频响超过 20 kHz 的耳机真的有意义?

耳机市场的竞争可谓龙争虎斗,任何一个技术创新都能成为吸引消费者的利器。近些年来,竟有不少标称频率范围达到夸张的 5 Hz - 40 kHz 的耳机出现在我们面前,不要说声学从业人员,即便普通消费者也会皱皱眉头 - 莫不是厂商利欲熏心,这么看不起消费者的物理水平吗?

20 Hz - 20 kHz

这个频率范围可谓人尽皆知,它就是人耳的听力范围。超过 20 kHz 的被称为超声,低于 20 Hz 的称为次声,虽然自然界中不少动物都能感知这些声音,但似乎人类不在此列。而且人们的个体差异巨大,很多人甚至连 10 kHz 的声音都难以察觉。

试试看,右边三个频率的声音你都能听到吗?


125 Hz


1000 Hz


10000 Hz

不过好奇宝宝就要问了,这个听力范围咋就这么“整齐”呢?为什么不是 19 Hz 到 20001 Hz?就差这 1 Hz 吗?

问得太好了!事实上,人耳的听力极限很难定量研究,20 Hz - 20 kHz 是通过单频点信号对大量样本进行测试得到的“经验值”,跟 π 这种常数有本质不同。虽然这一范围得到了大家的普遍认可,但近年还是有人对这一数值的测定提出质疑并试图找到更科学的方法。

人耳很复杂

看过我们科普文章的小伙伴应该还记得等响曲线 - 人耳对声音的感知过程非常复杂,人们对不同频率,不同能量的声音敏感程度也完全不同。所以,通过单一频率的信号测试听力有欠妥当。

在最新的实验中,研究者事先采集一段频率集中在高频的铃声(超过 16 kHz),并通过信号处理软件将超出 20 kHz 的部分删去。用高频宽的播放设备 - 就比如我们讨论的这些耳机,将原版铃声和处理后的铃声播放给参与实验的听众。看到这里你一定也想到了 - 听众能够轻易区分两个铃声的不同。

我们实际听到的声音往往很复杂

是的,听力不是一个说关就关的阀门,一个频率丰富成分复杂的声音哪怕有些许变动都能被很多人察觉,这其中就包括超出 20 kHz 的成分。我们期待更多关于这方面的研究突破。

频率范围

了解完“接收端” - 人耳,我们的目光再转回“发射端”,也就是耳机本身。作为领先的音频分析仪制造商,“频率范围”这四个字已经熟悉到能倒过来念了。。。

耳机们标注的频率范围实际上是频率响应范围,简单点说,就是一个耳机能在哪些个频率内发出声音。是的,厂家一般标注的仅仅是能够发出声音的范围。至于发的多响多好,消费者很难了解。只有通过频率响应曲线才能看出音频设备的性能。

点击放大

为了便于定性说明,我们随机抽取了两款热销蓝牙音箱进行简单测试(非实验室条件),产品技术指标上标注的频率范围是 90 Hz - 19 kHz,左图是测得的频率响应曲线,如何解读这一曲线这里不做讨论。我们只要简单了解的是,这两段曲线差不多在 300 - 500 Hz 完成上升,在3 kHz 左右开始下降。这里并不是要说厂家标注数据有问题,而是告诉大家频响曲线存在一个或长或短的上升沿和下降沿,而且曲线在不同位置会出现不同程度的抖动。厂家基于各种因素通常不会将所有细节都呈现出来。

说到这里,不少人应该已经能明白问题的关键了。一个频率范围 20 Hz - 20 kHz 的耳机并非在这段频率内的所有点上都表现完美,理想情况下它的曲线是这样的:

曲线平坦的部分都没有能力覆盖人耳的听力范围。但一个 5 Hz - 40 kHz 的耳机,却极有可能将人耳的频率范围完全覆盖。

这比争论人耳听力范围更有实际意义。你有其他观点吗?欢迎讨论。