)間。
耳機(jī)有很多變量。其中有兩個(gè)重要的特點(diǎn)：阻抗和靈敏度。
通常，我們可以說(shuō)阻抗高的耳機(jī)比阻抗低的耳機(jī)靈敏度低，而阻抗低的耳機(jī)一般靈敏度比較高。情況不總是如此，但大多數(shù)情況下是這樣的。
高阻抗耳機(jī)比低阻抗耳機(jī)靈敏度低。
既定耳機(jī)的靈敏度通常可以用dB(聲壓)/mW來(lái)表示。讓我們來(lái)看看兩個(gè)型號(hào)。AKG K1000的靈敏度為74dB/mW，而Sennheiser HD25的靈敏度為108dB/mW。要獲得相同的聲壓，相較于HD25，我們需要要花超過(guò)2500倍的功率在K1000上。
為什么可變放大系數(shù)很有用
預(yù)增益（PRE-GAIN）配置于 LAKE PEOPLE 和 Violectric上
因?yàn)槎鷻C(jī)貼近耳朵工作，實(shí)質(zhì)上它們的靈敏度比喇叭高得多。一些入耳式耳塞具有極高的靈敏度。這會(huì)讓聽(tīng)眾注意到放大器惱人的底噪。
物理定律意味著一定會(huì)有底噪。它的音量取決于放大器的基礎(chǔ)增益(及其輸出級(jí))。考慮到電路穩(wěn)定性，增益不能設(shè)置太低。這就是為什么基礎(chǔ)增益通常在10-20dB左右，即增益系數(shù)在3-10之間。
靈敏度高的耳機(jī)不需要很大的增益，而高阻抗的耳機(jī)與之相反。
一方面為了獲得最低級(jí)數(shù)的噪聲，另一方面又要有盡可能大的增益，最好在輸出級(jí)之前配備可變的增益。我們稱(chēng)之為預(yù)增益（PRE-GAIN）。
預(yù)增益一方面使噪聲達(dá)到最低水平，另一方面使增益達(dá)到可能的最高水平。
在我們的產(chǎn)品上，通常我們提供5級(jí)（預(yù)增益）：-12、-6、0、+6、+12dB。
讓我們看兩個(gè)（極端的）例子。通常情況下，音量設(shè)置為最大時(shí)耳機(jī)放大器的增益為8dB （x2.5）。
例1：
（前端）放大設(shè)備提供了一個(gè)4V的電壓。但是某耳機(jī)只需要2V就能有100dB的聲壓。在8dB的增益時(shí)的最大音量，耳機(jī)放大器將提供10V電壓。所以你必須非常小心地調(diào)整音量控制，避免損害自己的聽(tīng)力。另外，必須避免輸入端有噪聲，因?yàn)樗矔?huì)被（同等）放大。
使用預(yù)增益（PRE-GAIN），輸入電平減少了12dB（1/4）。一個(gè)4伏的輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)1V的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)的電壓再被放大2.5倍而變?yōu)?.5V。現(xiàn)在你可以放心把音量調(diào)大。
例2：
（前端）放大設(shè)備提供了一個(gè)1V的電壓，某耳機(jī)則需要10V的才能有100dB的聲壓。如果音量最大時(shí)，8dB的增益，耳機(jī)放大器只能提供2.5V的電壓。而這遠(yuǎn)低于耳機(jī)的需求。
我們可以使用預(yù)增益（PRE-GAIN）把輸入電平增加12dB（x4）。1V就變成了4V。然后在放大2.5倍變成10V。這正是耳機(jī)所需要的電平。
為什么內(nèi)部高電壓是重要的
耳機(jī)不需要很大的功率。但是P=U²/R意味著，在既定的電阻下，功率與電壓的平方成正比。故而，耳機(jī)的阻抗越大，所需電壓也就越大。
對(duì)于達(dá)到最大的音量，這只有部分關(guān)系。音樂(lè)瞬息萬(wàn)變，這對(duì)于傳輸信號(hào)的技術(shù)提出了實(shí)質(zhì)性的要求。
一個(gè)快速的脈沖可以將最大工作電壓為+/-15V的常規(guī)放大器壓迫到它的極限。LAKE PEOPLE與Violectric的產(chǎn)品內(nèi)部電壓通常有+/-30V。這會(huì)讓你更淡定、給與你更多的控制余量，在沒(méi)有失真的情況下給予耳機(jī)線(xiàn)性的驅(qū)動(dòng)力。那將延長(zhǎng)昂貴設(shè)備的使用壽命。
為什么高阻尼系數(shù)很重要
在創(chuàng)造一個(gè)力以后，每個(gè)電力系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反作用力（反電動(dòng)勢(shì)）。當(dāng)放大器驅(qū)使耳機(jī)的音圈做位移，其后音圈回到初始位置時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定量的電壓。必須盡量抑制這類(lèi)電壓。那放大器的輸出阻抗就要盡可能低。因?yàn)檫@可以吸收盡量多的電流。
阻尼系數(shù)描述了放大器的輸出阻抗（=輸出電阻）與既定負(fù)載之間的關(guān)系。
假設(shè)負(fù)載（耳機(jī)音圈阻抗）為50歐姆。當(dāng)放大器在輸出阻抗小于0.1歐姆時(shí)，阻尼系數(shù)則將超過(guò)500。
但是放大器的輸出阻抗和耳機(jī)的阻抗對(duì)于頻響曲線(xiàn)的線(xiàn)性不利：扭曲。隨著放大器輸出阻抗的上升和耳機(jī)阻抗的下降，這種效應(yīng)會(huì)越發(fā)明顯。
因?yàn)樽枘嵯禂?shù)不同，耳機(jī)在不同放大器上的聽(tīng)感也可能會(huì)有差異。
這就解釋了為什么有些人“更喜歡”將耳機(jī)接到某臺(tái)特定的放大器，而不是隨便其他什么放大器。
為什么要使用繼電器來(lái)開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)？
每個(gè)放大器在開(kāi)機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生噪音或干擾。這可能會(huì)損壞任何連接著的耳機(jī)。
我們可以使用一個(gè)連接著外加的電子元器件的繼電器，使得耳機(jī)和放大器之間的聯(lián)系有一個(gè)延遲，并在關(guān)機(jī)時(shí)即時(shí)切斷。
一旦預(yù)期有非正常的運(yùn)行狀況，這項(xiàng)（措施）就可以保護(hù)耳機(jī)。
為什么限制頻響范圍是有益的?
聲音（信號(hào)）是交流電。年輕人可以聽(tīng)到從20Hz到20000Hz的聲音。隨著我們年齡的增加，對(duì)高頻就越發(fā)不敏感。
為了更好地再現(xiàn)這段頻率，放大器的頻率響應(yīng)應(yīng)該盡量寬、盡量線(xiàn)性。下限由直流電壓（0hz）決定。顯然，不可能更低。上限可以設(shè)定為（幾乎）任何期望的值。但這也使得設(shè)備對(duì)電磁干擾非常敏感。
雖然你不能直接聽(tīng)到它們，但它們與可聞的頻率混合后就能夠被聽(tīng)到。因此，不限制頻響范圍實(shí)際上是相當(dāng)不負(fù)責(zé)任的行為，而不是一種令人嘆服的工程能力的標(biāo)志。
為什么一個(gè)優(yōu)質(zhì)的音量控制很重要？
音量控制是一種機(jī)械制動(dòng)器。這類(lèi)產(chǎn)品涵蓋了全球市場(chǎng)上的各個(gè)價(jià)位段。如今，它們經(jīng)常被電子元件取代。然而，這種電路往往在動(dòng)態(tài)、噪聲和失真等方面有缺點(diǎn)。
對(duì)于高品質(zhì)的應(yīng)用，由半導(dǎo)體制成的電阻元件、質(zhì)量好的“多插頭”回路和物理隔離每個(gè)部分是理想的方式。為了保證多年無(wú)故障使用，您需要高品質(zhì)的組件。
然而真正優(yōu)質(zhì)的電位器市場(chǎng)很小，所以像Noble和松下等廠(chǎng)商已經(jīng)停產(chǎn)這類(lèi)產(chǎn)品。這就是為何Alps的RK27是最好的選擇之一。
更多關(guān)于音量控制的闡述請(qǐng)看第（二）部分
為什么平衡信號(hào)更好
與單端信號(hào)相比，平衡信號(hào)使用兩根導(dǎo)線(xiàn)（外加接地）。在“發(fā)送”端將原始信號(hào)反相（相位移動(dòng)180°），一個(gè)對(duì)稱(chēng)的信號(hào)被創(chuàng)造出來(lái)。一根導(dǎo)線(xiàn)發(fā)送信號(hào)（a），另一根導(dǎo)線(xiàn)發(fā)送信號(hào)（-a）。在“接受”端設(shè)備中，信號(hào)被送入差分放大器。這就能得到(a)-(-a)=2a的差值。
在兩個(gè)設(shè)備之間的路徑上可能會(huì)引入噪聲。噪聲是同相的，也會(huì)到達(dá)差分放大器。這就產(chǎn)生了兩個(gè)噪聲元素(s)-(s)=0的差值。理想情況下，這將消除沿信號(hào)路徑引入的任何噪聲。
更多有關(guān)平衡信號(hào)的闡述請(qǐng)看第（三）部分
為什么具有平衡驅(qū)動(dòng)（SYMMETRICAL OUTPUTS）的放大器更好
普通（單端）耳機(jī)有3根導(dǎo)線(xiàn)，可以插入3-pin的耳機(jī)插孔。當(dāng)左右聲道的信號(hào)沿著專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)線(xiàn)從放大器傳遞到耳機(jī)時(shí)，從耳機(jī)返回放大器的回路只用一條導(dǎo)線(xiàn)。因此，左右聲道殘余的能量沿著這條公用導(dǎo)線(xiàn)從耳機(jī)回到放大器的耳機(jī)插孔，以及接地段。放大器內(nèi)的每個(gè)元件，導(dǎo)線(xiàn)、插座和接地線(xiàn)在電壓降低時(shí)都具有特定的電阻。這會(huì)“污染”帶有L+R-殘余單聲道信號(hào)的接地（它應(yīng)該是完全中性的，因?yàn)樗菂⒖键c(diǎn)）。其結(jié)果是串?dāng)_，作為聲道之間的互調(diào)失真，它測(cè)量得到，也聽(tīng)得到。
平衡驅(qū)動(dòng)需要有4根線(xiàn)從放大器到耳機(jī)。每個(gè)耳機(jī)音圈被2個(gè)放大器以180°相位差“推-拉”驅(qū)動(dòng)。當(dāng)一個(gè)“推”時(shí)，另一個(gè)人“拉”。這意味著不僅輸出電壓翻倍，音量明顯更大，而且接地不受任何串?dāng)_干擾。
更多有關(guān)平衡驅(qū)動(dòng)的參數(shù)請(qǐng)看第（三）部分
2020-05-13 
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