【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，為耳機制造商創造了新機會。在這一增長中，音頻供應鏈的發展發揮了重要作用。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過的使用場景。雖然優質音頻的定義將隨著創新而不斷演進，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排名領先本身所證明的那樣。鑒于聲音技術的不斷發展屬性，滿足音質需求的一個挑戰是如何正確理解“音質”對聽眾的真正意義。即使市場上出現了一系列高端功能，為消費者創造了更好的收聽體驗，但現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：發現聽眾在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。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。就較低頻率上的最喜歡的響應曲線而言，聽眾表現高度一致。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。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化的動態驅動器。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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