منحنی هدف هارمن: چگونه تحقیقات علمی صدای ایده‌آل هدفون‌ها را تعیین می‌کند

محققان آکوستیک در شرکت هارمن اینترنشنال (Harman International) با استفاده از یک منحنی استاندارد پاسخ فرکانسی برای شبیه‌سازی ویژگی‌های صوتی یک اتاق کالیبره‌شده، پروفایل پایه صدای هدفون‌های مدرن را تعیین می‌کنند. این مهندسان با اندازه‌گیری نحوه برخورد امواج صوتی با بالاتنه و مجرای گوش انسان، دقیقاً مشخص می‌کنند که چه تغییراتی در دسی‌بل نیاز است تا درایورهای پشت‌بسته صدایی شبیه به اسپیکرهای رده‌بالا تولید کنند. هنگام طراحی یک محصول صوتی جدید، این هدف است که تنظیم فیزیکی محفظه‌های آکوستیک و اکولایزر دیجیتال پردازنده‌های سیگنال داخلی را دیکته می‌کند.[2][3]

این مکانیزم بر پایه «منحنی هدف هارمن» استوار است؛ یک استاندارد پاسخ فرکانسی که توسط دکتر شان الیو و تیم تحقیقاتی‌اش از سال ۲۰۱۲ توسعه یافت. به جای تنظیم هدفون روی یک خط کاملاً تخت ریاضی (که وقتی مستقیم روی گوش قرار می‌گیرد صدایی ضعیف و غیرطبیعی دارد)، این هدف یک محدوده بیس مشخص و یک کانتور در فرکانس‌های میانی رو به بالا ایجاد می‌کند. این کانتور، فقدان تعاملات فیزیکی ناشی از حرکت امواج صوتی در هوای آزاد و برخورد آن‌ها با شانه‌ها و گوش خارجی شنونده را جبران می‌کند.[2][4]

دکتر شان الیو در تحلیل سال ۲۰۲۲ خود از این تحقیقات می‌نویسد: «هدف ما بازسازی صدای یک اسپیکر خوب در یک اتاق خوب بود.» برای رسیدن به این هدف، تیم تحقیقاتی یک مانکن مرجع را در یک اتاق شنیداری کالیبره‌شده قرار داد، پاسخ آکوستیک اسپیکرهای فلت را اندازه‌گیری کرد و نحوه تغییر صدا توسط بازتاب‌های اتاق و شکل فیزیکی مانکن را پیش از رسیدن به پرده گوش ثبت کرد. داده‌های به‌دست‌آمده، پایه و اساس یک فلسفه جدید در تنظیم صدا را شکل داد.[2]

داده‌ها نشان داد که یک اسپیکر فلت در یک اتاق، به دلیل تقویت طبیعی اتاق، فرکانس‌های بیس را افزایش می‌دهد و فرکانس‌های بالا را از طریق بازتاب‌ها تغییر می‌دهد. وقتی تولیدکنندگان یک هدفون را با پاسخ فلت تنظیم می‌کنند، در واقع این محیط آکوستیک را حذف می‌کنند. منحنی هارمن این محیط را به‌طور مصنوعی برمی‌گرداند؛ به این صورت که یک تقویت ۴+ تا ۶+ دسی‌بلی در ناحیه ساب‌بیس (زیر ۱۰۰ هرتز) اعمال می‌کند و در کنار آن، یک قله مشخص در حدود ۳ کیلوهرتز ایجاد می‌کند تا رزونانس طبیعی مجرای گوش انسان را شبیه‌سازی کند.[2][6]

این تحقیقات، نحوه طراحی محصولات توسط شرکت‌های صوتی مصرفی را اساساً تغییر داد. شرکت AKG، از زیرمجموعه‌های هارمن، این یافته‌ها را مستقیماً در هدفون‌های استودیویی K371 خود ادغام کرد. طبق مستندات مهندسی سال ۲۰۲۳ شرکت AKG، همسو کردن درایورها با هدف هارمن تضمین می‌کند که مهندسان صدا و شنوندگان عادی دقیقاً یک تعادل تونال یکسان را بشنوند و به این ترتیب، فاصله بین محیط‌های میکس حرفه‌ای و دستگاه‌های پخش خانگی پر می‌شود.[3]

روش آزمایش شامل تست‌های شنیداری دو سو کور با صدها شرکت‌کننده بود؛ از متخصصان آموزش‌دیده صدا گرفته تا مصرف‌کنندگان عادی. از شنوندگان خواسته شد تا پروفایل‌های مختلف پاسخ فرکانسی را بدون اینکه بدانند چه هدفونی روی سر دارند یا با چه هدفی تنظیم شده است، رتبه‌بندی کنند. نتایج قاطع بود: در میان تمام گروه‌های جمعیتی، رده‌های سنی و سطوح تجربه شنیداری، اکثریت افراد تنظیم هارمن را به اهداف فلت قدیمی ترجیح دادند.[2][6]

به‌طور دقیق‌تر، مقاله منتشرشده در ریسرچ‌گیت که به بررسی ترجیحات شنوندگان می‌پردازد، نشان داد که ۶۴ درصد از شرکت‌کنندگان به‌طور مداوم منحنی هارمن را به‌عنوان طبیعی‌ترین و دلپذیرترین پروفایل صوتی ارزیابی کردند. این اجماع ثابت کرد که ترجیح صوتی کاملاً سلیقه‌ای نیست؛ بلکه یک خط پایه قابل پیش‌بینی و قابل اندازه‌گیری برای شنوایی انسان وجود دارد. محققان با کمّی کردن این ترجیح، یک نقشه راه قابل‌اعتماد برای طراحی محصولات صوتی در بازار انبوه به صنعت ارائه کردند.[6]

با این حال، این منحنی برای همه یکسان نیست. این تحقیق سه گروه متمایز از شنوندگان را بر اساس انحراف آن‌ها از هدف استاندارد شناسایی کرد. در حالی که اکثریت ۶۴ درصدی هدف استاندارد را ترجیح می‌دهند، حدود ۱۵ درصد از شنوندگان (اغلب مردان مسن‌تر با افت شنوایی خفیف در فرکانس‌های بالا) تریبل بیشتر و بیس کمتری می‌خواهند. ۲۱ درصد دیگر که عمدتاً شنوندگان جوان‌تر هستند، بیسی حتی بیشتر از منحنی استاندارد می‌پسندند؛ موضوعی که تولیدکنندگان را وادار کرده تا پروفایل‌های اکولایزر قابل‌تنظیم را در اپلیکیشن‌های اختصاصی خود ارائه دهند.[2][6]

برای همگام شدن با استانداردهای در حال تکامل اندازه‌گیری، خود منحنی هدف نیز نیازمند به‌روزرسانی بوده است. تجهیزات آزمایش تغییر کرد و از دستگاه‌های قدیمی‌تر GRAS 45CA به مدل جدیدتر B&K 5128 ارتقا یافت که امپدانس آکوستیک فرکانس بالای مجرای گوش انسان را با دقت بیشتری شبیه‌سازی می‌کند. این تغییر سخت‌افزاری محققان را ملزم کرد تا هدف را دوباره محاسبه کنند تا مطمئن شوند داده‌های اندازه‌گیری‌شده همچنان با ادراک انسان مطابقت دارد.[7]

برای خریداران، درک این منحنی مشخص می‌کند که چگونه باید هدفون‌ها را پس از خرید ارزیابی و اکولایز کنند. وب‌سایت AV Gadgets در تحلیل سال ۲۰۲۳ خود اشاره می‌کند که استفاده از یک اکولایزر نرم‌افزاری برای تطبیق اجباری هدفون با هدف هارمن، می‌تواند صدای یک ایرباد ارزان‌قیمت را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد. ابزارهای نرم‌افزاری مانند AutoEQ از هدف هارمن به‌عنوان یک خط پایه برای ایجاد پروفایل‌های اصلاحی برای هزاران مدل مختلف هدفون استفاده می‌کنند و عملاً صدای باکیفیت را در دسترس همه قرار می‌دهند.[5]

با این وجود، پایبندی سخت‌گیرانه به این منحنی منتقدانی در میان جامعه آدیوفایل‌ها دارد. برخی استدلال می‌کنند که محدوده بیس در هدف هارمن برای گوش دادن دقیق و تحلیلی بیش از حد تهاجمی است و جزئیات ظریف فرکانس‌های میانی را در موسیقی کلاسیک یا آکوستیک پنهان می‌کند. زیگفرید لینک‌ویتز در تحلیل خود از کالیبراسیون اتاق تأکید می‌کند که درک فضایی و تصویرسازی استریو به روابط فازی پیچیده و پاسخ‌های گذرا بستگی دارد که یک منحنی ساده دامنه فرکانس نمی‌تواند به‌طور کامل آن‌ها را ثبت کند.[1][5]

با وجود این بحث‌ها، منحنی هدف هارمن همچنان معتبرترین معیار صنعت صدا باقی مانده است. این منحنی یک معیار قابل اندازه‌گیری برای بررسی‌کنندگان تجهیزات صوتی و یک هدف قابل پیش‌بینی برای تولیدکنندگانی است که به دنبال جذب مخاطب انبوه هستند. دفعه بعد که نمودار پاسخ فرکانسی یک هدفون را بررسی می‌کنید، بررسی میزان تطابق خط نمودار با هدف هارمن، یک شاخص مستقیم و مبتنی بر شواهد از تعادل تونال پیش‌فرض آن هدفون به شما ارائه می‌دهد.[2][8]