【導讀】快速變化且競爭激烈的高端音頻市場中，對技術進步、小型化及TWS展現(xiàn)了強勁需求，但萬變不離其宗的還是“音質”。新的編解碼器、新驅動、高端算法等多種高端功能，已使近乎無損的流媒體質量成為可能，不過許多消費者已開始探索最純凈、更高質量的聆聽體驗。本文深入探討為滿足聽眾偏好需求，究竟應該設計什么樣的音頻響應曲線。
快速變化且競爭激烈的高端音頻市場中，對技術進步、小型化及TWS展現(xiàn)了強勁需求，但萬變不離其宗的還是“音質”。新的編解碼器、新驅動、高端算法等多種高端功能，已使近乎無損的流媒體質量成為可能，不過許多消費者已開始探索最純凈、更高質量的聆聽體驗。本文深入探討為滿足聽眾偏好需求，究竟應該設計什么樣的音頻響應曲線。
高端音頻市場是一個競爭激烈的市場，其變化堪如聲速本身一樣快。未來的技術進步、組件的小型化以及消費者對高性能真無線立體聲（TWS）設備的強勁需求，為耳機制造商創(chuàng)造了新機會。在這一增長中，音頻供應鏈的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。像“無損”和“高清”這樣的流行語，在音頻新聞中所占的比例越來越高。新藍牙編解碼器、改進驅動程序、高端算法以及以用戶為中心的高端功能，使實現(xiàn)近乎無損的流媒體質量成為可能。如今許多消費者正在探索和尋求最純凈、最高質量的聆聽體驗，這是過去從來沒出現(xiàn)過的使用場景。雖然優(yōu)質音頻的定義將隨著創(chuàng)新而不斷演進，但聽眾的首要關切依然是音質，這正如在消費者需求排名中音質持續(xù)排名領先本身所證明的那樣。鑒于聲音技術的不斷發(fā)展屬性，滿足音質需求的一個挑戰(zhàn)是如何正確理解“音質”對聽眾的真正意義。即使市場上出現(xiàn)了一系列高端功能，為消費者創(chuàng)造了更好的收聽體驗，但現(xiàn)實中并沒有任何兩個聽眾偏好是完全一樣的。所以，提供最高水平的音樂需要理解聽眾的偏好和鑒聽能力，還要加上專注的TWS設計，只有這樣，才能精確滿足聽眾的需求。
1. 音頻創(chuàng)新需要洞察消費新需求
為了找到聆聽體驗中缺失的部分，研究專注于這個問題：即如何幫助滿足消費者對更好聆聽體驗的渴望？音頻工程團隊開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偏好鑒聽響應曲線，并提供了一些新的設計啟示，以滿足這些消費者偏好。
圖1：適用于耳機的偏好音頻響應曲線。
盡管這個問題早在業(yè)界開始競相改善音頻質量時就被探討過，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。在精心設計的聽力測試中，采用Harman響應曲線的耳機，一直能獲得很高的聽眾評分。然而，Harman高端研究員Sean Olive博士表示，由于其測試方法和現(xiàn)有耳機測試耦合器的限制，其評分結果實際上只在10kHz以下有效。我們的團隊試圖在之前的聽力響應偏好研究的基礎上，確定現(xiàn)有研究結果中還缺乏哪些聲音性能和音樂傳遞鏈設計，即：發(fā)現(xiàn)聽眾在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)經驗、制造寬帶耳機的能力以及測試耦合器技術的最新進展，進行了一項與Harman類似的研究。2. 基于消費者的研究發(fā)現(xiàn)了高音問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，進行了分析。TOP 100榜單顯示了最暢銷和流媒體播放的音樂，代表了普通耳機佩戴者可能會聽的大部分音樂。研究中收集了高頻段具有代表性能量的音樂，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相似，并包含易于判斷其響應的聲學樂器，如聲樂和打擊樂。
圖2：流行音樂的平均聲譜分布曲線。
對于選定的四個樣本，根據(jù)不同年齡和鑒聽能力，選擇了70名參與者，試聽中采用了六級高頻增強、原始Harman曲線、以及去除8kHz以上高頻能量的anchor曲線。音樂通過Knowles制造的定制混合驅動耳機播放，該耳機配有7毫米動態(tài)低音揚聲器和Knowles WBFK高音揚聲器，并配有MEMS麥克風，以確保耳機在受試者的耳朵上能夠良好密封。Knowles在實驗中使用了MUSHRA協(xié)議，使聽眾能夠在幾個不同錄音之間切換，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。
該研究的結論是，之前的頻率響應曲線中，嚴重低估了聽眾更喜歡耳機的高頻能量這一偏好。聽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能力狀態(tài)。就較低頻率上的最喜歡的響應曲線而言，聽眾表現(xiàn)高度一致。然而，在高頻段，年長者則更喜歡高頻響應的顯著增強。一般來說，聽眾等效聽齡每增加10年，高頻增強就需要增加3dB。中心頻率為16kHz的濾波器在各個年齡段都最受歡迎，總共受到95%的參與者青睞。試聽測試結果顯示，高頻響應應該比原始的Harman曲線平坦得多，在接近16 kHz時增加了12 dB。為了適應不同的聽眾以及在降低的音樂等級上收聽，實際上還需要進一步的增加，于是，這需要耳機具有額外的高頻輸出能力。
圖4：聽力損耗與年齡組的關系。
圖5： 不同年齡組試聽音質歸一化評分結果。
圖6：不同音頻響應所建議的偏好曲線均衡。
對于TWS的兩個設計考慮因素——即實現(xiàn)混合動力驅動器和添加聽力個性化功能而言， Knowles聽力響應曲線提供了一個很好的案例。超過10kHz的偏好響應水平，在單驅動器耳機中難以實現(xiàn)。均衡可以用來提高高頻能量水平，但這在DSP或功放中，大大增加了信號削波風險。該風險雖然可以通過降低系統(tǒng)的最大音量來避免，但聽眾可能會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，使揚聲器能夠滿足偏好收聽響應曲線，而不需要實質性的電均衡，但這可能會導致電過載。增加一個平衡電樞高音揚聲器，可以顯著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行優(yōu)化的動態(tài)驅動器。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，并允許將動態(tài)驅動器放置到距離端口更遠的位置，從而消除了高頻損耗的風險。這使得耳機外殼的形狀更加美觀舒適。考慮到與年齡相關的高音聽力損失的普遍性，TWS制造商應考慮實施聽力個性化功能。如果為用戶提供軟件控制，以根據(jù)他們的偏好和年齡來調整耳機，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，聽眾還希望至少有±5 dB的調整區(qū)間。滿足上述建議的耳機，有望為最終用戶提供非常令人滿意的體驗，從而獲得更高的音質評級。Knowles將其KN2參考設計調整為Knowles傾聽響應曲線，使制造商能夠輕松實現(xiàn)滿足市場消費者偏好的TWS設計。通過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市場的份額，并更快地向更多聽眾提供高性能、豐富的音質和功能。作者：Mehul Kochar，來源：電子工程專輯參考原文：How a preferred audio response curve enhances sound quality in true wireless stereo devices.
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