高管洞察：高分辨率音樂需要高分辨率揚(yáng)聲器

Neil Young在給David Letterman展示音樂播放器PonoPlayer的時候，他發(fā)現(xiàn)了一些道理。2012年，這位傳奇的創(chuàng)作型歌手對壓縮的“有損”MP3音頻感到失望。他希望創(chuàng)建一個平臺，可以播放無損高分辨率(Hi-Res)的音樂，忠實(shí)于原始錄音。他不僅支持高分辨率的數(shù)字內(nèi)容，而且還擁有忠實(shí)播放這些內(nèi)容的硬件——專門為該任務(wù)設(shè)計的設(shè)備。他知道，硬件對體驗(yàn)非常重要。

Young專注于數(shù)字播放鏈。當(dāng)時他還無法想象一種新的揚(yáng)聲器技術(shù)的可能性。

然而，從那以后的幾年里，高清音頻的廣泛采用是由軟件驅(qū)動的——新的流媒體服務(wù)，新的音頻格式。這是個本末倒置的錯誤。PonoPlayer音樂播放器從未廣泛流行起來，但它仍然是創(chuàng)新的硬件，結(jié)合軟件，最終將為大眾提供無損的高分辨率音頻體驗(yàn)。

事實(shí)是，很少有人能分辨出今天的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音樂和公司高價出售的高清音樂之間的區(qū)別。除非他們通過高分辨率硬件來聆聽高分辨率音樂。具體來說，通過高分辨率揚(yáng)聲器。

我們是如何實(shí)現(xiàn)的

Mike Housholder，xMEMS 營銷和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁

20世紀(jì)90年代，當(dāng)音樂傳輸走向數(shù)字化時，消費(fèi)者選擇的是便利性(MP3)，而不是音質(zhì)。誰能怪他們呢?他們可以快速下載專輯;將它們裝入小型便攜式播放器;通過各種各樣令人眼花繚亂的移動設(shè)備來收聽，包括小型無線揚(yáng)聲器和多功能的無線耳機(jī)。

數(shù)字文件必須經(jīng)過壓縮才能在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，有效地存儲在設(shè)備上，并以無線方式傳輸?shù)蕉鷻C(jī)上。是的，流媒體音頻有助于解決存儲問題，但事實(shí)并非如此，為任何消費(fèi)模式壓縮數(shù)字音樂都意味著失去藝術(shù)家在錄音中精心設(shè)計的許多細(xì)節(jié)——聲音、細(xì)微差別、樂器。

但有些人注意到了其中的差異，例如Neil Young?，F(xiàn)在，許多其他人也注意到了這一點(diǎn)。人們對高質(zhì)量音頻有了新的需求。根據(jù)高通公司2023年的聲音狀況報告，70%的消費(fèi)者表示他們正在尋求高于mp3質(zhì)量的音頻，高于前一年的61%。此外，其他跡象表明，高質(zhì)量音頻發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。

最近，黑膠唱片的銷量已經(jīng)超過了CD。觀察人士表示，這種轉(zhuǎn)變在一定程度上是由于懷舊情緒和消費(fèi)者對黑膠唱片“溫暖”聲音的喜愛，但有一部分原因則是黑膠唱片能夠傳達(dá)更多音樂細(xì)節(jié)的能力。作為一種模擬媒體，黑膠不需要數(shù)字采樣——這個過程會削弱原始聲音。(有人曾引用Young的話說:“Steve Jobs是數(shù)字技術(shù)的先驅(qū)，但他回家后聽的是黑膠唱片?！?

為了滿足數(shù)字媒體對質(zhì)量的要求，行業(yè)已經(jīng)開始采用高分辨率音頻，數(shù)字內(nèi)容以更高的頻率采樣以保持保真度，并以更大的位深捕捉更多細(xì)節(jié)。問題是，消費(fèi)者通過獨(dú)立的或內(nèi)置在耳機(jī)中的揚(yáng)聲器來收聽高清音頻，然而揚(yáng)聲器根本跟不上。它們無法準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出高分辨率的內(nèi)容，因?yàn)檫@種揚(yáng)聲器的設(shè)計方式已經(jīng)存在100多年了。

聆聽高分辨率音頻和普通音頻之間的區(qū)別

這種內(nèi)容和傳輸機(jī)制之間的脫節(jié)可以追溯到高清視頻的曙光。當(dāng)高清內(nèi)容出現(xiàn)時，再加上可以為消費(fèi)者播放的應(yīng)用程序和服務(wù)，這無關(guān)緊要，因?yàn)樵缙诘挠脩粼噲D在非高清電視上觀看高清內(nèi)容。最近，當(dāng)亞馬遜(Amazon)等公司首次推出超高清(4K)視頻內(nèi)容目錄時，大多數(shù)人只能在普通高清電視上觀看，從而錯過了4K像素所能顯示的所有視覺細(xì)節(jié)。

Cowell模組(圖片來源：xMEMS)

同樣的事情也發(fā)生在高分辨率音頻上。自從亞馬遜、蘋果和Tidal等新興音樂服務(wù)公司開始提供高分辨率音頻服務(wù)(有時比他們的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)收費(fèi)更高)以來，公眾就開始懷疑這是否值得溢價。研究人員甚至嘗試確定普通消費(fèi)者是否能分辨出普通音樂和高分辨率音樂的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)“區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量音頻和高分辨率音頻的能力很小，但具有統(tǒng)計學(xué)意義?！?

事實(shí)上，據(jù)估計，大約只有5%的消費(fèi)者能聽出其中的區(qū)別。但是，如果他們通過能夠更忠實(shí)地呈現(xiàn)音樂的揚(yáng)聲器來聆聽高分辨率音樂呢?有跡象表明，大多數(shù)人都能聽到他們錯過的細(xì)節(jié)。

絕大多數(shù)人都是通過頭戴式耳機(jī)和耳塞聽音樂的。在2015年音頻工程協(xié)會的一次會議上，甚至有報道稱，85%的人在家中使用耳機(jī)聽音樂，而不是在旅途中。所有這些耳機(jī)中的微型揚(yáng)聲器都基于傳統(tǒng)架構(gòu)，包括線圈、磁鐵和塑料振膜。這種架構(gòu)不僅沒有足夠的高性能來呈現(xiàn)高采樣率、高分辨率的音頻，而且也不夠穩(wěn)定，無法可靠、忠實(shí)地完成這些工作。

為了讓所有人都能感受到高分辨率音頻，應(yīng)該通過專門為所需保真度而設(shè)計的固態(tài)硅基微型揚(yáng)聲器來播放音頻。

專為高分辨率而設(shè)計的固態(tài)揚(yáng)聲器

Montara Plus耳機(jī)(圖片來源：xMEMS)

這種固態(tài)音頻器件并不是什么新鮮事。這種轉(zhuǎn)變始于2007年左右，當(dāng)時作為固態(tài)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)計的麥克風(fēng)只占市場的5%。而到2022年，這一比例增長為72%。xMEMS的工程師們正在引領(lǐng)揚(yáng)聲器器件的類似轉(zhuǎn)變。

通過使用薄膜壓電技術(shù)(將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的材料)作為揚(yáng)聲器的致動器，取代線圈和磁鐵，加上硅作為揚(yáng)聲器振膜，取代常用的塑料或紙振膜，xMEMS工程師已經(jīng)在芯片上首次創(chuàng)造了一種固態(tài)揚(yáng)聲器，其尺寸和重量僅為類似線圈揚(yáng)聲器的一小部分。

固態(tài)揚(yáng)聲器有幾個關(guān)鍵特性，使其能夠獨(dú)特地呈現(xiàn)高分辨率音樂。首先，它們的機(jī)械速度比線圈揚(yáng)聲器快，響應(yīng)速度是傳統(tǒng)架構(gòu)的150倍。這對于能夠呈現(xiàn)高比特率至關(guān)重要，因此聽眾可以真正聽到原始錄音的增強(qiáng)細(xì)節(jié)，清晰度和樂器分離度。

它們還可以最大限度地減少相移，相移是不同振幅的不同聲波組合的結(jié)果。這會改變音頻。傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器架構(gòu)容易發(fā)生180度的相移，使聲音染色，使其不那么自然。固態(tài)揚(yáng)聲器具有平坦相位(不超過2度)的能力，從而忠實(shí)地再現(xiàn)原始音頻。

Cowell(圖片來源：xMEMS)

此外，由于固態(tài)揚(yáng)聲器是通過半導(dǎo)體工藝制造的，因此它們在揚(yáng)聲器之間表現(xiàn)出高度的相位一致性。當(dāng)你把一個固態(tài)揚(yáng)聲器放在左耳塞里，另一個放在右耳塞里，它們的相位會完美匹配，以實(shí)現(xiàn)最大的清晰度。

最后，固態(tài)揚(yáng)聲器不會出現(xiàn)分割振動，當(dāng)揚(yáng)聲器振膜被推到極限時就會發(fā)生這種失真。硅膜片的硬度是紙質(zhì)或塑料膜片的95倍，因此能更好地保持其形狀，產(chǎn)生清晰、細(xì)膩的聲音。為了享受高清內(nèi)容的清晰度，通過專為清晰度設(shè)計的揚(yáng)聲器進(jìn)行聆聽是很重要的。

最終，xMEMS工程師發(fā)現(xiàn)，基于數(shù)百名xMEMS耳塞聽眾的反饋，固態(tài)高分辨率揚(yáng)聲器可以改善感知的音頻質(zhì)量。有證據(jù)表明，至少有80%的人使用固態(tài)MEMS揚(yáng)聲器耳機(jī)時可以聽到最喜歡的歌曲中的細(xì)節(jié)，以前在通過帶有傳統(tǒng)線圈揚(yáng)聲器的耳塞收聽時卻沒有注意到。雖然它們的設(shè)計特點(diǎn)非常適合從高分辨率音頻中獲得最大的效果，但固態(tài)揚(yáng)聲器也可以改善標(biāo)準(zhǔn)音樂的體驗(yàn)，以及新興格式，如空間音頻。

Neil Young表示，他想“拯救我過去50年來一直在實(shí)踐的藝術(shù)形式”。他當(dāng)時不知道的是，揚(yáng)聲器的創(chuàng)新將是關(guān)鍵。要求更好聽的內(nèi)容是一個開始。固態(tài)揚(yáng)聲器標(biāo)志著涅槃。