音乐家兼声学教授教你如何挑选耳机

现代人生活中几乎离不开音乐、视频、游戏及各类在线媒体资讯,很多人每周都要花费几小时通过佩戴耳机来享受这些科技娱乐项目。当你正在考虑为自己买副新耳机,面对市面上令人眼花缭乱的耳机品牌及型号的时候,时常难以抉择。到底什么样的耳机才适合自己?才是好耳机?

我是一名音乐家兼专业声学教授。我专注于研究科学、艺术和声音的主观体验要素之间的交叉点。选择合适的耳机需要同时考虑这三个方面,那么具备哪些要素的耳机才算是好耳机呢?

声音到底是什么?

在物理学中,声音是由一系列高低压区组成的空气振动形成。于是声波就具备了周期特性。

每秒发生的周期数量决定了声音的频率或音调。更高的频率意味着更高的音调。科学家以赫兹为单位描述频率,因此 500Hz 的声音每秒会经历 500 个完整的低压和高压循环。

声音的音量或振幅由波的最大压力决定。压力越大,声音就越响亮。为了制造声音,耳机将电子音频信号转换为这些高低压循环,我们的耳朵将其解释为声音。

人耳

人类的耳朵是出色的传感器。普通人可以听到很高的音调和不同程度的响度(音量)。那么耳朵是如何工作的呢?

当声音进入耳朵时,你的耳膜会将空气振动转化为微小的中耳骨的机械振动。这些机械振动会传导到你内耳并转换为液体振动。然后,听觉神经将这些振动转化为电信号,大脑再将其解释为声音。

虽然人们可以听到大约20赫兹到20000赫兹的音频范围,人类听觉在不同频率上的敏感度不尽相同。

例如,假设低频隆隆声和高频鸟鸣声的音量相同,实际上您还是会认为隆隆声比鸟鸣声更安静。一般来说,相对于低频及高频而言,人耳对中频的灵敏度更高。研究人员认为,这可能是由于进化因素。 大多数人不知道听力敏感性是否不同,坦率地说,永远不需要考虑这一现象——这只是人们的听力。但耳机工程师绝对需要考虑人类感知与纯物理学有何不同。

例如,如果低频隆隆声和高音鸟的音量相同,您实际上会认为隆隆声比鸟安静。一般来说,人耳对中频比低音或高音更敏感。研究人员认为,这可能由进化过程所决定。

多数人不知道听力敏感度会有所不同,坦率地说,永远不需要考虑这种现象——这只是听觉方式。但耳机工程师肯定需要考虑人类感知与纯粹物理之间的区别。

耳机如何工作?

无论是头戴式耳机还是小耳塞都属于小扬声器。简而言之,扬声器的作用与你的耳朵相反:它们将手机、录音机或计算机的电信号转换为空气振动。

大多数扬声器由四个组件组成:一个来回移动的磁铁,一个围绕磁铁的线圈,一个推动空气的隔膜片,以及一个固定隔膜的悬架。

电磁学表明,当电线缠绕在磁铁上,电线内的电流发生变化时,电线周围的磁场会成比例变化。当歌曲播放器的电信号通过一组耳机的线圈时,它会改变电流并推动磁铁。随后,磁铁将隔膜拉近和推出压缩或拉升空气,产生高低压脉冲。这就是你听到的音乐。

理想情况下,扬声器会将输入的电信号完美转换为声音的表现形式。然而,真实的物理世界是有局限性的。磁铁和隔膜的大小和材料都限制了扬声器将其输出与输入完美匹配。这会导致失真,一些频率相对于于原始频率会被放大或软化。

虽然没有耳机可以完美地重现信号,但有无限种不同的方法可以用来解析该信号。两款相同价格耳机听起来或感觉不同的原因就是它们以不同的方式对信号进行了处理。

当工程师制造新耳机时,他们不仅要考虑人类听力如何辨别声音,还要考虑扬声器的物理限制。

听众偏好

由于耳朵和扬声器过于复杂,所以什么是“好”耳机就由听众自己决定。年龄、经验、文化和音乐流派偏好等方面都会影响人们更喜欢哪种频率调教。耳机和其它东西一样都属于个人品味问题。例如,有些人更喜欢低音重的耳机来播放嘻哈音乐,而古典音乐听众可能希望减少频率失真。撇开耳机的娱乐性以外,还有更多的问题需要考虑。

适用于听力受损者的耳机可能会强化大约1000至5000赫兹之间的频率,因为这有助于使语音更容易理解。你当然可以使用专为听力受损者设计的耳机聆听嘻哈歌曲,但大多数人会倾向于认为听起来效果不太好。所以,根据使用方式及偏好选择合适的耳机,对于确定哪些耳机听起来不错,大有帮助。

耳机设计的科学性、内容创作者的艺术性和人类体验最终都交叉在一起,形成了对“好”耳机的认知。

尽管需要考虑的琐碎问题很多,但依然有一个万无一失的方法可以用来挑选出好的耳机:选择一首好歌,然后戴上耳机!因为当所有条件都具备时,一副好的耳机完全有能力令你心动。

啁啾集编译 / 本文作者 Timothy Hsu,IUPUI音乐与艺术技术助理教授。