[心得] 耳機匹配器 for HE1000 v2

看板Headphone作者hiro920463 (hiro)時間6年前 (2018/01/20 19:52)推噓21(21推 0噓 22→)

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圖文易讀板 http://chihhanlin.weebly.com/32819272313845925239213053719722120.html 餓了嗎, 先來顆包子吧 http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/bau_orig.jpg

-------------------------------------------- 自從入手 HE1000 v2 之後隱約覺得 90 dB 的 sensitivity (不曉得是 SPL/V 還是 SPL/mW, 反正要達到我習慣的聆聽音量需要的電壓擺幅跟 HD800 差不了多少) 總歸要走一般喇叭擴大器加上衰減用的阻抗匹配器才能有比較好的效果 (事實上很多人也都這麼幹了, 大概是低靈敏度平板單體的宿命) http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/frontview_1_orig.jpg

先講講聽感再慢慢解釋整個製作過程 (一句話總結：分壓電路最佳化). DAC 用自己改的 Soekris DAM 1121, 配老綜擴 Marantz PM-72 , HE1000 v2 聽起來還真有幾分喇叭的味道, 該有空間感一點不少, 低頻的表現更有力度, 人聲的韻味更勝幾分,比如手嶌葵的歌集バージョン, 或者石川さゆり的老錄音 (ex. 1986 年版本的天城越え, 1975 的かくれんぼ以及青い山脈 (with潮哲也) ), 聽來十分過癮, 簡直是演歌專用機, 讓我想到以前用鐵家 HA-5050H 配木殼的聆聽經驗, 很好聽的失真 (誤). 如果空間夠大用綜擴搭阻抗匹配衰減器直推耳機會是很高 CP 的玩法. 整組約莫 5U 機箱大的裝置最終落腳在公司辦公桌上（在家聽兩聲道, 工作寫 code 聽耳機）, 隨便聽的時候用 spotify 掛 web player 就很抒壓了. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/backview_orig.jpg

綜擴的另外一個優點就是輸入多切換方便, 比如最近開始在研究黑膠唱頭的調法切過去監聽就很方便, 透過 tape out 端口也可以直接接到儀器錄製或分析. DAC 到 amp 用 schiit PYST 短線, 進衰減器的線一開始也算好留 15-20cm, 用的是 0.75mm2 普通多芯銅線 . 回歸技術面的討論, 想要直接用大電壓擺幅的喇叭擴大機去推耳機不燒掉首要條件就是想辦法讓耳機單體驅動的偏壓（文後討論以方均根值為主, 換算功率比較方便）不要超過上限, 假如一部擴大機標稱 RMS 8 ohm 100W 0.03% THD, 那麼這個功率下擴大機輸出的 V_rms(amp) 大概是 8*100 開根號 = 28V, 因為是 0.03% THD , 如果無視失真通常可以輸出的值比這大上不少. 比較好的方式是拿一顆 50W 20ohm 的電阻接到擴大器當假負載 , 給一個單頻正弦波測試訊號, 逐漸調大音量, 用示波器量假負載的電壓觀察削波失真（就正弦波型波峰或波谷被削平的那個強度）, 或者看頻譜開始出現大量諧波失真的強度就可以換算出 V_rms(amp). 這個時候假定耳機可以承受的最大電壓是 V_rms (HP) (或者說正常聆聽的最大音量, 個人習慣通常聽大編制音量旋鈕開的位置會比聽一般的流行樂大上 6-10dB). 最後我們就需要一個衰減器, 將擴大器的輸出電壓衰減 N 倍到耳機可以承受的大小 , V_rms(HP) = V_rms (amp)/N http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/network1_orig.png

最簡單的作法就是輸出端直接串一個大電阻去分壓, 通常耳機的輸入阻抗都不大, 串個三百歐姆的電阻就可以解決衰減問題, 沒有獨立耳擴的綜合擴大機都是這麼幹的, 靈敏度超高的入耳式耳機碰到底噪問題也可以這麼解決, 俗稱高阻線（強迫系統輸出更高電壓, 底噪如果不會隨著電壓一起變高那麼等效上信噪比就會改善）. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/pm72-hp_orig.png

Marantz PM-72 (圖來自 Hifiengine 的 PM-72 service manual) 的線路就是串一顆 2W 330 ohm 電阻. 直接串連的特性是輸出阻抗受到耳機阻抗影響較大, 基本上除了平板耳機的輸出阻抗不太隨頻率改變以外, 一般動圈變動範圍就大, 比如 HD800 從 300 到 600 ohm 都有. 這個時候如果要拿來推靈敏度低的玩意在降低串連電阻的過程中其實很容易一個不小心燒單體. 所以實際上耳機匹配的線路還是走分壓式的比較好調整, 其實也就是分音器中 L-pad attenuator 的設計 http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/network2_orig.png

通常我們會用一組分壓線路 R1/R2 來衰減輸入電壓, 如果故意把 R2 選的比耳機輸入阻抗小一點你會發現整個線路的衰減倍數差不多就等於 R2/ (R1+R2). 整個線路的等校阻抗就等於 R1 加上R2 並聯耳機阻抗, 我們甚至可以加入等效阻抗要等於耳機阻抗的條件, 在特定衰減倍數計算出唯一的 R1 與 R2 值, 這個時候整個線路才有資格被稱作阻抗匹配器（因為擴大器看到的輸入阻抗等於耳機阻抗）. 相關計算可以參考 http://www.sengpielaudio.com/calculator-Lpad.htm , 裡面也有簡單計算器可以無腦填值. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/pm80-hp_orig.png

Marantz PM-80 的線路就是用 330R/150R 2W 左右的分壓電路. 用比較大的電阻比較不會有散熱問題, 不過耳機阻抗變化導致整體等效阻抗變化過大的問題還是在. 要推阻抗 30ohm 以上的耳機我會選 R2 ~ 2 ohm, R2 取 10-20 ohm 就可以得到衰減 5～ 10倍的匹配電路. R1, R2 選個 10～20W 通常不會有太大問題, Grado 就是 20R/2R, 10W 的設計. 擴大機有的輸出共地, 有的不共地, 基本上如果用平衡線改 L+, L- 與 R+, R- 獨立兩個衰減匹配線路接到擴大機一定沒問題 , 如果兩個聲道輸出共地那就可以省一條線, L-, R- 一起接到擴大機某個負端就可以. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/make1_orig.jpg

一開始不確定到底會弄到多大擺幅所以用大功率的鋁殼電阻接了一組 20R/3R （衰減差不多 7.6 倍）. 這種鋁殼電阻實際用 LCR meter 量測等效串連電感差不多在 20uH 以內, 感覺影響不大將就用著, 通常市售的耳機阻抗匹配器會挑非線繞電阻來降低等效電感, 不過就很難作到很高的承受功率. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/mes1_orig.jpg

LCR meter真的是很方便的工具, 特別適合我這種喜歡在掏寶上亂買便宜貨的人, 驗貨發現規格達不到就挪作他用. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/make2_orig.jpg

一聽之下發現正直善良都回來了, HE1000 v2 欠缺的音場在這種方式達到了可以接受的程度, 當然訊噪比什麼的古董綜擴 (pm-72) 很難跟現在的耳擴產品相比, 不過正常聆聽下其實不會感受到10dB -15dB noise floor 差異. 活生感與韻味好上許多. 不過很快就發現衰減倍率不夠大導致音量旋鈕匹配的問題, 所以就把與耳機並聯的 R2=3R 換成阻值更小的 1R3, 而且是無感的非線繞電阻. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/make3_orig.jpg

原廠平衡線因為早就要斷不斷, 接觸不良, 直接被我剪了焊進衰減器. 通常手邊有數十顆同阻值的樣品要配出左右聲道誤差 3% 以內並非難事. 這個時候衰減倍率達到約 16 倍, DAC (1.4V RMS, Soekris 的低電平反倒變成優點)直入配 pm-72 音量旋鈕差不多可以轉個半圈便接上儀器測試. https://youtu.be/1lt4meI1Xds

測試的時候不要接耳機, 不然出現削波失真的時候衰減太小大概單體就被直流燒了. 在這個測試階段可以量到擴大器在 THD 變差之前可輸出的最大擺幅, 還有絕對不能超過削波失真前的最大擺幅. 記住現在的音量旋鈕刻度且記得之後接上耳機的時候不要超過. 上面的影片是 Soekris 1121 作為 DAC 配 Marantz PM-72 (4 ohm 150W, 8 ohm 100W) 的頻譜, 擴大器的性能還算 ok, 掃頻跟拍頻的 fft 特徵大致與 Soekris 1121 相似. engpielaudio.com/calculator-Lpad.htm , 裡面也有簡單計算器可以無腦填值. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/m10db-96k_orig.png

橫軸是 freq. 忘了改正. -10dB 的衰減下（Vrms 差不多 0.5 V , 正常聽差不多這個強度就夠了）每支諧波相較基頻大概都在 90dB 以下其實差不多了 (圖中有些莫名其妙 background 是量測系統本身沒校正的玩意, 請自動忽略) http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/heat_orig.jpg

像我這種大瓦數超低阻值衰減電路的玩法就是需要特別注意電阻可承受功率（通常是那顆承受分壓較大的 R1 ）, 因為用的是 50W 的鋁殼所以電阻本身沒問題, 倒是固定用的塑料底板一不小心就過熱變形. 分壓電阻我也想過自己用陶瓷板製程去 layout 厚膜電路做來玩玩 ,還保證無電感, 就是電流雜訊可能大一些, 不過可以做成名片大小, 用個 CNC 加工的鋁殼承載應該挺好看的, 隨便都能做 20 Watt 以上, 不過開網板最少要花幾千塊就懶得做了. http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/finalmake_orig.jpg

HE1000 v2 的原廠線正端是兩條銀線, 負端比較多股的銅線, 在沒用其他副廠線的情況下覺得原線調音還算不錯. 最後的衰減器版本因為嫌放大編制曲目偶而會放到接近削波失真乾脆再並一顆 50W 20R 的當成 10R/1R3 配比, 8.7倍衰減的匹配器, 上蓋索性不加方便散熱. 等效阻抗 11-12 ohm 也算接近擴大器原本設計的輸出條件, 來回試過高低不同阻值的設計還是比較喜歡低阻抗網路的聽感. 不論衰減網路如何取值, 切記增益不要大到產生削波失真就不用怕燒單體. ------------後記------------------------- http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/tenjin_orig.jpg

去年末跑去天津聽香格里拉聽了一兩個小時 (太乾燥, 手摸機殼還一直被靜電電), 回來以後有一陣子聽耳機總是多了一點不滿足感 . http://chihhanlin.weebly.com/uploads/8/4/4/0/8440048/bau_orig.jpg

回台灣的早上到狗不理時間太晚, 只喫了一籠包子跟炸糕而已啊 (還聽說巷口的普通早餐店其實比較好吃, 果然全世界都是我家巷口比較好吃) -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 59.120.61.247 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Headphone/M.1516449175.A.B44.html

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