耳機串音的分析及改善方案研究

吳曉光 劉勰 李偉 胡金鈴

摘 要：耳機串音（又名立體聲分離度）是衡量立體聲音頻質量的重要指標之一，對人耳的聽覺感受有著舉足輕重的影響。本文首先介紹耳機串音的定義，通過建立基本電路模型理論分析影響耳機串音的因素，然后利用仿真工具對此理論分析進行驗證，最終提出改善耳機串音的有效方案。

關鍵詞：立體聲分離度；串音；音頻

中圖分類號：TN713.4 文獻標識碼：A

物質基礎決定上層建筑，在物質基礎相對穩定的今天，越來越多的人開始追求精神層次的享受及升華，這其中，聆聽音樂成為大多數人的不二選擇，而要達到一個好的聽覺感受，一套Hi-Fi（High-Fidelity高保真）系統必不可少，在評價Hi-Fi系統是否足夠保真時，串音/立體聲分離度（Crosstalk /Stereo isolation）則是其中的最重要的因素之一，因此，本文將重點分析下串音的影響因素、提出改善方案并對其進行論證。

1 耳機串音的定義及影響分析

1.1 耳機串音的定義

耳機串音，Stereo crosstalk，又名立體聲分離度，表示立體聲音響系統中左、右兩個聲道之間的隔離度情況，也是左、右兩個聲道相互串擾的程度，俗稱串音。在聲學上，如果左右聲道耳機與人耳密封不嚴，或耳機本身為開發式的，會通過各種傳輸媒介進入到相對的耳內，導致串音。

1.2 耳機串音的影響

串音越大，則說明本該無聲的聲道出現了另外一個聲道的聲音，立體聲感覺越差，在極限情況下，本該無聲的聲道與有聲的聲道聲音相近，串音接近100%（0dB），導致本是偏向一邊的聲音在人耳聽來卻是居中的，會極大影響聲音的立體空間感（或稱“聲場”）。如圖一所示為虛擬立體聲場示意圖，在左右聲道播放同一頻率時，左圖表示左聲道音量大于右聲道聲音，人可以感受到聲源的方向是偏左的；右圖表示左右聲道音量相同時，人的感受為聲源是位于正中間的。

這種聲場的失真使得人耳聽覺出現了偏差，尤其是對于使用人頭錄音的音源，表現會更加明顯，這也是高保真系統需要極力避免出現的情況。

1.3 耳機線路結構

普通3.5mm耳機內部結構圖如圖二所示：

其中，左右聲道的回流地線有一段較長的公共部分，將耳機及前端耳機功率放大器簡化等效如圖三所示：

由此可見，串音的大小主要與通路上等效電阻有關，與輸入信號幅度無關。R3越小，R1/R2、RL/RR越大，則串音越好，但R1/R2增大后，負載功率會變小，效率變低。

2 耳機串音的改善方案研究

由上節可知，串音大小與左右聲道公共地阻抗R3強相關，R3越大，串音越差，因此，盡可能的減小R3的值可以改善串音，對于耳機線，加粗是一種方式，但并非最優方案，因為即使加粗到2倍，也還是有公共地阻抗，最佳方案為將左右聲道的地拆開，分別引出，在耳機插頭處接到一起，這樣，公共地阻抗就只有插頭的一點，影響較小。

3 總結

通過以上理論分析及仿真驗證，可知耳機串音的影響因素較多，改善串音需要從系統角度，多維考慮，具體的：

針對耳機本身結構形式造成的串音，需從結構改造上進行改善，如開放式改為半開放或全密閉形式。

針對耳機與人耳接觸泄露造成的串音，需從解決密封性上進行改善，如增加海綿套或硅膠套進行密封。

針對耳機線路公共地阻抗造成的串音，需從電路結構設計上進行改善，如將左右聲道地分開，盡量減小公共地阻抗，或利用功率放大器同相放大參考信號抵消串音信號的方式，同時盡可能的將左右聲道地線分開走以降低公共地阻抗。

參考文獻：

[1] 高通參考設計80-N1763-14 WCD9310， WCD9311， WCD9304，AND WCD9320 HEADSET CROSSTALK APPLICATION NOTE.pdf.

作者簡介：吳曉光，男，電聲工程師，主要負責電聲方面設計調試工作。