Dlaczego słuchawki dokanałowe brzmią “inaczej”? Czyli małżowina i przewód słuchowy.

Sporo osób zadaje pytanie: “jak brzmią dokanałówki w porównaniu do słuchawek nausznych?” lub podobne. Odpowiedź brzmi “inaczej”. Kolejne pytanie brzmi wtedy: “ale lepiej czy gorzej?”, a odpowiedź brzmi wtedy… cóż… różne padają wtedy odpowiedzi

Dlaczego jest tak ciężko odpowiedzieć na tak proste pytanie jak porównanie dwóch par słuchawek? Wbrew pozorom odpowiedź nie sprowadza się jedynie do “bo to są słuchawki innego typu”. Ja również nie odpowiem na nie w pełni, ale częściowo jestem w stanie to zrobić.

Ale najpierw należy powiedzieć jak działa ludzkie ucho.

Ludzkie ucho, choć tak naprawdę mam tu na myśli ucho zewnętrzne, składa się z: małżowiny, przewodu (kanaliku) słuchowego i błony bębenkowej.

Małżowina i przewód słuchowy

Małżowina służy do “zbierania” dźwięku i kierowania go do przewodu słuchowego, ukształtowana jest w dość skomplikowany sposób, ale ma to swój cel. O ile do lokalizacji dźwięku w płaszczyźnie poziomej generalnie wykorzystuje się oboje uszu (choć czasem wystarcza jedno – o czym dalej), o tyle na lokalizację źródła dźwięku w płaszczyźnie pionowej pozwala już jedno ucho.

Jak zapewne zauważył każdy, kto choć raz w życiu mył sobie uszy, wewnątrz małżowiny biegnie od przewodu słuchowego charakterystyczne zagięcie. To ono właśnie pozwala na ocenę “wysokości” dźwięku. Otóż dźwięk dochodzący do małżowiny dzieli się na dwie “składowe”:

• tą, która wpada bezpośrednio do przewodu słuchowego
• tą, która wpada do przewodu słuchowego dopiero po odbiciu się od zagięcia małżowiny (można powiedzieć że jest to “mikroecho”)

Obie te fale interferują ze sobą selektywnie “wycinając” (wyciszając) pewną charakterystyczną dla konkretnego kierunku częstotliwość. Na tej podstawie mózg jest w stanie ocenić kierunek z jakiego dźwięk dochodzi (tak w pionie jak i – częściowo – w poziomie). W ten sposób traktowane są wysokie częstotliwości.

Niskie częstotliwości są przez małżowinę “zbierane”, podobnie jak robi to talerz anteny satelitarnej.

Poza tym małżowina i przewód słuchowy w naturalny sposób eksponują pewne częstotliwości dźwięku. Wzmacniają one o około 10…15dB częstotliwości z zakresu około 2…5kHz (wg. innych źródeł 1,5…7kHz) a więc te, które m.in. decydują o zrozumiałości mowy ludzkiej.

Słuchawki dokanałowe

Jak więc ma się to do słuchawek?

Wprost. O ile słuchanie muzyki na głośnikach pozwala w pełni wykorzystać wyżej wymienione cechy ludzkiego ucha, o tyle podczas słuchania na słuchawkach jest nieco inaczej.

Słuchawki nauszne pozwalają – przynajmniej częściowo – zadziałać wyżej wymienionym mechanizmom związanym z budową anatomiczną ucha. Chyba że takie słuchawki leżą na uchu, “nieanatomicznie” gniotąc małżowinę.

Słuchawki dokanałowe zaś niejako “obchodzą” te mechanizmy, dostarczając dźwięk bezpośrednio do ucha. Dźwięk wydobywający się ze słuchawek dokanałowych nie jest modyfikowany przez cechy anatomiczne ucha, więc brzmi inaczej niż płynący ze słuchawek nausznych. Na tym i częściowo na “izolacji” (która z jednej strony wpływa na dźwięk, a z drugiej pozwala by drgania membrany/armatury były jak najpełniej przeniesione na błonę bębenkową) polega różnica w brzmieniu dokanałówek i innych typów słuchawek.

Jak więc ma się to do brzmienia? Cóż… płyty CD-Audio przewidziane są do słuchania na głośnikach lub słuchawkach nausznych, inżynier dźwięku odpowiedzialny za przygotowanie takiej płyty nie myśli o użytkownikach słuchawek dokanałowych i kwestii różnicy brzmienia z tym związanej. Poza tym przygotowanie dźwięku “pod dokanałówki” nie jest tak proste jak tylko wyeksponowanie pewnych częstotliwości.

Czy to znaczy że słuchawki dokanałowe są “złe”? Nie. Po prostu są to słuchawki, które “brzmią nieco inaczej” (np. mają mniej wyraźną przestrzeń czy inaczej rozłożony balans dźwięku co dotyczy np. środka pasma). Ani lepiej, ani gorzej – co i tak zależy jeszcze od konkretnego modelu. Bo łatwo jest wskazać słuchawki nauszne brzmiące lepiej od dowolnych słuchawek dokanałowych, ale jednocześnie da się wskazać słuchawki dokanałowe lepsze od sporej części słuchawek nausznych.

Poza tym słuchawki dokanałowe mają pewne niezaprzeczalne zalety, których słuchawki nauszne zwykle nie posiadają: są małe, dyskretne, wygodne i izolują od szumu i hałasu. Cechy te są ważne zwłaszcza podczas słuchania muzyki na ulicy. Tym bardziej że “dobre” słuchawki nauszne są otwarte lub półotwarte, co oznacza że zupełnie nie izolują od dźwięków z dochodzących z otoczenia.

Dlatego ciężko jest zrezygnować z posiadania słuchawek dokanałowych, mimo że każdy posiadacz takich słuchawek prędzej czy później zaczyna kombinować: “jakie by inne dokanałówki kupić… hmm…”

HRTF

Bezpośrednio z ludzkim uchem, ale także kształtem głowy jako takiej, związane są algorytmy HRTF (head-related transfer function). Są to algorytmy służące do obróbki dźwięku opracowywane tak, by wziąć pod uwagę anatomiczne cechy ludzkiego ucha i głowy.

Przykładem zastosowania takich algorytmów w praktyce jest dobrze znany “dopalacz dźwięku” firmy SRS Labs. Z algorytmów HRTF korzystają SRS 3D (sztandarowy produkt SRS Labs, dodaje dźwiękowi przestrzeni) oraz FOCUS (wpływający m.in. na odczuwaną “wysokość” dźwięku).

Algorytmy HRTF w mogą do pewnego stopnia “wspomagać” słuchawki dokanałowe na drodze do uzyskania “bardziej naturalnego” czy raczej “bardziej wiarygodnego dźwięku” (może lepiej nie używać słowa “naturalnego” – ciężko jest je jednoznacznie zdefiniować).

A na ile się im to udaje? Cóż… każdy kto ma słuchawki dokanałowe i odtwarzacz posiadający SRS WOW może przekonać się o tym samodzielnie. Przypomnę tylko, że należy zaczynać od “małych” ustawień i iść w kierunku “wyższych” a nie odwrotnie ;] Części osób będzie się taki dźwięk podobał, części nie.