声学专家Timothy Hsu带你深入了解 挑选耳机要注重哪“三要素”?

2021年11月30日 19:19 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

在音乐、播客、游戏和无限供应的在线内容上,我们每周都会至少佩戴数小时的耳机。然而看着市面上让人眼花缭乱的产品,许多人又陷入了纠结。如果你想要从更专业的角度来学习如何挑选音频产品,那不妨参考下 IUPUI 音乐与艺术技术助理教授 Timothy Hsu 分享的“三要素分析”。

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(图自:Pluke / Wikimedia Commons)

首先聊聊“声波”(sound wave):在物理学中,声音是由一系列高低压区组成的空气振动产生的,这也是声波的周期。

计算每秒发生的循环次数,决定了声音的频率或音高。科学家将赫兹(Hz)用于频率的描述单位,500 Hz 的音频,意味着声音每秒会经历 500 个完整的高低压循环。

声音的响度(loudness)或振幅(amplitude),则是由波的最大压力决定的。声压越大,音量也越大。

而为了产生声音,耳机需要将电音频信号转换为人耳能够分辨的频率、并创建相应的高 / 低压循环。

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(图自 Iain / Wikimedia Commons,CC-BY-SA)

其次聊聊人耳:如上图所示,人耳系统很是复杂。其主要功能,是将空气的振动转换为电信号,并送达大脑。作为一款不可思议的生物传感器,普通人能够分辨较大范围的音高、以及不同级别的响度。

当有声音入耳时,你的骨膜会将空气振动转化为微小的中耳骨的机械振动。这些机械振动会变成内耳中的流体振动,然后敏感的神经会将之转化为可被大脑理解的声电信号。

需要指出的是,虽然人耳可感知 20Hz - 20kHz 的声音,但人类的听力却不是在所有频率上都同样敏感。以低频隆隆声和高音鸟叫为例,即使两者响度相同,我们还是会认为前者更加“安静”。

换言之,比之高低频,人耳对中频更敏感。研究人员认为,这可能是自然界长期进化的结果,且普通人没必要深入了解这些。但是对于耳机工程师来说,则必须将人类感知与纯物理的区别都考虑进去。

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(图自:Svjo / Wikimedia Commons / CC-BY-SA)

然后是耳机的工作原理:如上图所示,扬声器基本上由(1)磁铁、(2)盘绕线、(4)振膜、以及(3)支撑振膜的悬架这四个部分组成。

无论是头戴式、还是耳塞式,耳机的本质都是小型扬声器。不过与人耳相比,扬声器的工作是全然相反的 —— 他们会将输入的电信号,重新转换成空气中的振动。

电磁学指出,当导线缠绕在磁铁上、且导线内的电流发生变化时,周围的磁场就会呈比例地变化。当歌曲或播客的电信号通过耳机中的电线脉冲时,又会改变电流并带动磁铁。

这样磁铁就会推动隔膜的移动,推动和压缩空气,以产生高低压振幅脉冲,最终转换成了我们可听到的音乐。

理想情况下,扬声器会将输入的电信号完美复现。但在现实物理世界中,这一过程还是存在着它的局限性。

诸如磁铁和振膜的尺寸 / 材料之类的因素,都会造成不可避免的失真,结果导致某些频率较原始信号更响或更柔和。

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(图 via SCI Tech Daily

综上所述:虽然没有耳机能够完美重现信号,但我们有无数种不同的方法来“扭曲”信号。如果你在两款同样昂贵的耳机上获得了不同的感受,这件事就与不同厂商的调教偏好有很大关系。

● 当工程师在研发新耳机时,他们不仅要考虑人类听觉对声音的‘扭曲’作用,还要考虑到扬声器的物理限制。

● 而你喜欢的音色与高中低频调教(以及年龄、经验、文化 / 音乐流派偏好等因素),也直接影响到了对于一款耳机‘好坏’评价。

以嘻哈音乐为例,这部分听众可能更青睐重低音表现。但对于古典音乐的爱好者来说,又想要获得更少的频率失真。

然而声音的忠实还原(或娱乐倾向),又是一件难以两全的事情。比如在注重语音理解的场景下,某些产品可能更注重 1000 ~ 5000 Hz 的频响表现。

当然,我们也可以专为听力障碍人士设计所谓的“嘻哈乐专用耳机”。只是在普通人听来,同样的产品又会是另一番评价。

总而言之,想要选购什么样的耳机,还得看你具体在何种场景下使用。毕竟只有从耳机的设计角度来入手,你才会知晓这件事与科学、艺术、体验三要素息息相关。

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