SONOMA M1技术参考指南

头戴式耳机

HPEL 传感器

理想的扬声器换能器将具有零质量，对任何信号无限快速地响应，被完美地阻尼，没有失真并且具有完美的线性。到目前为止，最能体现这些特性的技术是静电。大约60年前问世的静电耳机一直是要求最高音频质量的敏锐听众的选择。现在，沃里克声学公司在英国开发了一种革命性的新型超声换能器，它源自超声领域。获得专利的高精度静电层压板（HPEL）音频换能器在静电驱动器领域开启了新的典范，Sonoma M1是世界上第一个使用它的耳机系统。

传统的静电换能器由两个导电金属栅之间的薄膜（涂有导电材料）组成。膜和格栅之间有一个小缝隙。相对于栅格，膜保持在高DC电位，并且音频信号跨栅格施加。这导致膜响应于音频信号而移动，从而产生声音。显然，为了使声音通过栅格/膜“三明治”传播，栅格必须以某种方式打孔。

相比之下，HPEL在“前”网格处使用了薄的（15μm–小于人发的厚度）柔性层压膜。将层压板固定到绝缘垫片（由Formex ™制成）的开孔（孔）结构上，然后将薄膜在xy平面上非常精确地机械张紧。这样，细胞就产生了小的“鼓皮”。不锈钢网形成“背面”网格。当音频信号叠加在1350 V DC偏置电压上时，由灵活的“前”网格形成的“鼓皮”就会振动，从而产生声音。与传统的静电面板不同，您从HPEL听到的声音 不会 通过网格！为了充分利用此功能，在M1的设计中已进行了所有工作，以使换能器前后的区域尽可能清晰，以免阻碍声波。

借助专有的有限元分析软件包，Warwick Acoustics能够微调“鼓皮”的特性，使其具有不同的共振频率。每个单元在声学上都是独立的，但是是并行驱动的。结果，来自每个单元的声音在声学空间中合并，但是独立的共振得以平均，从而避免了音频频带中的任何大共振峰值（单个驱动器区域可能会发生这种情况）。

薄而轻的层压材料确保扩展的频率响应，面板保持线性超过60 kHz。HPEL具有无与伦比的瞬态性能，并且其表面积已得到最大化，以提供完整的频率响应。此外，由于它是采用现代自动化制造技术生产的，因此HPEL在传感器之间提供了前所未有的一致性和匹配性（左右声道之间的差异 <±0.8 dB）。其设计的简单性还可以实现出色的耐用性和可靠性。

自然，这种轻薄的传感器容易弯曲等，因此面板被装入特殊的，超硬的，高玻璃填充的聚碳酸酯“盒式磁带”中，从而使传感器性能最佳。

镁合金耳罩

与铝相比，镁的重量减轻了约1/3，并且具有出色的声学阻尼。结合出色的强度重量比，高刚度和出色的EMI / RFI屏蔽性能，镁是容纳HPEL传感器以确保最佳性能的理想材料。M1的耳罩是在非常高的压力下通过精密注塑成型形成的。结果是重量为10.7盎司（303克），有助于提供出色的耳机舒适性。耳机中仅使用高级不锈钢螺钉和紧固件来提高强度和耐腐蚀性。

Carbretta手工羊皮耳垫

耳机的舒适性至关重要。我们希望您喜欢M1进行长时间的聆听。如果耳垫和头带垫引起任何不适，那么产生出色的声音，轻巧的设计将一事无成。因此，为确保最大程度的聆听乐趣，M1上的打击垫均采用顶级Cabretta羊皮皮革手工制成。Cabretta皮革以其轻便，光滑，柔软和耐用而著称。

M1中使用的皮革来自埃塞俄比亚。然后由英国的皮塔兹（Pittards）鞣制皮革，自1826年以来，他们一直在鞣制皮革。最后，垫是在德国手工缝制的。

尼龙头带

头带必须具有足够的柔韧性（以适应不同的头型大小），坚固性和在压力下抗裂的能力，这一点至关重要：仅考虑耳机在其使用寿命中戴戴或从头上卸下的次数。为了满足这些条件，我们选择了由尼龙12（又名聚酰胺12）制成的头带。这样可以使头带根据需要弯曲，同时在长时间使用后仍能保持坚固。另外，尼龙12起到阻尼噪音和振动的作用。

在内部，头带包含不锈钢部件，这些部件具有气相沉积的钛涂层，以确保强度和平稳的操作。

定制的低电容电缆

静电耳机不会对任何配对放大器造成正常负载。结果，不可能仅使用任何电缆将放大器连接到耳机。因此，与Straight Wire Inc.合作，为M1完成了全新的基础设计。目标是满足以下条件：

1. 电容必须最小化；
2. 机械噪声的吸收必须最小化。
3. 信号纯度必须最大化；
4. 电缆必须细，柔软且重量轻。

在电缆中获得其中一些标准不是问题。将它们全都变得更具挑战性，因为在一个领域获得收益可能会以其他方面为代价，通常是薄，灵活和轻便的方面。

电缆由非常细的镀银无氧高电导率（OFHC）超纯铜线组成。绝缘材料是选择的泡沫聚乙烯，因为它具有适当的高介电常数，并且阻尼良好。左右声道信号电缆之间没有共享的接地，并且护套中的纤维填充材料使导体尽可能保持距离（以减少电容和串扰），并有助于抑制任何电缆麦克风。为了确保优异的强度，二凯夫拉尔®纤维织成的电缆。

所得的电缆电容低至50 pF / m。在放大器端，插孔与放大器机箱电气隔离，而在耳机上，高精度自锁连接器用于确保牢固连接。电缆中内置的检测环通向每个耳罩，如果在放大器或耳机端断开电缆的连接，放大器将自动关闭。

放大器和 DAC

分立单端A类放大器

像所有静电换能器一样，HPEL需要高压驱动放大器才能起作用。在M1的情况下，驱动器来自高性能，单端，离散FET A类放大器，具有极低的失真和宽带宽，可与HPEL最佳匹配。该放大器经过设计和优化，可驱动静电传感器的固有电容性负载，并且A类输出级在高偏置水平下工作，并具有很高的压摆率。在如此高的偏置水平下运行可改善线性度。

驱动信号的最大幅度为145 V（rms），叠加在1350 V DC偏置上。尽管在低电流水平下运行，使用的高电压仍会在放大器的输出端转换为可观的功率（对于耳机放大器而言）。因此，始终使用高品质的设备来设计以应对功率水平。

“不管增益器件的类型如何，在以自然再现为最大目标的系统中，简单的单端A类电路都是首选的拓扑。”Nelson Pass

人们通常说场效应管将管的声音特性与固态可靠性结合在一起。在M1中，已经选择了来自国际整流器公司用于线性放大器应用的FET。对细节的关注继续体现了我们的承诺，即使用AVX，Bourns，Vishay等公司的最佳无源组件（针对电子设计中的特定应用进行了优化）。

为了确保与所有干扰源隔离，放大器被封装在完全屏蔽的机械加工铝外壳中（见下文）。

放大器提供以下输入:

1. USB 2.0（数字）
2. 同轴S / PDIF（数字）
3. '高级'RCA（x2）插孔（模拟）
4. “低级” 3.5毫米立体声插孔（模拟）

USB 2.0输入通过DoP（DSD64 / DSD128）接受高达32位/ 384 kHz的所有Hi-Res音频格式的PCM和DSD（DSD64 / DSD128），而S / PDIF输入接受高达24位/ 192 kHz的所有PCM格式。高电平RCA输入的最大输入信号为2.1 V（rms），而低电平3.5 mm插孔可接受的最大信号为850 mV（rms）。

32位Reference DAC

Sonoma M1系统是为了提供真正的高分辨率性能而开发的。在关键的数模转换阶段，我们求助于该领域的知名企业。ESS Technology被公认为全球领先的DAC芯片制造商，我们选择了他们的32位Reference DAC。在特殊的单声道模式下使用了两个立体声DAC芯片，以提供经测量的129 dB信噪比（SNR）。

定制64位定点数字信号处理

毫无疑问，任何熟悉扬声器或放大器测量的人都会看到几十Hz至20 + kHz范围内平坦频率响应的曲线图。平坦的频率响应是这些组件的最终目标，并且在放大器中非常容易实现，但在扬声器中更难以实现，尤其是在真实世界的听音室（与消声室相反）中。

不幸的是，耳机的情况要复杂得多。声场与我们的耳朵相互作用的方式会产生非平坦的频率响应，称为头部相关传递函数（HRTF）。更糟糕的是，HRTF会根据声音到达的方向而变化。

更为复杂的是，关于耳机目标频率响应应该是什么还没有达成共识。从历史上看，有两种选择：自由场或扩散场。自由场类似于在消声室内听一对扬声器，很少有听众做。相反，扩散场类似于在高反射（混响）房间中听一对扬声器。虽然这可能更接近大多数聆听条件，但仍不理想。

“频率响应是任何音频设备性能的最重要的方面。如果是错的话，别无其他。”Floyd Toole

研究发现，听众实际上更喜欢与众不同的东西，更像是在一个好的听音室里听一对“平板”扬声器。这是我们对M1采取的方法，目标频率响应被称为“修改后的伪扩散场响应”。

为了帮助我们在耳机输出端获得所需的响应，我们使用定制的64位双精度定点算法对所有信号进行数字处理，并在高性能，多核XMOS处理器中运行。在音频处理领域众所周知，定点算法是最好的，并且Sonoma M1中使用的64位算法超过了大多数专业音频工作站的性能。

DSP中的所有滤波器响应均为最小相位，慢滚降，并针对出色的时域响应进行了优化。

利用64位DSP令人难以置信的准确性，我们能够在放大器内实现全数字内插音量控制，该性能大大优于我们评估的所有纯模拟步进衰减器。好处包括：

1. 保真度没有损失，动态范围也没有损失
2. 完美的左右声道匹配
3. 量程结束时无电位器/衰减器非线性
4. 没有噪音问题，例如“拉链”噪音，爆裂声等。

简而言之：听起来更好！

AKM 32位/ 384 kHz高级ADC

由于需要DSP达到目标频率响应，因此必须首先将所有输入的模拟信号转换为数字信号。这是在多通道32位/ 384 kHz AKM Premium ADC芯片中进行的。由于放大器同时具有低电平（3.5 mm）和高电平（RCA）输入，因此根据所选输入使用单独的ADC通道。也就是说，有两个独立的，完全优化的信号路径，每个分别用于低电平和高电平输入。这样，无论选择什么输入，都可以实现ADC的全部动态范围功能。ADC级的实测SNR超过120 dB。

Crystek超低相位噪声振荡器

任何数字系统的最终性能都取决于其主时钟的质量。为了确保无论输入信号格式如何都具有最高的性能，Sonoma M1围绕Crystek的超低相位噪声振荡器构建。它以100 MHz的频率运行，具有极低的近相位噪声（< 90 dBc / Hz），并且在100 MHz时具有业界领先的rms抖动水平，为82飞秒 (82 x 10- ¹⁵ s). 在整个M1中使用的所有时钟均通过使用德州仪器（TI）分频器的复杂时钟分配方案从此异常精确的主振荡器获得。

最佳的PCB布局

单独使用优质零件并不能保证高质量的性能。在M1系统的设计中，要特别注意电路板的布局，以确保尽可能降低噪声和失真水平。通过仔细的组件定位，我们能够保持-129 dB的超低本底噪声！

精密CNC加工的铝制表壳

与尽最大努力减轻重量的M1耳机相反，M1放大器是一个非常坚固的单元。首先从高纯度铝6063的固态坯料开始，首先挤压材料，然后进行CNC加工，以制造出浅U形，包括放大器的底壁和侧壁。这仍然金属壁是5/16 个英寸厚。类似地生产相同厚度的顶板，以及½英寸厚的端板，以形成完整的外壳。然后，通过CNC机床将特殊的3D波形切割成底板和顶板，以利于散热。

为了在金属中获得所需的光洁度，然后将加工过的零件在高压下用细玻璃珠进行喷砂处理，然后进行清晰的阳极氧化处理。最后，所有徽标和标签都被激光蚀刻到金属中，因此不会褪色或擦掉！

一个漂亮的案例如果对提高系统性能没有帮助，那就没什么用。整个M1机箱都是导电的，并且可以用作理想的EMI / RFI屏蔽。小心确保机箱的每个机械组件与电源接地层之间的接地路径低，该路径延伸到定制通用电源设备（请参见下文）和大地。信号接地与该防护罩保持隔离，所有这些功能共同构成了超低本底噪声，并且不受外部干扰。

优质的USB数据线

由于USB是唯一接受Sonoma M1支持的所有高分辨率数字音频格式（PCM最高32位/ 384 kHz和DSD64 / DSD128）的连接，因此在使用时确保性能不受影响至关重要。这种联系。因此，我们与Straight Wire Inc.合作开发了随附的USB电缆。它具有镀金的连接器和镀银的数据路径，是数字音乐源和Sonoma M1系统之间的理想连接。

定制通用电源设备

也许显而易见的是，稳定，清洁的电源对于任何音频电路的运行都是必不可少的。对于M1，我们选择了两部分式电源解决方案，以便将尽可能多的噪声排除在敏感的音频路径之外。

第一阶段涉及定制设计的通用电压舷外开关模式电源单元。虽然它看起来可能与笔记本电脑等所提供的部件相似，但在内部却有很大的不同。为了避免出现任何裕量问题，我们的设备能够提供放大器在稳态条件下汲取的最大功率的约3.5倍。此外，本机使用固定频率切换器（工作频率超过85 kHz），以避免功率随功率变化而使切换频率下降到音频频带中（即，在所有情况下，切换频率均保持在85 kHz以上）运行条件！）。该单元设计有改进的内部滤波，可产生极低的噪声和纹波（峰峰值< 50 mV）。它通过定制的高质量，屏蔽电缆（编织层与耳机电缆匹配），为确保理想的连接，还配有高性能的Switchcraft锁定直流电源连接器。在直流电缆上增加了一个大型铁氧体磁芯滤波器，以降低EMI。

在放大器内部，所有音频电路均由ADI公司的多级超低噪声，高电流线性稳压器提供。隔离的功率调节级用于模拟和数字部分以及高电平和低电平电路级。

这种由两部分组成的电源解决方案价格昂贵，但是我们认为，要实现不牺牲音频性能的设计目标，就必须这样做。