2016年7月29日星期五

動鐵式耳機的原理和重大缺憾


從《不同耳機在不同音域的限制》一文中,大家應可見到,其實現今耳機廠商生產,打著各種名號,標榜不同耳機聽不同歌曲的做法,實則只是騙人伎倆,硬是把缺點反過來說成是優點。

其中,尤以現今標榜高音質和高價的動鐵式耳機為甚,只因,其實認識了動鐵耳機的原理便可發現,只是把上百年前的落後科技,套上了潮流的糖衣包裝而已。


認識動圈耳機的原理

先作介紹現今兩大門派之一:動圈式耳機的發聲原理,然後,再介紹動鐵式耳機,相信那時,有著一定耳機知識的人,立時便可發現動鐵耳機的致命缺憾。


傳統動圈式耳機或喇叭的發聲原理非常簡單,圖中是動圈式喇叭的結構。
喇叭底下有一塊永久磁鐵,形狀是一個中間空心的圓形,看起來像甜甜圈。


一般而言,上面是北極、下面是南極,而磁鐵中間的空心位置,有一個圓筒,外面包著銅線圈,銅線圈的兩端,連接到傳達聲音訊號的擴音機。


圓筒上方的圓周,連接著喇叭表面,發出聲音的震膜中央位置。一般而言,這都是紙造的紙盆。而震膜的最外圍,連接橡膠所造的一個圓環膠邊,稱為折環,折環再連接到一個固定紙造的震膜盆架。

當聲音訊號由擴音機,傳到環繞圓筒的銅線圈時,由於音頻訊號是一個由正到負,不斷上下變動的波形,根據物理學的電磁波原理,聲音訊號會使銅線圈產生不斷變換的南北極磁場。從而與圓筒外圍的永久磁鐵,產生一時相吸、一時相拒的上下震動。


例如︰鋼琴中音C,是一個一秒產生約261次,由正到負完整的波形聲音。所以,當中音C的聲音訊號傳送到銅線圈,圓筒一秒內就要完整地上下震動約261次。


當圓筒推動紙盆震膜,於一秒內上下震動261次,震膜再把空氣每秒震動261次,


繼而空氣的震動,就會傳到我們耳中,由耳膜接收中音C的聲音。


又例如︰一個中音C之上的A音,是一個一秒產生440次波形的聲音,它會令喇叭震膜產生一秒440次震動,從而產生A音。

所以,當擴音機發出音樂訊號到喇叭,訊號經過銅線圈後,喇叭就會播出音樂聲,

一秒內產生的震動次數,往往數以萬計,從而播放出多種樂器和人聲混合而成的音樂。以上就是一般喇叭,即動圈式喇叭的發聲原理。


而大家手上的錫安劍系列耳機,與動圈式喇叭的發聲原理亦相同。但動鐵式耳機單元的發聲原理,與動圈式設計卻完全不同。


動鐵式的發明比動圈式更早,其實是一種比動圈式更落後,並且是極為間接發聲的設計。


現在,讓我們看一下動鐵耳機的發聲原理。



動鐵耳機的原理
圖中就是動鐵式耳機單元的結構圖。首先,是兩塊永久磁鐵。第二,是一個橫向U形,繞了銅線圈的金屬條,這就是所謂的「動鐵」。


當音樂訊號由擴音機傳送到動鐵,就會令U形動鐵,好像動圈式耳機一樣,產生不斷轉變的磁極。當U形鐵是北極,就會與永久磁鐵的北極相拒,並與南極相吸而被拉向下;當U形鐵是南極,就會與永久磁鐵的南極相拒,並與北極相吸而被拉向上。


所以,當音樂訊號由擴音機傳送到銅線圈,U形鐵就會不停上下擺動。

推動連著U形鐵上方的一枝小驅動棒,再去推動上方的震膜,以不同頻率震動,發出聲音。


正因為這款耳機的發聲原理,是以U形鐵的上下震動而發聲,所以就名為動鐵式。


所以大家會發現,對比之下,動鐵式是以槓桿弧形打圈的方式上下震動而發聲,


動圈式是以絕對垂直的震動而發聲。

但是,其實這種動鐵式設計,只是將一個二百年前發明的電報機,改造成耳機單元。並且,由於動圈式喇叭被發明後,明顯比動鐵式優勝,所以100年前的人,早已放棄用動鐵式原理來製造喇叭。只是近年騙人的商家,再推出動鐵式耳機作為噱頭。


動鐵式耳機的原理,其實說白一點,就只是一部電報機,原理實在是非常簡單,只要有一條通電的電線,不斷切換為打開和閉合電路,發訊號的一端,就能發出摩斯密碼,傳輸到接收訊號的遠方。


而接收訊號的一方,則要把銅線繞在一支固定的鐵釘上,形成一個線圈,當有電流通過線圈,就會產生磁極,令鐵釘上方的鐵片,被磁力吸引而打在鐵釘上。


如此,就可以藉著不斷打開和閉合的電路,導致鐵片拍打鐵釘發出聲音,將摩斯密碼記錄下來。電報機的運作原理與動鐵式耳機單元發聲的原理基本相同,只是把直立的鐵釘扭曲成為U形的動鐵。


發聲時不是以鐵片打在鐵釘上,而是當U形動鐵因磁場變動而上下震動時,推動連接在U形鐵的小驅動棒,以槓桿的圓弧形方式,再推動震膜而發出聲音。

看到這兒,相信有一些金屬知識的人,已經可以發現到動鐵耳機的致命缺憾在哪,現在就為大家揭曉這些缺憾是什麼。

數個致命缺憾

1)U形動鐵上下擺動的範圍非常狹窄,所以動鐵式耳機所能發出的音域,同樣是非常狹窄。


2)由於動鐵式U形鐵,是以一秒上下擺動過萬次,震動上面的震膜發出聲音,所以這兩個位置,會因震動過多,短時間內就產生金屬疲勞而斷裂,即圖中,U形彎位的槓桿位置及推動震膜的小驅動棒,並小驅動棒和U形鐵與及震膜連接的地方。


對比動圈式和動鐵式在物理上會損壞的地方,動圈式損壞較少,也耐用很多。

因為,動圈式只有最大面積的震膜紙盆和包圍紙盆的橡膠折環,才會因上下震動太多而損壞,所以,至少使用數萬小時以上,才會因勞損而破裂。


但對比動鐵式的單元,其U形鐵和小驅動棒,只要使用數百小時,就必會出現如影片所見,當把一支U形的萬字夾不斷拉合時,槓桿位置就因金屬疲勞而折斷。


不過,這只是示範了一個動鐵單元的一個接合位置出現的斷裂,如果是多單元的動鐵,會損壞的地方會再按單元的數量以倍數增加。

因此,動鐵式耳機並不如錫安劍這種動圈式耳機,聲音越「煲機」就越好聽。

相反,那些所謂十二單元的動鐵式耳機,於「煲機」超過500小時後,必定會有一個或以上的單元,因為不同位置的金屬疲勞而損壞,不能運作。


所以,這些製造動鐵式耳機的廠商,根本知道動鐵是一種非常易壞的損耗品,

是「惡意淘汰」巔峰。如想知道甚麼是惡意淘汰,詳情請參閱「2012榮耀盼望第127篇之惡意淘汰」的主日信息。


3)由於動鐵式耳機的音域非常狹窄,生產商為了彌補這個缺陷,就將多個不同音域的動鐵式單元組合起來,成為一個多單元的動鐵式耳機。例如市面上四單元、六單元,甚至十二單元或以上的動鐵式耳機。


但多單元耳機,雖然每個單元都負責不同音域,但使用的單元越多,彼此之間的音頻就無可避免地出現不同相位而產生的波形重疊,令音頻互相抵消或增大,進一步破壞原音。


多單元設計的耳機,亦會令音色變得雜亂無章,在《論劍坊》中,不少人在外嘗試不同耳機時常會形容動鐵式耳機的音色,出現「炒埋一碟」的現象。加上動鐵式單元的聲音,不如傳統動圈式耳機的震膜,


以錫安劍耳機為例,震膜是以垂直方向直接發出音頻,聲音就不會因為折射而產生定位錯亂,以及聲音不同步的問題。


但動鐵式的震膜和單元洞口,成一直角,聲音要由震膜經過金屬外殻的多重反射,再傳到外殻的洞口才能夠發出聲音。所以,即使是一個單元的動鐵式耳機,

也無法避免因折射而產生衰減、定位錯亂和聲音不同步的問題。


但假如是多單元的動鐵式耳機,每一個單元的聲音,不單自己要經過折射,

更要經過整個耳機外殼,並且和其他動鐵單元金屬外殼,作出多重折射,才穿出耳機洞口,傳送到聆聽者的耳中。


你能夠想像,對比動圈式耳機是完全不經反射進入耳中,是天淵之別,當聲音經過如此多重反射,只會令音色產生更多問題,
就是剛才提到的衰減、定位錯亂和聲音不同步,亦會令不同單元所產生的聲音,出現時間無法對準、音頻因重疊而互相抵消或不正常地增強等缺點。
試舉一個例子,當有一個玻璃杯在你面前打破了,你單憑聽覺就會知道發出聲音的位置,但是如果你是坐在一個細小的金屬箱內,因為聲音反射,就不可能判斷聲音的位置。

但以上任何一個問題,卻早已完全不會出現在動圈式單元的錫安劍耳機。

相反,動鐵式要退後一百年的科技,才重新製造一種會有這樣多問題並聲音雜亂無章的耳機。

4)動鐵式耳機會在多個位置出現金屬疲勞,並不會如動圈式耳機一般,聲音越「煲機」越好聽。

如錫安劍這類動圈式單元,無論是紙盆或是橡膠折環,都會因長時間「煲機」而變得越用越柔軟鬆弛,令聲音的動態感更佳、低音更圓潤、人聲更平順、高音更清晰順耳。相反,動鐵式耳機於「煲機」後,會因為金屬疲勞,而出現結構損壞,甚至完全斷裂,越是「煲機」,音色就會越差、越扭曲。


就算一個動鐵式耳機在未損壞時,都會因金屬疲勞,而令到所有U形和連接位,產生上下搖動,力度不平均的現象。就如同你把一條萬字夾不斷開合,過程中你會發現開合時全程的阻力會慢慢地變得不平均,某些位置阻力大,某些位置會阻力少,最後就會完全斷掉。


所以,在動鐵式耳機煲機500小時後,所有的U形和連接位都正在發生以上情況,

你又怎能期待可以聽回原音?因為,要做到原音根本是一個神話!

5)由於動鐵式耳機的U形金屬條,是以槓桿方式推動小驅動棒,再推動震膜而發聲。基本上,動鐵式是以一個弧形打圈的動作推動震膜,對比動圈式以絕對垂直的方式推動震膜,單單計算這一點,動鐵式已經絕不可能產生純正、不扭曲的聲音。

又怎可能會比動圈式更好呢?

6)由於動鐵式的耳機單元,是使用U形動鐵的上下震動而發聲,所以,廠商製造時,為了避免於短時間內發生金屬疲勞而損壞,必定會以非常堅硬的金屬作材料。亦因此導致U形動鐵的上下擺動距離,即所謂「衝程」受到限制。


所以,一般廠商和售貨員,都必定強調動鐵式耳機的音頻反應快,適合聽靜態音樂和偏中高音的人聲或樂器。但這明顯是因為動鐵的震膜擺動「衝程」受到嚴重限制,而編造藉口,掩飾動鐵式的缺點。將缺點說成特色,實在是荒謬之極!


7)一般購買或是試用高價耳機時,店員都普遍會向大家指出,需要使用耳擴才能發揮高價耳機的性能,而其中一種,就是所謂的多單元動鐵耳機。但是,其實日華牧師已藉精華短片作出分析,耳擴只會令音色變差而不會變好,

並且提及他一直都是以推大音量及作出EQ調整,來模擬「全音域」的假象。所以他是以一間2000人教會的聚會音響,來製造現在的耳擴功能,這種經驗,並不是一個躲在試音室的工程人員,

或獨自一個在錄音室錄音和編曲混音的編曲人員可以對比。日華牧師所做的,比他們難上十倍,所以,日華牧師是可以肯定,坊間的小型耳擴是沒有用的產品。

所以,鐵式耳機不單音域窄,而且低音極單薄、人聲扭曲、高音刺耳、定位凌亂,

亦非常容易損壞,並不耐用,聲音更加不會越「煲機」越好!

而這是為何日華牧師在研究時發現,早在五十年前,耳機廠已放棄了在喇叭技術上的突破,只因,他們解決不到一件事情,便是在無限快當中,製造到一些音域。

例如,彈奏一個音符是2K,是否在一秒鐘跳動二千次便能夠播出到那種聲音呢?


當然不是。
因為,在二千次裡面只能夠出到那種聲音,但那種聲音怎樣分別結他或是鋼琴的聲音呢?那個喇叭膜必須做到,就是做到很多影子的音程和音域出來,才能模仿到當C調出來時,是從笛子、風笛、鋼琴還是結他樂器奏出來的。

於是,製造這個密度的情況下,在旁需要做很多次來回模仿的影子聲音,這個才能夠做到的。所以,很久以前,在物理學上是沒有可能做到那樣快。特別是模仿一個聲音,如果數種樂器同時奏出來呢?


那個震膜並不是一秒鐘來回二千次,它為了每個音、每種樂器也需要行足那個音程,稱為衝程,才能出到這種聲音。

所以,「動鐵」出了機械的聲音,當然是的。因為,動鐵耳機,充其量只能是聖誕卡的播音器,是一個現今耳機廠做了華麗包裝的騙局。


結語

而錫安劍耳機郤非如此,不僅因著鈦晶膜喇叭的先進技術,做到了全音域音色的展現,其他方面也是遠勝坊間的耳機,最重要的,這是神白白施恩送出,以讓人得著神屬天全音域美好音色的祝福,今天,我們務必珍惜和盡力傾出讚美聲,讓人白白得著全音域音樂的祝福。


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