Hi-Fi Skolen del 8 – Hodetelefoner

Velkommen til åttende kapittel av Hi-Fi-skolen. Inntil nå har vi beskjeftiget oss med utstyr som skal fylle stuen med vellyd. Men denne gangen blir det personlig. Veldig personlig. Vi skal snakke om hodetelefoner – den mest intime formen for hi-fi som finnes.

Å lytte til musikk i hodetelefoner er en disiplin for seg. På den ene siden fjerner man i en håndvending det svakeste og mest uforutsigbare leddet i ethvert Hi-Fi-anlegg: lytterommet. Stående bølger, refleksjoner fra gulv, flagrende ekkoer og diskusjoner med din bedre halvdel om plasseringen av to store høyttalere midt på gulvet forsvinner som dugg for solen. Til gjengjeld introduserer hodetelefonene en helt ny rekke av vurderinger og fallgruver.

Hodetelefoner har i årevis vært det området innenfor Hi-Fi som har vokst mest. Det henger ikke minst sammen med en revolusjon innenfor bærbar, trådløs lyd. Men hodetelefoner kan også brukes hjemme i privaten, og under de rette forholdene kan et godt par hodetelefoner levere detaljer og et nærvær som et høyttalersystem til mange ganger prisen bare kan drømme om.

Hvor skal hodetelefonene sitte?

Før vi kommer nærmere inn på det tekniske, må vi ha kontroll på hvor hodetelefoner skal sitte. Ja, på hodet naturligvis! Men det er tre overordnede typer:

Over-ear: Det er de klassiske store hodetelefonene som med sine myke øreputer omslutter hele øret. De er typisk de mest komfortable til lange lyttesesjoner, og da de skaper et lite, forseglet rom omkring ørene, har de potensial til å levere et stort og overbevisende lydbilde. Ulempen er størrelsen og vekten – spesielt til trådløs lyd da de ikke alltid er like praktiske å ha med på bussen.

On-ear: Som navnet antyder, hviler disse direkte på øret. De er et kompromiss mellom de store over-ear-modellene og de små in-ear. De er ofte lettere og mer transportable, men kan for noen virke ukomfortable over tid da de presser på ørene. Deres evne til å isolere mot støy utenfra er også typisk dårligere, da øreputene ikke i samme grad forsegler rommet omkring ørene.

In-ear: Her har vi med propper å gjøre, som plasseres direkte i øregangen. Kategorien spenner fra de billige plastdingsene som pleiede å følge med mobilen, til avanserte formstøpte In-Ear Monitors (IEMs) som brukes av profesjonelle musikere.

In-ear-hodetelefonene byr som oftest på komplett akustisk suveren isolasjon fra omverdenen og ekstrem bærbarhet. For noen kan fornemmelsen av å ha noe i øregangene imidlertid føles unaturlig eller ‘innelukket’, og passformen i øregangene kan også være et problem.

Utover de tre hovedtypene finner man de såkalte bone conduction-hodetelefonene, som til forskjell fra vanlige hodetelefoner ikke brukes på ørene, men overfører lyden til mellomøret via knokler i kraniet – eller til og med via kragebenet, som var tilfellet med de første hodetelefonene av denne typen, Bone Fone, som dessuten inneholdt en FM-radio. Bone conduction-hodetelefoner har den fordelen at man fortsatt kan høre omgivelsene, men lydkvaliteten matcher ikke et par ‘skikkelige’ hodetelefoner som sender lyden inn i øret.

Åpne eller lukkede?

Den viktigste beslutningen er om hodetelefonene skal være åpne eller lukkede. Forskjellen ligger i konstruksjonen av øreklokkene – altså det ‘kabinettet’ som driveren i hodetelefonene jobber i.

Lukkede hodetelefoner

Her er øreklokken et solid, forseglet skall. Lyden blir fanget inne i hodetelefonene og sendt direkte inn i ørene dine. Det er din private konsert, og ingen andre er invitert.

Fordelen med de lukkede hodetelefonene er at de isolerer deg effektivt fra støy i omgivelsene, og lyden sjenerer ikke sidemannen på toget. Lukkede hodetelefoner har ofte en kraftigere og kontant bassgjengivelse. Perfekt til kontoret, pendling eller studiet.

Baksiden av medaljen er at lyden er fanget i det lille lukkede rommet mellom driveren og øret. Og akkurat som i høyttalerverden er det en kunst å konstruere et kabinett uten resonanser og farging av lyden. Og kunst koster. Det er lett å lage lukkede hodetelefoner med solid bass, men ikke på langt nær så lett å oppnå en naturlig gjengivelse.

Åpne hodetelefoner

I de åpne hodetelefonene er yttersiden av klokkene dekket av et gitter, så lyden kan passere fritt inn og ut. Du deler så å si musikken med omgivelsene dine.

Resultatet er et imponerende stort, luftig og naturlig lydbilde. Lyden ‘puster’ fritt og minner mer om å lytte til et par gode høyttalere i en stue.

Den åpne konstruksjonen har to ulemper. Den første er åpenlys, nemlig at de lekker lyd som en sil og er totalt uegnede til offentlig transport og andre steder hvor man kan sjenere omgivelsene. Den andre er mer teknisk: De har vanskelig for å gjengi den dypeste bassen. For å bygge opp et solid lydtrykk i bassområdet kreves et forseglet rom – akkurat som et høyttalerkabinett. Åpne hodetelefoner er det kompromissløse valget til kritisk lytting i hjemmet, men forvent ikke jordskjelvbass. En måte å omgå svakheten i bassen på er å bruke drivere med større membraner

Stereoperspektivet – en ut av hode-opplevelse

Når det gjelder detaljopplysning, kan gode hodetelefoner konkurrere med langt dyrere høyttalere, men det står vanskeligere til med perspektivet og evnen til å fremkalle en illusjon av en akustisk scene foran lytteren.

Når du lytter til musikk på et tradisjonelt stereoanlegg, hører begge ørene dine lyden fra begge høyttalerne. Lyden fra venstre høyttaler når venstre øre først og kraftigst, men en brøkdel av et sekund senere når en lett dempet versjon også høyre øre – og omvendt. Denne ‘krysstalen’ (crosstalk) er sammen med rommets refleksjoner avgjørende for at hjernen din kan konstruere et tredimensjonalt lydbilde foran deg.

Med hodetelefoner brytes denne regelen totalt. Venstre kanal går 100 prosent til venstre øre, og høyre kanal går 100 prosent til høyre øre. Det er ingen krysstale. Resultatet er at lyden ikke oppleves som om den kommer fra en scene foran deg, men heller fra en linje som løper direkte gjennom kraniet ditt.

Noen entusiastforsterkere har en ‘crossfeed’-funksjon, hvor elektronikken blander litt av kanalene for å simulere et mer naturlig lydbilde. Men den mest avanserte løsningen på problemet er en teknologi i sterk fremgang: Spatial Audio – eller ‘romlig lyd’.

Romlig lyd og head tracking

Forestill deg at du kunne ta lyden fra en fullblods hjemmekino med surroundlyd og putte den inn i et par hodetelefoner. Det er i grove trekk løftet fra teknologier som Dolby Atmos for Headphones, DTS Headphone:X og Apples Romlig Lyd (Spatial Audio).

Ved hjelp av avansert digital signalbehandling skaper teknologien en virtuell 3D-opplevelse. Den simulerer ikke bare at lyden kommer fra venstre og høyre, men også forfra, bakfra, fra sidene og til og med over deg. Når det gjelder film og spill, er det en revolusjon, men teknologien vinner også raskt frem i musikkproduksjonen. Det betyr at musikkselskapene har begynt å etterbehandle en stor del av bakkatalogen sin med romlig lyd. Med større eller mindre suksess.

Det fjerner kanskje fornemmelsen av å ha de fire medlemmene av The Beatles sperret inne i hodet sitt, men det er ikke alle musikkelskere som har vært begeistret for å gjenoppleve yndlingsalbum i en 3D-manipulert utgave.

Head Tracking tar 3D-magien et skritt videre. Små gyroskoper og akselerometre i hodetelefonen registrerer hvordan du beveger hodet ditt. Hvis du snur hodet mot venstre, blir lyden i det virtuelle rommet stående, som om lydkilden (for eksempel TV-skjermen) fortsatt er foran deg. Høyre øre får nå ‘frontlyden’, mens venstre øre får lyden ‘bakfra’. Forfatteren av denne artikkelen husker fortsatt opplevelsen av første gang jeg hørte hodetelefoner med headtracking  (Audeze Mobius) – og trodde at lyden kom fra høyttalerne på hver side av skjermen.

Motoren: Hvordan lages lyden?

Akkurat som med høyttalere (som vi så på i del 6) finnes det forskjellige motorteknologier i hodetelefoner. Hver har sine styrker og svakheter.

Dynamiske drivere

Som i høyttalere er den dynamiske driveren også den mest vanlige i hodetelefonverdenen. Driveren er i bunn og grunn en tradisjonell høyttalerenhet i miniatyrformat: En svingspole er limt fast på baksiden av en kjegleformet membran og plassert i et kraftig magnetfelt. Når lydsignalet løper gjennom spolen, beveger den seg frem og tilbake og puffer til membranen, som dermed skaper lydbølger.

 

Teknologien er relativt rimelig å produsere, robust og i stand til stor membranvandring, noe som gjør den fremragende til å levere en kraftig og dyp bass. Utfordringen er at membranen ved høye frekvenser kan begynne å flekse og ‘bryte opp’, som fører til forvrengning.

Membranen kan være laget av alt fra simple plasttyper som mylar til mer eksotiske materialer som biocellulose. Skal det være virkelig avansert, kan membranen være belagt med metall for økt stivhet og færre oppbrytninger. De økonomisk bevisste velger aluminiumsbelegg, men driverens membran kan også være belagt med titan eller til og med beryllium.

Planar-magnetiske drivere

Her beveger vi oss opp i luksusklassen. I stedet for en kjegleformet membran som dyttes av en liten spole, består en planar-driver av en ultratynn, flat film med et inngravert elektrisk kretsløp. Denne filmen er spendt ut i en ‘sandwich’ mellom to rader av kraftige magneter. Når lydsignalet sendes gjennom kretsløpet på filmen, reagerer det med magnetfeltet og får hele membranens overflate til å bevege seg ensartet.

Fordi drivkraften er fordelt over hele flaten, er bevegelsen ekstremt kontrollert, noe som resulterer i veldig lav forvrengning og en lynrask transientrespons. Resultatet er en usedvanlig klar, åpen og detaljert lyd. Ulempen er typisk en høyere vekt på grunn av de store magnetene, og en lav følsomhet som gjør en dedikert forsterker til en nødvendighet.

Elektrostatiske drivere

Hvis planar-magnetiske er en sportsbil, er elektrostater en Formel 1-racer. Her er prinsippet ren statisk elektrisitet. Driveren består av en nesten vektløs, mikrometer-tynn membran som er belagt med et elektrisk ledende materiale og plassert mellom to perforerte metallplater (statorer).

Membranen holdes konstant på en veldig høy elektrisk spenning (bias-spenning), mens musikksignalet – også forsterket til høyspenning – sendes til statorene. De skiftende elektriske feltene fra statorene puffer og trekker i den lette membranen. Fordi membranen stort sett ikke har noen masse, kan den reagere med en ufattelig hastighet og presisjon, som gir en lyd med en gjennomsiktighet og detaljer som ingen annen teknologi kan matche.

Ulempene er imidlertid til å ta og føle på – men la heller være: høyspenningen. Elektrostatiske hodetelefoner krever en spesiell, dyr høyspenningsforsterker. Og da hodetelefonene nesten alltid er av den åpne typen, kan de være skrøpelige, og de har generelt en svakere bassgjengivelse enn andre typer.

Balanced Armature-drivere

Denne teknologien er utviklet til høreapparater, og brukes i dag i de mest avanserte in-ear-modellene. En BA-driver virker ikke til å dytte en stor membran direkte. I stedet er hjertet en liten metallbøyle (‘armaturet’), som er omviklet med en spole og perfekt avbalansert mellom to magneter. Når signalet passerer gjennom spolen, får det armaturet til å vibrere som en stemmegaffel.

Denne lille, presise bevegelsen overføres via en stang til en liten, stiv membran, som skaper lyden. Fordelen er den diminutive størrelsen og den høye effektiviteten, men innenfor et snevert frekvensområde. BA-armaturer er gode til å gjengi mellomtone og diskant med stor klarhet. Da en enkelt BA har vanskelig for å dekke hele spektret, bruker high-end in-ear ofte et system med flere BA-drivere som hver er tunet til sin egen oppgave. BA-armaturene suppleres normalt med en dynamisk driver til bassområdet.

Passiv & kablet vs. aktiv & trådløs: Den store teknologiske kløften

Inntil relativt nylig var hodetelefoner enkle anordninger: to drivere i et par øreklokker, forbundet med en kabel. En passiv driver, som var fullstendig avhengig av kvaliteten og kraften fra den forsterkeren den ble koblet til. Men den trådløse revolusjonen har skapt en dyp kløft i landskapet. I dag er vi nødt til å skille mellom to fundamentalt forskjellige filosofier.

Den passive, kablede hodetelefonen. Dette er entusiastens valg. Et par passive, kablede hodetelefoner har bare én oppgave: å omdanne det elektriske signalet fra kabelen til lydbølger så trofast som mulig. Her er det ingen batterier, Bluetooth-chips og digital signalbehandling som kan forvanske musikksignalet.

Fordelen er at kvaliteten defineres utelukkende av de fysiske komponentene. Det gir deg som bruker den ultimate friheten til å sette sammen og oppgradere systemet ditt. Du kan pare den med en hvilken som helst DAC og forsterker for å forme lyden akkurat som du vil ha den.

Ulempen er kabelen, som alltid er i veien – og til og med er for kort . . .

Et par aktive trådløse hodetelefoner er ikke bare hodetelefoner. De er et komplett, selvstendig lydsystem puttet inn i et par øreklokker. Ved siden av driverne inneholder de en Bluetooth-modul, en digital-til-analog-konverter (DAC), en spesialbygget forsterker, oppladbart batteri og – viktigst av alt – en kraftig Digital Signal Processor (DSP).

Bekvemmeligheten er uovertruffen, men den største tekniske fordelen er DSP-en, som gir produsenten mulighet for å optimere lyden digitalt. Det er også denne innebygde elektronikken som muliggjør funksjoner som aktiv støyreduksjon (ANC), justerbar EQ og romlig lyd.

Ulempen er at det er et lukket system. Du kan ikke oppgradere den innebygde DAC-en eller forsterkeren – du er gift med den lyden produsenten har definert. Og med kvaliteten av de kodekene som er navlestrengen til mobiltelefonen eller datamaskinen.

Forbindelsen til verden: kabler, kontakter og trådløse språk

Hvordan du forbinder hodetelefonene dine til musikkavspilleren er ikke en likegyldig detalj. Det er en fundamental del av signalkjeden som har stor innflytelse på både lydkvalitet og brukervennlighet. For de to verdenene – den kablede og den trådløse – har hver sine spilleregler, kontaktstandarder og digitale språkbarrierer.

Den kablede forbindelsen

En kablet forbindelse vil, alt annet like, alltid ha potensialet til å levere den høyeste og mest stabile lydkvaliteten. Men ikke alle kabler og kontakter er skapt like.

De fleste kablede hodetelefonene i dag bruker 3,5 mm minijack-kontakt. Det er en såkalt ‘single-ended’ forbindelse, hvor de to kanalene (venstre og høyre) deler en felles jordforbindelse.

Den store kvarttommes 6,35 mm jack er storebror til minijack. En gang var alle hodetelefonkontakter av denne typen. Elektrisk sett er de like til 3,5 mm, men den større fysiske formen gjør dem mer holdbare, og finnes typisk på stasjonært hi-fi-utstyr som forsterkere og DAC-er, samt på profesjonelt studioutstyr.

De senere årene har vi sett mer avanserte forbindelser vinne frem. Balanserte forbindelser (4,4 mm Pentaconn og 4-pin XLR) er entusiastenes valg. I en single-ended forbindelse kan den felles jordforbindelsen i teorien samle støy som kan påvirke lyden. I en balansert forbindelse elimineres dette problemet ved å gi hver kanal sitt helt eget, separate kretsløp.

Trådløs frihet – og dens språkbarrierer

Trådløs lyd i hodetelefoner er i praksis synonymt med Bluetooth. Men standarden for å overføre lyd via Bluetooth har utviklet seg en del med årene.

Da Bluetooth-båndbredden er for begrenset til ukomprimert lyd i Hi-Fi-kvalitet, er lyden nødt til å bli komprimert, sendt trådløst og pakket ut igjen. Kodeken er den algoritmen som står for denne prosessen. Og kodeker er heller ikke skapt like.

• SBC (Sub-Band Codec): Dette er den absolutte basis-kodeken som alle Bluetooth-enheter skal støtte. Den er universal, men også den enkleste. Lydkvaliteten er akseptabel, men ikke mer enn det.
• AAC (Advanced Audio Coding): Dette er Apples foretrukne kodek. På en iPhone, iPad eller Mac vil AAC ofte levere en markant bedre lydkvalitet enn SBC. Det er standardspråket i Apples økosystem.
• aptX-familien: Utviklet av Qualcomm og veldig utbredt på Android-telefoner. aptX er et solid skritt opp fra SBC, mens aptX HD tar den videre og leverer en lydkvalitet tett på CD-nivå.

I toppen av den trådløse næringskjeden finner vi spesielt to rivaler som kjemper om tronen med hver sin filosofi: aptX Lossless og LDAC.

• aptX Lossless har ett mål: å levere en matematisk tapsfri, bit-for-bit perfekt kopi av en lydfil i CD-kvalitet (16-bit / 44.1 kHz). Den ofrer den høyere oppløsningen for å garantere en 100 prosent nøyaktig gjengivelse av et standardsignal.
• LDAC, derimot, sikter etter å overføre lyd i høyere oppløsning (opptil 24-bit / 96 kHz). For å oppnå dette benytter den en meget avansert, men fortsatt tapsgivende (lossy) kompresjon.

Valget står altså, satt på spissen, mellom en 100 prosent nøyaktig gjengivelse av et prinsipielt dårligere signal (CD-kvalitet) eller en lett forringet, men fortsatt fremragende utgave av et prinsipielt bedre signal (høyoppløst lyd). Hva vil du helst ha: en blended whisky i et rent glas eller en single malt i et skittent glass?

Du får bruk for en forsterker

Kan jeg ikke bare koble mine nye dyre hodetelefoner til mobilen? Jo, det kan du godt, hvis du kan finne en som har en gammeldags 3,5 mm stereo jack-utgang. Men du får sannsynligvis ikke det optimale ut av hodetelefonene.

Akkurat som høyttalere har hodetelefoner en impedans (målt i Ohm) og en følsomhet (målt i dB). Som en grov tommelfingerregel gjelder det at jo høyere impedans og/eller jo lavere følsomhet, jo mer krevende er hodetelefonene å drive. Forsterkerens utgangseffekt avhenger av den impedansen den belastes med. Riktig nok skal det bare få milliwatt til, men effekten halveres hver gang impedansen fordobles. Og mens impedansen på fullvoksne høyttalere varierer innenfor få Ohm, kan hodetelefoner ligge innenfor et bredt spend (fra 8 til 600 Ohm).

En krevende hodetelefon tilkoblet en mobiltelefon vil ofte resultere i tynn, blodfattig lyd og manglende kontroll, fordi mobilens innebygde forsterker rett og slett går tom for krefter. Løsningen er en dedikert hodetelefonforsterker. Til mobilbruk er en liten bærbar DAC/AMP (en kombinert digitalkonverter og forsterker) en populær og ytterst effektiv oppgradering, som både leverer strømmen og forbedrer lydkvaliteten fra den digitale kilden.

Aktiv støydemping (ANC)

Utover friheten for kabel gir aktive hodetelefoner også mulighet for å behandle signalet digitalt. En av velsignelsene er aktiv støyreduksjon – ANC.

Dette er den moderne pendlerens beste venn og en velsignelse i åpne kontorlandskap. Små mikrofoner på yttersiden av hodetelefonene lytter til den omgivende støyen. Heretter skaper en liten computerchip i hodetelefonene et ‘mot-støy’-signal – et lydsignal i presis motfase – som, når det avspilles i hodetelefonene, effektivt utligner motorstøy, sus og kontorsnakk.

Teknologien har blitt imponerende god til å fjerne konstant, monoton støy. Plutselige lyder eller stemmer kan den ha større utfordringer med. Selv om teknologien stadig blir bedre, påvirker elektronikken uunngåelig lydkvaliteten. Den fine elektronikken kan introdusere en svak susing, og ikke bare støyen, men også noe av musikksignalet kan bli påvirket av det fasevendte signalet.

Kritiske Hi-Fi-lyttere slår derfor støyreduksjonen av når det virkelig skal lyttes, men til å skape en oase av ro på farten er det genialt. Og man skal huske at ANC ikke er skapt til lytting hjemme i stuen, men til å få musikalsk ørenslyd i støyende omgivelser. Og her sjenerer den lille, men uunngåelige påvirkningen av lydkvaliteten mindre enn den enerverende støyen som filtreres bort.

Konklusjon: Lytt, føl og velg med omhu

Å velge hodetelefoner er en dyp personlig reise. Det finnes ikke ett par som er best for alle og i alle situasjoner. Det beste valget avhenger fullstendig av deg: Hvor skal du bruke dem? Hva prioriterer du – isolasjon eller et åpent lydbilde? Skal de ha moderne funksjoner som romlig lyd, eller sverger du til den rene, kablede forbindelsen? Hvis du går kabelveien, så husk også at din viktigste reisekamerat er en god hodetelefonforsterker (som veldig godt kan være innebygd i forsterkeren i stereoanlegget).

Når det gjelder trådløse hodetelefoner, er poenget du absolutt skal huske at din avspiller og dine hodetelefoner skal støtte den samme avanserte kodeken for å oppnå fordelen. Hvis du kobler dine splitter nye LDAC-kompatible hodetelefoner til en iPhone, vil de snakke sammen via AAC, da iPhone ikke støtter LDAC. Sjekk derfor alltid spesifikasjonene på både sender og mottaker hvis du jakter den best mulige trådløse lyden.

Og et siste tips: De fleste av oss har mer enn ett par hodetelefoner.