АЧХ наушников (FAQ) — Personal Audio
Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды сигнала от частоты (сокращенно АЧХ, на английском — frequency response).График амплитудно-частотной характеристики показывает баланс громкости частот и чувствительность наушников при его построении в абсолютных величинах. Если мы будем воспроизводить синус конкретной частоты подавая его с уровнем 1 В rms и фиксировать уровень давления на выходе наушника в специальной камере эмулирующей ухо, то перебрав частоты с 20 Гц по 20 кГц – получим исходный график АЧХ к 1 В rms.
Часто наушники измеряют при произвольном уровне громкости, что не дает возможности вычислить чувствительность, но позволяет получить АЧХ относительно произвольно выбранного опорного значения, присуждая 0 дБ значение частоте на 1000 Гц. По такому графику нельзя определить способность «играть громко» у наушников, но можно оценить баланс частот, какой диапазон является доминирующим, а какой наоборот приглушен.
Теория
В идеале АЧХ должна быть прямой для случая, когда источником является акустическая система, вроде компьютерных колонок, колонок домашнего кинотеатра или студийных мониторов. Расположение же наушников относительно наших ушей совершенно другое, они располагаются не под 60 градусов относительно оси уха, а без отклонений под 0 градусов. Попробуйте провести эксперимент, и послушайте АС в условиях равностороннего треугольника и на оси. Звучание будет заметно различаться не только по построению сцены, но и по восприятию различных частотных диапазонов. Все это – влияние строения ушной раковины и слухового канала. Колонки на оси станут «ярче» в области высоких частот и по-другому будут звучать в области средних частот.Наушники не только находятся на оси, они находятся рядом с ухом, или вообще вставлены в слуховой канал (в случае «затычек»). Все это существенно влияет на восприятие частотного диапазона и для каждого человека — индивидуально
Идеальная АЧХ от АС
Идеальная АЧХ от АС представляет собой прямую линию, обозначающую, что все частоты воспроизводятся одинаково громко.
Если динамик наушника расположить в ухе у барабанной перепонки, то ровной АЧХ будут восприниматься такие АЧХ, которые соответствуют красной или желтой линии. Именно такая АЧХ наушников субъективно является «прямой». К сожалению, полностью на них ориентироваться нельзя, т.к. у каждого человека свое строение ушей и соответственно получается большой разброс отклонений от «идеала». Другой момент – расположение источников у уха дает другое психологическое восприятие АЧХ, нежели когда проводится прослушивание источников на удаленном расстоянии. В связи с этим, некоторые издания после измерений делают «универсальную» поправку на измеренные АЧХ (поправку на свое измерительное оборудование), но большой пользы от этого как правило нет. В случае с наушниками можно лишь делать общие выводы.
Вторым фактором, снижающим пользу компенсирующей кривой, является разное восприятие АЧХ от уровня громкости. В итоге, для тихого прослушивания провал в области верхних средних и нижних высоких частот должен быть минимален, а для громкого воспроизведения провал должен быть существенным.
Примеры
Охватывающие наушники
Если на графике наблюдаются провалы в районе 2-5 кГц, то эти наушники могут дать хорошую компенсацию в сторону восприятия ровной частотной характеристики. Спад на высоких частотах компенсирует расположение наушников на оси уха.Сиреневый – условно идеально ровная АЧХ. Красный график показывает подъем низких частот – такие наушники басовитые. Зеленый – наоборот снижение низких частот, такое звучание ближе к звучанию акустических систем, где существует естественный спад в районе низких частот (в системах без мощного сабвуфера). Оранжевый – наушники с возможными сибилянтами, подчеркивающими звуки «ссс». Голубой – подъем в области высоких частот.
Накладные наушники
В измерениях накладных наушников можно наблюдать спад в районе низких частот. Это может быть вызвано использованием поролоновых амбушюр или неплотным прилеганием к ушам. При возникновении любого воздушного зазора снижается уровень низких частот. Сделать оценку уровня баса в данном случае помогает измерение через специальный плоский стенд, с мягкостью, повторяющей кожный покров человека (в нашем случае Soft Flat Stand — SFS).
Вставные наушники
Зеленый и сиреневый график относятся к “ровным АЧХ”, их различие в разном провале уровня верхних средних и нижних высоких частот, где чувствительность уха максимальна. Чем больше будет провал, тем на большей громкости наушники будут восприниматься ровными и наоборот, чем меньше провал, тем на более тихой громкости будет субъективно ровное звучание.
Красный график показывает басовитые наушники, а голубой – яркие в области высоких частот.
Резонансы
На графиках вставных наушников можно видеть пики в области высоких частот, как правило, это резонансы, возникшие в закрытом пространстве звуковода и ушном канале. Частоты резонансов зависят от глубины посадки наушника и формы ушного канала. У накладных и полноразмерных наушников резонансов гораздо больше, однако они имеют меньшие амплитуды и тем самым отражаются на АЧХ как небольшая неравномерность. У накладных и полноразмерных наушников резонансы образовываются преимущественно переотражениями в ушной раковине и зачастую формируют объемность звучания.
Практика — реальные результаты
Примеры
Ровные АЧХ, признанные в студиях для полноразмерных наушников
Можно наблюдать большую неравномерность в области верхних средних и нижних высоких частот. Ровные АЧХ, признанные в домашних системах для полноразмерных наушников
Тут АЧХ близка к прямой и жалоб на субъективный подъем диапазона в области 3 от слушателей нет.
Ровная АЧХ для вставных наушников с высокой шумоизоляцией в области низких частот
Благодаря хорошей шумоизоляции, при небольшой громкости наушники могут воспроизвести весь спектр частот и искусственные спады и подъемы на АЧХ не требуются.
Предпочтительная АЧХ для вставных наушников с низкой шумоизоляцией в области низких частот.
В метро и другом транспорте, низкочастотный гул достаточно высок, что бы заглушить низкочастотную составляющую в музыкальной композиции. По этой причине басовитые модели пользуются большей популярностью и воспринимаются ровными. В параметрах порой указывается уровень шумоизоляции, но, как правило, в средне и высокочастотном диапазоне.
Измерения
Для измерений АЧХ наушники одеваются (или вставляются) на специальный стенд с измерительным микрофоном. В нашей лаборатории используются стенды HDM1, SFS и IECS. На наушники подается специальный сигнал, который записывается микрофоном. После записи специализированный софт рассчитывает АЧХ. Для получения графиков на Personal Audio используется ARTA с использованием теста с периодическим шумом (для наушников). Полученная АЧХ в ARTA экспортируется в текстовом формате, после чего импортируется в RAA. В RAA проводится коррекция данных с компенсацией влияния внутреннего сопротивления усилителя, используемого при тестировании наушников. После отрисовывается конечный график.Методы измерений
Вариантов с тестовыми сигналами и формулами подсчетов много. Самым первым способом было поочередное воспроизведение синусоидального сигнала разных частот, где по зафиксированным амплитудам сигнала с микрофона строился график АЧХ. Данный метод очень прост, но слишком долгий и трудоемкий. Такой тест можно сделать вручную без ПК или специализированных вычислительных приборов. В автоматическом режиме такой тест можно запустить в приложении STEPS (ARTA), строящим помимо АЧХ линии графика гармонических искажений, вторую, третью, четвертую, пятую и сумму гармоник с шестой по двенадцатую.Еще быстрее есть метод с воспроизведением мультитонового сигнала
, однако для адекватного результата сигнал не должен содержать шумов. Такой метод не рекомендуется использовать для акустических измерений. Метод есть в RMAA («») для измерений цапов, ацп и других электрических цепей с высоким соотношнием сигнал/шум.Другой тип сигналов – шумовые с ровным распределением спектра частот.
Белый или розовый шум. Данный метод обладает низкой точностью из-за сильной погрешности от обычного шума и в акустических измерениях не применяется. Преимущество теста – приблизительная оценка за короткий промежуток времени. Тест удобен во время real-time оценок. Такой метод есть в TrueRTA.
Периодический шум. Специальный шумовой сигнал (их несколько разновидностей в которые входит и MLS сигнал), при анализе которого строится импульсная характеристика. Из импульсной характеристики строится АЧХ. На сегодняшний день, это самый рекомендуемый метод для измерения АЧХ.
Измерения через импульсную характеристику напрямик
Автор:
18.07.2012
Нашли опечатку в тексте? Выделите и нажмите Ctrl+Enter. Это не требует регистрации. Спасибо.
Поделитесь в социальных сетях
20 — 40 Гц
Low Bass
Нижний бас
40 — 80 Гц
Mid Bass
Мидбас
80 — 160 Гц
Upper Bass
Верхний бас
160 — 320 Гц
Lower Midrange
Нижняя середина
320 — 640 Гц
Middle Midrange
Центральный диапазон средних частот
640 Гц — 1.28 кГц
Upper Midrange
Верхняя середина
1.28 — 2.56 кГц
Lower Treble
Нижние высокие
2.56 — 5.12 кГц
Middele Treble
Средние высокие
5.12 — 10.2 кГц
Upper Treble
Верхние высокие
10.2 — 20.4 кГц
Top Octave
Верхняя октава
Итак, мы хотим измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) наушников — это график, который показывает, какие частоты воспроизводятся громче, а какие — тише. Оказывается, такие измерения можно произвести «на коленке», без специальной аппаратуры.
Нам понадобится компьютер с Windows (я использовал ноутбук), микрофон, а также источник звука — какой-нибудь плеер с bluetooth (я взял смартфон). Ну и сами наушники, конечно.
(Под катом — много картинок).
Вот такой микрофон у меня нашёлся среди старых гаджетов. Микрофон копеечный, для разговоров, не предназначенный ни для записи музыки, ни тем более не для измерений.
Конечно, такой микрофон имеет свою АЧХ (и, забегая вперёд, диаграмму направленности), поэтому сильно исказит результаты измерений, но для поставленной задачи подойдёт, потому что нас интересуют не столько абсолютные характеристики наушников, сколько то, как они изменяются при переключении эквалайзера.
У ноутбука имелся всего один комбинированный аудиоразъём. Подключаем туда наш микрофон:
Windows спрашивает, что за прибор мы подключили. Отвечаем, что это микрофон:
Windows — немецкий, извините. Я ведь обещал использовать подручные материалы.
Тем самым единственный аудиоразъём оказывается занятым, поэтому и нужен дополнительный источник звука. Скачиваем на смартфон специальный тестовый аудиосигнал — так называемый розовый шум. Розовый шум — это звук, содержащий весь спектр частот, причём равной мощности по всему диапазону. (Не путайте его с белым шумом! У белого шума другое распределение мощности, поэтому его нельзя использовать для измерений, это грозит повреждением динамиков).
Настраиваем уровень чувствительности микрофона. Нажимаем правую кнопку мыши на значке громкоговорителя в Windows и выбираем регулировку устройств записи:
Находим наш микрофон (у меня он получил название Jack Mic):
Выбираем его в качестве устройства записи (птичка в зелёном кружочке). Выставляем ему уровень чувствительности поближе к максимуму:
Microphone Boost (если есть) убираем! Это автоматическая подстройка чувствительности. Для голоса — хорошо, а при измерениях будет только мешать.
Устанавливаем на ноутбук измерительную программу. Я люблю TrueRTA за возможность видеть сразу много графиков на одном экране. (RTA — по-английски АЧХ). В бесплатной демо-версии программа измеряет АЧХ с шагом в октаву (то есть соседние точки измерения отличаются по частоте в 2 раза). Это, конечно, очень грубо, но для наших целей сойдёт.
При помощи скотча закрепляем микрофон около края стола, так чтобы его можно было накрыть наушником:
Важно зафиксировать микрофон, чтобы не сдвинулся в процессе измерений. Подсоединяем наушники проводом к смартфону и кладём одним наушником поверх микрофона, так чтобы плотно закрыть его сверху — примерно так наушник охватывает человеческое ухо:
Второй наушник свободно висит под столом, из него мы будем слышать включённый тестовый сигнал. Убеждаемся, что наушники лежат стабильно, их тоже нельзя сдвигать в процессе измерений. Можно начинать.
Запускаем программу TrueRTA и видим:
Основная часть окна — поле для графиков. Слева от него находятся кнопки генератора сигналов, он нам не понадобится, потому что у нас внешний источник сигнала, смартфон. Справа — настройки графиков и измерений. Сверху — ещё кое-какие настройки и управление. Ставим белый цвет поля, чтобы лучше видеть графики (меню View → Background Color → White).
Выставляем границу измерений 20 Hz и количество измерений, скажем, 100. Программа будет автоматически делать указанное количество измерений подряд и усреднять результат, для шумового сигнала это необходимо. Выключаем отображение столбчатых диаграмм, пусть вместо них рисуются графики (кнопка сверху с изображением столбиков, отмечена на следующем скриншоте).
Сделав настройки, производим первое измерение — это будет измерение тишины. Закрываем окна и двери, просим детей помолчать и нажимаем Go:
Если всё сделано правильно, в поле начнёт вырисовываться график. Подождём, пока он стабилизируется (перестанет «плясать» туда-сюда) и нажмём Stop:
Видим, что «громкость тишины» (фоновых шумов) не превышает -40dBu, и выставляем (регулятор dB Bottom в правой части окна) нижнюю границу отображения в -40dBu, чтобы убрать фоновый шум с экрана и покрупнее видеть график интересующего нас сигнала.
Теперь будем измерять настоящий тестовый сигнал. Включаем плеер на смартфоне, начав с малой громкости.
Запускаем измерение в TrueRTA кнопкой Go и постепенно прибавляем громкость на смартфоне. Из свободного наушника начинает доноситься шипящий шум, а на экране возникает график. Добавляем громкость, пока график не достигнет по высоте примерно -10…0dBu:
Дождавшись стабилизации графика, останавливаем измерение кнопкой Stop в программе. Плеер тоже пока останавливаем. Итак, что мы видим на графике? Неплохие басы (кроме самых глубоких), некоторый спад к средним частотам и резкий спад к верхним частотам. Напоминаю, что это не настоящая АЧХ наушников, свой вклад вносит микрофон.
Этот график мы возьмем в качестве эталонного. Наушники получали сигнал по проводу, в этом режиме они работают как пассивные динамики без всяких эквалайзеров, их кнопки не действуют. Занесём график в память номер 1 (через меню View → Save to Memory → Save to Memory 1 или нажав Alt+1). В ячейках памяти можно сохранять графики, а кнопками Mem1..Mem20 в верхней части окна включать или отключать показ этих графиков на экране.
Теперь отсоединяем провод (как от наушников, так и от смартфона) и подключаем наушники к смартфону по bluetooth, стараясь не сдвинуть их на столе.
Снова включаем плеер, запускаем измерение кнопкой Go и, регулируя громкость на смартфоне, приводим новый график по уровню к эталонному. Эталонный график изображён зелёным, а новый — синим:
Останавливаем измерение (плеер можно не выключать, если не раздражает шипение из свободного наушника) и радуемся, что по bluetooth наушники выдают такую же АЧХ, как по проводу. Заносим график в память номер 2 (Alt+2), чтоб не ушёл с экрана.
Теперь переключаем эквалайзер кнопками наушников. Наушники рапортуют бодрым женским голосом «EQ changed». Включаем измерение и, дождавшись стабилизации графика, видим:
Хм. Кое-где есть отличия в 1 децибел, но это как-то несерьёзно. Скорее похоже на погрешности измерений. Заносим и этот график в память, переключаем эквалайзер ещё раз и после измерения видим ещё один график (если очень хорошо присмотреться):
Ну, вы уже поняли. Сколько я ни переключал эквалайзер на наушниках, никаких изменений это не давало!
На этом, в принципе, можно заканчивать работу и делать вывод: у этих наушников работающего эквалайзера нет. (Теперь понятно, почему его не получалось услышать).
Однако тот факт, что мы не увидели никаких изменений в результатах, огорчает и даже вызывает сомнения в правильности методики. Может, мы измеряли что-то не то?
Чтобы убедиться, что мы измеряли АЧХ, а не погоду на Луне, давайте покрутим эквалайзер в другом месте. У нас же есть плеер в смартфоне! Воспользуемся его эквалайзером:
И вот результат измерений:
Вот это другое дело! Новый график заметно отличается от старых. Занесём его тоже в память (у меня получился номер памяти 6) и найдём разность между новым графиком и эталонным, TrueRTA это умеет (меню Utilities → Difference):
Вычитаем из графика номер 6 график номер 1 и помещаем результат в память номер 12. Убираем остальные графики с экрана кнопочками Mem1, Mem2 и т. д., оставляем только Mem12:
Не правда ли, эта кривая приблизительно напоминает то, что обещал эквалайзер?
Выключаем эквалайзер, с ним всё понятно. А ещё я говорил вначале, что нельзя двигать наушники и микрофон между измерениями. А что будет, если сдвинуть на сантиметр?
Смотрите-ка, от сдвига график слегка изменился: басов поубавилось, верхов добавилось. Это говорит, скорее всего, о том, что у микрофона различная чувствительность к звукам, приходящим с разных направлений (это называется диаграммой направленности).
Проведём ещё один опыт: измерим звучание, отказавшись от закрытого объёма. Вот так:
И что же мы видим в результате?
Куда пропали все наши басы? Вы их случайно не видели?
Обзоры наушников — Personal Audio
Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды сигнала от частоты (сокращенно АЧХ, на английском — frequency response).График амплитудно-частотной характеристики показывает баланс громкости частот и чувствительность наушников при его построении в абсолютных величинах. Если мы будем воспроизводить синус конкретной частоты подавая его с уровнем 1 В rms и фиксировать уровень давления на выходе наушника в специальной камере эмулирующей ухо, то перебрав частоты с 20 Гц по 20 кГц – получим исходный график АЧХ к 1 В rms.
Часто наушники измеряют при произвольном уровне громкости, что не дает возможности вычислить чувствительность, но позволяет получить АЧХ относительно произвольно выбранного опорного значения, присуждая 0 дБ значение частоте на 1000 Гц. По такому графику нельзя определить способность «играть громко» у наушников, но можно оценить баланс частот, какой диапазон является доминирующим, а какой наоборот приглушен.
Теория
В идеале АЧХ должна быть прямой для случая, когда источником является акустическая система, вроде компьютерных колонок, колонок домашнего кинотеатра или студийных мониторов. Расположение же наушников относительно наших ушей совершенно другое, они располагаются не под 60 градусов относительно оси уха, а без отклонений под 0 градусов. Попробуйте провести эксперимент, и послушайте АС в условиях равностороннего треугольника и на оси. Звучание будет заметно различаться не только по построению сцены, но и по восприятию различных частотных диапазонов. Все это – влияние строения ушной раковины и слухового канала. Колонки на оси станут «ярче» в области высоких частот и по-другому будут звучать в области средних частот.Наушники не только находятся на оси, они находятся рядом с ухом, или вообще вставлены в слуховой канал (в случае «затычек»). Все это существенно влияет на восприятие частотного диапазона и для каждого человека — индивидуально
Идеальная АЧХ от АС
Идеальная АЧХ от АС представляет собой прямую линию, обозначающую, что все частоты воспроизводятся одинокого громко.
Если динамик наушника расположить в ухе у барабанной перепонки, то ровной АЧХ будут восприниматься такие АЧХ, которые соответствуют красной или желтой линии. Именно такая АЧХ наушников субъективно является «прямой». К сожалению, полностью на них ориентироваться нельзя, т.к. у каждого человека свое строение ушей и соответственно получается большой разброс отклонений от «идеала». Другой момент – расположение источников у уха дает другое психологическое восприятие АЧХ, нежели когда проводится прослушивание источников на удаленном расстоянии. В связи с этим, некоторые издания после измерений делают «универсальную» поправку на измеренные АЧХ (поправку на свое измерительное оборудование), но большой пользы от этого как правило нет. В случае с наушниками можно лишь делать общие выводы.
К слову, расположение микрофона в ухе манекена может быть как у места барабанной перепонки, так и у входа в слуховой канал (для измерений полноразмерных и накладных наушников). Что дает более адекватный результат, ученые пока достоверно не определили. В нашей лаборатории используется манекен с расположением микрофона у входа в слуховой канал.
Вторым фактором, снижающим пользу компенсирующей кривой, является разное восприятие АЧХ от уровня громкости. В итоге, для тихого прослушивания провал в области верхних средних и нижних высоких частот должен быть минимален, а для громкого воспроизведения провал должен быть существенным.
Примеры
Охватывающие наушники
Если на графике наблюдаются провалы в районе 2-5 кГц, то эти наушники могут дать хорошую компенсацию в сторону восприятия ровной частотной характеристики. Спад на высоких частотах компенсирует расположение наушников на оси уха.Сиреневый – условно идеально ровная АЧХ. Красный график показывает подъем низких частот – такие наушники басовитые. Зеленый – наоборот снижение низких частот, такое звучание ближе к звучанию акустических систем, где существует естественный спад в районе низких частот (в системах без мощного сабвуфера). Оранжевый – наушники с возможными сибилянтами, подчеркивающими звуки «ссс». Голубой – подъем в области высоких частот.
Накладные наушники
В измерениях накладных наушников можно наблюдать спад в районе низких частот. Это может быть вызвано использованием поролоновых амбушюр или неплотным прилеганием к ушам. При возникновении любого воздушного зазора снижается уровень низких частот. Сделать оценку уровня баса в данном случае помогает измерение через специальный плоский стенд, с мягкостью, повторяющей кожный покров человека (в нашем случае Soft Flat Stand — SFS).
Вставные наушники
Вставные наушники вставляются напрямик в слуховой канал, и ровными будут восприниматься те, у которых будут минимальные провалы в области верхних средних и нижних высоких частот, и довольно существенный провал в области высоких частот. Для вставных наушников завал в области высоких частот должен быть еще выше, чем полноразмерных наушников, т.к. меньше преград, ответственных за естественное снижение высокочастотного диапазона.
Зеленый и сиреневый график относятся к “ровным АЧХ”, их различие в разном провале уровня верхних средних и нижних высоких частот, где чувствительность уха максимальна. Чем больше будет провал, тем на большей громкости наушники будут восприниматься ровными и наоборот, чем меньше провал, тем на более тихой громкости будет субъективно ровное звучание.
Красный график показывает басовитые наушники, а голубой – яркие в области высоких частот.
Резонансы
На графиках вставных наушников можно видеть пики в области высоких частот, как правило, это резонансы, возникшие в закрытом пространстве звуковода и ушном канале. Частоты резонансов зависят от глубины посадки наушника и формы ушного канала.
У накладных и полноразмерных наушников резонансов гораздо больше, однако они имеют меньшие амплитуды и тем самым отражаются на АЧХ как небольшая неравномерность. У накладных и полноразмерных наушников резонансы образовываются преимущественно переотражениями в ушной раковине и зачастую формируют объемность звучания.
Практика — реальные результаты
Примеры
Ровные АЧХ, признанные в студиях для полноразмерных наушников
Можно наблюдать большую неравномерность в области верхних средних и нижних высоких частот. Ровные АЧХ, признанные в домашних системах для полноразмерных наушников
Тут АЧХ близка к прямой и жалоб на субъективный подъем диапазона в области 3 от слушателей нет.
Как согласовываются мнения, полученные в студиях и домашних системах, где альтернативой служат акустические системы высокого класса с довольно ровными АЧХ? Дело в том, что в студии наушники слушаются на большой громкости, а дома на невысокой. Исходя из кривых равной громкости, при большей громкости, область в районе 3 кГц воспринимается громче, поэтому при выборе наушников надо учитывать, с какой громкостью они будут слушаться.
Ровная АЧХ для вставных наушников с высокой шумоизоляцией в области низких частот
Благодаря хорошей шумоизоляции, при небольшой громкости наушники могут воспроизвести весь спектр частот и искусственные спады и подъемы на АЧХ не требуются.
Предпочтительная АЧХ для вставных наушников с низкой шумоизоляцией в области низких частот.
В метро и другом транспорте, низкочастотный гул достаточно высок, что бы заглушить низкочастотную составляющую в музыкальной композиции. По этой причине басовитые модели пользуются большей популярностью и воспринимаются ровными. В параметрах порой указывается уровень шумоизоляции, но, как правило, в средне и высокочастотном диапазоне.
Измерения
Для измерений АЧХ наушники одеваются (или вставляются) на специальный стенд с измерительным микрофоном. В нашей лаборатории используются стенды HDM1, SFS и IECS. На наушники подается специальный сигнал, который записывается микрофоном. После записи специализированный софт рассчитывает АЧХ.Для получения графиков на Personal Audio используется ARTA с использованием теста с периодическим шумом (для наушников). Полученная АЧХ в ARTA экспортируется в текстовом формате, после чего импортируется в RAA. В RAA проводится коррекция данных с компенсацией влияния внутреннего сопротивления усилителя, используемого при тестировании наушников. После отрисовывается конечный график.
Методы измерений
Вариантов с тестовыми сигналами и формулами подсчетов много. Самым первым способом было поочередное воспроизведение синусоидального сигнала разных частот, где по зафиксированным амплитудам сигнала с микрофона строился график АЧХ. Данный метод очень прост, но слишком долгий и трудоемкий. Такой тест можно сделать вручную без ПК или специализированных вычислительных приборов. В автоматическом режиме такой тест можно запустить в приложении STEPS (ARTA), строящим помимо АЧХ линии графика гармонических искажений, вторую, третью, четвертую, пятую и сумму гармоник с шестой по двенадцатую.Более быстрым является измерение скользящим синусом. На наушники подается синусоидальный сигнал, где сигнал плавно меняет свою частоту. После, по огибающей трека или спектральному анализу строится АЧХ. Данный метод уже требует большого количества вычислений и вручную не делается. Таким методом можно измерять в RMAA (“”), ARTA (“”). Для акустических измерений применяется лишь когда нужно сделать измерение гармонических искажений. В ARTA таким образом измеряется вторая, третья и четвертая гармоника.
Еще быстрее есть метод с воспроизведением мультитонового сигнала, однако для адекватного результата сигнал не должен содержать шумов. Такой метод не рекомендуется использовать для акустических измерений. Метод есть в RMAA («») для измерений цапов, ацп и других электрических цепей с высоким соотношнием сигнал/шум.
Другой тип сигналов – шумовые с ровным распределением спектра частот.
Белый или розовый шум. Данный метод обладает низкой точностью из-за сильной погрешности от обычного шума и в акустических измерениях не применяется. Преимущество теста – приблизительная оценка за короткий промежуток времени. Тест удобен во время real-time оценок. Такой метод есть в TrueRTA.
Периодический шум. Специальный шумовой сигнал (их несколько разновидностей в которые входит и MLS сигнал), при анализе которого строится импульсная характеристика. Из импульсной характеристики строится АЧХ. На сегодняшний день, это самый рекомендуемый метод для измерения АЧХ.
Измерения через импульсную характеристику напрямик. Воспроизводится импульс и записывается через микрофон. Для акустических измерений метод дает высокий уровень погрешности, т.к. шум вносит большую погрешность.
Методика измерений наушников в Reference Audio Analyzer
Как проводятся измерения наушников
Для тестирования наушников используется специальное производственное оборудование, изготовленное в лаборатории Reference Audio Analyzer.Стенды в RAA создавались по тем же принципам, что заложены в международный стандарт IEC 60268-7.
Перед проведением измерений стенды проходят обязательную калибровку на чувствительность микрофонов с помощью отдельного шумомера для гарантии точности измерений и повторяемости результата. В качестве звуковых интерфейсов используются надежные и проверенные временем модели со стабильными характеристиками (на текущий момент — E-MU 1616m).
Искусственное ухо по стандарту IEC 60268-7
Искусственное ухо в стенде HDM-X
Особенности тестирования и отчетов наушников в Reference Audio Analyzer
Графики с амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ)
Отсутствие влияния усилителя на результат
В полученных АЧХ наушников отсутствует влияние усилителя. Это достигается за счет использования специального усилителя с нулевым полным выходным сопротивлением (отчеты наушников с 2015 года), либо применением компенсации АЧХ исходя из взаимодействия импедансов наушников и используемого усилителя во время теста (отчеты наушников до 2015 года).Для оценки АЧХ с часто встречающимися характеристиками усилителей приводятся соответствующие дополнительные графики.
Компенсация и сложение влияния усилителя для наушников
Проект RAA первым в мире разработал и внедрил алгоритм, позволяющий получить компенсацию и изменение АЧХ произвольных наушников и усилителя. За счет данной инновации стало возможным измерений наушников и усилителя по отдельности и при этом в любой момент получить совместный результат, как если бы наушники во время теста были подключены к данному усилителю.
Расчет АЧХ от взаимодействия с типовыми усилителями
Благодаря регулярным измерениям большого количества наушников и усилителей среднестатистически были определены типовые характеристики усилителей. В стандартном отчете приводятся дополнительные графики конечной АЧХ наушников, как если бы наушники были измерены с участием типовых усилителей.В отчеты включены:
- АЧХ наушников в зависимости от согласования импеданса и выходного сопротивления усилителя при типовых значений с постоянным внутренним сопротивлением
- АЧХ наушников в зависимости от согласования импеданса и выходного сопротивления усилителя с нулевым сопротивлением с повышением сопротивления в области низких частот
АЧХ с трехоктавным сглаживанием
При построении АЧХ из импульсной характеристики используется трехоктавное сглаживание. Среди аудиофилов бытует мнение, что дополнительное сглаживание скрывает очень важную информацию и снижает точность данных. На практике трехоктавное сглаживание необходимо для устранения интерференции волн, вызванных «точечным» микрофоном. Из-за интерференции волн образуются пики и провалы, частоты которых зависят исключительно от посадки и совершенно не слышимы субъективно. Требование применять трехоктавное сглаживание содержится в стандартах IEC 60268-7 и ГОСТ 28278-89.
Интерес к АЧХ без сглаживания зачастую продиктован желанием выявить резонансы, но неравномерность АЧХ лишь дает предположения о их наличии и не дает данных о том, является ли на данной частоте естественный быстроспадающий резонанс или это проблемный долгозатухающий резонанс.
Если в тестировании акустических систем в свободном поле неравномерность всегда подразумевает паразитный резонанс, то наушники изначально расположены на стенде с малым закрытым объемом и неизбежной внутренней реверберацией.
Естественная посадка наушников
Т.к. стенды представляют собой подобие реальной человеческой головы, то посадка наушников максимально естественная.
Дополнительный прижим для накладных и полноразмерных наушников применяется только при неплотной посадке наушников, когда виден явный зазор между амбушюром и поверхностью стенда и при этом не должен быть при естественном расположении на голове человека.
Тестирование с частотой дискретизации 192 кГц
Измерения делаются с частотой дискретизации 192 кГц. Используется усилитель с нулевым сопротивлением, благодаря чему не требуется компенсация влияния АЧХ от импедансов наушников и усилителя.При обычном тестировании в 44/48 кГц количество координат не дает возможности построить точную импульсную характеристику и может содержать лишние колебания от цифрового фильтра в ЦАП (так называемый звон). При тестировании импульсом с частотой дискретизации 192 кГц «звон» находится на частоте 96 кГц и вчетверо короче по продолжительности, что делает его визуально совершенно незаметным. Дополнительно при построении ваттерфолов до 45 кГц, влияние «звона» не попадет в тестируемый звуковой диапазон.
Благодаря тестированию в режиме 192 кГц при визуальном построении импульса нет необходимости в выборе алгоритмов аппроксимации волны, количество координат изначально избыточно. В режиме 44/48 кГц это представляет проблему, т.к. при выборе плавного соединения координат теряется его «резкость», а при прямом соединении координат велика вероятность существенного смещения пиков по высоте и временной области.
Не редко результатом покупки становится разочарование и несоответствие купленной пары ожиданиям, возникшим при просмотре графика – хотели, мол, басовитые, а они больше выделяют середину и т.п. Кроме того, при субъективном сравнении разных моделей наушников с одинаковыми или очень близкими графиками АЧХ, наблюдается существенная разница в субъективной оценке звучании.
Под катом описание одной из распространённых причин, способы её решения и несколько рекомендаций по самостоятельной доработке стенда.
Полагаю, многие уже поняли, что ключевая проблема заключается в методике измерения. Именно о ней и пойдёт речь. При измерениях чаще всего используется «голый» микрофон, чего нет в реальных условиях, так как наушники с той или иной силой прижаты к голове. Кроме того, звуковые волны до момента воздействия на барабанную перепонку улавливается ушной раковиной и проходит через наружный слуховой проход. Закономерно, что результаты тестов без учета этих параметров демонстрируют не то, что есть на самом деле.
Поводом для создания это поста стала магистерская диссертация Марко Хиипакка «Измерительная аппаратура и техническое моделирование акустики уха», написанная на кафедре обработки сигналов акустики факультета связи и автоматизации Хельсинского технологического университета, а также экспериментов видеоблогеров stalker29218 и Александр TheHitty, обративших внимание на эту проблему.
Проблемы и их решения
По мнению Марко Хиипакка, при измерении АЧХ не учитываются акустические особенности самого уха. Общеизвестно, что свойства слуха крайне индивидуальны и находятся в прямой зависимости от наших анатомических особенностей. Как правило, измерения акустических параметров наушников (как, впрочем, и другой аудиотехники) проводятся без учета анатомии.
Сравнение АЧХ наушников (особенно закрытого типа) при использовании «голого» микрофона обнаруживает существенную разницу с результатами при использовании стенда, где амбушюры прижаты к плоскости. Еще большие различия демонстрирует стенд с имитацией наружного слухового прохода и ушной раковины.
Красный – открытый стенд;
Желтый – прижатие амбушюр к поролону;
Зелёный – силиконовая имитация кожи;
Синий – силикон + ушная раковина + наружный слуховой проход.
Открытый Стенд Александр TheHitty
Закрытый Стенд Александр TheHitty
Стенд Александр TheHitty с имитацией кожного покрова
Стенд Александр TheHitty с имитацией кожного покрова, наружного слухового прохода и ушной раковины
Как можно видеть из графиков, опубликованных Александром при использовании более достоверной методики, возникают существенные изменения. Наиболее значительно влияет на звук закрытое пространство, а также длина и ширина наружного слухового прохода. При увеличении длины прохода резонансный пик, возникающий в диапазоне между 2 и 4 кГц, смещается в сторону низких частот. При уменьшении ширины, напротив, в сторону ВЧ, что хорошо видно на графиках.
График результатов Александр TheHitty
Помимо прочего возможны изменения АЧХ, вызванные отложением ушной серы в наружном слуховом проходе. Как показывает приведенный ниже график, наличие серы (использован имитатор – воск) в определённой степени влияет на кривую.
Данные исследований Марко Хиипакка и Александра TheHitty совпадают по результатам тестовых измерений АЧХ в основных моментах.
Frequency response at the ear canal entrance of Adecs with three different
Один из стендов Марко Хиипакка в разрезе
Всё, что было описано, в основном касается полноразмерных моделей, и в особенности полезно для проведения измерений с наушниками закрытого и полузакрытого типа. В своей работе Марко Хиипакка предложил также оригинальные идеи для внутриканальных наушников. Вот несколько примеров, которые позволяют производить измерения без применения масштабного стенда.
Из чего это делать
Перед моделированием ушной раковины и наружного слухового прохода, имеет смысл обеспечить должную звукоизоляцию и имитировать кожу. В качестве изолятора можно использовать любой звукопоглощающий материал, например, поролон, как сделал Александр TheHitty.
В качестве имитатора кожи обычно используют силикон с плотностью 29 — 30 ед. по Шору.
Такой же силикон можно использовать при создании имитатора ушной раковины и наружного слухового прохода.
Следует учитывать, что снять слепок со слухового прохода достаточно сложно, проще изготовить полую силиконовую трубку с 2 изгибами, сужением, длинной 28 мм и шириной 5-7 мм (средние параметры для человеческого уха).
Марко Хиипакка применял пластиковые трубки, а в ряде исследований ограничился стандартным шприцем (в случаях, требовалось измерить АЧХ внутриканальных наушников).
В качестве крепежа для всего этого дела можно использовать фанеру, гипсокартон, ДСП или ещё что-нибудь. Главное условие — изолированность имитатора наружного слухового прохода и герметичное закрепление микрофона.
Итог
Учитывая низкую точность измерений, наивно верить в то, что можно понять, как звучат наушники, используя результаты тестов АЧХ, найденных в сети. Также глупо полагать, что любые измерения не отражают реальной картины, а звук следует оценивать только субъективно. При получении результатов теста важно знать, как этот тест проводился и насколько учитывал анатомию человека, насколько «чистым» является исследование (это касается не только АЧХ, но КНИ, IMD и прочих характеристик). Перед покупкой наушников их всё-таки следует слушать, для чего, собственно, и открыты многочисленные шоурумы, где это можно делать с комфортом.
Как должны звучать наушники? — Audeze
Амплитудно-частотная характеристика
Вопрос о том, какой должна быть идеальная АЧХ наушников, вызывает жаркие споры как у специалистов звукозаписи, так и у аудиофилов. Ни для кого не секрет: разработчики громкоговорителей стремятся сделать АЧХ горизонтальной до 1 кГц, а затем равномерно уменьшать отдачу — так, чтобы к 22 кГц снижение амплитуды составило 6 дБ (в том месте, где обычно располагается слушатель). Такая АЧХ дает естественное и приятное звучание. Между тем, измерить характеристики громкоговорителей сравнительно легко. Нужно лишь расположить откалиброванный микрофон на месте слушателя или поместить колонки вместе с микрофоном в безэховую камеру и измерить АЧХ посредством любой программы, предназначенной для этих целей.
И наоборот, параметры наушников нельзя достоверно определить, просто разместив микрофон между чашками. Именно поэтому для измерении мы пользуемся муляжом головы человека с микрофонами, в частности (но не только) Neumann KU100, а также специализированным измерительным оборудованием и программным обеспечением. Измерять параметры колонок посредством микрофонов, размещенных в муляже — совсем не то, что при помощи микрофонов, расположенных свободно. В последнем случае полнодиапазонные громкоговорители в помещении, подвергнутом акустической обработке, или в безэховой камере продемонстрируют, скорее всего, плоскую (горизонтальную) АЧХ. От них также можно ожидать спада на низких и высоких частотах. Если же установить микрофоны в муляж головы, результат измерений окажется совершенно иным. Дело в том, что строение внешнего и внутреннего уха человека значительно влияет на АЧХ — при ее измерении у барабанной перепонки или у входа в ушной канал. Даже если драйвер наушников дает совершенно плоскую АЧХ, внешнее и внутреннее ухо играют роль эквалайзера, усиливая одни частоты и ослабляя другие. К тому времени, когда звуковые волны достигают барабанной перепонки, их частотные и фазовые составляющие изменятся, АЧХ перестает быть плоской. Если измерить этот параметр у барабанной перепонки, мы, скорее всего, получим плоский график только до 200 Гц, за ним последует постепенный подъем на 15-20 дБ с пиком в области 3 кГц, а затем спад (см. рис. ниже).
FF — изначальная (плоская) АЧХ; DRP — АЧХ, измеренная у барабанной перепонки.
Дело усложняется еще и тем, что свою лепту в искажение АЧХ вносит форма головы и торса слушателя. Ее влияние выражает так называемая HRTF (Head-Related Transfer Function — передаточная функция, связанная с формой головы слушателя). Поскольку форма головы, торса и ушей у каждого человека уникальна, постольку индивидуальна и его HRTF. Разумеется, идеально симметричных людей нет, в связи с чем HRTF для левого уха не такая, как для правого. Муляж головы создан с расчетом на усреднение обеих HRTF. Если измерить эти функции на одинаковом расстоянии от левого и правого уха и под одинаковым углом к ним, отличия в АЧХ при прослушивании левым и правым ухом все-таки будут наблюдаться. АЧХ излучателя, измеренная при помощи микрофонов, установленных внутри уха, не является плоской, однако разработчики применяемых для измерений муляжей предлагают графики изменения идеальной АЧХ в ушном канале муляжа. Эти графики можно использовать в качестве калибровочных — применять для обработки данных измерений АЧХ с тем, чтобы исключить из тракта влияние муляжа. Вам уже показалось, что теперь мы может определить, является ли АЧХ наших наушников идеально гладкой? Увы, это не так. В отличие от громкоговорителя амбушюра наушника играет роль акустического устройства связи — представляет собой небольшую полость, где располагается как ухо слушателя, так и драйвер. Если форма черепа и торса слушателя на звучание почти не влияет, то ушные полости оказывают на АЧХ наушников и восприятие музыки очень заметное воздействие.
Амбушюра и полость с драйвером обладают собственной акустикой. Здесь, как в любом пространстве возникают отражения, интерференция и поглощение звуковых волн, в итоге на АЧХ возникают пики и провалы. На этот показатель влияет даже то, как надеты наушники. Когда мы слушаем установленные в комнате громкоговорители, мы слышим не только их, но и результаты влияния самого помещения. Форма комнаты тоже вызывает пики и провалы на результирующей АЧХ — отражения, интерференцию и поглощения (такие же возникают в полости наушников). К счастью, эта полость имеет малый объем, поэтому пики и провалы появляются лишь в области выше 2-3 кГц, где наше ухо менее чувствительно к перепадам АЧХ — при условии, что пики не очень высоки, а провалы не слишком широки. Также наш мозг нивелирует индивидуальные особенности строения наших ушей; ведь мы же давным-давно привыкли к ним.
Если пики и провалы передвинуть в область высоких частот, звучание — несмотря на «горбатую» АЧХ — будет казаться гораздо менее окрашенным. В связи с этим достоверно измерить АЧХ наушников выше 2 кГц и даже авторитетно судить о нем становится очень трудно. Если наушники, располагаясь в определенном месте муляжа, дали определенную АЧХ, они же, будучи надеты в том же положении на голову живого человека, не обеспечат такую же АЧХ у его барабанной перепонки! (Впрочем, это отнюдь не значит, что АЧХ не дает достоверной информации о звучании наушников на частотах выше 2 кГц — дает и еще какую!) В связи с этим мы делаем множество замеров: изменяя положение наушников на муляже и меняя сам муляж, подмечаем общее для всех измерений, в частности, высокие пики и широкие провалы на АЧХ. Как акустическая обработка помещения может кардинально улучшить звучание акустических систем, так и анализ наших измерений позволяет менять геометрию амбушюр, их материал и угол наклона, а также конструкцию излучателей с тем, чтобы наушники давали меньше окрашиваний. Мы проводим целую серию критических прослушиваний, используя модели корпусов будущих наушников и применяя методы математического анализа.
Наша задача — создать наушники с естественным точным звучанием. Для этого мы стремимся к тому, чтобы их АЧХ была горизонтальной до 2 кГц, а затем немного снижалась. По нашему мнению, такое снижение отдачи имитирует особенности передачи высоких частот напольными колонками и компенсирует недостатки, связанные с тем, что драйверы наушников находятся друг от друга всего в 20 см (среднее расстояние между ушами человека). В итоге верха передаются более естественно.
Ниже приведены результаты измерения наушников LCD-4, сделанные в точке DRP (ear-drum reference point — у барабанной перепонки) при помощи муляжей, изготовленных Audeze и другими фирмами. Разбежка оказалась довольно значительной, что неудивительно, если учесть разницу в форме ушей и того, как в разных муляжах смоделировано внутреннее ухо человека. Амплитудно-частотные характеристики наушников LCD-4, полученные на разном измерительном оборудовании
Ниже приведены те же измерения LCD-4, но добавлена идеальная, по мнению наших специалистов, АЧХ (красный график).
Идеальная АЧХ для каждого человека будет индивидуальна, поскольку данные измерения позволяют лишь приблизительно судить об отдаче наушников на разных частотах и не способны подменить собой реальное прослушивание. Кроме того, мозг учитывает индивидуальные особенности строения человеческого уха, поэтому звучание наушников с идеальной АЧХ покажется слушателю несколько пресным, тем не менее, отдача будет восприниматься как одинаковая на всех частотах, от баса до верха.
Между тем АЧХ, сколь бы важна она ни была, не является всеобъемлющей характеристикой наушников. Она лишь показывает, с какой амплитудой передается та или иная частота — сильнее, слабее или на том же уровне, что и другие. АЧХ не позволяет сделать вывод о том, вовремя ли воспроизводятся эти частоты (этот показатель называется временнЫм согласованием). Для его определения мы дополнительно измеряем отклик наушников на дельта-импульс.
Почему необходимо измерять отклик на дельта-импульс
По виду отклика на дельта-импульс можно судить о том, как наушники воспроизводят сигнал с крутым фронтом, а это один из важнейших показателей — от него зависит прозрачность звуковых образов и четкость их прорисовки. У двух моделей наушников с одинаковой АЧХ могут оказаться кардинально различное временное согласование, потому и звучать они будут совершенно по-разному. Например, если записать выстрел из ружья и построить его АЧХ, получится довольно однородная по амплитуде кривая в широком диапазоне частот — но такой же вид имеет и АЧХ белого шума! Разница в том, что при выстреле все частоты излучаются практически одновременно, а белый шум формируется в течение более длительного времени.
Наушники с идеальным временным согласованием воспроизводят любой звук в точности так, как он записан. Если поместить у излучателя таких наушников столь же идеальный микрофон, то он зарегистрирует сигнал, ничем не отличающийся от исходного.
Увы, этот идеальный вариант недостижим на практике. Виной тому — физические величины, в первую очередь, инерция. В связи с этим диафрагмы наушников Audeze выполняются из сверхтонкого материала, очень легкого и чрезвычайно быстро откликающегося на движения звуковой катушки, которая создает равномерное усилие по всей поверхности диафрагмы. Такие ухищрения нужны для того, чтобы приблизиться к недостижимому — к идеальному отклику на дельта-импульс. В частности, диафрагмы наушников LCD-4 изготовляются из нано-материала в течение не часов или дней, а нескольких недель, зато они начинают стирать грань между теорией и практикой. Иными словами, фирма Audeze расширяет границы возможного.
Результаты измерения отклика на дельта импульс интерпретировать сложнее, чем АЧХ. Идеальный его график представляет собой вертикальный отрезок — амплитуда мгновенно «подскакивает» от нуля до максимума и тут же возвращается к нулю с минимальными биениями. Получается, что чем меньше времени занимает «подскок» и «возвращение», тем прозрачней оказывается звучание реальных наушников.
Вернуться на страницу ТехнологииЕсли вы достаточно долго зависали в аудиокружках, вы наверняка встречали термин «частотная характеристика». Он может возникнуть практически в любой дискуссии, начиная от наушников и колонок и заканчивая ЦАПами и усилителями, и даже акустикой помещения. Если вы знакомы с предметом или совершенно не знакомы с этим термином, здесь есть все, что вам нужно знать о частотной характеристике.
Как следует из названия, мы имеем дело с частотой и тем, насколько хорошо конкретный компонент способен воспроизводить все тоны, которые мы слышим.Человеческий слух колеблется от очень низких частот всего 20 Гц, вплоть до очень высоких частот около 20 кГц. Хотя индивидуальный слух будет варьироваться между этими двумя крайностями. В музыкальном смысле мы часто видим это разделение на басовые, средние и высокие частоты. Это не фиксированные определения, но, как правило, бас учитывает частоты от 20 до 300 Гц, средний — от 300 Гц до 4 кГц, а высокие частоты считаются чем-то выше 4 кГц, очень грубо говоря.
Частотная характеристика описывает диапазон частот или музыкальных тонов, которые компонент может воспроизводить.
Частотная характеристика измеряет, насколько хорошо конкретный аудиокомпонент воспроизводит все эти слышимые частоты, и вносит ли он какие-либо изменения в сигнал при прохождении. Например, какую самую низкую частоту может воспроизводить сабвуфер X. За исключением любых преднамеренных настроек эквалайзера, идеальная выходная частота компонента должна быть равна входу, чтобы не изменять сигнал. Это часто называют «плоской» частотной характеристикой, где синусоидальная волна фиксированного объема (измеряемая в децибелах) может проходить через систему и иметь одинаковую амплитуду на всех частотах на выходе.
Частотная характеристика часто может рассматриваться как фильтр, который может усиливать или ослаблять входной сигнал для изменения звука.
Другими словами, идеальная частотная характеристика — это та, которая не регулирует громкость низких, средних или высоких частот от нашего источника. Для сравнения, если вы перепутались с настройками эквалайзера какого-либо музыкального приложения, вы, возможно, видели неплоский параметр эквалайзера, который усиливает низкие или высокие частоты и т. Д. Так что, если компонент (например, драйвер наушников) не имеет плоский частотный отклик, вы можете услышать больше или меньше определенных частот, чем должно быть.В крайних случаях это может испортить впечатление от прослушивания.
Проблемы с получением плоского ответа
К сожалению, со звуком то, что идеально и что происходит на самом деле, редко идет рука об руку — и достижение абсолютно плоской частотной характеристики по всей цепочке аудиосигнала невероятно сложно. Это чаще всего проблема с драйверами наушников и динамиками, где механические свойства, электроника и акустика объединяются, создавая нелинейность, которая влияет на звук.Например, согласование импеданса и емкостная связь между усилителями и динамиками, катушками индуктивности динамиков и драйверами, и даже акустика комнаты, в которой вы находитесь, могут влиять на конечную частотную характеристику.
Каждый компонент в цепочке сигналов в идеале должен иметь плоскую частотную характеристику, чтобы звук не изменялся. Но реальность такова, что многие компоненты не обеспечивают идеальной производительности.
В реальном мире вы часто увидите, как спецификации частотной характеристики указывают диапазон частот, например, 20 Гц — 20 кГц, за которым следует величина изменения частотной характеристики, выраженная в децибелах, например +/- 6 дБ.Это просто говорит нам о максимальном увеличении или понижении в любой точке между заданными частотами, поэтому ничего не говорит о том, как будет звучать продукт.
Для большинства людей плюс или минус 3 дБ считается нижним пределом того, что вы можете услышать — поэтому небольшие отклонения в 1 или 2 дБ здесь и не о чем беспокоиться. Но множественные отклонения 3 дБ или выше подчеркивают некоторые ощутимые изменения в вашей музыке. Резонансные частоты, которые на частотном графике выглядят как заметные изолированные горбы, могут быть особенно проблематичными, так как некоторые музыкальные ноты и тоны затем преувеличиваются или маскируются.
Следовательно, недостаточно взглянуть на показатель частотной характеристики, например, 20 Гц-20 кГц +/- 3 дБ, лучше иметь возможность получить изображения , где происходят эти перепады акцента и как они распределяются. Более плавный частотный отклик лучше, чем сильно изменчивый, с идеальной целью — плоскость.
Сравнение идеального (зеленого), вероятного неприемлемого примера реального мира (желтого) и более слышимых (красных) частотных характеристик для динамиков.
Когда речь идет о ЦАП, выходной сигнал всегда должен быть почти полностью ровным на звуковых частотах, даже в современных недорогих конструкциях.Преобразование из цифрового в аналоговое в современном оборудовании — это прямое преобразование сэмплирования, прежде чем отфильтровать шум на частотах, выходящих за рамки человеческого восприятия. На этом этапе не нужно беспокоиться о механических или акустических проблемах.
Схемы усилителянемного сложнее, но, в целом: даже комбинация ЦАП / усилитель со средним значением должна иметь плоскую частотную характеристику при питании всех динамиков / наушников с самым низким сопротивлением, кроме самого низкого сопротивления.
Хотя компоненты динамиков наушников могут сильно различаться по частотной характеристике, компоненты ЦАП и усилителя должны быть плоскими.
Фурье-анализ и ваша музыка
До сих пор мы имели дело с довольно простым для понимания аспектом частотного отклика: нелинейный отклик изменит звучание нашего источника. Тем не менее, это не только общие понятия, такие как низкие и высокие частоты, но это также влияет на качество звука каждого инструмента в миксе. Чтобы разобраться в этом более тонком аспекте того, как нелинейный частотный отклик может влиять на то, что мы слышим, нам нужно обратиться к анализу Фурье.
В двух словах, анализ Фурье и преобразование Фурье показывают, что сложная форма волны может быть выражена как сумма серии синусоидальных волн с разными амплитудами.Таким образом, квадрат, треугольник или любая другая форма волны, которая появляется во временной области, может быть представлена множеством разных отдельных частот с разными амплитудами в частотной области. Это включает в себя формы волны, которые создаются музыкальными инструментами, начиная от резких ударов малого барабана и заканчивая толстыми прямоугольными электрогитарами.
В музыкальных инструментах эти синусоидальные волны преимущественно гармонично связаны, встречаясь в нечетных и четных октавах (кратных основной частоте ноты) над основной нотой.Так, например, если вы играете естественный C на скрипке, это звучит основной частотой 261 Гц, плюс некоторая вторая гармоника на 522 Гц, третья на 783 Гц, четвертая на 1044 Гц и так далее с уменьшающимся количеством громкости. Другие инструменты имеют разные гармонические отношения, которые частично производят свое уникальное звучание. Диаграмма ниже показывает разницу частот между звуками пианино и скрипки, которые служат примером.
Гармоники могут быть тихими, но они не менее важны для вашей музыки.
ResearchGate
Почему это важно? Возвращаясь к частотной характеристике и фильтрации, теперь мы можем видеть, что неплоская характеристика не только изменяет общее представление нашей музыки, но и может изменять звучание отдельных инструментов. Даже если график частотных характеристик не представляет каких-либо серьезных проблем с басами или высокими частотами, меньшая нелинейность на определенных частотах может изменить наше восприятие определенных инструментов.
См. Также:
Как настроить эквалайзер: отрегулировать качество прослушивания
Некоторые общие правила эквалайзера заключаются в том, что уменьшение основной частоты инструмента производит менее мощный звук, а увеличение добавляет «глубину».Точно так же уменьшение гармоник инструмента приводит к скучным звукам, испытывающим недостаток в пространстве, в то время как усиление гармоник увеличивает присутствие, но в конечном итоге может звучать слишком резко. Если сделать еще один шаг вперед, то усиление и обрезание разных частот инструмента может даже привести к маскировке или усилению звука других инструментов в треке. Таким образом, нелинейная частотная характеристика может отменить всю тяжелую работу, которую инженер вложит в тщательное микширование дорожки.
Для музыкальных продюсеров работа исключена, поскольку изменение акцента означает изменение качества звука в целом.
Почему частотный отклик важен
По традиционным стандартам HiFi, хорошей аудиосистемой является система, которая принимает входной сигнал и выводит его , не меняя его вообще . Это включает в себя компоненты, начиная от исходного аудиофайла и заканчивая цифровой обработкой, и такие компоненты, как ЦАП, вплоть до усилителя и динамиков. Частотная характеристика — это только одна часть этого уравнения, но она очень сильно влияет на звучание выходного сигнала.
Связанный: Частотная характеристика: Где живут звуки?
Частотная характеристика не зависит только от того, слишком много низких, средних или высоких частот выходит из системы.Это также может более тонко повлиять на тон и баланс инструментов в треке, потенциально окрашивая и даже разрушая наше восприятие на слух. Абсолютно плоский, идеальный отклик невозможен для каждого компонента, но современные высокотехнологичные технологии, безусловно, могут подойти достаточно близко, чтобы человек никогда не мог сказать.
Если наша цель — слушать музыку в максимально чистой форме, то мы должны обратить внимание на частотную характеристику. Это также может быть удобным инструментом, если вы ищете эквалайзер для выхода из менее совершенного оборудования.
,© 2016 Steve Feinstein, InMusic Inc.
Akai Professional RPM800. Alesis Elevate 6. Альто-профессионал TS215. Denon DJ HP800. Denon Professional DN-300C. ИОН Окунитесь. Marantz Professional MPM-2000. M-Audio AV32.1. Нумарк Красная Волна.
Все наши бренды оборудования имеют несколько единиц, которые определяют их частотную характеристику. Понятия частотного отклика, частотного диапазона, слышимых частот, как частота связана с музыкальными нотами и т. Д.абсолютно необходимы для понимания того, как звуковое оборудование создает, воспроизводит или записывает звук и как этот звук связан с живым звуком, создаваемым певцами и инструменталистами.
Цель этой статьи — не превращать кого-либо в инженера. Скорее, цель этой статьи — дать людям практические знания об основных понятиях звука, о том, как он измеряется, и об общих терминах и фразах, которые мы используем для его описания.
Это очень хорошая информация, потому что она дает вам общее представление о том, как и почему все наши вещи сочетаются друг с другом.
Частотная характеристика важна
Там просто не обойтись. Если вы хотите что-то понять об аудио — как работают динамики и наушники, эффект записи акустики студии, как расположить ваши микрофоны, концепция управления басами / низкочастотные фильтры, что-нибудь об аудио — вы должны понимать частотную характеристику , Это краеугольный камень всего в аудио. Все начинается и заканчивается частотной характеристикой. Усилители, наушники, колонки / мониторы, микрофоны, кассеты на проигрывателях, проигрыватели компакт-дисков и DVD-дисков — все они должны иметь максимально близкую к идеальной частотную характеристику, иначе они просто не будут звучать правильно.Ничто другое не имеет значения, если частотная характеристика не годится. Не могу сделать это более ясным, чем это.
Давайте начнем с основ: звуковые волны в воздухе, которые мы воспринимаем как музыку, речь или шум, измеряются в циклах в секунду, обычно сокращенно как Герц или Гц (в честь немецкого физика конца XIX века Генриха Герца, который сделал важную новаторскую работу в области теории электромагнитных волн).
Люди могут слышать от примерно 20 Гц в низких частотах до примерно 20000 Гц (20 кГц) в высоких частотах.(Что ж, женщины и дети младшего возраста могут слышать так высоко; мужчине средних лет повезло, что он намного больше 13-14 кГц.
Твой дедушка нуждается в слуховом аппарате, потому что его уши подняты на 3 кГц. Вот почему он всегда говорит: « Ага? ») Ваш пес легко достигает 40 тыс., Поэтому« собачьи свистки »не слышны для людей. Летучие мыши летают по ночам с безошибочной точностью, используя свой суперслух в качестве органического «сонара» (они определяют свое местоположение / положение, анализируя отраженные звуковые волны вокруг них). Летучие мыши могут слышать до 80 кГц!
Соотношение между звуковыми частотами и музыкальными октавами составляет 2: 1 (или 1: 2).Поэтому, если люди могут слышать от «20 до 20», как говорится, это диапазон 10 слышимых октав: 20-40 Гц, 40-80, 80-160, 160-320, 320-625 (да, да, мы обманули немного, чтобы цифры выглядели красиво), 625-1250, 1250-2500, 2500-5000, 5000-10k, 10k-20k. Для музыкального сопровождения средняя «С» составляет около 262 Гц. На октаву выше 524 Гц; нижняя октава — 131 Гц.
Почему частотный отклик важен:
Аудиоустройство с хорошим частотным откликом способно правильно воспроизводить все низкие, средние и высокие тона — и в правильной пропорции друг к другу — и это то, что говорит нашим ушам, является ли это устройство высокой четкости с богатым , живой звук.
Чтобы помочь вам понять частотную характеристику, запомните следующее: громкость звука выражается в единицах измерения, называемых децибелами, или дБ (буква «B» пишется с большой буквы в знак признания Александра Грэма Белла и его работы по акустике. Без шуток. ). Затем мы говорим, как на многие децибелы (дБ) оборудование меняется от идеального в указанном диапазоне частот. Обычно считается, что 1 дБ — это наименьшее изменение уровня звукового давления (SPL), которое кто-то постоянно распознает. 3dB — это определенное, но все же относительно тонкое изменение громкости.Шкала дБ логарифмическая (не линейная), поэтому громкость на 10 дБ «вдвое выше».
Так, например, говорят, что динамик или наушники имеют частотную характеристику 40 Гц — 20 кГц
(это диапазон), ± 3 дБ (это изменение). Если производитель указывает частотную характеристику без отклонения ± xdB, ему следует указать «Опасность, Уилл Робинсон!» тревога. Не указано изменение дБ = нет значения вообще. Само по себе выражение «20-20 кГц» ничего не значит, и это подрывает достоверность и достоверность всего, что говорит производитель.
- Частотная характеристика: 20–20 кГц ± 3 дБ = Хорошо. Красиво сделано. Значимая информация.
- Частотная характеристика: 20–20 кГц = фальшивка, наполнитель, что-то, что нужно спрятать, пытаясь быстро вытащить.
Теперь пришло время для другой трудной части:
Частотные характеристики почти всегда отображаются в виде графика. Этот график называется «График частотной характеристики». (Умно, нет?). Вы должны знать, как читать график. Никаких оправданий.Если вы обратили внимание на арифметику 6-го класса мистера Келлехера, отлично. Если нет, то вы сейчас пожалеете.
Посмотрите на рисунок 1. Эта диаграмма показывает, какие частоты примерно соответствуют звукам низких, средних и высоких частот.
Теперь посмотрите на рисунок 2. Черная линия — это динамик или наушники с отличной частотной характеристикой. Кривая частотной характеристики (так называемая, потому что частотная характеристика динамика или наушников будет изгибаться или уменьшаться в области низких и высоких частот) довольно плоская («плоская» — хорошая, потому что это означает, что устройство точное), с никаких серьезных пиков, провалов или других скачков вверх и вниз.Для динамиков, наушников и микрофонов ± 2 или 3 дБ считается очень хорошим. Усилители, CD / DVD-плееры и другие «строго электронные» устройства должны быть не более ± 0,5 или 1 дБ.
В отличие от этого красная линия на рисунке 2 показывает частотную характеристику динамика или наушников с большим пиком в 7 дБ (так называемый, потому что график выглядит как пик горы) в верхнем среднем диапазоне около 6 кГц, что делает его звучащим резким и раздражающим.
На рисунке 3 показано, как выглядят кривые отклика, которые соответствуют различным часто используемым субъективным описаниям.
Для тех из вас, кто уже знает все эти вещи, этот документ дает вам простой способ представить его и научить тому, кто этого не знает.
Для тех из вас, кто еще не знает этого, если вы изучите эту базовую информацию о частотной характеристике, взаимосвязи между частотой и музыкальными нотами и октавами, о том, как люди слышат, и как эти различные звуковые термины выглядят как графики частотной характеристики, Вы будете хорошо на пути к осмысленному пониманию нашего аудиооборудования.
,Основные сведения о наушниках / наушниках
Дата обновления: 05.05.2016 FAQ # 5081
Вопрос:
Пожалуйста, объясните характеристики наушников и наушников.Ответ:
Общее представление о характеристиках наушников / наушников
Хотя один из самых распространенных элементов в аудиосистеме, наушники или наушники могут не всегда работать должным образом. Распространенными проблемами являются искаженный звук, низкий уровень громкости на максимуме или высокий уровень громкости на минимуме.В этом бюллетене будут описаны технические характеристики наушников / наушников, какие из них важны, и как выбрать наушники для аудиосистемы.
Давайте проведем различие между наушниками и наушниками. Наушники состоят из одного или двух преобразователей (обычно миниатюрных динамиков), которые прикреплены к металлическому или пластиковому оголовью. Это оголовье обеспечивает правильное размещение датчиков на ухе; оголовье лежит сверху или за головой. Существует два распространенных типа: открытый и закрытый. У открытого типа есть акустические порты на внешней стороне, которые увеличивают низкие частоты, но имеет обратную сторону, позволяющую фоновому шуму проникать в ухо.Закрытый тип полностью закрывает ухо, тем самым уменьшая фоновый шум. Вторым преимуществом является то, что звук из наушников не будет излучаться наружу. Закрытый режим предпочтительнее для таких приложений, как студийная запись, где шум должен быть сведен к минимуму. Наушники
также являются преобразователями, но без оголовья. Их можно разместить на ушной раковине (ушной вкладыш) или внутри ушного канала. Первые, известные как «вкладыши», обычно относятся к типу «под открытым небом», поскольку маленькие преобразователи не могут генерировать низкие частоты без акустических портов.Последние, известные как наушники-вкладыши, используют пену или другой мягкий материал для удержания наушника в ушном канале, изолируя его от окружающего шума. Формирование акустического уплотнения делает ушной канал частью системы наушников и модифицирует его частотную характеристику. Преимущества в том, что требуется меньшая громкость, а качество звука, как правило, лучше.
Большинство характеристик наушников и наушников показывают фактическое сопротивление и чувствительность. Некоторые другие идут дальше и показывают максимальный уровень отсечки и частотную характеристику.Эти спецификации определяют, как каждое устройство будет работать с аудиосистемой. Со стороны аудиосистемы уместными спецификациями являются выходное сопротивление, выходная мощность и / или уровень ограничения.
Импеданс
Импеданс — это сопротивление потоку тока. Чем выше импеданс, тем меньше будет ток. Импеданс измеряется в Омах, обозначенных греческим знаком Омега (Ω). Наушники и наушники имеют диапазон от 8 до 600 Ом или выше. Аудиоисточник (выход на наушники) также имеет рейтинг импеданса.Для достижения максимальной передачи мощности (вся полезная мощность от источника достигает наушников) импедансы должны совпадать. Тем не менее, это редко так. Когда импедансы не совпадают, происходит потеря напряжения или тока, другими словами, потеря мощности. Эта потеря мощности может быть рассчитана по следующей формуле:
Где
— RS: сопротивление источника (полное сопротивление выхода наушников аудиосистемы)
— RL: полное сопротивление нагрузки (полное сопротивление Наушники или наушники)
Предположим, мы хотим использовать наушники с сопротивлением 110 Ом.При подключении к источнику, который соответствует этому сопротивлению, приведенная выше формула показывает потерю -6,0 дБ. Даже при максимальной передаче мощности происходит потеря. Это называется потерей нагрузки, и избежать ее невозможно. Например, при более высоком импедансе источника, скажем, 600 Ом, потеря мощности составит -8,8 дБ. Это почти на 3 дБ ниже, чем раньше; -3 дБ представляет половину мощности. При более низком импедансе источника, скажем, 16 Ом, потеря мощности составляет –9,5 дБ. Обратите внимание, что потеря нагрузки увеличивается, если полное сопротивление источника выше или ниже точного полного сопротивления наушников.На рисунке # 1 показаны потери мощности для разных наушников с разными импедансами источника.
В большинстве случаев потеря нагрузки не является критичной. Усилитель для наушников, как правило, может выдавать гораздо больше энергии, чем необходимо, таким образом преодолевая эффект непревзойденных импедансов.
 Рисунок № 1. Потеря мощности при разных импедансах источника для разных наушников. |
Чувствительность
Чувствительность — это то, насколько эффективно наушники преобразуют электрический сигнал в акустический сигнал.Чувствительность показывает, насколько громкими будут наушники для данного уровня от источника. 
Это измерение дается в децибелах уровня звукового давления на милливатт или дБ УЗД / мВт. В некоторых случаях он может отображаться как дБ / мВт и основан на входном сигнале 1 мВт. Одна мВт — одна тысячная ватта, или 0,001 ватта. Чувствительность наушников обычно находится в диапазоне от 80 до 125 дБ УЗД / мВт. Вот пример. Чувствительность наушников составляет 122 дБ УЗД / мВт. Это означает, что мощность 1 мВт будет генерировать уровень звукового давления 122 дБ.Этот уровень SPL превышает порог боли и может привести к необратимому повреждению слуха за короткое время. На рисунке № 2 показаны различные уровни в дБ УЗД и времени воздействия до того, как может произойти повреждение слуха. Типичный выход на наушники может обеспечить этот уровень. Обратите внимание, что дБ УЗД не суммируются линейным образом; 2 мВт в наушники не будут генерировать SPL 244 дБ. Удвоение или уменьшение вдвое входной мощности увеличивает или уменьшает SPL на 3 дБ. Входной сигнал в наушниках мощностью 0,5 мВт генерирует уровень звукового давления 119 дБ. Оценка чувствительности не имеет большого значения, пока она не будет согласована с выходными возможностями аудиосистемы.Если система имеет низкий уровень выходного сигнала, использование наушников с низкой чувствительностью приведет к низкому уровню звукового давления. Увеличение уровня усилителя в этой конфигурации приведет к искажению звука из-за ограничения усилителя. С другой стороны, наушники с высокой чувствительностью в сочетании с усилителем для наушников высокой мощности приведут к низкой громкости, что может привести к увеличению шума. Классический случай этой проблемы — подключение пары эффективных наушников к акустической системе самолета. Установка громкости на первой позиции, чуть выше нуля, дает достаточный уровень, но шумит.Увеличение громкости делает его слишком громким для использования. Простой пассивный аттенюатор для наушников решает эту проблему, уменьшая уровень, подаваемый на наушники, позволяя повысить громкость усилителя для наушников до уровня, который производит меньше шума. В следующей таблице показан выходной уровень SPL для разных наушников на разных уровнях источника.
| Входная мощность (мВт) | | | |
| 0,1 | | 95,0 | |
| | | 98,0 | |
| 0.5 | 110,5 | 102,0 | 119,0 |
| 0,8 | 112,5 | 104,0 | 121,0 |
| 1,0 | 113,5 | 105,0 | 122,0 |
| 1,2 | 114.3 | 105,8 | 122,8 |
| 1,5 | 115,3 | 106,8 | 123,8 |
Частотная характеристика
Когда частотная характеристика представлена в виде графика, она указывает на два разных измерения. Во-первых, он показывает диапазон частот, от самой низкой до самой высокой, воспроизводимой наушником.Во-вторых, он показывает относительный выходной уровень наушников на каждой частоте. Частотная характеристика измеряется в герцах (Гц) и охватывает звуковой диапазон от 20 до 20000 Гц. Измерение АЧХ в наушниках — непростая задача. Требуется использование «фиктивной головы». Голова манекена напоминает человеческую голову и имеет измерительный микрофон внутри каждого слухового прохода. Правильное измерение частотной характеристики наушников не вызывает затруднений, так как наушники расположены над заглушками. Измерение наушников — это другое дело.Когда достигается правильное размещение наушников, ушной канал становится частью наушников и влияет на частотную характеристику. Поскольку у каждого человека свой слуховой канал (глубина, диаметр, кривизна и т. Д.), Частотная характеристика будет различной. Фактически, вероятно, что частотная характеристика будет варьироваться между обоими ушами одного и того же человека. Поэтому график частотной характеристики для наушников, созданных с использованием подставки, не является значимым измерением.
Уровень отсечения или максимальный уровень
В характеристиках наушников редко отображается уровень отсечения или максимальный уровень входного сигнала.Тем не менее, аудиоустройство может показывать эту спецификацию для выхода на наушники. В этом случае он укажет уровень, на котором усилитель наушников начинает зажимать, и аудиосигнал становится заметно искаженным. В зависимости от импеданса и чувствительности подключенных наушников это может быть важно. Если чувствительность низкая и / или полное сопротивление наушников значительно отличается от полного сопротивления источника, может потребоваться выход высокого уровня, чтобы компенсировать потерю нагрузки и получить приемлемый уровень звукового давления.Если требуемый уровень выше максимального выходного уровня усилителя наушников, аудиосигнал будет искажен и может привести к повреждению наушников. Использование внешнего усилителя наушников с батарейным питанием может решить эту проблему.
Вложения:
,Похожие записи
