高管洞察:高分辨率音乐需要高分辨率扬声器

2024-03-19 11:08:17 来源:EETOP

所有关于高分辨率音乐传输和无损音频或空间音频格式的讨论都为时过早。很少有人能分辨出其中的区别——除非他们通过高分辨率、固态扬声器聆听。

作者:MIKE HOUSHOLDER,xMEMS 营销和业务发展副总裁

 

Neil Young在给David Letterman展示音乐播放器PonoPlayer的时候,他发现了一些道理。2012年,这位传奇的创作型歌手对压缩的“有损”MP3音频感到失望。他希望创建一个平台,可以播放无损高分辨率(Hi-Res)的音乐,忠实于原始录音。他不仅支持高分辨率的数字内容,而且还拥有忠实播放这些内容的硬件——专门为该任务设计的设备。他知道,硬件对体验非常重要。

 

Young专注于数字播放链。当时他还无法想象一种新的扬声器技术的可能性。

然而,从那以后的几年里,高清音频的广泛采用是由软件驱动的——新的流媒体服务,新的音频格式。这是个本末倒置的错误。PonoPlayer音乐播放器从未广泛流行起来,但它仍然是创新的硬件,结合软件,最终将为大众提供无损的高分辨率音频体验。

 

事实是,很少有人能分辨出今天的标准数字音乐和公司高价出售的高清音乐之间的区别。除非他们通过高分辨率硬件来聆听高分辨率音乐。具体来说,通过高分辨率扬声器。

 

我们是如何实现的

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Mike HousholderxMEMS 营销和业务发展副总裁 

20世纪90年代,当音乐传输走向数字化时,消费者选择的是便利性(MP3),而不是音质。谁能怪他们呢?他们可以快速下载专辑;将它们装入小型便携式播放器;通过各种各样令人眼花缭乱的移动设备来收听,包括小型无线扬声器和多功能的无线耳机。

 

数字文件必须经过压缩才能在互联网上传输,有效地存储在设备上,并以无线方式传输到耳机上。是的,流媒体音频有助于解决存储问题,但事实并非如此,为任何消费模式压缩数字音乐都意味着失去艺术家在录音中精心设计的许多细节——声音、细微差别、乐器。

 

但有些人注意到了其中的差异,例如Neil Young。现在,许多其他人也注意到了这一点。人们对高质量音频有了新的需求。根据高通公司2023年的声音状况报告,70%的消费者表示他们正在寻求高于mp3质量的音频,高于前一年的61%。此外,其他迹象表明,高质量音频发展势头强劲。

 

最近,黑胶唱片的销量已经超过了CD。观察人士表示,这种转变在一定程度上是由于怀旧情绪和消费者对黑胶唱片“温暖”声音的喜爱,但有一部分原因则是黑胶唱片能够传达更多音乐细节的能力。作为一种模拟媒体,黑胶不需要数字采样——这个过程会削弱原始声音。(有人曾引用Young的话说:“Steve Jobs是数字技术的先驱,但他回家后听的是黑胶唱片。”)

 

为了满足数字媒体对质量的要求,行业已经开始采用高分辨率音频,数字内容以更高的频率采样以保持保真度,并以更大的位深捕捉更多细节。问题是,消费者通过独立的或内置在耳机中的扬声器来收听高清音频,然而扬声器根本跟不上。它们无法准确地呈现出高分辨率的内容,因为这种扬声器的设计方式已经存在100多年了。

 

聆听高分辨率音频和普通音频之间的区别

这种内容和传输机制之间的脱节可以追溯到高清视频的曙光。当高清内容出现时,再加上可以为消费者播放的应用程序和服务,这无关紧要,因为早期的用户试图在非高清电视上观看高清内容。最近,当亚马逊(Amazon)等公司首次推出超高清(4K)视频内容目录时,大多数人只能在普通高清电视上观看,从而错过了4K像素所能显示的所有视觉细节。

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同样的事情也发生在高分辨率音频上。自从亚马逊、苹果和Tidal等新兴音乐服务公司开始提供高分辨率音频服务(有时比他们的标准服务收费更高)以来,公众就开始怀疑这是否值得溢价。研究人员甚至尝试确定普通消费者是否能分辨出普通音乐和高分辨率音乐的区别,发现“区分标准质量音频和高分辨率音频的能力很小,但具有统计学意义。”

 

事实上,据估计,大约只有5%的消费者能听出其中的区别。但是,如果他们通过能够更忠实地呈现音乐的扬声器来聆听高分辨率音乐呢?有迹象表明,大多数人都能听到他们错过的细节。

 

绝大多数人都是通过头戴式耳机和耳塞听音乐的。在2015年音频工程协会的一次会议上,甚至有报道称,85%的人在家中使用耳机听音乐,而不是在旅途中。所有这些耳机中的微型扬声器都基于传统架构,包括线圈、磁铁和塑料振膜。这种架构不仅没有足够的高性能来呈现高采样率、高分辨率的音频,而且也不够稳定,无法可靠、忠实地完成这些工作。

 

为了让所有人都能感受到高分辨率音频,应该通过专门为所需保真度而设计的固态硅基微型扬声器来播放音频。

 

专为高分辨率而设计的固态扬声器

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这种固态音频器件并不是什么新鲜事。这种转变始于2007年左右,当时作为固态微机电系统(MEMS)设计的麦克风只占市场的5%。而到2022年,这一比例增长为72%。xMEMS的工程师们正在引领扬声器器件的类似转变。

 

通过使用薄膜压电技术(将电能转换为机械能的材料)作为扬声器的致动器,取代线圈和磁铁,加上硅作为扬声器振膜,取代常用的塑料或纸振膜,xMEMS工程师已经在芯片上首次创造了一种固态扬声器,其尺寸和重量仅为类似线圈扬声器的一小部分。

 

固态扬声器有几个关键特性,使其能够独特地呈现高分辨率音乐。首先,它们的机械速度比线圈扬声器快,响应速度是传统架构的150倍。这对于能够呈现高比特率至关重要,因此听众可以真正听到原始录音的增强细节,清晰度和乐器分离度。

 

它们还可以最大限度地减少相移,相移是不同振幅的不同声波组合的结果。这会改变音频。传统的扬声器架构容易发生180度的相移,使声音染色,使其不那么自然。固态扬声器具有平坦相位(不超过2度)的能力,从而忠实地再现原始音频。

 

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此外,由于固态扬声器是通过半导体工艺制造的,因此它们在扬声器之间表现出高度的相位一致性。当你把一个固态扬声器放在左耳塞里,另一个放在右耳塞里,它们的相位会完美匹配,以实现最大的清晰度。

最后,固态扬声器不会出现分割振动,当扬声器振膜被推到极限时就会发生这种失真。硅膜片的硬度是纸质或塑料膜片的95倍,因此能更好地保持其形状,产生清晰、细腻的声音。为了享受高清内容的清晰度,通过专为清晰度设计的扬声器进行聆听是很重要的。

最终,xMEMS工程师发现,基于数百名xMEMS耳塞听众的反馈,固态高分辨率扬声器可以改善感知的音频质量。有证据表明,至少有80%的人使用固态MEMS扬声器耳机时可以听到最喜欢的歌曲中的细节,以前在通过带有传统线圈扬声器的耳塞收听时却没有注意到。虽然它们的设计特点非常适合从高分辨率音频中获得最大的效果,但固态扬声器也可以改善标准音乐的体验,以及新兴格式,如空间音频。

 

Neil Young表示,他想“拯救我过去50年来一直在实践的艺术形式”。他当时不知道的是,扬声器的创新将是关键。要求更好听的内容是一个开始。固态扬声器标志着涅槃。

 

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xMEMS Labs成立于2018年1月,正在通过全球首创的固态真MEMS扬声器为TWS和其他个人音频设备重新定义声音。xMEMS在其技术领域拥有全球超过140项授予的专利。

 

创新的单片换能架构在硅中实现了致动和振膜的结合,产生了世界上速度最快、最精确的微型扬声器,消除了线圈扬声器的弹簧和悬挂恢复系统。这带来了最准确的时域音乐再现、无与伦比的音质清晰度和提升的空间感。


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