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[耳機專題] 耳機也有黑科技  淺談Sony耳機技術進程

談及Sony,很多人都聯想到相機、電視機等等的「黑科技」(網絡用語、中性詞語、代表超越一般人認知的技術),說到便攜音響,除了發展多年的Walkman,在耳機之上,其實Sony也有不少技術及設計,對耳機市場的發展存在一定影響。

1) 動圈單元 – 從最大直徑到混合振膜

Sony在發展Walkman之前已有耳機產品,不過1979年隨Walkman面世,推出更多的動圈單元耳機,當中在規格及物料都作出不少突破,除了80年代開展小型化13.5mm ~ 16mm的小型動圈單元,亦嘗試使用大型的動圈單元。現時動圈單元最大直徑為70mm,都是由Sony推出,生產這種大單元,對磁路結構、振膜穩定性都有一定難度。至於最先推出的是2011年便攜封閉式耳筒MDR-XB1000,率先使用70mm動圈單元,強調低頻表現,最低可達到2Hz;1年後的MDR-MA900,同樣使用70mm單元,不過改為室內用的開放式,強調音場的表現,頻率響應也達到5-40,000 Hz。這個70mm的框架,後來亦帶到現時的旗艦耳筒MDR-Z1R及高階產品MDR-Z7M2 / MDR-Z7等。至於最小直徑,亦因為精細程度帶來考驗,而Sony在現時高階入耳式耳機IER-Z1R之上,使用市場上其中一種最細的5mm動圈單元作超高音,都是市場指標。

5mm超高音動圈單元,是市場上少有的設計

物料方面,Sony也作出過不同的嘗試,當中最著名的當然是生物纖維振膜,在1988年推出的傳奇耳筒MDR-R10已使用,同時擁有良好的硬度及韌度,是非常理想的振膜材料,到業界其他品牌使用生物纖維振膜時,已是2012年的事。另一方面,2004年的Qualia 010,也把振膜厚度帶到以納米量度的年代(只有靜電單元會使用這個厚度),也把頻率響應擴展到5Hz-120,000Hz,其他品牌追上這厚度也是10年代的事。不過在這個時代,Sony已改向液晶分子振膜(LCP)發展,原本是80年代發明的工程用塑料,而Sony在2010年改良並應用在MDR-Z1000及MDR-EX1000使用這種物料振膜,同樣擁有良好彈性,亦有足夠的硬度。之後在2014年的MDR-1A為LCP振膜加入鋁質塗層,令整個頻率響應範圍的平衡度更高,鋁質塗層液晶分子振膜(Aluminum LCP)也透過物料硬度提高,避免大動態時振膜扭曲而出現失真,現時IER-Z1R的高頻單元、以及MDR-Z7M2、MDR-1AM2等的。直到2016年,Sony再推前一步,在70mm的單元上,把振膜中間的圓頂部分改用鎂合金、圓頂位置使用Aluminum LCP,透過兩種物料的彈性,把高頻延伸至120,000Hz,同時擁有良好的微動態表現,而IER-Z1R更將這個單元縮小至16mm,可說是頂尖生產工藝的示範。

MDR-Z1R的70mm單元結合鎂合金及Aluminum LCP


2)動鐵單元 - 顛覆傳統發聲結構

相比之下,動鐵單元發展歷史較短,而技術多數掌握在幾間公司手上,大部分耳機品牌都是從這些公司手上購買單元及調音濾網。Sony在2011年推出動鐵單元耳機XBA-系列,可是沒有向這些公司購買,而是選擇自己投放資源開發。常用動鐵單元的發聲結構,通電時透過磁力帶動鐵片,再透過連接鐵片的連接杆牽動震膜而發聲,而振膜都是面向外殼,振動時在側邊的發聲孔出聲;Sony的動鐵單元改良連表杆部分,鐵片連接位置亦不同,振膜亦直接對著發聲孔,令空氣感提升,發聲孔可因為頻段應用調整大小,聲音傳送亦更為準確。後來在XBA-Z5推出時,改良動鐵單元的負責牽引單元的動鐵、連接杆結構,從常用的U型變成T型,令上下振動更為對稱,提升高頻及動態表現。最新的IER-Z1R及IER-M9在高頻單元都使用全新動鐵單元,振膜改用鎂合金,帶來更好的瞬態反應,減少內部迴響,配合鍍銀銅線圈及鍍金端子,訊號傳導提升,更忠實地還原聲音,比傳統動鐵單元有明顯的進步。

Sony採用的動鐵單元(上)比傳統設計(下)有明顯分別

最新設計已加入鎂合金振膜等元素


3) 外殼結構 – 鎂合金從內到外的應用

不同品牌在外殼、支架有自己擅長/喜好的物料,而Sony對鎂合金應用可說是專家,除了為人熟悉的相機產品,1994年的Walkman紀念型號WM-EX1已使用鎂鋁合金外殼。耳機方面,早在2007年的入耳式耳機MDR-EX700已用上鎂合金外殼,高強度、輕巧、纖薄之餘,也有不錯的聲學表現,而之後的高階入耳式耳機都大量應用鎂合金,如MDR-EX1000、XBA-Z5、IER-M9等。不過Sony並不止應用於外殼,在XBA系列動鐵耳機時,還把這個結構帶到內部,將動鐵單元裝上鎂合金內殼當中,透過鎂合金的金屬特性,消除單元帶來的內部振動,令聲音更為清晰。來到最新的IER-Z1R、IER-M9、IER-M7亦繼續進化,IER-Z1R的特大內殼可減少兩個動圈單元運作時的振動,配合內部設計,擁有更準確的相位及空間控制。而IER-M9及IER-M7也把鎂合金內殼再改善,調整聲音傳送路徑,控制單元峰值/谷值,令整體的線性更為理想。

IER-M9(圖)、IER-M7都使用鎂合金內殼

同時用作調整聲音傳送路徑


4)     獨特聲學理念

聲學結構方面,Sony也充滿不同概念,如1997年推出的MDR-F1就直接把頭戴式的耳罩直接偷空,形成特別開放的空間感,而2012的MDR-MA900也延續這設計,還有2007的PFR-V1,使用非常特別的Ear Speaker設計。至於現時旗艦MDR-Z1R用上不同新概念,使用加拿大針葉製纖維的濾層,加上Stemless Wire鍍鉻網面,形成微穿透性結構,在密封式外觀下,帶來超越大部分密封式沒有的空間感。至於單元前的聲學面板,亦使用Fibonacci-pattern設計,帶來更細的音染,令超高頻的部分更平滑,後來同應用在MDR-Z7M2及MDR-1AM2。

Fibonacci-pattern設計聲學面板,提升超高頻表現

以加拿大針葉製纖維(左)及Stemless Wire鍍鉻網面,形成MDR-Z1R特別的穿透表面

入耳式耳機方面,作為最早推出民用入耳式耳塞的品牌,Sony積極把不同設計帶到當中,如配合更大的動圈單元,在2006年的MDR-EX90使用傾斜式導管,1年後的MDR-EX700也率先使用單元垂直傾側擺放的前衛設計。近年設計除了鎂合金內殼,新作IER-Z1R之上也應用到同軸位置的概念,特別考慮到超高音的傳送特性,把5mm超高音單元放在耳道同軸的位置,令這個頻段的傳送更為準確。

IER-Z1R超高頻單元以同軸位置擺放


5)     4.4mm平衡連接

不論是便攜及座檯耳機系統,近年在平衡連接方面都進入調整,Sony也曾採用雙3.5mm的方案,而日本JEITA提出使用Pentaconn設計的4.4mm TRRRS插頭後,Sony也在2016年率先使用這個插頭。平衡設計的重點,是在3.5mm TRS三極連接(L+、R+、Ground),變成4極(L+、R+、L-、R-),而4.4mm TRRRS設計還預留了Ground部分,不過將來也有機會變成線控、咪高峰等的發展空間。此外,插頭跟插座的規格當中,接觸面愈廣,理論上傳輸也有優勢,這是4.4mm TRRRS的另一種優勢。耐用性方面,比2.5mm TRRS、3.5mm PRO TRRS插頭強度較高,焊接工序亦沒有那麼難,線材方面也因為插頭較大,可容納線徑較大的線材。最後,4.4mm有不錯的汎用性,可同時應用在便攜及座檯器材上,令器材配搭也有一定彈性。

4.4mm TRRRS在便攜及座檯系統都有一定發揮空間

 

(文:MakCato)

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