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快速看懂結構設計差異

多數人都知道,耳罩式耳機有密閉、半開放、開放式之別,除了聲音特性表現上的不同,對於結構原理又知道多少呢?

塑膠殼不等於廉價

延續前面章節提到的實用性話題,在不影響聲音特性表現前提下,廠商普遍從構成材質著手,致力於輕量化工程。也許為了行銷噱頭,也許為了追求音響工程極致,廠商經常會標榜採用素材。特別是在耳罩外殼部分,強調以鋁合金甚至是木材等堅固材料,打造出能夠讓發聲振膜盡情施展,但是又不會因共振而發出雜音的外殼。

事實上,絕大多數耳機都是混用塑膠與金屬材質,依其特性運用在不同部位上。像頭戴與耳罩轉軸部位,外殼普遍以塑膠材質構成,即便是再高級的產品亦然。達到一定價位的產品,在內部頭戴伸縮調整與轉軸等核心結構,會使用堅固可靠的不鏽鋼或鋁合金材質製做。

因為耳機輸出功率相較於喇叭是微小的,不需要多厚實的塑膠材質,就能做出理想的耳罩外殼。總和而言,就是廠商會在堅固性、成本、產品定位,還有最重要的重量控制之間權衡,來決定構成產品的材質比例。所以動用特殊材質就是好,這點未必能夠成立,肯定的是價格與質感絕非一般。

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▲金屬與塑膠是耳機機構的主要素材,塑膠使用量多寡未必和產品價格成正比。圖例產品頭戴伸縮調整機構,有純粹以塑膠構成,也有塑膠外殼搭配金屬強化堅固性,但兩者價格其實相近。

動圈結構和喇叭相似

接下來,我們將漸漸導向耳罩內部結構,來一窺究竟。耳罩式耳機依發聲結構原理,區分為動圈式與靜電式,前者技術廣泛應用在各價位產品上,我們這次介紹的產品都屬於這類型。後者技術難度與成本相對高出許多,因此投入製造的品牌不多,甚至說到靜電式就能讓人想起某些特定品牌。

這邊只針對動圈式結構做簡單介紹,它的結構和傳統喇叭相仿,都是由振膜、音圈、永磁材質、導線等組件構成,一般將組裝完成品通稱為單體。兩者發聲原理也大同小異,電流訊號通過音圈形成電磁場,會與一旁的永磁材質相吸與互斥,這股作用力能夠推動振膜,進而產生疏密波變成聲響。

大尺碼低音相對出色

雖然筆者不認為物大便是美,耳機卻是少數能排除在外之一,因為尺寸和低音表現有所關聯。不過尺寸並非一味加大就是好,還得有相對應結構搭配,才能將振膜驅動好。經常能見到廠商標榜採用釹鐵硼,這就是指永磁物體的構成材質,它具有輕盈與高密度磁性,因而能夠產生更強勁的振膜推動力道。

在中型尺寸耳罩上,常見振膜尺寸大多約為30~40mm,這尺寸泛用度相當高,40mm在大尺碼耳罩產品上也相當普遍。大耳罩由於具有較多空間容納單體,50mm目前漸漸有成為主流的趨勢,有些廠商還動用到50~70mm之類規格。基於物理原則,振膜尺寸越大,低音曲線越是能平坦而且具有更低的延伸性,白話的說就是更深沉有力。 

振膜材質天曉得

耳罩耳機由於內部空間有限,想配置多個振膜甚至是單體具有相當難度,因此普遍以全音域振膜來製做,附加特點是不再需要分音器。現代耳機振膜材質和喇叭相仿,都會使用多種材料組成,不像喇叭發展初期以紙漿纖維為主,因此通稱為複合材料。

為了達成全音域發聲能力,耳機振膜需要兼具極輕薄與強韌等特性,所以常見採用PVC類材質。振膜上時常可見規律皺摺,其用意是改善高頻響應與抑制分割振動,而有些廠商還會塗布或鍍上金屬材料,目的也是以提升高頻表現居多。諸如此類設計手法,都是各家廠商的技術與經驗結晶,實際材質外人無從得知。

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▲拔掉耳罩襯墊之後,可以窺探到振膜局布的樣貌,但是得留意並非每款產品的襯墊都具備活動式設計,小心一失足成千古恨!

開放與封閉結構之間

前面提到振膜尺寸和低頻表現有關,雖然是恆定物理定律,卻不代表組合成耳機成品,低頻輸出量感會和振膜尺寸成正比。因為振膜低音表現能力除了取決於尺寸,還得視耳罩外殼結構設計而定,常聽人說的密閉、半開放與開放式,就是指外殼結構差異,聲音特性也會截然不同。

耳罩式耳機配戴時會形成2個腔體,靠近耳朵的姑且稱為內腔,振膜背後至外殼之間稱為外腔。當振膜前後活塞運動時,2個腔體的氣壓會呈現反向結果,即一個強、一個弱。這股相互作用力能夠讓振膜快速回復原始位置,亦會影響到聲學表現,因此在耳罩外殼做些變化,像是開孔調整外腔氣壓,就能達到改變聲音特性的目的。

密閉式不會在外殼開孔,但是它也不全然百分之百密閉,因為外殼製造公差多少會留下縫隙。另外也有廠商刻意開了個小孔,用以小量調節氣壓,以調校出想要的聲音。至於半開放式則是在外殼上開挖一些孔洞,廠商通常會貼合半透氣紙,或是使用其他半透氣材質,控制開口的氣壓流通量。開放式外殼布滿孔洞,識別度與密密式一樣高,不像半開式有時還得猜一猜。

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▲由上至下分別是密閉、半開放、開放式耳機,一般而言從外殼開孔程度,是能夠簡易辨識出耳機使用哪種結構設計。

結構差異影響特性

論這些結構的聲音特性差異,在概觀上密閉式的外殼能夠提供充足反射氣壓,不需要特別大尺寸振膜,就能得到充足的低頻表現。密閉結構讓使它漏音量最小,也具有相當程度被動隔音效果,因此不容易吵到他人和被干擾到。但是空間感相對狹隘,不容易提供開闊音場感,而且長時間配戴容易感到悶熱。

開放式則是密閉式的相反對比,很容易營造出寬鬆自然,沒有壓力的聆聽感。然而低頻清淡如水是一大罩門,完全無法和配置相同單吋振膜的其他結構耳機相較,因此越來越多廠商往>50mm大尺寸發展。至於居中的半開放式,猶如期他兩大類型耳機的優缺點眾合體,算是一種中庸的解決方案。

再次地說,音質評判這檔事相當主觀,因此各式耳罩結構設計,自然也就沒有絕對好壞之分。

本文同步刊載於電腦王雜誌
 
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