24 ноября 2021 года.
Благодаря музыке, подкастам, играм и неограниченному количеству онлайн-контента большинство людей проводят в наушниках несколько часов в неделю. Возможно, вы подумываете о новой паре на праздники, но при таком количестве вариантов на рынке бывает трудно понять, что выбрать.
Я профессиональный музыкант и профессор музыкальных технологий, изучающий акустику. Моя работа исследует пересечение научных, художественных и субъективных человеческих элементов звука. Выбор правильных наушников подразумевает учет всех трех аспектов, так что же делает их по-настоящему хорошей парой?
Что такое звук на самом деле?
В физике звук состоит из колебаний воздуха, состоящих из серии зон высокого и низкого давления. Это и есть циклы звуковой волны.
Подсчет количества циклов, происходящих в секунду, определяет частоту, или высоту, звука. Более высокая частота означает более высокий тон. Ученые обозначают частоты в герцах, так что звук частотой 500 Гц проходит 500 полных циклов низкого и высокого давления в секунду.
Громкость, или амплитуда, звука определяется максимальным давлением волны. Чем выше давление, тем громче звук.
Чтобы создать звук, наушники превращают электрический аудиосигнал в эти циклы высокого и низкого давления, которые наши уши интерпретируют как звук.
Человеческое ухо
Человеческие уши — это невероятные сенсоры. Средний человек может слышать огромный диапазон тонов и различные уровни громкости. Как же работает ухо?
Когда звук попадает в ухо, барабанная перепонка преобразует колебания воздуха в механические колебания крошечных косточек среднего уха. Эти механические колебания превращаются в колебания жидкости во внутреннем ухе. Чувствительные нервы превращают эти колебания в электрические сигналы, которые ваш мозг интерпретирует как звук.
Хотя люди могут слышать диапазон тонов примерно от 20 до 20 000 Гц, человеческий слух не реагирует одинаково хорошо на все частоты.
Например, если низкочастотный гул и птица с более высоким тоном имеют одинаковую громкость, вы воспримете гул тише, чем птицу. Вообще говоря, человеческое ухо более чувствительно к средним частотам, чем к низким или высоким. Исследователи считают, что это может быть связано с эволюционными факторами.
Большинство людей не знают о том, что чувствительность слуха варьируется, и, честно говоря, никогда не задумывались бы об этом явлении — просто люди так слышат. Но инженерам, разрабатывающим наушники, определенно нужно учитывать, как человеческое восприятие отличается от чистой физики.
Как работают наушники?
Наушники — как большие, которые надеваются на уши, так и маленькие — это всего лишь маленькие динамики. Проще говоря, динамики выполняют противоположную функцию по отношению к уху: Они преобразуют электрические сигналы от вашего телефона, проигрывателя или компьютера в колебания воздуха.
Большинство динамиков состоит из четырех компонентов: неподвижного магнита, проволочной катушки, которая движется вперед-назад вокруг магнита, диафрагмы, нагнетающей воздух, и подвеса, удерживающего диафрагму.
Электромагнетизм утверждает, что если провод обмотать вокруг магнита и изменить ток внутри провода, то магнитное поле вокруг провода изменится пропорционально. Когда электрический сигнал песни или подкаста проходит по проводам наушников, он изменяет силу тока и перемещает магнит. Магнит перемещает диафрагму внутрь и наружу — как плунжер — выталкивая и сжимая воздух, создавая импульсы высокого и низкого давления. Это и есть музыка, которую вы слышите.
В идеале динамик должен идеально преобразовывать электрические сигналы на входе в звуковые представления. Однако реальный физический мир имеет свои ограничения. Такие вещи, как размер и материал магнита и мембраны, не позволяют динамику идеально согласовать выходной сигнал с входным. Это приводит к искажениям и к тому, что некоторые частоты звучат громче или тише, чем в оригинале.
Хотя ни одни наушники не могут идеально воссоздать сигнал, существует бесконечное множество способов исказить этот сигнал. Причина, по которой два одинаково дорогих наушника могут звучать или ощущаться по-разному, заключается в том, что они по-разному искажают сигнал. Когда инженеры создают новые наушники, им приходится учитывать не только то, как человеческий слух искажает звук, но и физические ограничения любого динамика.
Предпочтения слушателей
Если всех этих сложностей с ушами и колонками недостаточно, то огромную роль в выборе «хорошей» пары наушников играют сами слушатели. Такие аспекты, как возраст, опыт, культура и предпочтения в музыкальных жанрах, влияют на то, какой тип частотных искажений предпочесть. Наушники — это такой же вопрос личного вкуса, как и все остальное.
Например, некоторые люди предпочитают наушники с сильными басами для хип-хоп музыки, в то время как слушатели классической музыки могут захотеть меньше частотных искажений. Но не только для прослушивания музыки или отдыха стоит обращать внимание. Наушники для слабослышащих людей могут выделять частоты примерно от 1 000 до 5 000 Гц, поскольку это помогает сделать речь более понятной.
Вы, конечно, можете включить песню в стиле хип-хоп через наушники, предназначенные для слабослышащих, но большинство людей согласятся, что результат будет звучать не очень хорошо. Убедитесь, что выбранные вами наушники соответствуют тому, как вы собираетесь их использовать, — это очень важно для того, чтобы определить, что будет звучать хорошо.
В конечном счете, наука о дизайне наушников, мастерство создателей контента и человеческий опыт — все это пересекается, чтобы сформировать представление о «хороших» наушниках. Несмотря на все эти движущиеся части, есть один безошибочный способ узнать, когда наушники хороши: выберите хорошую песню и наденьте пару! Ведь когда все атрибуты совпадают, хорошая пара наушников может дать вам возможность преобразиться под воздействием звука.
Автор — Тимоти Хсу, доцент кафедры музыки и художественных технологий IUPUI.
