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聲學專家Timothy Hsu帶你深入了解 挑選耳機要注重哪「三要素」?

聲學專家Timothy Hsu帶你深入了解 挑選耳機要注重哪「三要素」?

2021-12-01 Comments 0 Comment

在音樂、播客、遊戲和無限供應的在線內容上,我們每周都會至少佩戴數小時的耳機。 然而看著市面上讓人眼花繚亂的產品,許多人又陷入了糾結。 如果你想要從更專業的角度來學習如何挑選音訊產品,那不妨參考下 IUPUI 音樂與藝術技術助理教授 Timothy Hsu 分享的”三要素分析”。

2.png

(圖自:Pluke / Wikimedia Commons)

首先聊聊「聲波」(sound wave):在物理學中,聲音是由一系列高低壓區組成的空氣振動產生的,這也是聲波的週期。

計算每秒發生的迴圈次數,決定了聲音的頻率或音高。 科學家將赫茲(Hz)用於頻率的描述單位,500 Hz 的音訊,意味著聲音每秒會經歷 500 個完整的高低壓迴圈。

聲音的響度(loudness)或振幅(amplitude),則是由波的最大壓力決定的。 聲壓越大,音量也越大。

而為了產生聲音,耳機需要將電音訊信號轉換為人耳能夠分辨的頻率、並創建相應的高 / 低壓迴圈。

3.png

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

其次聊聊人耳:如上圖所示,人耳系統很是複雜。 其主要功能,是將空氣的振動轉換為電信號,並送達大腦。 作為一款不可思議的生物感測器,普通人能夠分辨較大範圍的音高、以及不同級別的響度。

當有聲音入耳時,你的骨膜會將空氣振動轉化為微小的中耳骨的機械振動。 這些機械振動會變成內耳中的流體振動,然後敏感的神經會將之轉化為可被大腦理解的聲電信號。

需要指出的是,雖然人耳可感知 20Hz – 20kHz 的聲音,但人類的聽力卻不是在所有頻率上都同樣敏感。 以低頻隆隆聲和高音鳥叫為例,即使兩者響度相同,我們還是會認為前者更加”安靜”。

換言之,比之高低頻,人耳對中頻更敏感。 研究人員認為,這可能是自然界長期進化的結果,且普通人沒必要深入了解這些。 但是對於耳機工程師來說,則必須將人類感知與純物理的區別都考慮進去。

4.jpg

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

然後是耳機的工作原理:如上圖所示,揚聲器基本上由(1)磁鐵、(2)盤繞線、(4)振膜、以及(3)支撐振膜的懸架這四個部分組成。

無論是頭戴式、還是耳塞式,耳機的本質都是小型揚聲器。 不過與人耳相比,揚聲器的工作是全然相反的 —— 他們會將輸入的電信號,重新轉換成空氣中的振動。

電磁學指出,當導線纏繞在磁鐵上、且導線內的電流發生變化時,周圍的磁場就會呈比例地變化。 當歌曲或播客的電信號通過耳機中的電線脈衝時,又會改變電流並帶動磁鐵。

這樣磁鐵就會推動隔膜的移動,推動和壓縮空氣,以產生高低壓振幅脈衝,最終轉換成了我們可聽到的音樂。

理想情況下,揚聲器會將輸入的電信號完美複現。 但在現實物理世界中,這一過程還是存在著它的局限性。

諸如磁鐵和振膜的尺寸 / 材料之類的因素,都會造成不可避免的失真,結果導致某些頻率較原始信號更響或更柔和。

1.jpg

(圖 via SCI Tech Daily)

綜上所述:雖然沒有耳機能夠完美重現信號,但我們有無數種不同的方法來「扭曲」信號。 如果你在兩款同樣昂貴的耳機上獲得了不同的感受,這件事就與不同廠商的調教偏好有很大關係。

● 當工程師在研發新耳機時,他們不僅要考慮人類聽覺對聲音的『扭曲』作用,還要考慮到揚聲器的物理限制。

● 而你喜歡的音色與高中低頻調教(以及年齡、經驗、文化 / 音樂流派偏好等因素),也直接影響到了對於一款耳機『好壞』評價。

以嘻哈音樂為例,這部分聽眾可能更青睞重低音表現。 但對於古典音樂的愛好者來說,又想要獲得更少的頻率失真。

然而聲音的忠實還原(或娛樂傾向),又是一件難以兩全的事情。 比如在注重語音理解的場景下,某些產品可能更注重 1000 ~ 5000 Hz 的頻響表現。

當然,我們也可以專為聽力障礙人士設計所謂的「嘻哈樂專用耳機」。 只是在普通人聽來,同樣的產品又會是另一番評價。

總而言之,想要選購什麼樣的耳機,還得看你具體在何種場景下使用。 畢竟只有從耳機的設計角度來入手,你才會知曉這件事與科學、藝術、體驗三要素息息相關。

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