Hifi-skolan, del 8 – Hörlurar

Välkommen till det åttonde kapitlet av Hi-Fi-skolan. Fram tills nu har vi sysslat med utrustning som ska fylla vardagsrummet med bra ljud. Men den här gången blir det personligt. Väldigt personligt. Vi ska prata om hörlurar – den mest intima formen av hifi som finns.

Att lyssna på musik i hörlurar är en helt egen disciplin. Å ena sidan eliminerar det på ett ögonblick den svagaste och mest oförutsägbara länken i vilken hifi-anläggning som helst: lyssningsrummet. Stående vågor, reflexer från golvet, fladdrande ekon och diskussioner med sin bättre hälft om placeringen av två stora högtalare mitt på golvet, allt försvinner som dagg i solsken. Å andra sidan innebär hörlurar en helt ny rad faktorer och fallgropar.

Hörlurar har i åratal varit hifi-området som vuxit mest. Det hänger inte minst ihop med en revolution inom bärbart, trådlöst ljud. Men hörlurar kan användas hemma också – och under rätt förhållanden kan ett bra par hörlurar leverera en detaljrikedom och en närvaro som ett högtalarsystem med många gånger dyrare prislapp bara kan drömma om.

Var ska hörlurarna sitta?

Innan vi går in närmare på det tekniska måste vi bestämma var hörlurarna ska sitta. Jo, på huvudet förstås! Men där finns det tre huvudtyper:

Over-ear: Det här är de klassiska, stora ”hörselkåporna” som med sina mjuka öronkuddar omsluter hela örat. De är oftast de mest bekväma för långa lyssningssessioner och eftersom de skapar ett litet, slutet utrymme runt öronen har de potential att måla upp en stor och övertygande ljudbild. Nackdelen är storleken och vikten – framför allt för trådlöst ljud, eftersom de inte alltid är så praktiska att ha med sig på bussen.

On-ear: Som namnet antyder vilar sådana här lurar utanpå örat. De är en kompromiss mellan de stora over-ear-modellerna och de små in-ear-modellerna. De är ofta lättare och mer bärbara, men kan kännas obekväma med tiden eftersom de trycker mot öronen. Förmågan att stänga ute ljud utifrån brukar också vara sämre, eftersom öronkuddarna inte förseglar mot öronen lika mycket.

In-ear: Här handlar det om öronproppar som stoppas in direkt i hörselgången. Kategorin sträcker sig från billiga plastprylar, som brukade följa med mobilen, till avancerade och formgjutna in-ear-monitorer (IEM) som används av professionella musiker.

In-ear-hörlurar ger oftast fullständig akustisk isolering från omvärlden och är extremt bärbara. För somliga kan dock känslan av att ha något i hörselgångarna kännas onaturligt eller ”instängt” och passformen i hörselgångarna kan vara ett problem.

Förutom de tre huvudtyperna finns också så kallade bone-conduction-hörlurar, som man till skillnad från konventionella hörlurar inte har i öronen eftersom de överför ljudet till innerörat via skallbenet – eller till och med via nyckelbenet, som var fallet med de första hörlurarna av denna typ, Bone Fone, som också innehöll en FM-radio. Benledande hörlurar har fördelen att man fortfarande hör vad som händer i omgivningen, men ljudkvaliteten matchar inte ett par ”riktiga” hörlurar som skickar in ljudet i öronen.

Öppna eller slutna?

Det viktigaste beslutet är om hörlurarna ska vara öppna eller stängda. Skillnaden är hur öronkåporna är konstruerade – alltså det ”kabinett” som högtalarelementet inuti hörlurarna spelar i.

Slutna hörlurar

Här är öronkåpan ett solitt, förseglat skal. Ljudet fångas inuti hörlurarna och skickas in direkt in ditt öra. Det är din privata konsert och ingen annan är inbjuden.

Fördelen med slutna hörlurar är att de effektivt isolerar dig från oväsen i omgivningen, och ljudet stör inte din granne på tåget. Slutna hörlurar har ofta en mer potent och fast basåtergivning. Perfekt för kontoret, pendlingen eller studion.

Medaljens baksida är att ljudet är fångat i det lilla, slutna utrymmet mellan elementet och örat. Och precis som i högtalarvärlden är det en konst att konstruera ett kabinett utan resonanser och färgningar av ljudet. Och konst kostar. Det är lätt att göra slutna hörlurar med tung bas, men inte alls lika lätt att åstadkomma ett naturligt ljud.

Öppna hörlurar

I öppna hörlurar är utsidan av kåporna täckt med ett galler, så att ljudet kan passera fritt in och ut. Du delar så att säga musiken med din omgivning.

Resultatet är en imponerande stor, luftig och naturlig ljudbild. Ljudet ”andas” fritt och påminner mer om att lyssna på ett par bra högtalare i ett vardagsrum.

Men den öppna konstruktionen har två nackdelar. Den första är uppenbar, nämligen att lurarna läcker som ett såll och är helt olämpliga för kollektivtrafik och andra platser där du kan störa din omgivning. Den andra är mer teknisk: öppna hörlurar de har svårt att återge den djupaste basen. För att bygga upp ett rejält ljudtryck i basregistret krävs ett slutet utrymme – precis som i ett högtalarkabinett. Öppna hörlurar är det kompromisslösa valet för kritiskt lyssnande hemma, men förvänta dig inte jordbävningsbas. Ett sätt att komma runt svagheten i basen är att använda element med större membran.

Stereoperspektiv – en utanför-huvudet-känsla

När det gäller detaljupplösning kan bra hörlurar konkurrera med betydligt dyrare högtalare, men de har svårare med perspektivet och förmågan att skapa en illusion av en akustisk scen framför lyssnaren.

När du lyssnar på musik i en traditionell stereoanläggning hör båda dina öron ljudet från båda högtalarna. Ljudet från vänster högtalare når vänster öra först och mest, men bråkdelen av en sekund senare når en något dämpad version även höger öra – och omvänt. Denna ”överhörning” (crosstalk) är, tillsammans med reflektioner från rummets väggar och tak, avgörande för att din hjärna ska kunna konstruera en tredimensionell ljudbild framför dig.

Med hörlurar bryts den här regeln helt. Vänster kanal går 100 procent till vänster öra och höger kanal går 100 procent till höger öra. Det finns ingen överhörning. Resultatet blir att ljudet inte upplevs komma från en scen framför dig, utan snarare från en linje som går direkt genom huvudet.

En del entusiastförstärkare har en ”crossfeed”-funktion som elektroniskt blandar kanalerna en smula för att simulera en mer naturlig ljudbild. Men den mest avancerade lösningen på problemet är en teknik som är på stark frammarsch: Spatial Audio – eller ”rumsligt ljud”.

Spatial Audio och Head Tracking

Tänk dig att ta ljudet från en fullfjädrad hemmabio med surroundljud och stoppa in den i ett par hörlurar. Det är i grova drag vad tekniken gör i Dolby Atmos for Headphones, DTS Headphone:X och Apples Spatial Audio.

Med hjälp av avancerad digital signalbehandling skapar tekniken en virtuell 3D-upplevelse. Den simulerar inte bara att ljudet kommer från vänster och höger, utan också framifrån, bakifrån, från sidorna och till och med ovanför dig. När det gäller filmer och spel är det en revolution, men tekniken vinner också mark inom musikproduktion. Det innebär att skivbolagen har börjat efterbehandla en stor del av sina kataloger med rumsligt ljud. Med varierande framgång.

Det kanske tar bort känslan av att ha de fyra medlemmarna i The Beatles inspärrade inuti huvudet, men det är inte alla musikälskare som har uppskattat att återuppleva sina favoritalbum i 3D-manipulerade versioner.

Head Tracking tar 3D-magin ett steg längre. Små gyroskop och accelerometrar i hörlurarna känner av hur du rör huvudet. Om du vrider huvudet åt vänster stannar ljudet kvar i det virtuella rummet som om ljudkällan (till exempel TV-skärmen) fortfarande är framför dig. Höger öra tar nu emot ”frontljudet” medan vänster öra tar emot ljudet ”bakifrån”. Författaren till den här artikeln minns fortfarande hur det var att lyssna på hörlurar med head tracking (Audeze Möbius) för första gången – och känna att ljudet kom från högtalarna på vardera sidan av rummet.

Motorn: Hur görs ljudet?

Precis som med högtalare (som vi tittade närmare på i del 6) finns det olika motortekniker i hörlurar. Var och en har sina styrkor och svagheter.

Dynamiska element

Precis som i högtalare är det dynamiska elementet det vanligaste i hörlurar. Elementet är i grund och botten ett traditionellt högtalarelement i miniatyr: en talspole är fastlimmad på baksidan av ett konformat membran och placerat i ett starkt magnetfält. När ljudsignalen passerar genom spolen rör den sig fram och tillbaka och flyttar på membranet, som i sin tur skapar ljudvågor.

Tekniken är relativt billig att producera, tål mycket och kan förflytta membranet i långa rörelser, vilket gör att den passar utmärkt för att leverera kraftfull, djup bas. Nackdelen är att membranet kan börja böjas och ”bryta upp” vid höga frekvenser, vilket leder till förvrängning.

Membranet kan vara gjort av allt från enkla sorters plast som mylar till mer exotiska material som biocellulosa. Om det ska vara riktigt avancerat kan membranet beläggas med metall för att bli styvare och undvika uppbrytningar. Den budgetmedvetne väljer aluminiumbeläggning, men membranet kan också beläggas med titan eller till och med beryllium.

Planmagnetiska element

Nu går vi upp till lyxklassen. I stället för ett konformat membran som förflyttas av en liten spole består ett planar-element av en ultratunn, platt film som har en ingraverad elektrisk krets. Filmen är uppspänd i en ”sandwich” mellan två rader av kraftfulla magneter. När ljudsignalen skickas genom kretsen inuti filmen reagerar den med magnetfältet och får hela membranets yta att röra sig jämnt.

Eftersom drivkraften är fördelad över hela ytan är rörelsen extremt kontrollerad, vilket leder till låg förvrängning och blixtsnabb transientsrespons. Resultatet är ett exceptionellt rent, öppet och detaljerat ljud. Nackdelen är vanligtvis att hörlurarna väger mer på grund av de stora magneterna och har låg känslighet, vilket gör det nödvändigt att ha en dedikerad förstärkare.

Elektrostatiska element

Om planmagnetiska hörlurar är en sportbil så är elektrostatiska en Formel 1-racer. Här är principen ren statisk elektricitet. Elementet består av ett nästan viktlöst, mikrometertunt membran, belagt med ett elektriskt ledande material och placerat mellan två perforerade metallplattor (statorer).

Membranet hålls konstant vid en mycket hög elektrisk spänning (bias-spänning), medan musiksignalen – som också är förstärkt till hög spänning – skickas till statorerna. De växlande elektriska fälten från statorerna trycker och drar i det lätta membranet. Eftersom membranet praktiskt taget inte har någon massa kan det reagera med otrolig hastighet och precision, vilket ger ett ljud med en transparens och detaljrikedom som ingen annan teknik kan matcha.

Nackdelarna är dock påtagliga: bland annat den höga spänningen. Elektrostatiska hörlurar kräver en speciell, dyr högspänningsförstärkare. Och eftersom hörlurarna nästan alltid är av öppen typ kan de vara ömtåliga och har rent allmänt en svagare basåtergivning än andra typer.

Balanserad armatur-element

Denna teknik utvecklades för hörapparater och används i dag i de mest avancerade in-ear-modellerna. Ett BA-element fungerar inte genom att direkt trycka på ett stort membran. I stället är hjärtat en liten metallbygel (”armaturen”) som är lindad med en spole och perfekt balanserad mellan två magneter. När signalen passerar genom spolen börjar armaturen vibrera som en stämgaffel.

Denna lilla, precisa rörelse överförs via en stång till ett litet, styvt membran som skapar ljudet. Fördelen är den ringa storleken samt hög effektivitet, men inom ett smalt frekvensområde. BA-armaturer är bra på att återge mellanregister och diskant med stor klarhet. Men eftersom en enda armatur har svårt att täcka hela spektrumet använder highend-hörlurar ofta ett system med flera armatur-element, vart och ett avstämt för sin egen uppgift. BA-armaturer kompletteras oftast med ett dynamiskt element till basregistret.

Passiv & trådbunden vs. aktiv & trådlös: Den stora teknologiska klyftan

Fram till relativt nyligen var hörlurar enkla enheter: Två element i ett par öronkåpor, hopkopplade med en kabel. Ett passiv element som var helt beroende av kvaliteten och effekten hos förstärkaren det var anslutet till. Men den trådlösa revolutionen har skapat en djup klyfta i landskapet. Nu för tiden måste vi skilja mellan två fundamentalt olika filosofier.

Den passiva, trådbundna hörluren är entusiastens val. Ett par passiva, trådbundna hörlurar har bara en uppgift: att omvandla den elektriska signalen från kabeln till ljudvågor så naturtroget som möjligt. Det finns inga batterier, inget Bluetooth-chip och ingen digital signalbehandling som kan förändra musiksignalen.

Fördelen är att kvaliteten enbart definieras av de fysiska komponenterna. Detta ger dig som användare den ultimata friheten att sätta ihop och uppgradera ditt system. Du kan para ihop hörlurarna med vilken DAC och förstärkare som helst för att forma ljudet exakt som du vill ha det.

Nackdelen är kabeln, som alltid är i vägen – och dessutom alltid för kort …

Ett par aktiva, trådlösa hörlurar är inte bara hörlurar. De är ett komplett, fristående ljudsystem inklämt i ett par öronkåpor. Förutom elementen innehåller de en Bluetooth-modul, en digital-till-analog-omvandlare (DAC), en specialbyggd förstärkare, ett laddningsbart batteri och – viktigast av allt – en kraftfull digital signalprocessor (DSP).

Bekvämligheten är oöverträffad, men den största tekniska fördelen är DSP:n, som gör det möjligt för tillverkaren att optimera ljudet digitalt. Det är också denna inbyggda elektronik som möjliggör funktioner som aktiv brusreducering (ANC), justerbar EQ och rumsligt ljud.

Nackdelen är att det är ett slutet system. Du kan inte uppgradera den inbyggda DACen eller förstärkaren – du är gift med ljudet som definieras av tillverkaren. Och med kvaliteten på de kodekar som är navelsträngen till mobiltelefonen eller datorn.

Kopplingen till världen: Kablar, kontakter och trådlösa språk

Hur du ansluter dina hörlurar till din musikspelare är inte en oviktig detalj. Det är en grundläggande del av signalkedjan som har stor inverkan på både ljudkvalitet och användbarhet. Och de två världarna – den trådbundna och den trådlösa – har sina egna spelregler, kontaktstandarder och digitala språkbarriärer.

Den trådbundna anslutningen

Om allting annat är likadant kommer en trådbunden anslutning alltid att leverera den högsta och mest stabila ljudkvaliteten. Men alla kablar och kontakter är inte skapade lika.

De flesta trådbundna hörlurar använder i dag en 3,5-millimeters minijack-kontakt. Det är en så kallad ”single-ended”-anslutning, där de två kanalerna (vänster och höger) delar en gemensam jord.

Den 6,35 millimeter stora jack-kontakten är storebror till minijack. En gång i tiden såg alla hörlurskontakter ut så. Rent elektriskt är de två samma sak, men den större fysiska formen gör den mer hållbar, därför är den vanlig på stationär hifi-utrustning som förstärkare och DACar, och på professionell studioutrustning.

På senare år har vi sett mer avancerade anslutningar få fotfäste. Balanserade anslutningar (4,4 mm Pentaconn och 4-stifts XLR) är entusiasternas val. I en single-ended-anslutning kan den gemensamma jordningen teoretiskt sett fånga upp brus som kan påverka ljudet. I en balanserad anslutning elimineras detta problem genom att varje kanal får sin egen, separata krets.

Trådlös frihet – och dess språkbarriärer

Trådlöst ljud i hörlurar är praktiskt taget synonymt med Bluetooth. Men standarden för att överföra ljud via Bluetooth har utvecklats en hel del.

Eftersom Bluetooth-bandbredden är för begränsad för okomprimerat ljud i hifi-kvalitet måste ljudet komprimeras, skickas trådlöst och sedan packas upp igen. Kodeken är den algoritm som har hand om denna process. Och alla kodekar är inte heller skapade lika.

• SBC (Sub-Band Codec): Detta är den absolut mest grundläggande kodeken som alla Bluetooth-enheter måste stödja. Den är universell, men också den simplaste. Ljudkvaliteten är acceptabel, men inte mer än så.
• AAC (Advanced Audio Coding): Detta är Apples föredragna kodek. På en iPhone, iPad eller Mac levererar AAC ofta betydligt bättre ljudkvalitet än SBC. Det är standardspråket i Apples ekosystem.
• aptX-familjen: Utvecklad av Qualcomm och används flitigt av Android-telefoner. aptX är ett rejält steg upp från SBC, medan aptX HD tar det ett steg längre och levererar ljudkvalitet nära CD-nivå.

Högst upp i den trådlösa näringskedjan hittar vi framför allt två rivaler, var och en med sin egen filosofi: aptX Lossless och LDAC.

• aptX Lossless har ett mål: att leverera en matematiskt förlustfri, bit-för-bit perfekt kopia av en ljudfil i CD-kvalitet (16 bit/44,1 kHz). Den offrar högre upplösning för att garantera en 100 procent korrekt återgivning av en standardsignal.
• LDAC, å andra sidan, försöker överföra ljud med högre upplösning (upp till 24 bit/96 kHz). För att klara detta använder den en mycket avancerad, men fortfarande förlustgivande (lossy) komprimering.

Valet står alltså, om man hårdrar det, mellan en 100 procent korrekt återgivning av en principiellt sämre signal (CD-kvalitet) eller en något försämrad, men fortfarande utmärkt version av en fundamentalt bättre signal (högupplöst ljud). Vad vill du helst ha, en blended whisky i ett rent glas eller en single malt i ett smutsigt glas?

Du behöver en förstärkare

Kan jag inte bara koppla in mina nya, dyra hörlurar i mobilen? Visst kan du det, om du kan hitta en som har en gammaldags 3,5 mm stereokontakt. Men du får antagligen inte ut det bästa ur hörlurarna.

 

Precis som högtalare har hörlurar en impedans (mätt i ohm) och en känslighet (mätt i dB). Som grov tumregel kan man säga att ju högre impedans och/eller ju lägre känslighet, desto mer krävande är hörlurarna att driva. Förstärkarens uteffekt beror på vilken impedans den är belastad med. Det behövs visserligen kanske bara några milliwatt, men effekten halveras varje gång impedansen fördubblas. Och medan impedansen hos fullvuxna högtalare varierar med några få ohm så kan hörlurar ligga i ett brett intervall (från 8 till 600 ohm).

Ett par krävande hörlurar kopplade till en mobiltelefon resulterar ofta i tunt, blekt ljud och brist på kontroll, eftersom mobilens inbyggda förstärkare helt enkelt får slut på ström. Lösningen är en dedikerad hörlursförstärkare. För mobilt bruk är en liten, bärbar DAC/Amp (en kombinerad digitalomvandlare och förstärkare) en populär och mycket effektiv uppgradering som både levererar kraften och förbättrar ljudkvaliteten hos den digitala källan.

Aktiv brusreducering (ANC)

Förutom friheten att slippa sladd kan aktiva hörlurar även ha digital signalbehandling. En av välsignelserna är aktiv brusreducering – ANC.

Detta är den moderna pendlarens bästa vän och en välsignelse i öppna kontorsmiljöer. Små mikrofoner på utsidan av hörlurarna lyssnar på omgivningsljudet. Ett litet datorchip i hörlurarna skapar sedan en ”mot-brus”-signal – en ljudsignal i exakt motsatt fas – som, när den spelas upp genom hörlurarna, effektivt eliminerar motorljud, susande och kontorsprat.

Tekniken har blivit imponerande bra på att ta bort konstanta, monotona ljud. Den kan ha svårare att hantera plötsliga ljud eller röster. Även om tekniken blir bättre och bättre så påverkar elektroniken oundvikligen ljudkvaliteten. Dels kan den känsliga elektroniken orsaka ett svagt susande och dels är det inte bara bruset, utan även en del av musiksignalen, som påverkas av den fasvända signalen.

Kritiska hifi-lyssnare stänger därför av brusreduceringen när de verkligen ska lyssna noggrant, men för att skapa en oas av lugn när man är på språng är funktionen helt genialisk. Och man ska komma ihåg att ANC inte är gjort för att lyssna hemma i vardagsrummet, utan för att få musikaliskt öronljud i högljudda miljöer. Och då är den lilla men oundvikliga påverkan på ljudkvaliteten mindre irriterande än det irriterande bruset som filtreras bort.

Slutsats: Lyssna, känn och välj med omsorg

Att välja hörlurar är en djupt personlig resa. Det finns inte ett par som är bäst för alla och i varje situation. Det bästa alternativet är helt upp till dig: Var kommer du att använda dem? Vad prioriterar du – isolering eller en öppen ljudbild? Behöver de moderna funktioner som surroundljud, eller håller du fast vid den rena, trådbundna anslutningen? Om du väljer den trådbundna vägen, kom ihåg att ditt viktigaste sällskap är en bra hörlursförstärkare (som mycket väl kan vara inbyggd i förstärkaren i din stereo).

När det gäller trådlösa hörlurar är det absolut nödvändigt att komma ihåg att din spelare och dina hörlurar måste stödja samma avancerade kodek för att få alla fördelar. Om du kopplar dina helt nya LDAC-kompatibla hörlurar till en iPhone kommer de att kommunicera med varandra via AAC, eftersom iPhone inte stöder LDAC. Så kontrollera alltid specifikationerna för både sändaren och mottagaren om du vill ha bästa möjliga trådlösa ljud.

Och så ett sista tips: De flesta av oss har fler än ett par hörlurar.