關於 再給我多一點時間享受有earmonitor的感覺 ，我們在網路上蒐集到這些相關的討論、資訊與評價

內容:
1. 引言
2. 理論和方法
3. 實作
4. 結果
5. 應用
6. 其他


1. 引言

新耳機經過run-in的熟成過程之後聲音表現會有一定程度改善幾乎是玩家之間的共識. 但
是該如何run-in好卻眾說紛紜,從該用多少音量,放什麼音檔,到需不需要給耳機休息時間,
目前都是沒有定論的.

網路上有一種傳說,認為放白噪音,粉紅噪音,或是使用Burn-In CD這種產品來對耳機
run-in的過程太過暴力,會得不到最好的結果甚至弄巧成拙. 基於這考量網路上又進一步
衍伸出"放自己喜歡的音樂順順聽"可以得到最好的run-in效果的說法.

如果把這些考慮進去的話,入耳式耳機的run-in過程或許就變成所有耳機形式裡面最讓人
不耐煩的,一方面另外新耳機的聲音未必一開始就讓人享受,另一方面入耳式耳機長時間配
戴必然會對耳道累積不想要的壓力.

這篇試著提出一種模擬耳道聲學阻抗的方式,讓入耳式耳機的人工run-in結果可以趨近所
謂的"放自己喜歡的音樂順順聽"的結果.


2. 理論和方法

考慮Burn-In CD的內容的確透過收集了各種音樂撥放時會遇到的情境,有效率地在撥放一
張CD的時間長度內最大化訊號的時域和頻域變異性,我認為所謂的人工run-in法和"放自己
喜歡的音樂順順聽"的主要落差並不在音檔本身,而是人工run-in時沒有對耳機施加正常配
戴撥放時該有的聲學阻抗以及其伴隨產生的負載. 舉極端的例子的話就像是空轉的引擎或
是空燒的熱水壺.

如果把耳機放著對空氣放音,因為一般入耳式耳機的震模尺寸遠小於於空間尺寸,聲音過了
出音孔以後直接在空氣中輻射,適用在自由聲場中的baffled piston模型(參考:
https://goo.gl/K1n8QE ),震模幾乎不受來自於聲音空間的牽制力.

而入耳式耳機正常配帶時,其實是對著一個接近密閉的空間發聲的音場,從
hearinghealthmatters.org找到的資料( https://goo.gl/9jTgTk )可以看到耳道的幾何
大致可以近似成一段狹長密閉管路,密閉管路內的空氣不與外界交換,而管路內的空間的變
化量主要受到耳機震模的位移量影響,如果空間夠小的話,管路中的氣壓變化的振幅(i.e.,
聲壓)也變成由耳機震模的位移量主導.

https://hearinghealthmatters.org/waynesworld/files/2014/06/Fig-2.-Outer-Ear-EC.jpg ( https://goo.gl/MP4VBR )

進一步地討論這段耳道的尺度,從( https://goo.gl/4ImBlz )找到的資料,以量測280個大
體取的耳模得出的數據是人類耳道平均長度23.5mm,最寬處9.3mm,最窄處4.8mm

https://hearinghealthmatters.org/waynesworld/files/2013/04/Cadaver-EC-Fig-71.jpg
( https://goo.gl/4RQcfk )

如果考慮人類接收聲音的頻率範圍20-20kHz,對應的聲波波長大約17m-1.7cm,絕大部分涵
蓋音樂內容的頻率,對應的波長都大於大於耳道的管徑,因此耳道空間可以合理適用一維管
路聲場模型,套用機電聲類比轉換(electro-mechanical-acoustic systems)的概念,其聲
學阻抗可以推得:

Z = ρc^2 / jωV

Z : acoustic impedance, Pa‧sec/m^3
ρ : air density, kg/m^3
c : speed of sound, m/sec
ω : angular frequency, rad/sec
V : equivalent volume, m^3

其中V(等效空間) = S(管路截面積)*L(管路長度)

由公式可以觀察出,在簡化的模型裡面,只要製造和實際配帶相同的等效空間(equivalent
volume),就可以得到相同的聲學阻抗 (詳細推導過程可以參考清大白明憲老師的工程聲學
( https://goo.gl/GyVSuC )裡面"機電聲類比與換能器原理"章節)


3. 實作


一開始想到的是在抽血時用的黃色橡膠管,順利在藥局問到了"矽膠止血帶",可以查覺到在
藥師知道我不是拿來靜脈注射用的當下表情似乎流露出一絲放鬆.


算我好運,矽膠止血帶剛好可以接上Lyra II.



用游標尺簡單量測,內徑約4mm,接下來就是決定要給多少的模擬耳道空間

除了前面提到的取耳膜量測以外,用Tympanometry法(參考: https://goo.gl/1ojEqj )也
可以直接估計耳道體積(ear canal volume, ECV). 網路上找到一篇南韓建國大學校醫學
中心發表的論文(參考: https://goo.gl/rG8qeC ),他們測試了100個正常個體的200個耳
道,得到平均ECV等於1.4±0.3 mL的結論.

但是考慮到入耳式耳機真正的使用狀況其實是搭配適當耳塞之後,以不同的深度插入耳道,
而不是剛好從耳道外緣封住出口,且每個人的耳道體積本來就有不小的變異量,所以更加精
確計算個別耳機配戴之後的剩餘有效空間並沒有必要性.

以一個簡單實際的方式假設,當正確配戴耳道耳機時,耳機連同耳塞在插入耳道後佔掉了大
約0.7mL(一半的ECV),那麼就用矽膠止血帶做出1.4-0.7=0.7mL的等效空間,經過計算所需
要的矽膠止血帶長度約是5.57公分,算式如下:

diameter = 0.4 (cm)
radius = diameter/2 = 0.2 (cm)
area = pi*(radius)^2 = 0.12566 (cm^2)
volume = 0.7 (ml)
length = volume/area = 5.5706 (cm)


用文書夾把另一端地開口也封起來就完成了目標的簡易聲學負載.


如果是深入耳耳機,或許可以適量減少聲學阻抗等效體積.


文書夾也可以斜著用,進一步模擬耳膜並非和耳道垂直的事實,且較不規則的空間也可以減
少高頻特定震動模態的產生.

接著只要用平常聽的音量搭配平常聽的內容,就完成"放自己喜歡的音樂順順聽"run-in方
法該有的效果了.


4. 結果

因為沒有適當的儀器提供客觀數據,且我也不是人體頻響掃描儀,因此只能提供之前玩MMDT
的經驗. 那時候是朋友借我這隻耳機才被毒到自己也去買隻二手,買來當下兩隻最大的差
異是我的MMDT沒有朋友的那種放爵士樂時像是在酒館內的獨特光澤和魅力,且人工run-in
了好一陣子也不見改善..然後就搞出這個的方法了. 主觀上的感覺是用這個方法以後的
run-in讓我的MMDT聲音更有效率地趨近朋友那副比較威的. 如果我對MMDT的見解沒錯的
話,至少這篇的方法在MMDT上是有效的.


5. 應用

本篇提出run-in入耳式耳機時模擬真實配戴狀況下的聲學負載概念,在客製耳機上就用比
較粗的膠管和比較小的等效空間,而在耳罩耳機上或許就讓耳機夾著小枕頭,一些專業用耳
機的設計也可以讓兩個耳杯對蓋起來,如此應該就可以用最小成本得到一定程度的改善.



6. 其他

1) 本篇使用的簡化模型裡,沒有把耳膜以後的聲學阻抗以及其他更細微的影響加入考慮.
2) 不保證這篇提到的方法在每款耳機都有正面效果.
3) 對於因為使用這個方法造成任何可能的耳機或器材損壞不負責任.
4) 為了避免不必要的壓力累積,建議安裝時先把耳機塞入再把腔體(用文書夾)封住;取出
時先把腔體(用文書夾)打開,再拔出耳機.
5) 希望這篇可以幫助到各位耳機比鞋子多的耳機版版友.

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 59.124.212.167
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Headphone/M.1500026660.A.9BA.html
差距有可能是,把開放式耳機堵起來聽,或是把密閉式耳機背蓋拆掉聽,這麼大吧

我在找資料的過程有看到B&K的技術文件,他們是這樣模擬的
https://www.bksv.com/media/doc/bn0221.pdf
這邊有一篇2013年的,他們做的更細,但做地越細得到的數據也就越粗
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3767877/

本來只是想提出一個好像還沒人提出過的簡單概念,後來寫一寫覺得應該要把事情解釋清楚
比較好,就變成這樣一篇了

理論和直覺上都認為是這樣沒錯,前提是左右聲道音檔要完全correlated還要in phase,但
是如果公式成立,只要把矽膠管長度減半,分母的V就減半,Z就加倍了,可是Z加倍等不等於效
果加倍不能憑主觀猜想,而且這篇的目的是要用簡單方法讓耳機趨近真實配帶時的工作狀態

我認為acoustics不是玄學,hi-fi才是玄學;聲學阻抗的解析解的確就是這樣,model有沒有
適用,會不會更好聽則有待驗證
我能夠有信心的說這樣比起空載更接近實際配戴,但或許"放自己喜歡的音樂順順聽"只是不
會run壞,根本沒比較好聽

如果要走嚴謹的話或許是嚴謹不完的,例如兩個實驗對照組個別要準備三個以上的樣本才能
排除個體差異有統計特性,有了差異之後可能還要主觀和客觀評量都做才分的出"優劣",如
果要做主觀評量還要先評估測試者適不適任等等..反正是超出我能力極限了
不如說看你相不相信"放自己喜歡的音樂順順聽"這套說法吧


謝謝你的意見交換,我依序回答:

1. 其實這是motivation的問題,例如B&K在意的是怎麼把聲音表現實際地量出來,然後那篇
2013的研究在意的是"研究人體"這件事情,我們玩耳機的則是在意怎麼樣比較好聽,三者有
根本上的差距,寫信跟他們討論怎麼樣改善人工run-in耳機的過程有點怪異.

2. 這是很好的想法,先前查資料都忽略了,不過實際上拿"in ear monitor aging room"或
是"in ear monitor burn-in"去查目前是找不到什麼內容,目前還沒人在意過吧.

3. 其實這篇的假設是很合理安全的,只要scale夠小聲音就從propagation field變成
pressure field,變的聲學阻抗只在意等校體積大小而已. 而那個Z = ρc^2 / jωV的公式
並不是我推導的而是已經well known,例如我們在做麥克風校正的時候那個密閉小音場也是
用這個模型,例如wiki看到的這個頁面裡面,compression camber conditions那一段也一樣
是直接套用而已.
https://en.wikipedia.org/wiki/Measurement_microphone_calibration

4. 真的完全是興趣使然而已,原本打算要寫來分享是常常聽到哪家耳機店的哪個試聽機被
run歪了,然後有一次經過鷗霖看老闆拿一整串耳機像串粽子一樣在run,覺得這樣空轉好像
哪裡怪怪的. 連KZ(knowledge zenith)在他們網站上也放這種看似有內容可是其實根本憑
感覺的run-in教學:

只是想要稍微提一下自己覺得應該會有所改進的點,不過後來發現如果話說不清楚脈絡沒
有提供,不但沒人理還可能會變成大濕,所以就把理論補齊,不然一開始我也只是憑感覺抓
個大概的空間.

這東西應該沒有學術價值,學術界沒人在意耳機會不會被run壞;然後也沒什麼商業價值,耳
機不用多買一個人工run-in設備也一樣可以run-in;充其量這只是耳機玩家的樂趣吧.

5. 如果猜的沒錯,一樓的原意應該是想要驗證有沒有效果可以靠人工耳,不過用人工耳量
測除了看出差異,有辦法讀取這些差異代表好或不好嗎? 而且如果要有公信力,人工耳就要
先被驗證過不能隨便買,連裡面的pressure microphone都要送校. 總之這是研究機構或實
驗室才撐得起來的不是我們這種業餘嗜好者的能力範圍. 況且人工耳也只是更有效的模擬
耳道,便宜買的能不能安心使用還得要找資料,我是覺得B&K那個文件裡面的考量已經非常
完善了,但我沒打算用自己的錢去跟B&K打交道. XD


謝謝你積極地表達意見,不過這篇貢獻主要在於1)觀察出現象 2)找出合理的簡化模型以
及 3)提供簡易的實作範例. 沒有把重點放在驗證的原因我先前已經提過了,因為我認為耗
費資源而且怎麼樣都做不到我滿意的結果. 再者我也沒有興趣把這東西利益化.

套用機電聲類比轉換的學說,從物理角度來看,空載和正常配戴時音圈與震模的工作狀態是
不一樣的(請參考本篇內文),那麼既然耳機run-in前後聲音表現是不一樣的,那麼經歷不同
的run-in環境,結果自然也會有所不同. 這是我基於既有知識的合理猜測. 當然作為一個
懷疑者或許你也可以跑一些實驗來推翻我的論點,有人願意做follow-up我絕對樂觀其成.

如果條件固定下來,實驗的execution也都沒有問題,最好的結果或許是實驗組和對照組有
明顯穩定的差異,可以從頻率響應或是THD觀察出來,但也可能不能立即觀察出顯著差異,變
地你要進一步做統計分析,或者檢視是否自己的觀測方法是不是不夠有效.

再來這種audio題目,最終要評斷優劣還是來自於人的主觀喜好,例如你上面分享的頻率響
應量測圖,即使明顯地看出差異,但是先不討論是否是個體變異,要怎麼樣宣告你的紅線比
較好聽,還是黑線比較優秀呢,到後來你也只能靠主觀評量. 說不定你可以把搭配器材固定
下來然後找人來聽,或許你為了有參考性還嚴謹一點做個像是PESQ的分析,也是對耳機圈子
貢獻良多. 不過這種事我沒那麼大的興趣投資,倒是很願意當觀眾.

雖然和這篇無關,不過你提到對於耳機頻響的高頻部分還是再說一點我的看法好了,不管是
音響或是耳機,觸發刺激的讓人有聽覺感受的地方主要在耳膜. 因此大致上可以說,如果量
到耳膜位置的SPL頻率響應,就可以量測到人真正會聽到的聲音. 雖然人只有響度(大小聲)
的概念,沒有頻率響應是否平直的概念,但是頻率響應完全平直的喇叭加上完全線姓的麥克
風和以及錄音,依然可以代表"原音重現"的概念. 那麼一個頻率響應完全平直的喇叭發出的
swept sine,人聽起來會是什麼感覺,在耳膜位置量測又會得到怎樣的頻響曲線呢,這就又牽
扯到空間響應. 即使沒辦法帶完美的喇叭到處做實驗,但也可以利用無響室和假人頭做free
field實驗把空間響應的影響去除. 從MIT Media Lab釋出的HRTF資料庫(參考:
https://goo.gl/WXgGm6 https://goo.gl/LChMhT )裡面我把仰角零度,正前方和偏右60度
的HRTF轉換成frequency response可以得到:



也就是說稍微差了一些角度,從耳膜位置就會得到兩種長相完全不同而且起伏劇烈的高頻響
應,但這兩個曲線都代表了在free field條件下,完美回放沒有任何音染的喇叭,撥放swept
sine時,一個平均人類會感受到的聲音. 而這個現象離開無響室到一般生活的聆聽空間,或
是一般人戴上耳機之後的聽覺感受,還是可以類比的. 基於以上理由我認為耳機的高頻響應
有沒有平直化,和人的喜好沒有太大的關聯.

+1
※ 編輯: biaw (223.137.190.8), 07/17/2017 12:02:59