Słuchawki - bliskie spotkania

Może się wydawać, że słuchawki to taki produkt, który klienta nie oszuka (może tylko trochę zmyli). Widzimy, co bierzemy do rąk, zakładamy na głowę, i kiedy włączymy, nie mamy wątpliwości dotyczących akustyki pomieszczenia. Jedyną zmienną pozostaje stosowany wzmacniacz słuchawkowy, ale to i tak znacznie mniejszy stopień niepewności, niż w przypadku oceniania i wybierania kolumn. Jest jednak wiele innych zagadek i pułapek.

Słuchawki to rodzaj urządzenia elektroakustycznego działającego, od strony fizycznej, na takiej samej zasadzie, co głośnik, wykorzystujący podobnego typu przetworniki (dynamiczne, planarne, a nawet elektrostatyczne). Jednak poprzez inny rodzaj kontaktu z użytkownikiem, wywołuje zupełnie odmienną sytuację akustyczną.

Prestiż, konieczność czy przyjemność

Niektóre różnice pozostają oczywiste, i są ich świadomi nawet laicy, ale z niektórych nie zdają sobie sprawy audiofile, również ci najbardziej w słuchawkach zakochani. Zwłaszcza oni, gdyż trudno im przyjąć do wiadomości, że odsłuch słuchawkowy jest tak nienaturalny, jak żywienie sondą dożołądkową.

Dzisiaj, gdy słuchawki znajdują się u szczytu popularności, tym łatwiej o triumfalizm i odrzucenie wszelkich zarzutów, które przecież w naturalny sposób, przez wiele lat, odsuwały je na margines naszych zainteresowań. Słuchawki mają oczywiście zalety, ale raczej „funkcjonalne” niż czysto brzmieniowe. Owszem, pozwalają łatwiej „czytać” niektóre szczegóły niż w odsłuchu głośnikowym, ale ustawiają je w sztucznej perspektywie, zarówno pod względem przestrzeni, jak i charakterystyki częstotliwościowej. Dla realizatorów nagrań to narzędzie niezbędne, ale nie sądzę, aby wielu z nich w domowych pieleszach nadal używało tego narzędzia dla przyjemności.

Niedawno spotkałem się z opinią, że połączenie masowej akceptacji słuchawek z postępem w ich jakości i zastosowaniem układów realistycznie uprzestrzenniających dźwięk doprowadzi do marginalizacji, czy wręcz upadku, odsłuchu głośnikowego. Nie sądzę. Obecna popularność słuchawek przypomina trochę - masowością mody, zawyżonymi ocenami i przekonaniem o świetlanych perspektywach - szaleństwo na punkcie kina domowego i dźwięku wielokanałowego, które dziesięć lat temu miało wyeliminować stereo. Są też różnice. Jedną z najciekawszych jest powstanie audiofilskich kręgów miłośników słuchawek i tylko im poświęconych forów, podczas gdy kino domowe, nawet najlepsze, nigdy nie zdobyło takiego prestiżu. No cóż, słuchawki dają pewną specjalną satysfakcję - za ułamek ceny high-endowych, referencyjnych kolumn, można kupić high-endowe słuchawki.

Przestrzenność

Nasz mózg odbiera dźwięk za pomocą pary uszu, jednak nie jest tak, że dźwięki z lewej strony wpadają tylko do ucha lewego, a z prawej - do prawego. Każde ucho odbiera sygnały ze wszystkich stron, a nasz mózg analizuje obydwa sygnały, porównując zarówno różnicę natężeń, jak przesunięcia fazowe. Sygnał z lewej strony dociera do lewego ucha z większym natężeniem niż do prawego, ale ta różnica wcale nie musi być duża - gdy źródło jest bardzo oddalone, względna różnica odległości od obydwu uszu, a więc różnica natężenia dźwięku, jest przecież znikoma. Z pomocą przychodzą wtedy przesunięcia fazowe (nazwijmy je opóźnieniami), które mogą być bardzo duże, bo nie zależą od odległości (ważna jest ich wartość bezwzględna, wynikająca z relacji odległości między uszami i częstotliwości). Co więcej, kierunek, z jakiego dobiega dźwięk, do pewnego stopnia potrafi ustalić nawet pojedyncze ucho - służy temu skomplikowany kształt małżowiny usznej, w której powstają odbicia o różnych rozkładach dla dźwięków biegnących z różnych kierunków! Ludzie głusi na jedno ucho wciąż mogą słyszeć i ustalać pozycję dźwięków dobiegających z „drugiej” strony, oczywiście ze znacznie mniejszą precyzją.

W odsłuchu za pomocą pary kolumn działa cały ten skomplikowany i genialny mechanizm. Weźmy też pod uwagę, że w odsłuchu głośnikowym dźwięki docierają nie tylko z dwóch kolumn, ale z wielu kierunków, na skutek odbić w pomieszczeniu.

W odsłuchu słuchawkowym lewe ucho odbiera tylko sygnał lewego kanału, a prawe - prawego. Nie zostaje uruchomiona analiza opóźnień, nie zostają wykorzystane właściwości małżowin. Owszem, nagrania wykonane techniką „sztucznej głowy” mają już zakodowane informacje o przesunięciach fazowych, ale zdecydowana większość nagrań powstaje metodami (omikrofonowaniem) przygotowanymi pod kątem odsłuchu głośnikowego.

Dobra wiadomość jest taka, że współczesna technika cyfrowa pozwala na „przerobienie” materiału na potrzeby odsłuchu słuchawkowego. Wystarczy do tego zaprzęgnąć prosty procesor - odpowiednie programy uprzestrzenniające są już gotowe i stosowane przez profesjonalistów w studiach nagraniowych.

Wiadomość zła i trudna do zrozumienia jest taka, że technika ta niemal w ogóle nie jest znana na poletku domowego hi-fi. Wyjaśnienie tego negatywnego fenomenu może być takie, że słuchawkofile, jak większość audiofilów, są konserwatystami, trzymającymi się nie tylko systemów stereo (to akurat, moim zdaniem, bardzo dobrze), ale też stroniącymi od wszelkich ingerencji i korekcji. Sygnał dwukanałowy, który został nagrany i „zapieczętowany” przez producenta nagrania, chcą pozostawić nienaruszony, chociaż w tym przypadku korekcja miałaby nagranie nie tyle „uatrakcyjnić”, co właśnie przywrócić mu walory stereofoniczne. Stereofonia to wykreowanie panoramy dźwiękowej w oparciu o zapis dwukanałowy, ale wymaga to spełnienia kilku warunków. Odsłuch słuchawkowy materiału nagranego dla systemu głośnikowego warunków tych nie spełnia, więc... nie jest odtworzeniem stereofonicznym, ale tylko dwukanałowym.

Charakterystyka

Problem subiektywizmu i niepewności co do zgodności naszych wrażeń, gustów i ocen, możemy rozszerzyć na sprzęt wszelkiego rodzaju, jednak działanie i brzmienie słuchawek jest obarczone dodatkową zmienną, nad którą głowią się ich projektanci i producenci. Te same słuchawki grają inaczej w odbiorze różnych osób (to nie to samo, co inna ocena tego samego brzmienia), stąd nie sposób wypracować jedną, neutralną charakterystykę (słuchawki z założenia nie mają charakterystyki liniowej, gdy zmierzyć ją jakimkolwiek sposobem, właśnie po to, aby brzmienie zbliżyło się do... liniowego). Wydaje się to nielogiczne, ale nie ma w tym sprzeczności. Źródło dźwięku zbliżone do samego ucha, czy wręcz w nim umieszczone (słuchawki dokanałowe), brzmi inaczej niż w naturalnym oddaleniu (w jakim pozostają np. zespoły głośnikowe). Nie chodzi oczywiście tylko o natężenie dźwięku (które spada z kwadratem odległości), lecz o charakterystykę częstotliwościową (tonalną); wynika to ponownie z wpływu, jaki ma nasza małżowina uszna (co łatwo sprawdzić, przykładając do uszu dłonie - nasz odbiór brzmienia, czy to dźwięków naturalnych, czy z systemu audio, wyraźnie się zmieni).

To problem pokrewny, ale nie tożsamy z kwestią tzw. krzywych izofonicznych. Wiadomo, że nasze ucho nie ma charakterystyki liniowej, nawet przy odbiorze dźwięków z większej odległości. Czułość na skrajach pasma, zwłaszcza w zakresie niskich częstotliwości, jest niższa niż na środku - co zresztą powinno być zrozumiałe, jako że słyszalne przez człowieka pasmo (zwane pasmem akustycznym) nie obejmuje częstotliwości odbieranych przez wiele gatunków zwierząt, a granica między „słyszalnym” a „niesłyszalnym” nie jest ostra; po prostu oddalając się od środka pasma, słyszymy coraz słabiej i słabiej. Nie jest to jednak dobrym powodem, aby korygować w tym kierunku charakterystykę przetwarzania systemu audio, tak jak nie zakładamy żadnych korekcyjnych aparatów słuchowych, prowadzących do uzyskania liniowej charakterystyki czułości, gdy słuchamy dźwięków na żywo. Krzywą izofoniczną można nieprecyzyjnie nazwać krzywą czułości słuchu, chociaż naprawdę jest jej odwrotnością (w zakresie, gdzie czułość jest największa, a więc w zakresie ok. 2-3 kHz, ma swoje minimum). Krzywa ta nie jest dokładnie taka sama dla każdego z nas (w tym sensie każdy z nas słyszy inaczej), ale jej ogólny kształt jest ustalony. Pokazuje ona jakby działanie „filtra”, przez który słyszymy wszystkie dźwięki - czy to naturalne, czy z systemu audio. Ona więc właśnie ulega poważnej zmianie, gdy źródło dźwięku przysuniemy bezpośrednio do ucha. A ponieważ w taki sposób nie słuchamy muzyki na żywo, więc do takiego brzmienia nie jesteśmy przyzwyczajeni - i gdyby słuchawki miały charakterystykę liniową, wówczas dźwięk wydawałby się nienaturalny. Tę różnicę należałoby skorygować, nie doprowadzając jednak charakterystyki słuchawek do krzywej czułości właściwej dla niewielkiej odległości, ale dokonując modyfikacji charakterystyki liniowej dokładnie w taki sposób, w jaki zmienia się charakterystyka izofoniczna przy przejściu z odległości „normalnej” na odległość „słuchawkową”. Ta zmiana jest jednak różna dla różnych osób i modyfikacja optymalna dla jednej nie będzie optymalna dla drugiej - stąd właśnie możliwe rozbieżne oceny.

Badania i korekty

Sprawa komplikuje się jeszcze bardziej po stwierdzeniu, że nawet krzywe czułości dla odległości „normalnej” dla jednego osobnika, nie są stałe, lecz zmieniają się wraz z poziomem głośności (określanym przy jednej częstotliwości, np. 1 kHz). To znana przyczyna i powód stosowania filtrów loudness, które głębokość korekcji uzależniają właśnie od poziomu głośności - przy niskich poziomach jest ona większa, wychodząc naprzeciw szybszemu spadkowi czułości w zakresie niskich częstotliwości niż średnich. Audiofile zapominający o tym zjawisku mają w zwyczaju narzekać, że ich kolumny grają dobrze głośno, ale gdy grają cicho, to ich bas gaśnie. Wcale nie jest to skrót myślowy, mówiący o wrażeniu, jakie odnosi słuchacz, lecz przekonanie, że kolumny naprawdę tracą zdolność przetwarzania basu przy niskiej dostarczonej mocy. Poszukiwane są więc kolumny, które grają zawsze dobrze i tak samo, co jest niemożliwe. Ustalona przez konstruktora charakterystyka pozostaje niezmienna - może być bliższa liniowości, albo uwzględniać korektę izofoniczną (różnicę między krzywymi izofonicznymi dla różnych poziomów głośności), ale nie może „pływać” i być bardziej liniowa przy wyższych poziomach głośności, a bardziej izofoniczna przy niższych (taką rolę może spełniać wspomniany układ loudness). To samo dotyczy słuchawek, i to chyba w nawet jeszcze większym stopniu. Słuchawki dają okazję, aby słuchać bardzo głośno, bez zakłócania spokoju innym domownikom i sąsiadom; czasami jednak słuchamy ich bardzo cicho, na co pozwala izolacja od hałasów otoczenia. W ten sposób słuchawki wykorzystywane są w większym zakresie głośności, a między skrajnymi krzywymi izofonicznymi (również tymi „zniekształconymi” bliską pozycją źródła dźwięku) występują największe różnice. Stąd też słuchawki, o takiej czy innej, ale ustalonej charakterystyce, muszą w odbiorze ich użytkownika brzmieć inaczej cicho i głośno. Na jednym ze słuchawkowych forów przeczytałem taką wypowiedź („eksperta”): „Z tym cichym i głośnym graniem to jest choroba wielu słuchawek. Może 1 na 100 - grają równie dobrze cicho i głośno.”.

Również tutaj, przynajmniej w jakimś stopniu, problem mogłaby rozwiązać korekcja kształtu charakterystyki, prowadzonej w inteligentny sposób przez procesor analizujący poziom sygnału.

Jak z powyższego wynika, osiągnięcie wysokiej jakości dźwięku ze słuchawek, przede wszystkim w konserwatywnej formule „wysokiej wierności”, wymaga, paradoksalnie, odejścia od konserwatywnego, audiofilskiego poglądu, że krótka ścieżka sygnału i brak „ulepszaczy” zawsze gwarantują najlepsze możliwe rezultaty, a postęp zapewnić może tylko udoskonalanie konstrukcji samych przetworników. To też się przyda, ale absolutnie nie wystarczy. Prawidłowy odsłuch słuchawkowy zależy bowiem od tylu zmiennych, że nawet najlepsze high-endowe modele bez podania odpowiednio przygotowanego (nagranego lub przerobionego) materiału nie mogą tworzyć prawidłowego obrazu dźwiękowego, a bez zaawansowanej korekcji, dopasowującej do charakterystyk słyszenia konkretnego użytkownika, nie mogą być rozwiązaniem tak samo dobrym dla wszystkich i w każdych warunkach.

A dla absolutnie bezkompromisowego podejścia do tematu, każdy użytkownik zaawansowanych słuchawek przyszłości powinien sobie zrobić badania audiologiczne i na ich podstawie ustawić odpowiednią charakterystykę. I wcale nie żartuję.