【導讀】快速變化且競爭激烈的高端音頻市場(chǎng)中，對技術(shù)進(jìn)步、小型化及TWS展現了強勁需求，但萬(wàn)變不離其宗的還是“音質(zhì)”。新的編解碼器、新驅動(dòng)、高端算法等多種高端功能，已使近乎無(wú)損的流媒體質(zhì)量成為可能，不過(guò)許多消費者已開(kāi)始探索最純凈、更高質(zhì)量的聆聽(tīng)體驗。本文深入探討為滿(mǎn)足聽(tīng)眾偏好需求，究竟應該設計什么樣的音頻響應曲線(xiàn)。
快速變化且競爭激烈的高端音頻市場(chǎng)中，對技術(shù)進(jìn)步、小型化及TWS展現了強勁需求，但萬(wàn)變不離其宗的還是“音質(zhì)”。新的編解碼器、新驅動(dòng)、高端算法等多種高端功能，已使近乎無(wú)損的流媒體質(zhì)量成為可能，不過(guò)許多消費者已開(kāi)始探索最純凈、更高質(zhì)量的聆聽(tīng)體驗。本文深入探討為滿(mǎn)足聽(tīng)眾偏好需求，究竟應該設計什么樣的音頻響應曲線(xiàn)。
高端音頻市場(chǎng)是一個(gè)競爭激烈的市場(chǎng)，其變化堪如聲速本身一樣快。未來(lái)的技術(shù)進(jìn)步、組件的小型化以及消費者對高性能真無(wú)線(xiàn)立體聲（TWS）設備的強勁需求，為耳機制造商創(chuàng )造了新機會(huì )。在這一增長(cháng)中，音頻供應鏈的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。像“無(wú)損”和“高清”這樣的流行語(yǔ)，在音頻新聞中所占的比例越來(lái)越高。新藍牙編解碼器、改進(jìn)驅動(dòng)程序、高端算法以及以用戶(hù)為中心的高端功能，使實(shí)現近乎無(wú)損的流媒體質(zhì)量成為可能。如今許多消費者正在探索和尋求最純凈、最高質(zhì)量的聆聽(tīng)體驗，這是過(guò)去從來(lái)沒(méi)出現過(guò)的使用場(chǎng)景。雖然優(yōu)質(zhì)音頻的定義將隨著(zhù)創(chuàng )新而不斷演進(jìn)，但聽(tīng)眾的首要關(guān)切依然是音質(zhì)，這正如在消費者需求排名中音質(zhì)持續排名領(lǐng)先本身所證明的那樣。鑒于聲音技術(shù)的不斷發(fā)展屬性，滿(mǎn)足音質(zhì)需求的一個(gè)挑戰是如何正確理解“音質(zhì)”對聽(tīng)眾的真正意義。即使市場(chǎng)上出現了一系列高端功能，為消費者創(chuàng )造了更好的收聽(tīng)體驗，但現實(shí)中并沒(méi)有任何兩個(gè)聽(tīng)眾偏好是完全一樣的。所以，提供最高水平的音樂(lè )需要理解聽(tīng)眾的偏好和鑒聽(tīng)能力，還要加上專(zhuān)注的TWS設計，只有這樣，才能精確滿(mǎn)足聽(tīng)眾的需求。
1. 音頻創(chuàng )新需要洞察消費新需求
為了找到聆聽(tīng)體驗中缺失的部分，研究專(zhuān)注于這個(gè)問(wèn)題：即如何幫助滿(mǎn)足消費者對更好聆聽(tīng)體驗的渴望？音頻工程團隊開(kāi)始推出所需的頻率響應，以提供具有消費者評級最高的音頻體驗。該研究幫助創(chuàng )建了Knowles偏好鑒聽(tīng)響應曲線(xiàn)，并提供了一些新的設計啟示，以滿(mǎn)足這些消費者偏好。
圖1：適用于耳機的偏好音頻響應曲線(xiàn)。
盡管這個(gè)問(wèn)題早在業(yè)界開(kāi)始競相改善音頻質(zhì)量時(shí)就被探討過(guò)，但之前的研究確有一些局限性。2013年推出的Harman耳機目標響應曲線(xiàn)最為知名、被廣泛用于指導基于消費者偏好的耳機設計曲線(xiàn)。在精心設計的聽(tīng)力測試中，采用Harman響應曲線(xiàn)的耳機，一直能獲得很高的聽(tīng)眾評分。然而，Harman高端研究員Sean Olive博士表示，由于其測試方法和現有耳機測試耦合器的限制，其評分結果實(shí)際上只在10kHz以下有效。我們的團隊試圖在之前的聽(tīng)力響應偏好研究的基礎上，確定現有研究結果中還缺乏哪些聲音性能和音樂(lè )傳遞鏈設計，即：發(fā)現聽(tīng)眾在10～20 kHz頻域中更喜歡哪些因素。Knowles利用其75年的音頻研發(fā)經(jīng)驗、制造寬帶耳機的能力以及測試耦合器技術(shù)的最新進(jìn)展，進(jìn)行了一項與Harman類(lèi)似的研究。2. 基于消費者的研究發(fā)現了高音問(wèn)題為了解錄音音域的典型頻譜，從近20年中最流行的TOP 100中，隨機選取了200張錄音，進(jìn)行了分析。TOP 100榜單顯示了最暢銷(xiāo)和流媒體播放的音樂(lè )，代表了普通耳機佩戴者可能會(huì )聽(tīng)的大部分音樂(lè )。研究中收集了高頻段具有代表性能量的音樂(lè )，以確保獲得公正結果。評估后，從樣本中選擇了四首歌曲，它們的聲譜與平均曲線(xiàn)相似，并包含易于判斷其響應的聲學(xué)樂(lè )器，如聲樂(lè )和打擊樂(lè )。
圖2：流行音樂(lè )的平均聲譜分布曲線(xiàn)。
對于選定的四個(gè)樣本，根據不同年齡和鑒聽(tīng)能力，選擇了70名參與者，試聽(tīng)中采用了六級高頻增強、原始Harman曲線(xiàn)、以及去除8kHz以上高頻能量的anchor曲線(xiàn)。音樂(lè )通過(guò)Knowles制造的定制混合驅動(dòng)耳機播放，該耳機配有7毫米動(dòng)態(tài)低音揚聲器和Knowles WBFK高音揚聲器，并配有MEMS麥克風(fēng)，以確保耳機在受試者的耳朵上能夠良好密封。Knowles在實(shí)驗中使用了MUSHRA協(xié)議，使聽(tīng)眾能夠在幾個(gè)不同錄音之間切換，然后給出他們對這些錄音的偏好評級。
圖3：用于最終偏好測試的音頻響應曲線(xiàn)。
該研究的結論是，之前的頻率響應曲線(xiàn)中，嚴重低估了聽(tīng)眾更喜歡耳機的高頻能量這一偏好。聽(tīng)眾想要的高音比之前確定的值要高12～21dB，具體取決于他們不同的鑒聽(tīng)能力狀態(tài)。就較低頻率上的最喜歡的響應曲線(xiàn)而言，聽(tīng)眾表現高度一致。然而，在高頻段，年長(cháng)者則更喜歡高頻響應的顯著(zhù)增強。一般來(lái)說(shuō)，聽(tīng)眾等效聽(tīng)齡每增加10年，高頻增強就需要增加3dB。中心頻率為16kHz的濾波器在各個(gè)年齡段都最受歡迎，總共受到95%的參與者青睞。試聽(tīng)測試結果顯示，高頻響應應該比原始的Harman曲線(xiàn)平坦得多，在接近16 kHz時(shí)增加了12 dB。為了適應不同的聽(tīng)眾以及在降低的音樂(lè )等級上收聽(tīng)，實(shí)際上還需要進(jìn)一步的增加，于是，這需要耳機具有額外的高頻輸出能力。
圖4：聽(tīng)力損耗與年齡組的關(guān)系。
圖5： 不同年齡組試聽(tīng)音質(zhì)歸一化評分結果。
圖6：不同音頻響應所建議的偏好曲線(xiàn)均衡。
對于TWS的兩個(gè)設計考慮因素——即實(shí)現混合動(dòng)力驅動(dòng)器和添加聽(tīng)力個(gè)性化功能而言， Knowles聽(tīng)力響應曲線(xiàn)提供了一個(gè)很好的案例。超過(guò)10kHz的偏好響應水平，在單驅動(dòng)器耳機中難以實(shí)現。均衡可以用來(lái)提高高頻能量水平，但這在DSP或功放中，大大增加了信號削波風(fēng)險。該風(fēng)險雖然可以通過(guò)降低系統的最大音量來(lái)避免，但聽(tīng)眾可能會(huì )因其對耳機的影響而感到失望。Knowles建議使用平衡電樞高音揚聲器，使揚聲器能夠滿(mǎn)足偏好收聽(tīng)響應曲線(xiàn)，而不需要實(shí)質(zhì)性的電均衡，但這可能會(huì )導致電過(guò)載。增加一個(gè)平衡電樞高音揚聲器，可以顯著(zhù)提高耳機的高頻靈敏度，避免了對強均衡的需求。高音揚聲器能夠采用針對降噪耳機所需的最大低頻輸出進(jìn)行優(yōu)化的動(dòng)態(tài)驅動(dòng)器。高音揚聲器避免了由于更大、更重的錐體而造成的高頻損耗，并允許將動(dòng)態(tài)驅動(dòng)器放置到距離端口更遠的位置，從而消除了高頻損耗的風(fēng)險。這使得耳機外殼的形狀更加美觀(guān)舒適。考慮到與年齡相關(guān)的高音聽(tīng)力損失的普遍性，TWS制造商應考慮實(shí)施聽(tīng)力個(gè)性化功能。如果為用戶(hù)提供軟件控制，以根據他們的偏好和年齡來(lái)調整耳機，建議調控中心頻率高于12kHz，理想情況下接近16kHz。除了不同年齡組所需的平均提升之外，聽(tīng)眾還希望至少有±5 dB的調整區間。滿(mǎn)足上述建議的耳機，有望為最終用戶(hù)提供非常令人滿(mǎn)意的體驗，從而獲得更高的音質(zhì)評級。Knowles將其KN2參考設計調整為Knowles傾聽(tīng)響應曲線(xiàn)，使制造商能夠輕松實(shí)現滿(mǎn)足市場(chǎng)消費者偏好的TWS設計。通過(guò)KN2參考設計，原始設備制造商可以清除設計障礙，提高其在高清音頻技術(shù)市場(chǎng)的份額，并更快地向更多聽(tīng)眾提供高性能、豐富的音質(zhì)和功能。作者：Mehul Kochar，來(lái)源：電子工程專(zhuān)輯參考原文：How a preferred audio response curve enhances sound quality in true wireless stereo devices.
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