撰文/董鴻鈞,攝影/董鴻鈞 2017/05/11發表,已被閱讀3,655


俗稱「大奧二代」的Sennheiser HE1靜電耳機系統,雖然問世已將近兩年,但是一直未有人能為其電路設計做詳細的解說,加上其價位可比賓士名車,更讓這套靜電耳機系統蒙上神秘的面紗。

為了讓台灣的耳機玩家能更深入了解HE1背後設計緣起以及內部的電路設計,代理商宙宣特別邀請大中華區技術經理陳子騫先生在高雄音響展的第一天(4月20日)舉辦《重塑卓越-Sennheiser Orpheus傳奇之王者歸來》講座,向大家揭開HE1的內部真相。

打造最好,做業界標竿

首次造訪台灣的陳,對於高雄豔陽高照的天氣以及整齊優美的市容印象十分深刻,雖然他為工程師出身,但是講起話來字正腔圓,引經據典,頗有文學院學者的風範。講座一開始,陳經理便引用陳子昂《登幽州台歌》名句「前不見古人、後不見來者」形容HE1:「因為Sennheiser想要打造一部傲視業界的傳世經典。而且他超越了第一代大奧Orpheus。」


陳首先向大家娓娓訴說Sennheiser的歷史。他說,第一代創立人Fritz Sennheiser博士在二次大戰前於學校擔任研究教職,二次大戰結束後,便成立了Sennheiser,一開始本來以製造測量真空管的電壓表為主,發展到現在,已由第三代接掌,並且已經發展出無線麥克風系統、耳機、以及PA公播系統三大產品區塊。「在麥克風方面,Sennheiser推出的816麥克風可說是開了長槍指向性麥克風之先河,並在1986年獲得奧斯卡金像獎的肯定。」此外,象徵美國電視最高榮譽的艾美獎,以及音樂界最高榮譽葛萊美獎,也分別於1996年與1999年頒獎給Sennheiser以及現在屬於Sennhesier旗下的Neumann,肯定他們在無線麥克風技術上的成就。「作為影、視、歌三獎在手的廠牌,Sennheiser自然也想用盡全力,打造耳機經典。」

Sennheiser首款無線麥克風SK1001,腰包內部搭載真空管,其大小比現在的腰包要大上一倍多。

設計禁得起時間考驗,留下傳世經典

在過往,Sennheiser也在耳機發展歷史上立下重要的里程碑。陳說,過去,耳機的應用僅限於國防或航空通訊上,然而,1968年,Sennheiser推出了小巧的HD 414開放式耳罩耳機,率先將耳機應用在音樂聆聽上,Sony後來在開發Walkman時,還向Sennheiser購買HD 414的製造技術;1976年,Sennheiser推出振膜帶有電荷的Unipolar 2000,成為他們第一款推出的靜電耳機;1984,推出HD 540,首次採用鋁合金線圈,比傳統的純銅線圈更為輕盈,有助提升耳機效率;1993年,在推出
Orpheus兩年之後,Sennheiser推出了以紅外線傳輸IS 850,將無線技術首次運用在耳機上。2009年,Sennheiser更以靜電耳機的聲音為參考基準,打造出HD 800,成為動圈耳機中的標竿。

從1968年推出的HD 414,到現在的HE1,Sennheiser一直在耳機技術上帶來創新。

既然Sennheiser過去已經推出Orpheus靜電耳機系統了,為什麼這次又要重金打造HE1靜電耳機系統?陳說,Orpheus是限量珍藏產品,全球只生產300套,生產完畢之後,模具便全數銷毀。然而,靜電耳機振膜易受潮,電子零件也容易隨時間受損,然而Sennheiser原廠卻沒有留下備料,現在還能夠發聲的Orpheus可以說寥寥無幾。「因為這個原因,Sennheiser決定重新打造靜電耳機系統,除了在聲音上要做到極致,更要做到禁得起時間考驗,讓HE1可以作為傳世之寶。」陳說。

頻率響應達100kHz

那麼為什麼Sennheiser要選擇靜電振膜打造頂級耳機系統,而非採用動圈式單體?陳說,動圈單體雖然普遍,但是其振膜受力只有靠近中央一小圈的地方,受力不平均,容易造成盆分裂狀況,此外,動圈單體在受力後,容易像彈簧一樣來回震動,這些都會造成聲音失真。相較之下,靜電單體的設計是讓振膜夾在兩片電極中,整片振膜都會帶電,藉由變換電極的極性,讓振膜產生振動,正因為如此,靜電單體受力較為平均,就不會出現動圈單體上出現的失真,正是重現完美聲音的最佳設計。

圖右:動圈單體雖然普遍,但是其振膜受力只有靠近中央一小圈的地方,受力不平均,容易造成盆分裂狀況。圖左:靜電單體讓帶有電荷振膜夾在兩片電極中,藉由變換電極的極性,讓振膜產生振動,正因為如此,靜電單體受力較為平均,

此外,陳也指出,靜電振膜也擁有絕佳的高頻延伸性,因此HE1擁有20Hz至100,000Hz的頻率響應範圍,以動物的聽力比喻,正式大象到蝙蝠的聽力範圍。然而,一般知道人的聽力範圍是從20Hz-20,000Hz,HE1的頻率響應做到如此寬廣,是否有意義?針對這個常見的問題,陳表示,人的聽力範圍是從20Hz-20,000Hz是普遍不過的嘗試,「不過這樣的測試結果通常是以正弦波進行,如果用方波或其他波形進行測試,可以發現人類可以聽到超過20kHz以上的音波。」陳也指出,HE1的頻率響應做到如此寬廣,對於降低失真也有正面的影響。「一般單體頻率響應範圍雖可以達到20kHz,但是在10kHz開始,頻率響應就會開始大幅度曲折。HE1將頻率響應做到100kHz,可以確保20kHz以下的頻率響應線在平直的狀態。」

真空管與MOSFET二級放大,提升驅動力

陳接下來將話題擺在HE1擴大機的真空管上。陳表示,這些真空管都是Telefunken先前在德國的工廠設備製造的,每台擴大機上的真空管都經過首選配對,讓聲音有著良好的均衡性。至於HE1在開機時,真空管會自義大利大理石製作的機箱冉冉升起,關機時,真空管又會緩緩收回,如此優雅的動作,以現在的網路用語來說,看起來十分「療癒」。陳提醒大家,這樣的設計「並不是只是為了好看而已,而是有預熱、保護真空管的作用。」

Sennheiser HE 電路設計架構,數位音訊經過8通道DAC進行數類轉換後(圖左區塊),先透過真空管進行第一級放大(圖中紅色區塊),再以MOSFET晶片進行第二級放大(圖右下方),驅動單體。

真空管在正式工作前,需要先以低電壓預熱,而HE1真空管在開機後升起的過程中,也同時預熱,這樣的設計,在先前的報導中都有提到。至於保護真空管,相信有人會覺得加個罩殼不就好了,為何要動用這麼複雜的設計?陳解釋,過去的Orpheus真空管便是暴露在空氣中,除了有碎裂的風險外,更重要的是,關機後真空管的餘熱會產生靜電吸附灰塵,減短真空管使用壽命。「因此,我們的工程師在HE1考量到這一點,因此除了為真空管加裝封閉式玻璃管之外,也加上了隱藏式的設計,降低吸附灰塵的機會。」


除了真空管放大外,陳指出,在耳機內還搭載MOSFET電路進行第二級放大。然而,光用真空管放大,難道不夠嗎?為什麼還要在耳機內加載一個MOSFET擴大電路?最主要的考量,就是真空管放大後的訊號經過耳機線進入耳機後,會因為線材無論怎樣設計,交流電通過其中時,一定會產生「容抗」,使得訊號功率受到減損。為了解決這樣的問題,Sennheiser決定在耳機內搭載MOSFET擴大電路做為第二級放大,如此設計之下,可以讓驅動效率提升至200%

至於MOSFET擴大電路到底在耳機內的哪裡呢?陳經理掛著溫文儒雅的笑容,指著HE1照片說:「就在耳罩邊緣的稜角中。」他說,這個設計當然不是只是為了好看而已,最主要還是預留空間,安置MOSFET電路,而邊緣上的鰭片,則具有散熱的功能。

MOSFET就藏於鰭片。

黃金蒸鍍振膜,提升電荷附載力

訊號經過MOSFET電路放大之後,便開始驅動HE1上的單體。陳表示,HE1裡面所使用的單體,是將考量到第一代大奧的缺點後改進而來。舉例而言,第一代大奧的電極板採用玻璃為材質,雖然玻璃結構堅固又不易變質,但是內損低,容易產生共振,造成失真,於是HE1的電極板改用振動不易延續的陶瓷為主要材質,並蒸鍍上電荷保留能力最佳的黃金,以維持驅動振膜所需的電位;至於振膜,則採用厚度2.4微米的PET薄膜,並以蒸鍍方式鍍上白金,而單體在運作時,擴大機對振膜施以+650V的偏壓,讓振膜產生靜電。


陳介紹到這裡,我猛然想起當初HE1規格公佈時,我在臉書上看到有人反應這樣的振膜厚度以靜電耳機來說,算是厚的了,於是我問他為什麼不讓振膜薄一點?此外,鍍上白金,不是增加振膜重量,影響其反應速度?陳回答,單體重量並不一定愈輕就愈好,「當然,反應速度很重要,但是更重要的是單體要保持頻率響應平直,而保持頻率響應線平直的關鍵,就是不同頻率下,單體運動時的加速度要一致。由於加速度是由擴大機功率與單體質量共同決定,因此HE1中的單體振膜厚度以及質量,是計算出來的結果,並非愈輕就一定愈好。」

陳在會後也跟我透露一個關於HE1的小秘密,那就是擴大機大理石機箱下也暗藏玄機:那就是機箱採浮動式設計,大理石機箱與金屬底板之間加裝了彈簧,可發避震作用,減少地面震動對電路的影響。這樣的設計方法,與汽車避震系統以及黑膠軟盤是一致的。

又一次寫下耳機發展史的傳奇

過去觀看官網對於Sennheiser HE1靜電耳機系統的介紹,猶如霧裡看花,然而這次透過擁有工程背景的陳子騫經理講解,讓人茅塞頓開,更讓人深刻感受到Sennheiser登峰造極的決心。HE1是否真的「後無來者」,有待時間驗證,但不可否認的是,Sennheiser透過打造HE1,又一次在耳機發展史中創造永恆的傳奇。在此講座之後,代理商宙宣也向大家公布一個好消息,那就是HE1已經開始接受下單了。想要在家中體驗HE1驚奇魅力的玩家,趕快拿起電話,直接跟宙宣聯絡吧!

廠商資訊

進口總代理:宙宣
網址:www.uni-announce.com.tw
電話:02-8768-1222
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