Khoa học âm thanh: Tai nghe tuyệt vời kết hợp Vật lý, Giải phẫu và Tâm lý học

Những gì bạn thích nghe cũng rất quan trọng để chọn đúng cặp.

Giữa âm nhạc, podcast, trò chơi và nguồn cung cấp nội dung trực tuyến không giới hạn, hầu hết mọi người dành hàng giờ mỗi tuần để đeo tai nghe . Có lẽ bạn đang xem xét một cặp mới cho những ngày lễ, nhưng với quá nhiều lựa chọn trên thị trường, có thể khó để biết nên chọn loại nào.

Tôi là một nhạc sĩ chuyên nghiệp và là một giáo sư công nghệ âm nhạc nghiên cứu về âm học . Công việc của tôi nghiên cứu sự giao thoa giữa các yếu tố khoa học , nghệ thuật và chủ quan của con người của âm thanh. Chọn tai nghe phù hợp bao gồm việc xem xét cả ba khía cạnh đó, vậy điều gì tạo nên một cặp thực sự tốt?

Âm thanh thực sự là gì?

Trong vật lý, âm thanh được tạo ra từ các dao động của không khí bao gồm một loạt các vùng áp suất cao và thấp. Đây là các chu kỳ của sóng âm thanh.

Đếm số chu kỳ xảy ra trong một giây xác định tần số hoặc cao độ của âm thanh . Tần số cao hơn có nghĩa là âm vực cao hơn. Các nhà khoa học mô tả tần số bằng hertz, vì vậy một âm thanh 500 Hz đi qua 500 chu kỳ hoàn chỉnh của áp suất thấp và áp suất cao mỗi giây.

Độ lớn hoặc biên độ của âm thanh được xác định bởi áp suất lớn nhất của sóng. Áp suất càng cao, âm thanh càng lớn.

Để tạo ra âm thanh, tai nghe chuyển tín hiệu âm thanh điện thành các chu kỳ áp suất cao và thấp này mà tai của chúng ta diễn giải thành âm thanh.

Tai người

Tai người là bộ cảm biến đáng kinh ngạc. Một người bình thường có thể nghe thấy một loạt các cao độ và mức độ âm thanh khác nhau. Vậy tai hoạt động như thế nào?

Khi âm thanh đi vào tai, màng nhĩ của bạn chuyển các rung động không khí thành các rung động cơ học của các xương tai giữa nhỏ bé. Những rung động cơ học này trở thành những rung động chất lỏng trong tai trong của bạn. Các dây thần kinh nhạy cảm sau đó biến những rung động đó thành tín hiệu điện mà não của bạn diễn giải thành âm thanh.

Mặc dù mọi người có thể nghe thấy một dải cao độ khoảng từ 20 Hz đến 20.000 Hz, nhưng thính giác của con người không đáp ứng tốt như nhau ở tất cả các tần số .

Ví dụ, nếu một tiếng ầm ầm tần số thấp và một con chim có âm vực cao hơn có cùng độ lớn, bạn sẽ thực sự cảm thấy tiếng ầm ầm đó là yên tĩnh hơn tiếng chim. Nói chung, tai người nhạy cảm hơn với tần số trung bình hơn là âm vực thấp hoặc cao . Các nhà nghiên cứu cho rằng điều này có thể là do các yếu tố tiến hóa .

Hầu hết mọi người không biết rằng độ nhạy thính giác khác nhau và nói thẳng ra là không bao giờ cần phải xem xét hiện tượng này – nó chỉ đơn giản là cách mọi người nghe. Nhưng các kỹ sư tai nghe chắc chắn cần phải xem xét nhận thức của con người khác với vật lý thuần túy như thế nào.

Tai nghe hoạt động như thế nào?

Tai nghe – cả hai loại lớn hơn đeo qua tai bạn cũng như tai nghe nhỏ – đều chỉ là loa nhỏ. Nói một cách đơn giản, loa làm ngược lại với tai của bạn: Chúng chuyển đổi tín hiệu điện từ điện thoại, máy ghi âm hoặc máy tính của bạn thành rung động trong không khí.

Hầu hết các loa đều được làm từ 4 thành phần: nam châm đứng yên, cuộn dây chuyển động qua lại xung quanh nam châm đó, màng loa đẩy không khí và dây treo giữ màng loa.

Thuyết điện từ phát biểu rằng khi một dây quấn quanh một nam châm và cường độ dòng điện trong dây thay đổi thì từ trường xung quanh dây cũng thay đổi tỉ lệ thuận . Khi tín hiệu điện của một bài hát hoặc podcast xung qua các dây dẫn trong một bộ tai nghe, nó sẽ thay đổi dòng điện và di chuyển nam châm. Sau đó, nam châm di chuyển màng ngăn vào và ra – giống như một pít tông – đẩy và nén không khí, tạo ra các xung áp suất cao và áp suất thấp. Đây là âm nhạc mà bạn nghe.

Lý tưởng nhất, một loa sẽ chuyển đổi hoàn hảo các tín hiệu điện của đầu vào thành biểu diễn âm thanh. Tuy nhiên, thế giới vật chất thực có những hạn chế. Những thứ như kích thước và chất liệu của nam châm và màng loa đều ngăn cản loa kết hợp hoàn hảo đầu ra với đầu vào của nó. Điều này dẫn đến sự biến dạng và một số tần số sẽ to hơn hoặc mềm hơn so với ban đầu.

Mặc dù không có tai nghe nào có thể tái tạo tín hiệu một cách hoàn hảo, nhưng có vô số cách khác nhau để chọn để làm sai lệch tín hiệu đó. Lý do hai tai nghe đắt tiền như nhau có thể phát ra âm thanh hoặc cảm giác khác nhau là do chúng bóp méo mọi thứ theo những cách khác nhau. Khi các kỹ sư chế tạo tai nghe mới, họ không chỉ phải xem xét khả năng nghe của con người làm biến dạng âm thanh như thế nào mà còn cả những giới hạn vật lý của bất kỳ loa nào.

Tùy chọn người nghe

Nếu tất cả các biến chứng của tai và loa là không đủ, thì bản thân người nghe đóng một vai trò rất lớn trong việc quyết định điều gì tạo nên một cặp tai nghe “tốt”. Các khía cạnh như tuổi tác, kinh nghiệm, văn hóa và sở thích thể loại âm nhạc đều ảnh hưởng đến loại biến dạng tần số mà ai đó sẽ thích . Tai nghe cũng là một vấn đề về sở thích cá nhân như bất kỳ thứ gì khác.

Ví dụ: một số người thích tai nghe có nhiều âm trầm cho nhạc hip-hop, trong khi người nghe nhạc cổ điển có thể muốn ít biến dạng tần số hơn. Nhưng âm nhạc hoặc nghe giải trí không phải là những thứ duy nhất cần xem xét. Tai nghe dành cho người khiếm thính có thể làm nổi bật các tần số từ khoảng 1.000 Hz đến 5.000 Hz, vì điều này giúp nói dễ hiểu hơn .

Bạn chắc chắn có thể chơi một bài hát hip-hop thông qua tai nghe được thiết kế cho người khiếm thính, nhưng hầu hết mọi người sẽ đồng ý rằng kết quả sẽ không tốt lắm. Đảm bảo rằng tai nghe bạn chọn phù hợp với cách bạn sẽ sử dụng chúng sẽ giúp bạn xác định được âm thanh tốt.

Cuối cùng, khoa học về thiết kế tai nghe, nghệ thuật của người tạo nội dung và trải nghiệm của con người tất cả giao nhau để hình thành nhận thức về tai nghe “tốt”. Bất chấp tất cả những phần chuyển động này, có một cách tuyệt vời để biết khi nào tai nghe là tốt: chọn một bài hát hay và đeo một cặp vào! Bởi vì khi tất cả các thuộc tính phù hợp, một cặp tai nghe tốt có thể mang đến cho bạn cơ hội được biến đổi bởi âm thanh.

Được viết bởi Timothy Hsu, Trợ lý Giáo sư về Công nghệ Âm nhạc và Nghệ thuật, IUPUI.

Bài báo này được xuất bản lần đầu tiên trên The Conversation .

Theo Scitechdaily