амплитудно-частотная характеристика ⋆ Doctor BASS

Что такое АЧХ

Если совсем просто, то акустическая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) это звучание аудио системы выраженное в графике, где каждой частоте в герцах присвоено или измерено значение громкости в децибелах.

Звук— механическое явление, распространяющееся в виде волн. Источник звука, нашем случае динамик, совершает колебания, от чего в воздухе возникают сгущения и разряжения, которые воспринимает наши ушная перепонка.

Частота звука (Гц/Hz)

Диапазон, в котором слышит человек примерно 20 — 20000 Герц. Например крылья пчелы совершают в секунду около 200 колебаний и мы слышим звук с частотой 200 Гц. Писк комара ещё более высокий, потому что он машет крыльями 500 раз в секунду (500 Гц).

Герцы — количество колебаний в секунду 

Для восприятия звука свыше 20000 Гц наша перепонка не способна двигаться с такой скоростью и поэтому мы ничего не можем услышать выше этой частоты .

Такой звук называется ультразвуком. Ниже 20 Гц наша слуховая система также обработать не может это инфразвук.

Люди излучают звуки посредством голосовых связок, если приложить пальцы к горлу во время разговора, то по чувствуется характерная вибрация. Так сопрано — самый высокий голос и находится примерно между 1050-260 Гц, тенор 520-130 Гц, баритон 400-110 Гц, бас 350 — 80 Гц.

Тут уже не сложно провести аналогии с динамиками и диапазонами их работы на графике АЧХ, так сабвуфер предназначен для частот 20 — 100 герц, миды или среднечастотники 80 — 1500 Герц

, высокочастотные динамики они же твиттеры или попросту пищалки 1500 — 20000 Герц. Разумеется цифры только примерные и всё зависит от конкретной модели динамиков.

Громкость звука (дБ/dB)

Громкость звука это размах его колебаний, измеряется в децибелах. Мы слышим звук примерно от 10 децибел. Так, шёпот — 30 дБ, громкий разговор примерно 60 дБ, гром — 100 дБ, взлетающий реактивный самолет — 140 дБ. Шум свыше 125 децибел может вызывать болезненные ощущения. На соревнованиях по звуковому давлению в автомобиле уровень громкости выходит за пределы 150 децибел.

Надеюсь данная статья пролила свет на то, что такое амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).

Читайте также:

Спасибо что прочли! Если было полезно, поделитесь материалом:Нажмите кнопку, чтобы поделиться материалом:

Обзоры наушников — Personal Audio

Описание данных, представленных в каждом отчете усилителя или ЦАП в базе измерений personalaudio

О измеряемых характеристиках

График амплитудно-частотной характеристики показывает баланс громкости частот. Если мы будем производить синус конкретной частоты и фиксировать уровень сигнала на выходе, то перебрав частоты с 20 Гц по 20 кГц — получим исходный график АЧХ. Как правило, АЧХ усилителей представляет собой прямую, в редких случаях можно наблюдать подъем или спад в конкретной области частот (но такое бывает, например у Dr.Dac nano с повышением уровня низких частот).

У ЦАП график АЧХ представляет собой прямую, но в некоторых случаях можно наблюдать небольшой завал АЧХ в области высоких частот, вызванный аналоговым фильтром от высоких частот, подавляющий альязинг, необходимый для верной работы ЦАП. Иногда завал дает цифровой фильтр при особых настройках.

График АЧХ в RAA получен через воспроизведение и анализ скользящего синуса с последующим получением импульсной характеристики в ARTA. По спектру импульсной характеристики строится график АЧХ. Масштаб графика в RAA аналогичен масштабу графика RMAA для акустических тестов с шагом сетки в 6 дБ и диапазоном в 90 дБ. Разница в 6 дБ эквивалентна двукратному соотношению уровней сигналов.

График полного выходного сопротивления (импеданса) показывает сопротивление усилителя в зависимости от частоты. Шкала сопротивления представлена в логарифмическом масштабе. График получен путем сравнения в RAA двух АЧХ усилителя в абсолютных значениях, снятых на двух различных резистивных нагрузках.

График амплитудно-частотной характеристики и полного выходного сопротивления

На графике обычно отображается АЧХ усилителя и полное выходное сопротивление. Если нет обозначения правого или левого канала, то измерения проводились на левом канале.

График АЧХ строится относительно значения на 1000 Гц, принятого за 0 дБ. График не отображает параметра чувствительности выхода, а дает увидеть неравномерность АЧХ и общий баланс частот.

Особенности

• Хорошо, если график АЧХ представляет собой горизонтальную прямую, без подъемов и провалов , это дает нейтральность звучания
• При низком выходном сопротивлении усилителя будет не значительно менятся АЧХ наушников, при чем чем выше будет сопротивление наушников, тем будет меньше изменений
• Если в области низких частот будет подъем сопротивления у усилителя, то при подключении наушников, область низких частот будет снижена, и чем выше сопротивление будет у наушников, тем меньше будет отклонени е АЧХ
• Для мультибитных ЦАП без оверсемплинга является нормальным, если в области высоких частот наблюдается небольшой спад — это работа аналогового фильтра.

Таблица параметров Амплитудно-частотной характеристики и импеданса усилителя или ЦАП

Неравномерность АЧХ в диапазоне 40 Гц 15 кГц, дБ

-0,21, +0,03

Неравномерность АЧХ в диапазоне 40 Гц 15 кГц, дБ показывает максимальное отклонение между минимальным и максимальным значением в указанном диапазоне частот относительно 0 дБ для 1000 Гц. Чем ниже отклонение, тем лучше.

Полное выходное сопротивление среднее в диапазоне 40 Гц 15 кГц, Ом

114,4

Полное выходное сопротивление среднее в диапазоне 40 Гц 15 кГц, Ом показывает среднюю величину сопротивления на выходе усилителя или ЦАП в указанном диапазоне частот.

Максимальное сопротивление в диапазоне 40 Гц 15кГц на 40,4 Гц, Ом

123,9

Максимальное сопротивление в диапазоне 40 Гц 15кГц на 40,4 Гц, Ом — показывает максимальную величину сопротивления на выходе усилителя или ЦАП на указанной частоте.

Минимальное сопротивление в диапазоне 40 Гц 15кГц на 14899,8 Гц, Ом

113,0

Минимальное сопротивление в диапазоне 40 Гц 15кГц на 14899,8 Гц, Ом— показывает минимальную величину сопротивления на выходе усилителя или ЦАП на указанной частоте.

Дополнительно в статьях

26 вопросов и ответов. Теория электрических цепей. Курс лекций

При переходе от преобразования Фурье к z-преобразованию была сделана замена

.

Для перехода от передаточной функции к частотной характеристике необходимо произвести обратную замену

.

Обычно вводят в рассмотрение нормированную частоту W = f × T = . С учетом этого формула (24) примет вид:

(26)

Из (26) легко получить амплитудно-частотную и фазо-частот­ную характеристики дискретной цепи. В частности, амплитудно-частот­ная характеристика будет представлена выражением

(27)

Пример 17.1. Рассмотрим цифровой фильтр Баттерворта нижних частот, приведенный на рис. 49,б и описываемый передаточной функцией (25). Подстановка в (25) дает

.

На рис. 50 изображен график АЧХ этого фильтра. Как и следовало ожидать, амплитудно-частотная характеристика дискрет­ной цепи является периодической функцией (так как есть преобразование Фурье от дискретной импульсной реакции). Ее период равен или . Поэтому она используется в диапазоне частот от 0 до (или до W = 0,5).

Пример 17.2. Найдем частотную характеристику цифрового фильтра с импульсной характеристикой = {1,5; 1; 0,5}.

Рис. 50

Запишем передаточную функцию цифрового фильтра, воспользовавшись формулой . Получим передаточную функцию нерекурсивного фильтра.

Найдем АЧХ этого фильтра, подставляя в формулу (27) значения коэффициентов усиления ; ; ,

График АЧХ изображен на рис. 51.

Пример 17.3. Изменим коэффициенты усиления в предыдущем примере. Выберем , . Вновь найдем выражение и построим график его амплитудно-частотной характеристики.

Заменим в формуле для , полученной в Примере 17.2, значения коэффициентов , и . Получим

.

График АЧХ изображен на рис. 52. Из графика видно, что нерекурсивная цепь с такими значениями коэффициентов усиления — это режекторный фильтр.

Сопоставляя результаты расчета и графики, приведенные в Примерах 17.2 и 17.3, можно сделать важный вывод. Одним из основных преимуществ цифровых фильтров является простота их перестройки. Для получения фильтров разного функционального назначения достаточно изменить коэффициенты усиления.

Рис. 51

Рис. 52

Самоконтроль

1. Как перейти от передаточной функции к частотной характеристике?

2. Как определить амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики дискретной цепи?

3. Запишите выражение для амплитудно-частотной характеристики цепи, разностное уравнение которой имеет вид .

Идеальная АЧХ наушников (FAQ) – Ровная АЧХ наушников – Ideal HeadPhone Frequency Response

Эта статья взята с сайта PersonalAudio

Сюда запостил для ролика про Apple AirPods 2, чтобы не искать постоянно ))

Ролик: https://www.youtube.com/watch?v=nQ1SRf0-118

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. 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 у 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.

Please follow and like us:

Поделиться ссылкой:

Похожее

Mathcad Application Server Demo

Построение амплитудно-частотной характеристики
колебательного звена и оценка резонансной частоты

Ресурс позволяет строить АЧХ М(w) простейшего колебательного звена при различных значениях его параметров (T > 0, 0 < z < 1) и анализировать их
влияние на специфику кривой М(w).
Оценка резонансной частоты w_r динамического звена
(или системы) в общем случае — задача нетривиальная.
Ее решение может быть достигнуто прямым
определением максимума М(w). Для рассматриваемого звена оценкой w_r может служить значение модуля
мнимой части корня полинома знаменателя п.ф. W(р), однако эта оценка близка к истине только при малых значениях параметра z. В данном ресурсе предлагается формула (выделена в файле розовым цветом), позволяющая более точно оценивать значение w_r без решения экстремальной задачи.

Передаточная функция звена

Задайте параметры звена
T > 0, 0 < z < 1

при (Note = !!!) заданное значение z не соответствует ограничению 0 < z < 1

w(w) — результат подстановки p = iw в выражении для W(p)

АЧХ

q — модуль мнимой части полюса
передаточной функции W(p)

w_r — оценка резонансной частоты

График амплитудно-частотной характеристики
с маркером — оценкой значения резонансной частоты w_r

Автор: Ивановский Р.И.
СПбГПУ, июль 2009

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Спектр сигнала.

При обсуждении переменного тока в одной из предыдущих статей (ссылка) мы познакомились с понятием гармонической (синусоидальной) функции. А бывают ли негармонические функции и сигналы и как с ними работать? В этом нам и предстоит сегодня разобраться 🙂 Кроме того, мы рассмотрим важнейшее понятие – амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) сигналов.

Гармонические и негармонические сигналы.

И для начала давайте чуть подробнее разберемся, как же классифицируются сигналы. В первую очередь нас интересуют гармонические сигналы. Их форма повторяется через определенный интервал времени T, называемый периодом. Периодические сигналы в свою очередь делятся на два больших класса – гармонические и негармонические. Гармонический сигнал – это сигнал, который можно описать следующей функцией:

y = A cos(wt + \phi)

Здесь A – амплитуда сигнала, w – циклическая частота, а \phi – начальная фаза. Вы спросите – а как же синус? Разве синусоидальный сигнал не является гармоническим? Конечно, является, дело в том, что sin\alpha = cos(\frac{\pi}{2}\medspace-\medspace \alpha) – то есть сигналы отличаются начальной фазой, соответственно, синусоидальный сигнал не противоречит определению, которое мы дали для гармонических колебаний 🙂

Вторым подклассом периодических сигналов являются негармонические колебания. Вот пример негармонического сигнала:

Как видите, несмотря на “нестандартную” форму, сигнал остается периодическим, то есть его форма повторяется через интервал времени, равный периоду.

Для работы с такими сигналами и их исследования существует определенная методика, которая заключается в разложении сигнала в ряд Фурье. Суть методики состоит в том, что негармонический периодический сигнал (при выполнении определенных условий) можно представить в виде суммы гармонических колебаний с определенными амплитудами, частотами и начальными фазами. Важным нюансом является то, что все гармонические колебания, которые участвуют в суммировании, должны иметь частоты, кратные частоте исходного негармонического сигнала. Возможно это пока не совсем понятно, так что давайте рассмотрим практический пример и разберемся чуть подробнее 🙂 Для примера используем сигнал, который изображен на рисунке чуть выше. Его можно представить следующим образом:

u(t) = u_1(t) + u_2(t) = 2 sin(t) + 1.5 sin(2t)

Давайте изобразим все эти сигналы на одном графике:

Функции u_1(t), u_2(t) называют гармониками сигнала, а ту из них, период которой равен периоду негармонического сигнала, называют первой или основной гармоникой. В данном случае первой гармоникой является функция u_1(t) (ее частота равна частоте исследуемого негармонического сигнала, соответственно, равны и их периоды). А функция u_2(t) = 1.5 sin(2t) представляет из себя ни что иное как вторую гармонику сигнала (ее частота в два раза больше).{\infty}{U_{k}\thinspace sin(\thinspace kwt + \phi_k\thinspace )}

В этой формуле U_k – амплитуда, а \phi_k – начальная фаза k-ой гармоники. Как мы уже упомянули чуть ранее, частоты всех гармоник кратны частоте первой гармоники, собственно, это мы и видим в этой формуле 🙂 U_0 – это нулевая гармоника, ее частота равна 0, она равна среднему значению функции за период. Почему среднему? Смотрите – среднее значения функции синуса за период равно 0, а значит при усреднении в этой формуле все слагаемые, кроме U_0 будут равны 0.

Амплитудный спектр сигнала.

Совокупность всех гармонических составляющих негармонического сигнала называют спектром этого сигнала. Различают фазовый и амплитудный спектр сигнала:

• фазовый спектр сигнала – совокупность начальных фаз всех гармоник
• амплитудный спектр сигнала – амплитуды всех гармоник, из которых складывается негармонический сигнал

Давайте рассмотрим амплитудный спектр поподробнее. Для визуального изображения спектра используют диаграммы, представляющие из себя набор вертикальных линий определенной длины (длина зависит от амплитуды сигналов). На горизонтальной оси диаграммы откладываются частоты гармоник:

По горизонтальной оси могут откладываться как частоты в Гц, так и просто номера гармоник, как в данном случае. А по вертикальной оси – амплитуды гармоник, тут все понятно. Давайте построим амплитудный спектр сигнала для негармонического колебания, которое мы рассматривали в качестве примера в самом начале статьи. Напоминаю, что его разложение в ряд Фурье выглядит следующим образом:

u(t) = u_1(t) + u_2(t) = 2 sin(t) + 1.5 sin(2t)

У нас есть две гармоники, амплитуды которых равны, соответственно, 2 и 1.5. Поэтому на диаграмме две линии, длины которых соответствуют амплитудам гармонических колебаний. Фазовый спектр сигнала строится аналогично, за той лишь разницей, что используются начальные фазы гармоник, а не амплитуды.

Итак, с построением и анализом амплитудного спектра сигнала мы разобрались! Давайте перейдем к следующей теме сегодняшней статьи – к понятию амплитудно-частотной характеристики.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).

АЧХ является важнейшей характеристикой многих цепей и устройств – фильтров, усилителей звука и т. д. Даже простые наушники имеют свою собственную амплитудно-частотную характеристику. Что же она показывает?

АЧХ – это зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты входного сигнала. Как мы выяснили в первой части статьи, негармонический периодический сигнал можно разложить в ряд Фурье. Но нас сейчас интересует, в первую очередь, аудио-сигнал, и выглядит он следующим образом:

Как видите, ни о какой периодичности здесь не идет и речи! Но, к счастью, существуют специальные алгоритмы, которые позволяют представить звуковой сигнал в виде спектра входящих в него частот. Мы сейчас не будем подробно разбирать эти алгоритмы, это тема для отдельной статьи 🙂 Просто примем тот факт, что они позволяют нам осуществить такое преобразование с аудио-сигналом.

Соответственно, мы можем построить диаграмму амплитудного спектра звукового сигнала. А пройдя через какую-либо цепь (к примеру, через наушники при воспроизведении звука) сигнал будет изменен. Так вот амплитудно-частотная характеристика как раз и показывает, какие изменения будет претерпевать входной сигнал при прохождении через ту или иную цепь. Давайте обсудим этот момент чуть поподробнее…

Итак, на входе мы имеем ряд гармоник. Амплитудная-частотная характеристика показывает, как изменится амплитуда той или иной гармоники при прохождении через цепь. Рассмотрим пример АЧХ:

Разберемся поэтапно, что же тут изображено… Начнем с осей графика АЧХ. По оси y мы откладываем величину выходного напряжения (или коэффициента усиления, как на данном рисунке). Коэффициент усиления мы откладываем в дБ, соответственно величина, равная 0 дБ, соответствует усилению в 1 раз, то есть амплитуда сигнала остается неизменной.

По оси x откладываются частоты входного сигнала. Таким образом, в рассматриваемом случае для всех гармоник, частоты которых лежат в интервале от 100 до 10000 Гц, амплитуда не изменится. А сигналы всех остальных гармоник будут ослаблены.

На графике отдельно отмечены частоты f_1 и f_2. Их отличительной особенностью является то, что сигнал гармоник данных частот будет ослаблен в 1.41 раза (3 дБ) по напряжению. Это соответствует уменьшению по мощности в 2 раза . Полосу частот между f_1 и f_2 называют полосой пропускания. Получается следующая ситуация – сигналы всех гармоник, частоты которых лежат в пределах полосы пропускания устройства/цепи будут ослаблены менее, чем в 2 раза по мощности.

Практические примеры АЧХ аудио-устройств.

Частотный диапазон аудио-устройств обычно разбивают на низкие, средние и высокие частоты. Приблизительно это выглядит так:

• 20 Гц – 160 Гц – область низких частот
• 160 Гц – 1.28 КГц – область средних частот
• 1.28 КГц – 20.5 КГц – область высоких частот

Именно такую терминологию обычно можно встретить в разных программах-эквалайзерах, используемых для настройки звука. Теперь вы знаете, что красивые графики из таких программ являются именно амплитудно-частотными характеристиками, с которыми мы познакомились в сегодняшней статье 🙂

В завершении статьи посмотрим на пару АЧХ, полученных в программном эквалайзере:

Здесь мы можем видеть амплитудно-частотную характеристику усилителя. Причем усилены будут преимущественно средние частоты диапазона.

А здесь ситуация совсем другая – низкие и верхние частоты усиливаются, а в области средних частот для гармоник с частотой 500 Гц мы наблюдаем значительное ослабление.

А здесь усиливаются только низкие частоты. Аудио-аппаратура с такой АЧХ будет обладать высоким уровнем басов 🙂

На этом мы заканчиваем нашу сегодняшнюю статью… Спасибо за внимание и ждем вас на нашем сайте снова!

Измеряем АЧХ грамотно и осмысленно.

Существует стандарт замера АЧХ акустических систем. В этом стандарте измерительный микрофон устанавливается на расстоянии 1м. На оси твиттера. Почему с одного метра? А почему бы и нет. Цифра же ровная. Скажите спасибо, что мы используем метрическую систему.

Почему на оси твиттера… Иначе привязать стандарт больше не к чему.

Стандарт подразумевает замер АЧХ под углами 30 и 60 градусов по горизонтали, на оси твиттера. Теоретически это вроде как бы, должно показывать, как будет себя вести АЧХ при перемещении слушателя в пространстве комнаты. Но в реальной ситуации, когда слушатель перемещается в пространстве все эти замеры не имеют особого смысла.

При перемещении слушателя даже на небольшое расстояние от центра, проходят несколько событий. Действительность гораздо более многогранна, чем одна АС на расстоянии 1 метра на оси твиттера.

Более типична ситуация, когда расположение ушей слушателей находится выше или ниже оси твиттеров. Но замеров АЧХ при смещении оси твиттеров вверх и низ не делают. Так как подобные замеры  покажут катастрофическое искажения АЧХ почти у любой акустики. Вплоть до уровней +-20Дб.

Конечно удобно замерять АЧХ одной АС. Но акустических систем обычно две. И АЧХ двух АС сильно отличается от АЧХ одной. Так расстояния от правой и левой АС и ушами слушателя не бывает одинаковым. А уже на частоте 3 кГц разница в расстоянии от левой и правой АС всего в 11 см. приводит к противофазности звучания каналов на высоких частотах.

Кардинально меняется угол входа звуковых волн в ушную раковину. Вы можете самостоятельно проделать простейший эксперимент. Взять легкую колонку и послушать ее звучание при различном угле относительно вашей ушной раковины. Покрутив ее вокруг уха и головы. Этот опыт вам сразу покажет, что наилучшая фокусировка звуковых волн происходит под углом около 15 градусов. А совсем не по правилам равнобедренного треугольника.

Человек слышит в основном вперед, а не в сторону. Причем разница в звучании (АЧХ) от угла входа звуковых волн в ушную раковину будет радикальной. На слух, АЧХ от различного угла входа в ушную раковину меняется на значения порядка +-20Дб. И ни кто не знает, каким должен быть “правильным” этот угол входа в ушную раковину.

Замеры отдельных динамических головок, и их АЧХ с одного метра, на оси динамика имеют огромный смысл. Таким образом понятно, какие характеристики этот динамик имеет. И как его лучше использовать. В случаи когда производятся замеры готовых акустических систем, измеряют, то что удобно измерять. С целью дальнейшей публикации красивых графиков в рекламных материалах. Ни каких выводов и смыслов из этих графиков получить нельзя.

Предлагаем вам использовать практически работающую технологию замера АЧХ. Ее повсеместно используют в профессиональной деятельности, в концертной практике, для отстройки звучания акустики в различных помещениях.

В реальной жизни не важно, какая у одной колонки АЧХ на расстоянии 1 м. на оси твиттера. Так как в реальной жизненной практике так не бывает, – ни кто не слушает одну колонку с расстояния в 1м.

Важно другое. Как акустическая пара формирует общую картину АЧХ в 3D пространстве.

Для этой цели удобна программа – Анализатор аудио спектра TrueRTA.  Но может быть любая другая программа анализатор спектра с большой разрядность (1/24 октавной полосы).

Проще всего использовать ее на ноутбуке. Но имейте ввиду, что процессора уровня Atom ей будет недостаточно, для того, что бы считать в реальном времени 1/24 октавной полосы. Желателен процессор хотя бы уровня нижнего i3. При наличии длинного микрофонного кабеля, в домашних условиях пойдет и ПК. Менее удобно, но вполне работать можно.

Потребуется измерительный микрофон и источник фантомного питания для него. Так как все измерительные микрофоны конденсаторного типа. И требуют для своей работы питания.

Фантомное питание есть в большинстве нормальных звуковых карт. И как правило, звуковая карта с фантомным питанием стоит так же, как и без фантомного питания. Даже если вам сейчас не нужно мерить АЧХ, – покупайте карточку с фантомным питанием. Возможно через пять лет оно вам пригодиться. Про звуковые карты можно почитать – Звуковые карты usb, полный обзор.

Nady-CM-100

Behringer-ECM8000

При этом эти микрофоны можно использовать как обычные качественные микрофоны для записи чего угодно. Это не есть выброшенные одноразово деньги. Они как микрофоны вполне себе приличные. Лично записал несколько сотен часов закадрового текста для ТВ программ. Они лучше чем топовые петличные микрофоны класса Сони-Синхайзер под $500 (у них диафрагма больше).

Производитель прикладывает график АЧХ микрофонов:

ECM8000 ачх

В большинстве случаев этот график АЧХ будет иметь очень близкое соответствие. В измерительных микрофонах очень модно использовать капсюли WM-60A Panasonic.

WM-60A Datasheet – Panasonic

Стоят эти капсюли WM-60A в большой партии порядка 1 доллара.

Капсюль 61A, микрофон

Продают их китайцы по цене порядка 15 долларов – ссылка.

Производить микрофоны с ровной АЧХ, в современном мире, приблизительно так же сложно, как делать столы с ровной столешницей.

Для контроля анормальности АЧХ можно посмотреть, что он показывает на паре известных вам мониторов. Либо сравнить его с другим микрофоном, с известной АЧХ.

Все очень просто. Программа генерирует розовый шум. Акустика его воспроизводит. Перемещая измерительный микрофон мы смотрим, в реальном времени, общую картину АЧХ в пространстве. Получается очень быстро. И очень информативно.

За пару минут можно отсканировать все. Любые углы. Любые расстояния. Пройти всю комнату.

Измерять же АЧХ смартфоном, используя микрофон самого смартфона, занятие абсолютно бестолковое. Ничего вы не замерите, – даже приблизительно понять какая АЧХ не получится. Не тратьте на это время.

Существуют приблуды для смартфонов. Например для iPhone (не всех версий!) есть SA-4100i. Но это мы не рекомендуем. Будет менее удобно и как это всегда у смартфонов, – все сильно упрошено и опошлено.

SA-4100i, для iPhone

Мы нашли дивайс для замера не только АЧХ, но и АЧХ наушников Dayton Audio iMM-6. То же под iPhone:

Если кто знает подобные устройства под андроид – напишите в коментах.

Следует понимать, что не следует ставить себя задачу свести акустику с идеальной АЧХ.

Ровная, красивая АЧХ получиться только в том случаи, когда на НЧ/СЧ динамике будет стоять “жесткий” фильтр в районе 2.5 кГц, или еще ниже.

И ровная эта АЧХ будет только в самом их ближнем поле. После того как вы походите с микрофоном по комнате, и увидите реальную АЧХ в пространстве комнаты, желание прибывать или убавить 2Дб в каком то месте у вас сразу исчезнет. К примеру, вы сразу обнаружите, что ВЧ на расстоянии одного метра вполне достаточно. Но если мерить эти ВЧ уже с расстояния 2-3 метра, – они по дороге куда-то сильно деваются.

“Жесткий” фильтр в районе 1.5-2.5 кГц задает специфический “характер звучания” акустики. Его можно охарактеризовать, как типичный “новодел” или “мониторное” звучание. Годится слушать скрипки и аудиофильский джаз и прочею Реббеку Пупкину. А слушать музыку будет на этой акустике не особо приятно.

АЧХ конечно должна пребывать в неких рамках. На практике даже меньших чем чем это декларирует стандарт DIN (+-3Дб).

Воспринимаемое людьми качество не имеет прямой зависимости от ровности АЧХ.

Если вы сталкиваетесь с АС у которой АЧХ имеет идеальную форму близкую к линии, вероятность того что на этой акустике будет приятно слушать музыку (не демо фонограммы) будет стремится к нулю.

80 полосный цифровой эквалайзер, которым можно сделать идеально-плоскую АЧХ, не поднимает класс акустических систем.

Если вам требуется точно померить АЧХ…  Увидеть, как она выглядит во всех нюансах, то рекомендуем программу:

Arta Software

От всех других аналогичных программ ее отделяет интуитивно понятный интерфейс при огромном функционале возможностей.

Последняя версия программы доступна на сайте разработчиков. Ниже, в разделе приложение, мы даем ее полное описание и методику работы с программой Arta Software. Программа вроде платная. Но это мало кого останавливает, так как, кто ищет тот всегда найдет.

Измерять АЧХ можно самым простейшим образом. Тупо послал сигнал на усилитель-динамик и замерил микрофоном результат:

АЧХ почти сразу можно увидеть в таком виде:

Помимо этого программа позволяет замерять всякие другие разные полезности. Кто желает глубоко погрузиться в тему, – изучайте приложение. Но имейте ввиду, в бытовой, слушательской практике, такие точные измерения не несут ни какого смысла. А вот для разработчиков аудиосистем программа Arta Software очень весьма полезная и даже необходимая.

Ниже мы приводим полное руководство по работе с программой Arta Software.

 

Рекомендуем для прочтения:

“Характер звучания” акустики

Почему в акустике не работает принцип “ксерокса”

Приложение.   (TrueRTA и Arta Software)

 Описание TrueRTA.

Анализатор аудио спектра TrueRTA, работает в режиме реального времени, отлично подходит для настройки амплитудно-частотных характеристик акустических систем в различных помещениях и залах. Программное обеспечение включает в себя целый набор инструментов, в частности, спектральный анализатор реального времени (Real Time Analyzer), двойной осциллограф, генератор сигналов, цифровой измеритель уровня и коэффициента амплитуды сигнала или крест-фактора. Интерфейс приложения крайне прост и удобен, все настройки могут быть развернуты в виде панелей на основном рабочем окне.

Программное обеспечение предоставляет возможность самостоятельно настраивать масштабы, параметры и диапазоны звуковых измерений, проводит обработку и усреднение входных данных, имеет функцию фиксации пиков. Сигнал на экране осциллографа может быть остановлен в любой момент времени и прокручен в разные стороны. Также предлагается пять различных цветовых схем для графической области окна.

Полученные с помощью TrueRTA измерения позволяют детально и «на лету» оценить акустику, определить нелинейные искажения, проверить правильность расчетов разделительных фильтров. Максимальное разрешение достигает 1/24 октавной полосы. Программа позволяет выявить не только спектральный состав гармоник, но и просчитать коэффициент нелинейных искажений для каждой из них. Расчет уровня гармоник в приложении необходимо проводить вручную.

Кроме того программа TrueRTA может генерировать аудио сигналы любой частоты (в пределах от 1 до 22000 Гц) и амплитуды. Приложение позволяет проводить замеры белым шумом, розовым шумом (стандартным для акустических измерений) или синусоидальным сигналом. Результаты измерений можно распечатать или сохранить в ячейках памяти, а затем сравнить между собой. Последние версии софта имеют возможность определять импульсные характеристики звуковых сигналов.

Описание Arta Software.

Проверка измерительного тракта.

Перед началом непосредственно измерений необходимо удостовериться, что используемый измерительный тракт обладает достаточной линейностью. Для этого производится подключение оборудования по схеме.

 

Запускаем Arta. Откроется окно, называемое окном импульсной характеристики (Impulse Response).

Стандартный темный интерфейс можно поменять на светлый с помощью функции меню Edit – B/W background color. Также я изменяю стандартную цветовую гамму через меню Edit – Colors and grid style.

Первым делом производится настройка программы. Для этого переходим в меню Setup – Audio devices.

В полях Input Device и Output Device указывается используемая звуковая карта. В поле WaveFormat выбирается разрядность цифровых данных, с которыми будет работать звуковая карта. Разработчики Arta Software рекомендуют использовать 24 или 32 bit, но только в том случае, если используемая звуковая карта является высококачественной. Мотивируют это справедливо – далеко не все звуковые карты, предназначенные для работы с разрядностью данных 24 bit, обладают линейностью на уровне хотя бы 16 bit. Также возможно появление сообщения об ошибке при запуске измерений, если звуковая карта не поддерживает указанную в поле WaveFormat разрядность. При выборе 24 либо 32 bit автоматически устанавливается галочка Extensible. Снимать ее не нужно, иначе при запуске измерений программа выдаст ошибку. Все остальные поля предназначены для работы с калиброванным измерительным комплексом, поэтому я их пропускаю. Выполняем установки и нажимаем ОК.

Переходим в меню Setup – Calibrate devices

Это меню предназначено для калибровки измерительного комплекса. Нас интересует только раздел Soundcard full scale output (mV). Здесь нажимаем кнопку Generate sinus (400Hz) и устанавливаем на выходе усилителя необходимое для теста напряжение. Никаких критических требований к величине этого напряжения нет, просто устанавливается не большая и не маленькая величина. Я установил по вольтметру 0.7041 v. Обратите внимание, что в поле Output level установлено значение -3 dB. После установки нажимаем повторно кнопку (теперь уже с надписью Stop Generator) и закрываем окно.

Переходим в меню Setup – Analysis parameters

Здесь все установки нам подходят, за исключением FFT length. Это значение необходимо изменить на 16384. Именно такое, поскольку в дальнейшем при измерениях я буду использовать количество сэмплов тестового сигнала – 16384. Когда потребуется сменить (при измерениях зависимости нелинейных искажений от частоты), я об этом упомяну. Вообще, желательно, чтобы размер FFT всегда совпадал с количеством сэмплов тестового сигнала.

Переходим в меню Record – Impulse response/Signal time record (6). Выбираем вкладку Periodic Noise, если она не выбрана.

Здесь, в поле Sequence length (количество сэмплов на период тестового сигнала), устанавливаем значение 16k (16384). При использовании частоты дискретизации 96 kHz, период составляет 16384/96000 = 170.67 ms, что в 3.4 раза больше значения, необходимого для измерения нижней границы звукового диапазона – 20 Гц. Увеличивать период, значит не только расширение полосы частот вниз, но и увеличение разрешения по частоте. При акустических измерениях платой за это выступает насыщение измеренного сигнала поздними отражениями помещения. На остальных полях сейчас не буду заострять внимание, вернемся к ним позже, при непосредственно акустических измерениях. Пока производим установку параметров согласно изображению и нажимаем кнопку Generate. Внизу, на индикаторе уровня, отобразятся уровни входных сигналов. С помощью доступных регулировок чувствительности устанавливаем значения в диапазоне -20…-10 dB, после чего отключаем генерацию повторным нажатием кнопки. Теперь нажимаем кнопку Record. После завершения измерений окно закроется автоматически.

Если все прошло успешно, в окне импульсной характеристики должен наблюдаться импульсный отклик системы.

Для работы с окном импульсной характеристики в Arta используются курсор и маркер. Курсор устанавливается левой кнопкой мыши и определяет начало временнОго окна. Маркер устанавливается и удаляется правой кнопкой мыши и определяет конец временного окна. ВременнАя разница между положениями курсора и маркера – это окно измерений (Gate). Из информации, что находится внутри этого окна, производится расчет графиков АЧХ, ФЧХ, ГВЗ, кумулятивного спектра и графика распада. Остальные графики отображают результаты измерений на основе полного периода тестового сигнала. Внизу окна Impulse Response отображена позиция курсора, ей соответствует 0 ms, 0 сэмплов. В данном случае эта позиция и требуется. Для вычисления фазовой характеристики необходимо установить значение задержки от положения курсора до максимума импульса. С помощью расположенных справа кнопок Gain, Zoom и Scroll устанавливаем вид импульса так, чтобы были видны позиции сэмплов, после чего устанавливаем маркер в центр импульса и нажимаем на панели инструментов кнопку Get. В поле Delay for phase estimation (ms) должно отобразиться значение задержки.

С помощью кнопки Zoom делаем видимым все окно измерений (170 ms) и устанавливаем маркер в самом его конце. У меня длина окна измерений (Gate) соответствует 170.469 ms (16365 сэмплов). Теперь можно просмотреть результаты измерений. Сейчас нас интересует только линейность АЧХ и ФЧХ, поэтому нажимаем на панели инструментов кнопку с буквами FR (либо через меню выбираем Analysis – Single-gated smoothed Frequency response/Spectrum).  Откроется окно Smoothed frequency response.

Слева внизу расположены четыре кнопки, – Mag, M+P, Ph и Gd. Они отвечает за отображение графиков соответственно АЧХ, АЧХ+ФЧХ, ФЧХ и ГВЗ. Справа на панели, в поле Smoothing, можно выбрать сглаживание графика. Левой кнопкой мыши на графике производится установка курсора, а правой – открываются свойства графика. Более подробно к этому, а также к ряду других возможностей, я вернусь позже. Сейчас же результат получен, и можно видеть полную пригодность измерительного тракта для проведения измерений импеданса и акустических измерений.

Пока есть результат измерений, можно самостоятельно ознакомиться с меню программы и просмотреть, как выглядят графики для системы, идеальной относительно динамиков. Например, переходная характеристика. Программа не умеет отправлять на принтер результаты измерений и не умеет экспортировать их в графический формат, но позволяет перенести в буфер обмена. Для этого в каждом окне доступна кнопка Copy (либо через меню Edit – Copy). Посленажатия откроется окно Copy to Clipboard.

В текстовом поле можно написать любые комментарий к графику, а в поле Choose bitmap size выбрать из списка размер изображения. Галочка Add filename and date добавляет к графику имя файла импульсной характеристики и текущую дату. Для примера, результат показан ниже.

Для проведения акустических измерений возможно использовать одно или двухканальную схемы:

Рекомендуется работать с двухканальной схемой измерений, но в случае использования встроенного в звуковую карту предварительного усилителя для микрофона, подключенного к входу Line In, использовать двухканальную схему не получится.

Одноканальный же метод обладает недостатком – в Arta не определена опорная позиция курсора. Некоторое время я вынужден был использовать одноканальную схему измерений, поэтому пришлось искать метод определения этой позиции. Такой метод был найден. Возможно, он не самый лучший и не самый правильный, но другого метода найти не удалось. Детально об этом расскажу чуть позже. Сейчас же подключаем оборудование в соответствии с выбранной схемой измерений и располагаем перед измеряемым динамиком стойку с микрофоном. Для комплексных измерений динамиков для будущей акустической системы расстояние до микрофона следует выставлять одинаковым и в процессе измерений не производить изменение выходного напряжения усилителя.

Для измерений АС в дальнем поле, чтобы упростить процедуру установки микрофона строго на оси ВЧ излучателя, рекомендую использовать лазерную указку. По ходу написания материала я буду проводить измерение в ближнем поле (расстояние между микрофоном и динамиком составляет приблизительно 20 см) широкополосного динамика 4А28 без акустического оформления. Почему я не указываю точного значения напряжения на выходе усилителя и не придерживаюсь строгого расстояния между динамиком и микрофоном. Все просто. Для измерения абсолютных величин звукового давления требуется либо калиброванный измерительный микрофон, либо самостоятельное выполнение процедуры калибровки по динамику, на который есть результаты измерений, полученные с помощью калиброванного измерительного комплекса. Использовать как эталон значение чувствительности динамика, рассчитанное вместе с остальными параметрами Тиля-Смолла, нельзя. Это значение имеет слишком мало общего с реальной чувствительностью динамика, и тем более с его АЧХ. Придерживаться конкретной величины напряжения, подводимого к динамику, следует в том случае, когда проводится измерение зависимости нелинейных искажений от частоты.

Запускаем Arta. Откроется уже знакомое окно импульсной характеристики. Проверяем и при необходимости корректируем установки в меню Setup – Audio devices. С помощью генератора синусоидального сигнала 400 Hz, доступного через меню Setup – Calibrate devices, производим установку требуемого напряжения на выходе усилителя. Проверяем установки в меню Setup – Analysis parameters. Переходим в меню Record – Impulse response/Signal time record, открываем вкладку Periodic Noise. Это меню частично уже знакомо. В поле Sequence length производится установка количества сэмплов на период тестового сигнала, в поле Sampling rate (Hz) – частота дискретизации (Fs). В поле Noise spectrum выбирается тип периодического шумового сигнала: White (белый), Pink (розовый) и Speech (речевой). В поле Output volume устанавливается уровень тестового сигнала. Поле Pink cutoff (Hz) изменяет частоту среза при использовании розового шума. Справа, в поле Prefered input выбирается измерительный канал. В данном случае это канал, к которому подключен микрофон. В обеих схемах измерения (Figure 27 и Figure 28) в качестве измерительного используется левый (Left) канал. Установка галочки Dual channel measurement mode задействует двухканальный метод измерений. Галочка Invert phase of input channel служит для изменения фазы входного сигнала на 180 градусов. Это требуется, если подключение измеряемого динамика произведено с обратной полярностью.

В поле Number of averages указывается количество измерений, из которых методом усреднения будет рассчитана импульсная характеристика. При акустических измерениях рекомендую устанавливать число измерений не менее 10. Это хорошо помогает снизить погрешность измерений за счет меньшей чувствительности к посторонним случайным шумам. Галочка Frequency domain 2Ch averaging отвечает за дополнительное усреднение при двухканальном методе измерений, а галочка Filter dual channel impulse response – за фильтрацию в области частот Fs/2. На вкладке Sweep (свип-тон) окна Impulse response measurement галочка Log-frequency sweep позволяет выбрать изменение тона тестового сигнала по линейному или логарифмическому закону, а галочка Generate voice activation включает генерирование короткой тональной посылки перед тестовым сигналом. Галочка Center peak of impulse response недоступна при двухканальных измерениях. Она отвечает за положение импульса точно посередине периода тестового сигнала. Это требуется при измерениях зависимости нелинейных искажений от частоты. Установка галочки Close after recording, доступной при открытии любой вкладки, обеспечит закрытие окна Impulse response measurement по завершении процесса измерений.

Поскольку при двухканальных измерениях есть возможность автоматического расчета величины задержки, начнем с одноканального метода измерений. Какие действия необходимо произвести при двухканальных измерениях, – чуть позже.

Переходим на вкладку Periodic Noise меню Impulse response measurement и выполняем требуемые установки. Пример (29):

29

Включаем генератор шума нажатием кнопки Generate и регулировкой чувствительности устанавливаем уровень входного сигнала в диапазоне -20…-10 dB. Напоминаю, что используется только левый канал, к которому подключен микрофон. По завершению установки выключаем генератор повторным нажатием кнопки Generate. Теперь запускаем измерения нажатием кнопки Record. После завершения процесса измерений возвращаемся в окно импульсной характеристики (автоматически, либо самостоятельно).

Теперь самое время рассказать более детально о главном недостатке одноканальных измерений – неопределенной опорной позиции курсора. С одной стороны никаких проблем – устанавливаем курсор перед импульсом, а маркер в максимум импульса и получаем задержку для расчета ФЧХ. Это так, но некорректная установка курсора резко проявляется на графике кумулятивного затухания спектра (Cumulative Spectral Decay). Вот как раз с помощью него мы и определим опорную позицию курсора. Насколько такой метод корректен, можно будет сделать вывод позже на основании результатов измерений двухканальным методом. Итак, смотрим на получившийся график импульсной характеристики (30).

30

Сейчас курсор установлен в позицию 0 ms (0 samples), так и оставляем. Маркер устанавливаем сразу после импульса. В примере он стоит на отметке 4.646 ms. Чтобы избежать присутствия в сигнале ранних отражений, не устанавливайте маркер слишком далеко. Оптимальное временное окно – 4…5 ms. Нажимаем кнопку с буквами CS на панели инструментов или выбираем в меню Analysis – Cumulative spectrum. Откроется окно Cumulative Spectrum Setup (31). Этот график сокращенно называют CSD (Cumulative Spectral Decay).

31

Галочка Log frequency axis отмечается, если требуется логарифмическая шкала частотного диапазона. Галочка Remove antialiasing range включает фильтрацию составляющих частотного диапазона в области Fs/2. dB range (10 – 70) и Maximum frequency (Hz) устанавливают соответственно отображаемый на экране динамический диапазон и верхнюю частоту. Поле Smoothing устанавливает сглаживание, а галочка Use FR compensation задействует компенсацию АЧХ, установленную в меню Setup – FR compensation (по понятным причинам я об этом меню не рассказывал). В правой части окна верхнее поле переключает тип анализа. При работе с импульсным откликом автоматически устанавливается тип Analyse as CSD using apodizing window. В поле FFT length (in samples) устанавливается количество сэмплов в блоке FFT. В случае если длина временного окна в сэмплах меньше FFT lenght/2, при запуске анализа программа выведет предупреждение. В поле FFT block shift (in samples) указывается длительность временной шкалы в сэмплах, а в поле Max. number of FFT blocks – количество блоков FFT, входящих во временную шкалу. В поле Apodizing window rise time (0.02-1 ms) указывается время открытия и закрытия окна анализа. Величина 0.2ms – это некоторый оптимум при анализе характеристик как в области низких, так и в области высоких частот. Производим установки и нажимаем OK.

Если наблюдается картина, подобная как на графике 32, необходимо увеличить временную шкалу (FFT block shift).

32

При использовании корректных настроек CSD, график должен выглядеть подобным образом (Fig 33).

33

Из графика видно наличие блоков FFT с одинаковым содержимым. Это следствие некорректной установки курсора в окне импульсной характеристики – позиция курсора находится слишком рано по отношению к импульсу. Если же установить курсор в такую позицию, которая “отсечет” полезные данные, в окне CSD будет происходить анализ самих резонансных процессов, без сигнала их порождающего. Отразится это и на графике АЧХ. Поскольку на графике Waterfall не слишком удобно выражена временная шкала, предлагаю переключиться на сонограмму – в поле Mode выбираем Sonogram – 34.

34

Здесь более наглядная временная шкала. Чтобы улучшить разрешение, отмечаем галочку Grid, а в настройках CSD станавим меньшую временную шкалу. Изменив настройки, выводим график – 35.

35

Видно, что спектр сигнала не содержит изменений до приблизительно 2.75 ms. Это и есть искомая позиция курсора. Закрываем окно. В окне импульсной характеристики устанавливаем курсор в позицию 2.75 ms (около этого значения), а маркер – в максимум импульса, получив тем самым значение задержки (36).

36

Здесь будет небольшое отступление по поводу максимума импульса. Как можно видеть выше, положение максимума импульса можно принять другим, если “развернуть” импульсную характеристику на 180 градусов. В таком случае максимум импульса окажется чуть дальше по времени. Это некорректная установка и она обязательно отразится на фазовой характеристике. Чтобы убедиться в том, что импульсная характеристика имеет “положительный” отклик, воспользуемся графиком переходной характеристики. Нажимаем на панели инструментов кнопку с надписью STEP, либо выбираем в меню Analysis – Step response. Откроется окно Step response (37).

37

Можно видеть, переходная характеристика имеет “положительный” фронт. Если же переходная характеристика имеет “отрицательный” фронт (38), то необходимо в окне импульсной характеристики изменить фазу импульсного отклика с помощью кнопки Inv, расположенной на панели инструментов (либо через меню Edit – Invert). Можно провести повторное измерение, изменив полярность подключения динамика, либо повторное измерение с установленной галочкой Invert phase of input channel в окне – Impulse response measurement.

38

Вернемся к окну импульсной характеристики. Установили курсор, маркер и получили значение задержки. Теперь устанавливаем с помощью маркера окно измерений (Gate) около 4…5 ms (39).

39

Открываем окно CSD, производим установки и получаем результат (40).

40

Убедиться в том, что график CSD отображается корректно, можно посмотрев график АЧХ (41).

41

Далее возвращаемся в окно импульсной характеристики. Установка курсора произведена, задержка рассчитана, теперь можно выбрать позицию маркера, определив тем самым окно измерений и нижнюю граничную частоту при анализе характеристик. Сейчас у меня произведено измерение в ближнем поле, поэтому я могу установить окно измерений длинным – около 50ms – и получить при анализе нижнюю граничную частоту 20Hz. Но когда производятся измерения в дальнем поле, либо помещение обладает неудовлетворительными акустическими свойствами, окно измерений желательно ограничивать еще до прихода первых отражений. Как их распознать в окне импульсной характеристики, показано на примере результата измерения ВЧ излучателя в дальнем поле (42).

42

На изображении 42 курсор установлен в позицию, которая отображает границу чистого импульсного отклика. После курсора следуют отражения – ранние и поздние. Ранние отражения очень хорошо видны как повторяющийся три раза импульс. Поздние отражения имеют существенно большую амплитуду, в редких случаях даже сравнимую с амплитудой главного импульсного отклика.

Итак, определяем окно измерений. Для примера установили  на 56.594 ms (5433 сэмпла). Теперь можно переходить к анализу результатов измерений и их экспорту в формат, поддерживаемый CAD-системами. Импульсную характеристику можно сохранить в формате Arta (*.pir), либо экспортировать в текстовый формат. Для анализа доступны следующие графики: АЧХ, ФЧХ, ГВЗ, ПХ, график зависимости энергии импульса от времени, кумулятивное затухание спектра и график распада. Для графиков АЧХ, ФЧХ и ГВЗ есть дополнительные меню, позволяющие просмотреть графики без сглаживания и меню с возможностью построения графиков с использованием двух временнЫх окон.

Кнопка с буквами FR, расположенная на панели инструментов, открывает меню Smoothed frequency response (через меню – Analysis – Single-gated smoothed Frequency response/Spectrum) – (43).

43

Внизу слева расположены кнопки Mag, M+P, Ph и Gd. С помощью них открываются графики соответственно АЧХ, АЧХ+ФЧХ, ФЧХ и ГВЗ. Справа в поле Smoothing из списка выбирается характеристика сглаживания. Щелчок правой кнопкой мыши на графике открывает экранное меню, где можно установить динамический и частотный диапазоны измерений. В меню File – Export… возможен экспорт результатов измерений в текстовый формат. Меню Overlay управляет слоями с кривыми. Можно “закрепить” на графике кривую для построения комбинированного графика. Например, для сравнения АЧХ на главной оси и с отклонением от оси (44).

44

С помощью пункта меню Edit – Scale level производится нормализация кривых (на приведенном выше графике кривые сначала нормализованы на частоте 100Hz и только потом совмещены). Меню LF box diffraction служит для компенсации так называемого “баффла”. Фазовая характеристика может быть отображена как минимальная фаза (Minimum phase), избыточная фаза (Excess phase) или измеренная фаза (галочки с минимальной и избыточной фазы сняты). Активирование пункта Unwrap Phase отключает на графике ФЧХ “переворот” фазы при достижении значения -180 или 180 градусов. ГВЗ может быть рассчитано из избыточной фазы (пункт Excess group delay активирован) или из измеренной фазы (Excess group delay не отмечен).

Графики АЧХ, ФЧХ и ГВЗ возможно вывести с использованием комбинированного метода с двумя временнЫми окнами (Analysis – Dual-gated smoothed frequency response или кнопка с буквами 2FR на панели инструментов). Для этого в меню Setup – Analysis parameters (5) в полях Gate1 и Gate2 необходимо указать длительность каждого окна. В поле Gate1 возможна установка значений из диапазона 5…60 ms, а в поле Gate2 – 70…300ms.

Меню Analysis – Unsmoothed DFT frequency response/Spectrum или нажатие кнопки DFT на панели инструментов позволяет просмотреть графики АЧХ, ФЧХ и ГВЗ без сглаживания (45).

45

График распада (в меню Analysis – Burst decay или на панели инструментов кнопка BD) выглядит похожим на график CSD. Отличие их заключается в методе анализа. Разработчики Arta Software рекомендуют анализировать оба графика. В общем, по графику кумулятивного спектра хорошо видно наличие резонансов, но именно ярко выраженные резонансы нагляднее отображаются на графике Burst Decay (46 и 47).

4647

Для оценки нелинейных искажений динамика, можно провести измерение зависимости уровня нелинейных искажений от частоты (меню Analysis – Frequency response and distortions). Для этого сначала переходим в меню Setup – Analysis parameters и в поле FFT length выбираем значение 131072. В окне Impulse response measurement переходим на вкладку Sweep. Если задействован двухканальный метод измерений, отключаем его и устанавливаем галочку Center peak of impulse response. В поле Sequence length выбираем значение 128k. Запускаем процесс измерений. Для примера, ниже (48) показан график нелинейных искажений широкополосного динамика 4А28 при подводимой мощности 1 Вт (3.46 v и нагрузке 12 Ом).

48

График отображает не суммарный уровень искажений, но отдельно гармоники. Если требуется знать THD, придется самостоятельно перевести децибелы в проценты и вычислить коэффициент гармоник. Проделав эту процедуру мы получим следующие результаты. THD на частоте 100 Hz составляет 1.535 %, на частоте 1 kHz – 1.937 %, на 10 kHz – 2.147 %.

Теперь о двухканальных измерениях. Производим подключение оборудования по схеме (28). В меню Setup – Calibrate devices (Figure 4) производим установку напряжения на выходе усилителя, а в меню Record – Impulse response/Signal time record (Figure 6) на вкладке Periodic Noise устанавливаем уровни входных сигналов в диапазоне -20….-10dB. При двухканальных измерениях Arta может самостоятельно определять задержку для расчета фазы. Я пользуюсь автоматическим расчетом только в том случае, если в окне импульсной характеристики невозможно определить положение максимума импульса. Это бывает, когда измеряется НЧ динамик с подключенным ФНЧ. Определение задержки производится в другом окне Arta – Dual channel – frequency response. Чтобы переключиться к нему, в меню Mode необходимо выбрать Dual channel – frequency response или на панели инструментов нажать кнопку Fr2. Окно Impulse response сменится (49).

49

Далее переходим в меню Setup – Measurement (50).

50

В поле FFT size указываем размер блока FFT – 16384, в поле Sampling rate – частоту дискретизации. Отмечаем галочку Phase, а в поле Prefered input channel выбираем канал, к которому подключен микрофон. В поле Propagation delay обязательно устанавливаем значение 0. На панели инструментов в поле Gen устанавливаем значение PN pink и проводим измерение (51).

51

Фазовая характеристика, из-за отсутствия величины задержки, отображается с ошибкой. Автоматическое определение задержки производится через меню Record – Crosscorrelation/delay estimation (52).

52

В поле Delay (ms) отображается значение задержки. Чтобы использовать это значение, достаточно нажать кнопку Accept. Происходит возврат в окно Fr2, где в поле Delay(ms) автоматически заносится значение задержки. Проводим измерение повторно (53).

53

Теперь фазовая характеристика измерена корректно. Запоминаем в буфере обмена значение задержки, указанное в поле Delay(ms), и переходим в окно импульсной характеристики (кнопка Imp на панели инструментов или в меню Mode – Impulse response/Signal time record). При переключении программа предложит преобразовать результат измерений Fr2 в импульсную характеристику (54).

54

Можно согласиться, можно отказаться. Непринципиально, поскольку при конвертировании нарушается позиция, определенная как опорная для курсора при двухканальных измерениях. Поэтому измерение необходимо провести еще раз, но теперь уже через меню Record – Impulse response/Signal time record (Figure 6). Настраиваем поля для двухканального метода и проводим измерения. В окне импульсной характеристики опорная позиция курсора для двухканальных измерений определена точно – 300 сэмплов. Устанавливаем курсор в эту позицию, в поле Delay for phase estimation (ms) устанавливаем значение задержки, полученной при измерениях в Fr2. Осталось установить длину измерительного окна и можно приступать к анализу и экспорту (55).

55

Для сравнения, на графиках 56 и 57 представлены графики CSD при измерении соответственно одноканальным и двухканальным методами. На графике 58 синим цветом показана ФЧХ при измерении двухканальным методом, красным – при одноканальном методе. Разница явно небольшая.

565758

Замечательная программа. Несущая в себе безграничные возможности для занятия всего вашего досуга.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Необработанная частотная характеристика

— RTINGS.com

Что это: Средняя нескомпенсированная АЧХ наушников. Для наушников-вкладышей это соответствует среднему значению пяти измерений / повторных посадок на голову манекена (HMS). Для накладных / накладных наушников это соответствует среднему значению пяти измерений / повторных посадок в HMS (Head Measurement System) для средних и высоких частот и пяти измерений / повторных посадок на пяти людях для диапазона низких частот. .

Когда это важно: Это для тех, кто хочет видеть чистую и нескомпенсированную АЧХ наушников.Некоторые из более продвинутых пользователей могут считывать и оценивать частотную характеристику наушников в необработанном виде и без компенсации. Это будет особенно полезно для них, если у них есть собственная кривая компенсации наушников / целевая кривая, которая может отличаться от кривой компенсации / целевой характеристики, используемой RTINGS.com.

Частотная характеристика — это мера величины выхода системы по сравнению с ее входом в зависимости от частоты. Другими словами, он описывает, насколько точно система воспроизводит каждую частоту аудиоконтента с точки зрения амплитуды.Например, для входного сигнала, который имеет три частоты одинаковой амплитуды (скажем, 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц, все с -6 дБ полной шкалы), наушники с нейтральной частотной характеристикой будут выводить сигнал, который, как и вход, имеет равные амплитуды на 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц.

Мы оцениваем частотную характеристику наушников от 10 Гц до 22 кГц, которая затем разбивается на три различных частотных диапазона: низкие, средние и высокие частоты. Каждый наушник измеряется / повторно устанавливается несколько раз, и окончательный график частотной характеристики представляет собой среднее значение этих нескольких измерений.

Когда это важно

Частотная характеристика является наиболее важной частью воспроизведения звука, и по большей части воспринимаемое субъективное качество звука динамика можно предсказать по его частотной характеристике ^1,2,3,4 . Хорошие наушники имеют нейтральную частотную характеристику и воспроизводят аудиоконтент (музыку), как это было задумано продюсером / инженером. То есть, если музыка была сведена так, чтобы звучать тяжелые басы, в хороших наушниках они будут воспроизводиться как тяжелые.И наоборот, если предполагается, что контент должен звучать ярко, наушники с нейтральной частотной характеристикой будут воспроизводить его таким же ярким.

Хорошая частотная характеристика важна для всех наушников, независимо от сценария их использования, поскольку она в наибольшей степени влияет на воспринимаемое качество звука. Однако роль качества звука более важна для некоторых случаев использования, таких как критическое прослушивание и игры, по сравнению со спортом / фитнесом или поездкой на работу / путешествием, где стабильность или шумоизоляция могут быть более важными.

Необработанный или нескомпенсированный график частотной характеристики наушников полезен для некоторых более продвинутых пользователей, которые могут считывать и оценивать частотную характеристику наушников в необработанном виде и без компенсации. То есть до «сглаживания» путем применения к нему целевой / компенсационной кривой. Это будет особенно полезно для них, если у них есть собственная кривая компенсации наушников / целевая кривая, которая может отличаться от нашей целевой характеристики.

Необработанная частотная характеристика (желтая пунктирная линия — цель)

АЧХ с компенсацией (плоская пунктирная линия — цель)

Наши тесты

Процедура тестирования

Тестовый сигнал для наших измерений наушников представляет собой 10-секундную синусоидальную волну 16 бит / 48 кГц с разверткой при -6 дБ полной шкалы (среднеквадратичное значение) в диапазоне от 10 Гц до 22 кГц.Наушники размещаются на Head Acoustics HMS (Head Measurement System), который подключен к аудиоинтерфейсу RME UFX. Для пассивных наушников наушники управляются усилителем Schiit Ragnarok, а для активных наушников используется собственный усилитель наушников. Измерения выполняются на двух разных уровнях интенсивности; 90 дБ SPL и 100 дБ SPL.

Уровень сигнала калибруется после компенсации (т.е. после выравнивания путем применения целевого отклика) с использованием периодического розового шума, ограниченного между 250 Гц и 2 кГц.Результирующий уровень звукового давления измеряется и калибруется с помощью измерителя звукового давления в программе Room EQ Wizard (REW), для которого установлено значение C-weighting и Slow.

RTINGS.com Тестовый сигнал частотной характеристики

RTINGS.com Сигнал калибровки частотной характеристики

Каждый наушник измеряется / повторно устанавливается несколько раз. Причина этого в том, что некоторые факторы, такие как положение наушников на голове или ношение очков, могут вызывать отклонения в измеренной частотной характеристике.Окончательный график частотной характеристики представляет собой среднее значение этих нескольких измерений. Вкладыши / вкладыши измеряются 5 раз только с помощью HMS (система измерения головы), но накладные / накладные наушники измеряются / повторно устанавливаются 5 раз на манекен (HMS) для средних и высоких частот и 5 раз. раз на 5 людях для диапазона низких частот. Мы решили измерить низкие частоты в наушниках-вкладышах и наушниках-вкладышах на людях, поскольку у большинства имеющихся на сегодняшний день фиктивных головок уши больше и жестче, чем у среднего человеческого уха, и поэтому у многих наушников (особенно закрытых) ) не обеспечивают надлежащего и герметичного уплотнения на них ⁵ .Это приводит к результатам измерений, которые не соответствуют характеристикам наушников на людях. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей статьей и видео о согласованности частотной характеристики наушников.

Целевая кривая

Наш эталон для идеальной частотной характеристики наушников — это громкоговоритель. Для громкоговорителей широко распространено мнение, что идеальный отклик — это плоская частотная характеристика, измеренная с помощью измерительного микрофона на оси в безэховой среде.Однако наушники из-за их конструкции не могут быть измерены с помощью измерительного микрофона, поэтому необходимо использовать фиктивную головку. Кроме того, микрофон внутри фиктивных головок реагирует так же, как и барабанная перепонка человека, которая сильно отличается от измерительного микрофона. Кроме того, форма ушной раковины (наружного уха) и слухового прохода добавляет резонансы к отклику манекена на частотах выше 1 кГц, делая его отклик даже более отличным от отклика измерительного микрофона.

Плоская частотная характеристика микрофона

(www.soundprofessionals.com)

Резонансы уха манекена

(www.hearinghealthmatters.org)

Целевые кривые «Свободное поле» и «Диффузное поле» пытаются решить эту проблему, взяв за «плоский» эталон частотную характеристику головы манекена, измеренную либо в свободном поле (безэховая камера), либо в диффузном поле (отражающая камера). Таким образом, резонансы ушной раковины и слухового прохода будут включены в целевой отклик, что позволяет сгладить частотную характеристику наушников, вычитая ее из целевой характеристики.Однако недостатком целевых ответов FF и DF является то, что они основаны на реакции фиктивной головы в тестовой среде и на самом деле не воспроизводят звук, с которым сравниваются наушники, который является звуком пары наушников. громкоговорители в комнате. Поэтому наушники, настроенные на цели FF или DF, обычно воспринимаются как слишком яркие и с недостатком басов. Это связано с тем, что когда пара громкоговорителей, плоско измеряемых в безэховой комнате, помещается в обычную комнату в стереосистеме, они, как правило, взаимодействуют с акустикой комнаты.Одним из наиболее значимых результатов этого взаимодействия является нарастание на несколько дБ в диапазоне низких частот ⁶ .

Head Acoustics HMS Free-Field Response

Head Acoustics HMS Diffuse-Field Response

В качестве решения, основанного на идее, что хорошие наушники будут звучать как хорошие стереодинамики в хорошей комнате, целевой отклик Harman был предложен Шоном Оливом, Тоддом Велти и другими в Harman ^7,8,9 .Этот целевой отклик основан на частотной характеристике фиктивной головы, захваченной в критической комнате для прослушивания ¹⁰ . Таким образом, в целевой отклик будут включены как нарастание низких частот, так и резонансы уха, и наушники, настроенные на эту цель, будут звучать более сбалансированно по сравнению с целевыми значениями DF и FF, поскольку у них будет больше басов. Следует отметить, что изначально целевой отклик Harman был разработан для накладных / накладных наушников, и дальнейшие исследования показали, что предпочтительный целевой отклик для наушников потребует дополнительных 5 дБ усиления в диапазоне низких частот ^11,12 .

Наш целевой ответ наушников — гибрид; он следует за целевым откликом Harman в области низких и средних частот, но его диапазон высоких частот основан на отклике диффузного поля HMS. Это связано с тем, что целевой отклик Harman был получен с использованием фиктивной головы, отличной от используемой нами, и, следовательно, ее диапазон высоких частот, который включает резонансы уха, не соответствует резонансам уха нашей фиктивной головы. Наш целевой отклик для наушников-вкладышей имеет дополнительные 5 дБ усиления в диапазоне низких частот по сравнению с нашим целевым значением для наушников-вкладышей.

2015 Harman Headphone Target Response

Для накладок и накладок

2017 RTINGS.com Целевой отклик наушников

Красная линия — мишень низких частот для наушников

Расчеты

Сглаживание, используемое в наших графиках и расчетах, составляет 1/12 ^{октавы, поскольку эта величина сглаживания удаляет очень мелкие колебания частотной характеристики, которые не воспринимаются человеческим слухом, сохраняя при этом детали, которые слышны человеку.Следующим шагом в оценке частотной характеристики наушников является ее «сглаживание» путем применения к ней целевой кривой, а затем ее выравнивание по уровню до 90 дБ в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. То есть общий уровень АЧХ наушников настраивается таким образом, чтобы его среднее значение равнялось 90 дБ. Таким образом, ответ будет иметь наилучшие шансы на успех в наших расчетах.}

Дополнительная информация

Для получения дополнительной информации посмотрите наше видео об измерениях частотной характеристики, несогласованности низких частот и целевых кривых:

Что не включено

• Отличие пиков от провалов путем присвоения им разного веса
• Отличие широкополосных отклонений от узкополосных отклонений путем присвоения им различных весов
• Поддержка нескольких кривых компенсации / целевых кривых
• Поддержка пользовательских кривых компенсации / целевых кривых
• Поддержка настройки низких и высоких частот компенсации / целевой кривой по умолчанию

Понимание частотной характеристики — почему это важно

© Стив Файнштейн, 2016 г., InMusic Inc.

Akai Professional RPM800. The Alesis Elevate 6. Alto Professional TS215. Denon DJ HP800. Denon Professional DN-300C. ION Plunge. Marantz Professional MPM-2000. M-Audio AV32.1. Красная волна Numark.

У всех наших производителей оборудования есть несколько блоков, которые определяют их частотную характеристику. Понятия частотной характеристики, частотного диапазона, слышимых частот, того, как частота соотносится с музыкальными нотами и т. Д., Являются абсолютно центральными — критическими — для понимания того, как звуковое оборудование производит, воспроизводит или записывает звук и как этот звук связан с живым звуком, производимым певцы и инструменталисты.

Цель этой статьи — не превратить кого-либо в инженера. Скорее, цель этой статьи — дать людям практические знания об основных понятиях звука, способах его измерения, а также общих терминах и фразах, которые мы используем для его описания.

Это очень хорошая информация, потому что она дает вам четкое общее представление о том, как и почему все наши материалы подходят друг другу.

Частотная характеристика важна

Этого просто не избежать. Если вы собираетесь разбираться в звуке — как работают колонки и наушники, как работает акустика в студии звукозаписи, как располагаются ваши микрофоны, концепцию управления низкими частотами / низкочастотными фильтрами, что-то в аудио — вы должны понимать частотную характеристику. .Это краеугольный камень всего в аудио. Все начинается и заканчивается с АЧХ. Усилители, наушники, динамики / мониторы, микрофоны, картриджи на проигрывателях, проигрыватели компакт-дисков и DVD — все они должны иметь максимально близкую к идеальной частотную характеристику, иначе они просто не будут звучать правильно. Все остальное не имеет значения, если частотная характеристика плохая. Не могу сделать яснее этого.

Давайте начнем с основ: звуковые волны в воздухе, которые мы воспринимаем как музыку, речь или шум, измеряются в циклах в секунду, обычно обозначаемых как Герц или Гц (в честь немецкого физика конца 19 века Генриха Герца, который проделал важную новаторскую работу в области теории электромагнитных волн).

Люди могут слышать от примерно 20 Гц на низких частотах до примерно 20 000 Гц (20 кГц) на высоких частотах. (Что ж, женщины и маленькие дети могут слышать такую ​​высокую частоту; мужчине средних лет повезло, что она намного превышает 13-14 кГц.
Вашему дедушке нужен слуховой аппарат, потому что его уши поджарены на 3 кГц. Вот почему он всегда говорит: « А? ») Ваш пес легко достигает 40к, поэтому« собачьи свистки »не слышны для людей. Летучие мыши летают по ночам с безошибочной точностью, используя свой супер слух в качестве органического «сонара» (они судят о своем местоположении, анализируя отраженные звуковые волны вокруг себя).Летучие мыши могут слышать до 80 кГц!

Соотношение между слышимыми частотами и музыкальными октавами составляет 2: 1 (или 1: 2). Итак, если люди могут слышать от «20 до 20», как говорится, это диапазон из 10 слышимых октав: 20-40 Гц, 40-80, 80-160, 160-320, 320-625 (да, да, мы обманули этот немного, чтобы числа, которые следуют ниже, выглядели красиво), 625-1250, 1250-2500, 2500-5000, 5000-10k, 10k-20k. Для музыкальной справки, средняя «C» составляет около 262 Гц. На октаву выше 524 Гц; на октаву ниже 131 Гц.

Почему важна частотная характеристика:

Аудиоустройство с хорошей частотной характеристикой 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 высокого качества с богатым звуком. , яркий звук.

Чтобы помочь вам понять частотную характеристику, запомните следующее: громкость звука выражается в единицах измерения, называемых децибелами, или дБ (буква «B» пишется с заглавной буквы в знак признания Александра Грэхема Белла и его работ в области акустики.Без шуток.). Затем мы говорим, на сколько децибел (дБ) оборудование отклоняется от идеального в заданном диапазоне частот. Обычно считается, что 1 дБ — это наименьшее изменение уровня звукового давления (SPL), которое кто-то постоянно распознает. 3 дБ — определенное, но все же относительно незаметное изменение громкости. Шкала дБ является логарифмической (не линейной), поэтому на 10 дБ громче «вдвое громче».

Так, например, можно сказать, что динамик или наушники имеют частотную характеристику от 40 Гц до 20 кГц
(это диапазон), ± 3 дБ (это вариация).Если производитель указывает частотную характеристику без отклонения ± x дБ, он должен выдать сообщение «Опасно, Уилл Робинсон!» тревога. Нет указанного отклонения в дБ = никакого значения. Заявление «20-20 кГц» само по себе абсолютно ничего не значит, и это подрывает правдоподобие и достоверность всего, что говорит производитель.

• Частотный диапазон: 20-20 кГц ± 3 дБ = Хорошо. Отлично сделано. Значимая информация.
• Частотный диапазон: 20-20 кГц = фикция, наполнитель, что-то, что нужно скрыть, пытаясь вытащить быстрое.

А теперь настало время для другой сложной части:

Частотные характеристики почти всегда отображаются в виде графика. Этот график известен как «График частотной характеристики». (Умно, не так ли?) Вы должны уметь читать график. Никаких оправданий. Если вы обратили внимание на арифметику в шестом классе мистера Келлехера, отлично. Если нет, то сейчас тебе жаль.

Посмотрите на рисунок 1. На этой диаграмме показано, какие частоты примерно соответствуют басам, средним и высоким частотам.

Теперь посмотрим 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 спадать на низких и высоких частотах) довольно плоская («плоская» — это хорошо, потому что это означает, что устройство является точным), с никаких серьезных пиков, провалов или других восходящих и нисходящих колебаний. Для динамиков, наушников и микрофонов очень хорошим считается значение ± 2 или 3 дБ. Усилители, CD / DVD-плееры и другие «строго электронные» устройства должны быть в пределах ± 0.Максимум 5 или 1 дБ.

В отличие от этого, красная линия на рисунке 2 показывает частотную характеристику динамика или наушников с большим пиком 7 дБ (так называемым, потому что график выглядит как пик горы) в верхнем среднем диапазоне около 6 кГц, что делает звук резким и резким. раздражает.

На рис. 3 показано, как выглядят кривые отклика, соответствующие различным часто используемым субъективным описаниям.

Для тех из вас, кто уже знаком со всем этим, эта статья дает простой способ представить ее и научить других, кто этого не знает.

Для тех из вас, кто еще этого не знает, если вы изучите эту основную информацию о частотной характеристике, взаимосвязи между частотой и музыкальными нотами и октавами, тем, как люди слышат, и как эти различные звуковые термины выглядят в виде графиков частотной характеристики, вы будете на правильном пути к осмысленному пониманию нашего аудиооборудования.

Как понимать графики частотной характеристики

Частотная характеристика звука

Звук измеряется по частоте.Громкость измеряется в децибелах на основе уровней давления звука.

Когда мы оцениваем, насколько хорошо что-то (динамик, микрофон, ухо и т. Д.) Реагирует на диапазон частот, мы отображаем результаты в виде графика частотной характеристики.

Как читать график частотного отклика

Ниже приведен пример графика частотной характеристики. На графике показано, как динамик-вкладыш реагирует на разные звуковые частоты. В этом случае слово «откликнуться» относится к способности говорящего воспроизводить звуковые частоты.

Чтение диаграммы на самом деле довольно просто. Диаграмма показывает диапазон частот (от низких до высоких) по горизонтали и уровни звукового давления (SPL) в децибелах (дБ) по вертикали. Диапазон частот, представленный на этом графике, составляет от 20 Гц до 20 000 Гц (20 кГц), что является диапазоном типичного человеческого слуха.

Посмотрев на этот график частотной характеристики, мы можем увидеть, насколько динамик способен воспроизводить частоты, которые мы слышим.

Низкие, средние и высокие частоты

Обычно диапазон низких частот составляет от 20 Гц до 500 Гц.Средние частоты будут от 500 Гц до 5000 Гц, а высокие частоты будут от 5000 Гц до 20 кГц. Однако этот диапазон часто делится на подкатегории, такие как «мидбас» и «верхний средний диапазон».

Знакомство с этими диапазонами позволяет нам определить, как динамик должен звучать, на основе графика частотной характеристики. Глядя на приведенный выше пример, мы видим, что верхняя часть среднего диапазона (где присутствует много акустических деталей) должна быть громкой и четкой. Низкие частоты кажутся ниже (соответственно).

Однако полное понимание диаграмм частотных характеристик звука требует знания многих других переменных, связанных с приложением. При чтении графика частотной характеристики необходимо учитывать способность человеческого уха, взаимодействие с другими динамиками, кожухи динамиков, акустику помещения и многие другие факторы.

Например, хотя на приведенном выше графике показан пик в верхнем среднем диапазоне, поскольку мы знаем, что график относится к динамику-вкладышу, мы можем ожидать, что при прослушивании в реальном мире низкие частоты фактически будут усилены контактом наушников. внутренним ухом.Если бы диаграмма показывала пик на нижних средних или низких частотах, мы можем опасаться, что наушники будут воспроизводить слишком много или «мутные» басовые тона.

измерений и частотная характеристика наушников

Введение

Многие из нас, укоренившихся в мире аудиофилов, знакомы с измерениями и графиками частотной характеристики, но для тех, кто плохо знаком со всем этим, стоит понять, как измерения и частотная характеристика соотносятся с качеством звука.Рецензенты, подобные мне, используют графики, чтобы попытаться передать или визуально обозначить определенные аспекты тонального баланса наушников. Теоретически такие визуальные индикаторы великолепны и могут помочь информировать потенциальных покупателей о том, понравятся ли им рассматриваемые наушники. К сожалению, публикация графиков также сопряжена с определенной ответственностью, потому что эти графики и измерения слишком легко интерпретировать неверно.

Возможно, вы видели, как где-то публикуется график наушников, но он был встречен с определенной долей критики, и хотя такая оценка хороша, важно, чтобы мы правильно понимали, что происходит с измерениями — или, по крайней мере, понять основы, прежде чем предъявлять претензии.В текущих целях этой статьи я сосредоточусь на наушниках-вкладышах, а не на наушниках-вкладышах.

В общем, эта тема идет очень глубоко, и информации становится все больше, поэтому нижеследующее будет больше служить общим обзором, чем исчерпывающим ресурсом. Я также должен упомянуть, что в следующей статье перечислена информация, которую мой опыт в этой теме позволил мне понять до сих пор — еще многое предстоит открыть.Как и во всем остальном, чем больше вы узнаете о чем-то, тем больше вы понимаете, сколько еще нужно знать, и поэтому я также буду обновлять эту статью в будущем, добавляя новую или исправленную информацию.

Основы — Что такое частотная характеристика?

Измерения частотной характеристики — это визуальное представление уровня звукового давления наушников (SPL) во всем частотном спектре для человеческого слуха (обычно 20-20 кГц). Другими словами, эти измерения представляют количество энергии (объем), которое имеет каждая часть полного частотного диапазона.Это позволяет нам понять, как могут звучать наушники. Если вы видите усиление ниже 200 Гц, скорее всего, у него будет больше басов, если оно будет выше 6 кГц, вероятно, будет больше энергии высоких частот и так далее. Но также важно знать, что просмотр измерений не заменяет фактическое прослушивание наушников, а в лучшем случае это просто индикатор или предсказатель того, как это может звучать.

Ограничения

Графики могут многое рассказать вам об общем тональном балансе наушников, и хотя эти измерения содержат гораздо больше информации, чем «яркий», «теплый», «нейтральный» и т. Д., Существует ряд ограничений для графиков — по крайней мере, что касается их интерпретации.На данный момент графики не следует использовать для обозначения того, что многие называют техническими аспектами наушников.

Сюда входят многие аудиофильские термины, такие как поиск деталей, динамика, звуковая сцена, отображение, скорость, тембр и так далее. Чтобы быть ясным, я не утверждаю, что это не , захваченный каким-то образом частотной характеристикой, просто мы еще не достигли той точки, где мы можем надежно коррелировать эти качества, поскольку они ощущаются с особенностями частотной характеристики. . Были предприняты некоторые попытки сделать это со звуковой сценой и пространством, где был проведен ряд корреляций, однако все еще существует слишком много выбросов и контрпримеров, чтобы на это можно было положиться.Также есть веский аргумент, который предполагает, что это только определяет области, в которых звуковая сцена была « подделана », например, вырезание определенных областей верхнего среднего диапазона для улучшения восприятия сцены (трюки настройки), а на самом деле указывает на большую и просторную презентацию в целом.

В любом случае графики по-прежнему ценны для обеспечения некоторой индикации тонального баланса, и, что важно, когда они снимаются на стандартных промышленных установках, они предоставляют нам ключевую точку данных для построения профилей эквалайзера.

Необработанные и скомпенсированные графики

При просмотре измерений есть два типа графиков частотной характеристики:

Необработанные графики — Эти графики показывают, как наушники измеряют без какой-либо компенсации или целевого значения. Необработанные измерения для наушников никогда не должны быть плоской линией — по крайней мере, если мы хотим, чтобы наушники имели чистый и сбалансированный звук для большинства людей . Это может показаться нелогичным, потому что мы привыкли видеть измерения относительно плоской линии во многих местах, но когда дело доходит до наушников, это обычно компенсированных измерений.

Из-за различных факторов усиления, которые человеческое ухо придает частотной характеристике наушников, общая форма «нормальной» частотной характеристики будет иметь значительный подъем где-то между 2-9 кГц. Другими словами, физическая форма наших ушей усиливает определенные частоты. В отличие от динамиков, наушники прикреплены к боковой части головы (для наушников-вкладышей), и поэтому мы должны учитывать, каковы эти факторы усиления, связанные с ухом, — в идеале, чтобы получить частотную характеристику, которая в определенной степени соответствует этим коэффициентам усиления. , поскольку это то, что мозг ожидает услышать.

Вот пример необработанного графика частотной характеристики с использованием Sennheiser HD6XX:

При просмотре измерений убедитесь, что вы знаете, является ли это необработанным представлением, а затем также знаете, как этот необработанный график должен выглядеть для различных целей звуковой сигнатуры, которые вы, возможно, ищете.

Компенсированные графики — Для новичков в хобби эти графики будут более полезными. Компенсированные измерения показывают, насколько сильно частотная характеристика отклоняется от конкретной цели.Для этого измерения желательна прямая линия , , однако важно понимать, какая цель используется для компенсации .

Вот пример измерения с компенсацией с использованием Sennheiser HD6XX:

Это то же измерение, что и на предыдущем необработанном графике, только с использованием целевого показателя Harman 2018 в качестве компенсации. Если мы хотим, чтобы наушники идеально соответствовали этой цели, мы хотим, чтобы они измерялись как прямая линия.

Целевые значения частотной характеристики обычно разрабатываются таким образом, что если частотная характеристика наушников идеально соответствует целевой кривой, они будут звучать «нейтрально». Однако, поскольку в настоящее время нет единого мнения о том, что такое нейтральный — по крайней мере, для наушников — у нас есть ряд потенциальных целевых кривых на выбор. Другими словами, есть несколько разных подходов к поиску чего-то , например, «нейтрального».

Если мы поймем, какова цель компенсации для исследуемого нами измерения (и как это может звучать), мы сможем лучше понять, что означают отклонения от этой цели.

Когда измерение отклоняется от плоской линии на скомпенсированном графике, нам нужно знать, какова цель компенсации, чтобы она что-то значила. Обычно поэтому необработанные измерения более полезны, потому что они покажут нам значимую информацию независимо от того, что люди предпочитают использовать в качестве эталонной или «нейтральной» цели.

Контрольные целевые кривые

Самая распространенная эталонная целевая кривая — это целевая кривая Harman. Эта цель была разработана Harman Research, чтобы лучше всего определить, какой тип настройки наушников в среднем предпочитают люди.Компенсации, основанные на этой цели, происходят , чтобы следовать общему упору, придаваемому коэффициентами усиления для человеческого уха (с повышением, начинающимся около 1 кГц), но с дополнительным акцентом на басы и общим сбалансированным звуком для самых разных жанров. Обратите внимание, что эта цель не совсем соответствует усилению звука в ушах, которое мы видим в диапазоне 2–9 кГц, а скорее зависит от предпочтений — того, на что люди на самом деле хотели, чтобы звучали их наушники.

Цель Harman на 2018 год выглядит так:

Об этой целевой кривой следует обратить внимание на несколько моментов.Во-первых, наблюдается значительный подъем басов ниже 150 Гц, за которым следует несколько очерченный нижний диапазон средних частот, а затем подъем около 1 кГц для так называемого «усиления уха» — то, что я здесь называю факторами усиления, связанными с ухом. Именно в этой области факторы усиления, связанные с ухом, начинают влиять и усиливать звук до того, как он достигает барабанной перепонки, и поэтому желательно возвышение в этой области. Некоторые сообщества называют этот эффект «усилением ушной раковины», однако сам фланец ушной раковины является лишь частью того, что способствует общему усилению.

Это повышение на коррелирует с тем, что наш мозг ожидает услышать, потому что мы всю жизнь прожили с усилением, связанным с ухом, и поэтому такое повышение звучит для нас нормально . Другими словами, наш мозг нормализует усиление ушей, и его отсутствие в наушниках по сравнению с ним будет казаться приглушенным и приглушенным.

Что интересно в этой цели, так это то, что, поскольку она основана на исследовании предпочтений, контурные нижние средние частоты и существенное усиление басов фактически не коррелируют с какими-либо факторами усиления, связанными с ухом, поскольку все они находятся на 1 кГц и выше.Это означает, что усиление низких частот не обязательно является «нейтральным», «правильным» или даже оптимальным для человеческого слуха, учитывая влияние анатомии человеческого уха на звук, а скорее потому, что оно нам нравится. Но значит ли это, что этого не должно быть? Также может быть множество дополнительных факторов, таких как комната, туловище и голова, которые влияют на определенные ожидания относительно того, что звучит «нормально», но это предмет обсуждения — подробнее об этом позже.

В любом случае, для тех, кому не нравится, насколько значительна полка басов для цели 2018 года, есть более ранняя версия цели Harman, опубликованная в 2013 году, имеет более скромный басовый отклик с небольшими отличиями от верхних средних и высоких частот. а также:

Обратите внимание на то, что у цели 2013 года немного меньше басов и немного больше энергии 3 кГц, а также немного снизился уровень высоких частот.Вероятно, существует ряд факторов, которые объясняют различия, но в обоих случаях это довольно безопасная цель, и наушники, настроенные на эту цель, заставят большинство людей звучать хорошо для большинства людей. Как ни странно, очень немногие наушники открытого типа соответствуют этой цели по басу, но многие высококачественные наушники становятся все ближе и ближе к этой настройке, а не к более традиционной цели диффузного поля (обсуждается позже).

Существуют обоснованные опасения по поводу информации ниже 1 кГц с целевыми показателями предпочтений потребителей, поскольку некоторые могут искать то, что я собираюсь назвать «анатомически нейтральным» — или, другими словами, цель, которая только поднимается на ухо. соответствующие коэффициенты усиления выше 1 кГц.Помните, что наушники прикреплены к боковым сторонам головы, поэтому, хотя могут быть дополнительные факторы усиления, которые следует принять для того, что звучит наиболее «нормально», физическое ухо и слуховой проход не усиливают низкие частоты.

Мы можем захотеть исключить все дополнительные , основанные на предпочтениях, коэффициенты усиления ниже 1 кГц для альтернативной цели, у которой нет басовой полки Harman, но в то же время верхние средние и высокие частоты этой цели также основаны на предпочтениях потребителей. исследования, и поэтому они также не являются строго «анатомически нейтральными». Понятно, что мы будем искать этот тип частотной характеристики, потому что, как минимум, высота, основанная на предпочтениях цели Harman, в определенной степени коррелирует с тем, где на самом деле наши уши действительно ли усиливают частоты выше 1 кГц .

На мой взгляд, обе цели звучат хорошо, но есть ряд ключевых моментов, о которых следует подумать, глядя на график, который использует цель Хармана в качестве компенсации.

Ключевые соображения:

1. Просто потому, что это среднее значение того, что люди предпочитают , это не значит, что это не какая-то нейтральная форма. Эта целевая кривая подвергалась критике в некоторых кругах, в основном за ее акцент на басах, и я лично также считаю, что она слишком велика для того, что мне нравится (по крайней мере, полка басов 2018 слишком сильна для меня).

Вот где я собираюсь сопротивляться утверждениям о том, что «массы ошибаются, а я прав» или «массы — это просто болваны, которые слушают ужасную музыку».Даже если вам лично не нравится эта цель, важно рассматривать эту кривую как усредненную. В некотором смысле это можно рассматривать как «нейтральное предпочтение потребителей», даже если оно не является строго «анатомически нейтральным» по отношению к факторам усиления, которые наш мозг ожидает услышать.

Исследование Harman проводилось среди нескольких демографических групп, у которых были разные предпочтения, и ваше исследование может просто не совпадать со стандартной кривой, показанной выше.

2. Многие высококачественные наушники открытого типа не имеют полки для низких частот, как у Harman target, и это нормально, .Даже для наушников, которые хорошо расширены по басам вплоть до 20 Гц (как многие планарные магнитные наушники), большинство из них не так приподняты, как предлагает полка для басов Harman — конечно, не для цели 2018 года.

Это может быть связано с параметрами настройки для наушников открытого типа, но при оценке частотной характеристики важно учитывать то, что для наушников открытого типа довольно часто можно увидеть некоторое отклонение от цели Harman в басах — даже при отличном звучании. наушники.Обычно это не проблема, потому что большая часть тональной информации в басах в любом случае превышает 60 Гц. Было бы неплохо сделать акцент на суб-басах, но на самом деле это не проблема, если он не соответствует предполагаемой высоте цели.

3. Harman Target не отражает более гранулярных отклонений, чем должно присутствовать в частотной характеристике наушников. Есть определенные элементы частотной характеристики, которые должны показывать падение или возвышение, которые будут выглядеть как отклонение от цели, но проблема здесь больше связана с сильно усредненной целью, чем с проблемой с рассматриваемыми наушниками.

Для этого есть ряд причин, например, определенное поведение наушников на измерительных стендах, разные стили сборки наушников и так далее. Но есть также определенные взаимодействия с человеческим ухом, которые эталонная цель не учитывает должным образом. Примером этого является то, что на большинстве наушников должен быть провал (отклонение) где-то между 9-10 кГц из-за определенных частей уха (раковины), и это не указывается целевой кривой.

Среднестатистическому читателю это падение может показаться проблемой, потому что оно сильно отклоняется от цели, и в то же время, если в этом диапазоне есть превышение, которое действительно соответствует цели, оно будет выглядеть так, как будто оно измеряется хорошо.В обоих случаях читатель сделает неправильный вывод о рассматриваемых наушниках.

В некоторых публикациях эта проблема решается путем значительного сглаживания частотной характеристики, но это также вводит в заблуждение, поскольку может сделать другие аспекты частотной характеристики наушников лучше, чем они есть на самом деле. На мой взгляд, решение состоит в том, чтобы гарантировать, что читатель не исследует более детальные аспекты частотной характеристики наушников, а скорее получит более широкий взгляд на все это — или, по крайней мере, придерживается различных частотных диапазонов, а не отдельных.Это вопрос обучения читателей и предоставления ключевого контекста для представленных измерений.

Другие цели

Мишень с диффузным полем нацелена на частотную характеристику, которая должна имитировать то, как плоские динамики будут звучать в несколько «оживленной» комнате (в отличие от безэховой камеры). В отличие от цели Harman, этот результат не основан на исследовании потребительских предпочтений. Мишень с диффузным полем оказывается немного ярче, чем компенсация, основанная на цели Хармана, и не имеет такого сильного акцента на низких частотах, но все же теплее и реалистичнее, чем цель Free Field , созданная в полностью «мертвой» комнате.Диффузное поле было общей целью в течение многих лет, однако в последнее время наушники, как правило, нацелены на дополнительный акцент на низких частотах кривой предпочтений потребителей.

Какая цель лучше?

Итак, какую цель мы должны предпочесть при рассмотрении эталонной настройки? Или, другими словами, если мы действительно хотим представить оптимальную частотную характеристику в виде плоской линии на скомпенсированном графике, какую компенсацию мы должны использовать?

Мой ответ на этот вопрос состоит в том, что на данный момент нам, вероятно, следует использовать некоторую версию цели Хармана — по крайней мере, для средних и высоких частот — а не традиционные цели с диффузным полем или свободным полем — и я думаю, что есть веские причины, почему В целях оценки использовались целевые показатели потребительских предпочтений.

Может быть некоторое сопротивление этому понятию, частично из-за того, что эти цели больше ошибаются в сторону «безопасных», а не обязательно «оптимальных», и, возможно, люди предпочли бы присоединить понятие «ссылки» к чему-то более конкретному. чем средний целевой показатель предпочтений потребителей, чтобы отделить их собственные предпочтения от предпочтений более широкой потребительской аудитории. Но я не думаю, что это имеет значение, если учесть, что результат оказывается наиболее приемлемым для большинства людей. Для тех из нас, кто отличается от других, мы обязаны понять, в чем наши предпочтения отличаются от эталонной цели, а затем внести оттуда сознательные корректировки.

Однако важная проблема, связанная с этими целевыми показателями потребительских предпочтений, заключается в том, подходит ли полка низких частот, указанная в целевых показателях Harman на 2013 и 2018 годы, и должна ли она быть включена в контрольные цели или нет. Что касается того, что человеческое ухо делает со звуком, мозг не ожидает контурной нижней середины и полки низких частот, обнаруженных на обеих целевых кривых предпочтений.Как упоминалось ранее, этого можно ожидать из других источников, но вряд ли это будет частью нормализации мозгом физиологических факторов усиления — по крайней мере, это то, что показало мое текущее исследование этого предмета.

На мой взгляд, есть два взгляда на проблему низких частот и низких частот. Первый — просто использовать то, что звучит лучше всего, в качестве эталонной цели. Для меня это оказалось комбинацией цели Harman 2013 года для его низких частот и цели 2018 года для его верхних средних и высоких частот.

Проблема с этим заключается в том, что оно все еще привязано к субъективным предпочтениям, и, в частности, нет корреляции между этим предпочтением и любыми физическими факторами усиления, которые наш мозг ожидает услышать ниже 1 кГц. Что касается представления эталонной цели таким образом, это может быть полезно для обеспечения цели для эквалайзера (чтобы получить то, что предпочитает большинство людей), но, возможно, менее полезно для демонстрации того, насколько сильны басы для данных наушников. Помните, что на скомпенсированном графике цель Harman приведет к тому, что большинство наушников открытого типа с будут выглядеть как , как будто они скатываются по басам, даже если они хорошо расширены до 20 Гц.В этих случаях у этих наушников просто нет басовой полки, предложенной целью.

Второй способ взглянуть на это — сказать, что мы можем игнорировать все, что ниже коэффициентов усиления, связанных с ухом, то есть все, что ниже 1 кГц. Основное преимущество этого подхода заключается в том, что, когда мы видим отклонения в более низких частотах, мы можем оценить, соответствует ли это нашим предпочтениям. Таким образом, полка для басов, которая обычно подходит для одной из целей Harman, на самом деле будет выглядеть как полка для басов относительно плоской линии, а это означает, что мы сможем определить, являются ли наушники басовыми или легкими басами и так далее.Другим преимуществом такого представления является то, что, как упоминалось выше, многие высококачественные наушники открытого типа не следуют за басовой полкой Harman, и это означает, что они не будут выглядеть так, как будто они имеют такой сильный спад в наушниках. бас.

Обратной стороной такого подхода является то, что он делает сравнительные аспекты с другими измерениями — даже если они проводятся на тех же установках, менее жизнеспособны, и, что важно для любого, кто хочет настроить свои наушники для этой цели, для большинства это будет звучать не так хорошо. людей (помните, что — это то, что большинство людей предпочитает , — полка контура и баса, видимая на кривой предпочтений).

Суть при принятии решения о том, какая целевая кривая является лучшей, заключается в том, что это сложный вопрос, который вызывает множество вопросов о том, что наиболее разумно для любого, кто смотрит на графики — для любого, кто пытается выяснить, какие наушники им в конечном итоге понравятся больше всего, и что в конечном итоге строгого «нейтрального» не существует. Но с учетом сказанного, я считаю, что использование цели имеет значительную ценность, которая также может быть полезна для тех из нас, кто хочет эквалайзировать свои наушники и настроить их на оптимальную настройку — для того, что предпочитает большинство людей. Таким образом, эти графики могут подойти всем, кто ищет отправную точку.

Это также причина, по которой важно как минимум включать необработанные измерения частотной характеристики, а не просто отображать скомпенсированные цели . Поначалу это может немного запутать, а также потребовать некоторого объяснения того, как это читать, но чем шире будет распространено понимание необработанных измерений частотной характеристики и того, что наушники на самом деле не измеряют ровно, тем лучше.

Как читать график частотной характеристики

При чтении графиков частотной характеристики важно в основном рассматривать общую кривую и частотные диапазоны, а не рассматривать отдельные частоты.Причина этого в том, что мы на самом деле не очень хорошо слышим отдельные частоты в контексте более широкого диапазона — по крайней мере, когда дело доходит до сильных провалов в определенных областях. Так, например, если вы видите резкое срезание в одной конкретной области частотной характеристики наушников, , это будет не так слышно, как на графике может быть .

Иногда есть и другие причины, по которым наушники будут измерять определенным образом. В частности, многие высококачественные ЖК-наушники Audeze демонстрируют сильный срез в районе 4 кГц.На мой взгляд, эти наушники не кажутся такими сильными, как показывают измерения, и, возможно, это просто связано со стилем дизайна наушников и их взаимодействием с измерительными приборами. Более того, также неосмотрительно указывать на конкретные спады, которые могут возникать из-за взаимодействия с физическим ухом, такого как провал на 9-10 кГц, который должен существовать для большинства наушников, упомянутых ранее.

Когда частотная характеристика наушников показывает несколько отклонений, которые увеличиваются относительно цели, это может быть более серьезной проблемой, но также важно еще раз рассмотреть частотные диапазоны вокруг этих возвышений.Они тоже поднялись до аналогичного уровня? В этом случае пик, о котором идет речь, не будет таким выраженным, поскольку вы также будете слышать все остальное на том же уровне громкости.

Давайте возьмем HiFiMAN Arya в качестве примера:

Если вы посмотрите на верхние средние и высокие частоты, здесь следует рассмотреть три примечательных возвышения. Один на 4 кГц, один около 8 кГц и один на 11 кГц (также обратите внимание на провал около 9 кГц, который должен быть, вероятно, из-за взаимодействия в раковине). Можно простить человека за то, что он подумал, что это будет звучать шипящим или «острым», потому что эталонная кривая, используемая здесь (Harman Combined), намного более плавная во всем этом диапазоне.

Но на самом деле у этих наушников нет проблем с резкостью в этом диапазоне — по крайней мере, в текущей версии — отчасти из-за того, как эти возвышения дополняют друг друга. Этому способствует тот факт, что эти возвышения достаточно широки, и это часто дает более плавный звук, чем если бы эти возвышения были узкими пиками. Более того, эта частотная характеристика может быть немного ярче относительно цели, но только потому, что частотная характеристика не соответствует цели полностью, не означает, что она еще не сбалансирована .

Давайте посмотрим на частотную характеристику Focal Clear:

По большей части Clear имеет приятную частотную характеристику, с, возможно, немного странностями в высоких частотах. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что он выглядит в районе 4-6 кГц — по крайней мере, относительно цели. Это должно быть плохо, правда?

Оставив на мгновение в стороне вопрос, почему это выглядит немного опущенным, на самом деле мы должны рассмотреть здесь, вместо того, чтобы просто сосредоточиться на провале, — это взаимосвязь между 4-6 кГц и нижним диапазоном 2-3 кГц, а также их взаимосвязь. к диапазону над ним.Обратите внимание, что даже в целевом диапазоне 3 кГц выше, чем 4-6 кГц — не в такой степени, но в этом есть общее сходство.

Затем задайте вопрос: , как это соотношение в частотной характеристике влияет на музыку, которую я, возможно, слушаю? Это должно побудить нас рассмотреть инструментальные тоны, которые обозначают эти частоты как для основной, так и для резонансной гармоники / обертона. Возможно, вы обнаружите, что 3 кГц здесь слишком сильны по сравнению с диапазонами вокруг него, или, может быть, вы обнаружите, что это именно то, что вам нужно.Но тот факт, что здесь наблюдается отклонение от целевой кривой, сам по себе не является плохим — возможно, он не идеален, но и не является серьезной проблемой.

Теперь давайте посмотрим на пик на частоте 8 кГц. На мой взгляд, это более серьезная проблема, и я считаю, что это является причиной некоторой случайной шероховатости, которая проявляется для согласных тонов в вокале, таких как ‘S’, ‘F’ и ‘T’ (вы можете подтвердить это с помощью использование эквалайзера с узким фильтром, чтобы сгладить этот пик, и шероховатость исчезнет).Это связано с тем, что соотношение между высотой 8 кГц и диапазонами по обе стороны от него не так гладко, как могло бы быть в идеале. Это не будет отображаться на всех записях, на самом деле только на некоторых из них, потому что точный диапазон этих тонов будет варьироваться от одной записи к другой.

Тип возвышения, видимый здесь на 8 кГц, может иметь эффект привлечения большего внимания к определенным элементам в миксе, и это не значит, что в целом это особенно сибилянно, поскольку весь этот раздел все еще немного более расслаблен.Но из-за того, что эта высота настолько мала на уровне 8 кГц, на некоторых записях она может подчеркивать края определенных тонов по сравнению с тонами, которые маркеры располагаются по обе стороны от них.

Итак, чтобы заключить, при оценке частотной характеристики сначала посмотрите на общий наклон относительно цели, а не на то, соответствует ли он цели идеально или нет. Затем посмотрите на различные частотные диапазоны и их отношение к диапазонам вокруг них. Это укажет на тональный баланс. И, наконец, глядя на значительные отклонения от цели, подумайте, насколько узкими являются эти отклонения и диапазон частот вокруг них.Чаще всего то, что выглядит неоптимально, на самом деле так не звучит.

Давай поговорим об этом басе

Почему-то уровень низких частот и их высота кажутся спорным вопросом. Я думаю, возможно, потому, что у всех нас есть такие разные предпочтения в отношении того, как мы хотим, чтобы наш бас звучал. Однако, глядя на цель Хармана, есть очень веская причина того, почему басы усиливаются именно там, где они есть, а именно ниже 150 Гц.

Цель указывает на то, что люди обычно предпочитают приличное количество низких частот, но, что важно, мы предпочитаем низкие частоты, отличные от средних частот.Это может быть связано с различными предполагаемыми факторами усиления, которые не являются частью уха, возможно, потому, что мы привыкли находиться в определенных условиях или слышать музыку в этих условиях, но также, может быть, просто потому, что нам это нравится. Тем не менее, наличие очерченных нижних средних частот, а затем отчетливой полки для низких частот ниже 150 Гц позволяет басам проходить удовлетворительно, но четко.

Я столкнулся с рядом веских причин, по которым некоторые могут предпочесть, чтобы нижняя средне-контурная секция была линейной и заполненной, и это предпочтение может также больше соответствовать наушникам открытого типа, чем наушникам закрытого типа.В общем, это проистекает из желания иметь более «насыщенный» вид звука, но также потому, что некоторые стили записи просто не выделяют более низкие басовые частоты, то есть для того, чтобы эти записи звучали «полноценно», мы Нужны были наушники с более заполненным переходом между басами и низкими средними частотами.

Но в любом случае мы можем понять, будут ли басы в наушниках различаться по двум причинам. A) общий уровень громкости (уровень звукового давления) полки для низких частот, и B) насколько выше по частотной характеристике полка для низких частот останавливается.Так, например, если усиление низких частот продолжается до 300 Гц и не снижается до нижней середины, есть тенденция к тому, чтобы это звучало грязно и густо, поскольку оно немного перетекает в средние частоты. Напротив, если подъем низких частот останавливается около 150 Гц и возвращается к средним частотам (или даже провалу в этой области), басы будут звучать более отчетливо — и потенциально более подчеркнуто. Если нет подъема басов и это ровная линия, мы должны посмотреть, где уровень по отношению к верхним средним и верхним частотам.Есть большая вероятность, что басы будут звучать отчетливо, но не так отчетливо, как полка низких частот, предлагаемая эталонной целью.

Какой бы стиль вы ни выбрали, это, конечно, вопрос предпочтений, но когда вы видите вид усиления низких частот, как на изображении ниже, вы можете предположить, что пока он присутствует, он не будет таким отчетливым, как если бы полка снова упал около 150 Гц:

Суть (посмотрите, что я там сделал) для низких и низких средних частот заключается в том, что вы должны спросить себя, какой басовый отклик вам нужен.Если вы хотите более насыщенный бас и переход к более низким средним частотам, возможно, вам нужна ровная линия на всем протяжении. Если вам нужен очень отчетливый басовый отклик, ищите полку, которая следует за высотой Harman. И, наконец, если по какой-то причине вам нравится гулкий и властный бас (эй, некоторым нравится), то поищите что-то более похожее на график Sony WH-1000XM4, изображенный выше.

Что такое диаграмма частотной характеристики?

Графики частотных характеристик

могут сбить с толку тех, кто с ними не знаком.

Во-первых, следует изучить заголовок.

Частотная характеристика на перегородке IEC (DIN 45575) при 1 Вт, 1 м — полное сопротивление свободному воздуху

Это говорит нам о нескольких вещах:

1. « Частотная характеристика » — это указывает на то, что значения, которые мы измеряем по оси Y, сравниваются (или являются ответом) на изменения частоты, которые показаны на оси X.
2. « на перегородке IEC (DIN 45575) » — это говорит нам о том, что измерения проводятся на динамике, который установлен в соответствии со стандартами перегородки IEC, описанными в DIN 45575.Это стандарт, по которому можно легко измерить громкоговорители для обеспечения согласованности и точности. Слово «перегородка» относится к предотвращению распространения звука в определенных направлениях (в данном случае в направлениях, которые могут отрицательно повлиять на измерения). Это крепление используется для измерения кривой звукового давления в дБ (описанной ниже). Для точного определения этой перегородки см. Изображение в разделе дБ SPL ниже.
3. « @ 1W, 1m » — это означает, что измерения производятся при 1 Вт на расстоянии 1 метра от динамика для измерения уровня звукового давления в дБ.
4. « Импеданс в свободном воздухе » — это означает, что кривая импеданса (описанная ниже) измеряется с отключенным динамиком (т.е. в «свободном воздухе»), что является стандартным способом измерения сопротивления динамика.

Фактический график частотной характеристики состоит из двух основных компонентов.

Первым из этих компонентов является кривая «дБ SPL» или уровень звукового давления:

Ось Y слева — это метка кривой «дБ SPL».Этот график представляет собой измерение уровня звукового давления, измеренного путем размещения микрофона на расстоянии 1 метра от динамика и выполнения развертки частоты синусоидальной волны от 20 Гц до 20 кГц через динамик (это значения на оси x — ось представляет собой логарифмическая шкала). Стандартное расстояние для измерения этих кривых — 1 метр. Это то, к чему относится заголовок графика «@ 1W, 1m». Измерения проводятся в безэховой камере, чтобы гарантировать точность результатов. См. Картинку ниже.

Уровень звукового давления (SPL) — это логарифмическое измерение эффективного звукового давления динамика.Он измеряется в децибелах (дБ) выше стандартного опорного уровня, который обычно считается порогом человеческого слуха. Следовательно, нижний предел слышимости определяется как уровень звукового давления в дБ +0. Не существует определенного верхнего предела, но +191 дБ SPL — это максимальное значение, возможное в атмосфере Земли, и поэтому его можно рассматривать как верхний предел для всех практических целей.

Ниже приведено изображение спецификации перегородки IEC, используемой для этих измерений (описанных выше).

Ниже приведено изображение фактической установки перегородки IEC, используемой для измерения кривой звукового давления в дБ на заводе SICA.

Второй компонент диаграммы частотной характеристики — это кривая «Ом» или «Импеданс»:

Ось Y справа — это метка для значений импеданса (также называемая кривой импеданса ). Ось — логарифмическая шкала. Это измерение импеданса динамика по отношению к той же развертке частоты синусоидальной волны от 20 Гц до 20 кГц (это значения на оси x). Номинальное сопротивление динамика является показателем импеданса динамика по переменному току, изменение которого можно увидеть на этом графике.Глядя на широкий диапазон на приведенном выше графике, очевидно, что невозможно присвоить динамику одно значение импеданса. Однако номинальный импеданс может служить единственным удобным значением для представления и оценки динамика. Вот почему в наших спецификациях указано номинальное сопротивление для динамика .

In-Ear Fidelity — База данных графиков наушников

Установка: Портативный компьютер> Мастер эквалайзера помещения> Аудиоинтерфейс Motu M2> Блок формирования сигнала B & K 1704-C-102 (питание по шине USB)> GRAS RA0402 с предварительно поляризованным «высоким разрешением» соединитель IEC603318-4> GRAS KB5000 / KB5001 искусственная ушная раковина (правая и левая соответственно)

Для получения дополнительной информации нажмите здесь

* Примечание. Все наушники измеряются со стандартными подушечками, если не указано иное.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

1. График частотной характеристики никоим образом не указывает на хорошее качество звука. Думайте об этом как о вкусах, как в мороженом. FR похож на брендинг на боковой стороне ванны, который сообщает вам вкус мороженого. Он не скажет вам, хорошее ли это мороженое, , но, по крайней мере, у вас есть способ узнать, какой вкус вам нужен.

2. Измерения в этой базе данных выполняются на GRAS 43AG-7 и, таким образом, соответствуют стандартам, изложенным в IEC60318-7. Это означает, что измерения в этой базе данных напрямую совместимы с целевыми кривыми, такими как KEMAR Diffuse-Field и Harman Target, которые получены с установок GRAS.

3. Плоскость на графике НЕ ОЗНАЧАЕТ плоской в ​​реальной жизни. Тот факт, что наушники обходят головку, требует более высокого уровня звукового давления в областях 2-5k в качестве компенсации (см .: Diffuse Field, Head Related Transfer Function, Harman Target).

3.1. По умолчанию все измерения наушников скомпенсированы по целевой кривой «IEF Neutral». Для дополнительных целевых кривых они доступны в инструменте сравнения графиков.

4. Измерения предназначены для дополнения субъективных впечатлений, а не на их основе . Я понимаю, что некоторые люди любят изображать меня как своего рода объективную фигуру, когда все, что я делаю, это смотрю на графики и определяю качество на основе указанных показателей. 99% наушников, которые я измерил, я тоже слушал . Если бы не графики, эту базу данных можно было бы также использовать как список наушников, которые я пробовал и прослушивал, и графики просто служат тому доказательством.

5. Разница в единицах измерения есть вещь. Я не контролирую, какие демонстрационные устройства компании предоставляют мне или своим дистрибьюторам (где я обычно выполняю измерения). Если вы обнаружите проблемы с моими измерениями, это может быть любое из следующих значений:

a) Непоследовательное производство
b) Сломанные / неисправные устройства (что не сразу видно)
c) Неверное согласование каналов
d) Ошибка измерения (да, я человек, иногда делаю ошибки)

6. Измерения выполняются с предположением «идеального уплотнения». Места размещения, которые приводят к ненормальному скатыванию, отбраковываются и выполняются повторно до тех пор, пока не будет достигнуто надлежащее уплотнение.

7. Все наушники мерные штатные, если не указано иное. Любые изменения или модификации будут указаны в самой записи измерений (например, различные колодки, модификации и т. Д.).

Что такое АЧХ наушников и что такое хороший диапазон? — Мой новый микрофон

Звук и звук создаются волнами в диапазоне частот.Люди естественным образом реагируют на слышимый диапазон частот, и наушники спроектированы с собственным диапазоном частот, который они могут воспроизводить.

Что такое АЧХ наушников и какой диапазон хороший? Частотная характеристика наушников относится к частотной чувствительности выхода. Частотные характеристики показывают диапазон, воспроизводимый наушниками. График показывает, какие частоты выделяются над другими. Идеальный диапазон охватывает звуковой диапазон от 20 Гц до 20 кГц.

В этой статье мы рассмотрим частотную характеристику наушников более подробно и поможем вам определить наилучшую частотную характеристику для ваших собственных наушников и впечатлений от прослушивания.

Статья по теме: Полное руководство по частотной характеристике микрофона (с примерами микрофона)

---

Содержание

---

Праймер для наушников, преобразователи звука и звука

Давайте начнем с быстрого определения наушников, звука и звука.

Наушники — это преобразователи, которые преобразуют звуковые сигналы (электрическую энергию) в звуковые волны (энергию механических волн). Звуковые сигналы — это электрические представления звука, в то время как звуковые волны — это реальный звук, который мы можем слышать.

Для людей широко распространен диапазон слышимых частот звука от 20 Гц до 20 000 Гц. Это можно рассматривать как частотный диапазон нашего слуха. Подробнее об этом в разделе «Звуковой диапазон и частотная характеристика человека».

Таким образом, как аудиосигналы, так и звуковые волны обычно описываются как имеющие частоты от 20 Гц до 20 000 Гц.

Аудиосигнал (не чистый тон) обычно состоит из множества разных частот с разными амплитудами и переходными характеристиками. Эта электрическая информация представляет собой представление звука в переменном токе с той же частотной информацией.

Для получения дополнительной информации о наушниках, звуке и аудио, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон», соответственно:
• Как наушники издают звук? (Простое руководство для начинающих)
• В чем разница между звуком и звуком?

Наушники

предназначены для воспроизведения этих аудиосигналов как реальных звуков, которые слышит слушатель.Однако при преобразовании воспроизведение некоторых частот может незначительно отличаться. Наушники могут усиливать или ослаблять некоторые частоты аудиосигнала при воспроизведении звука, изменяя предполагаемый звук.

Это суть частотной характеристики. Какие звуковые / звуковые частоты могут преобразовывать наушники и какие из этих частот естественным образом воспроизводят наушники в большей степени?

---

Что такое АЧХ наушников?

Частотная характеристика наушников — это частоты звука, которые могут воспроизводить наушники.Это также связано с частотно-зависимой чувствительностью наушников или, другими словами, с частотами, которые наушники, естественно, будут воспроизводить больше (по сравнению с другими частотами).

Другими словами, частотная характеристика — это мера величины выходного сигнала наушников по сравнению с его входным сигналом в зависимости от частоты. Он показывает, насколько точно наушники воспроизводят каждую частоту аудиосигнала с точки зрения амплитуды.

Каждая пара наушников имеет свои собственные характеристики АЧХ наушников.Обычно эта спецификация включается в спецификации / техническое описание производителя.

Этот отклик обычно дается как диапазон частот, который могут воспроизводить наушники.

Некоторые производители включают график, показывающий, как наушники воспроизводят каждую частоту в диапазоне, но это бывает редко. Чтобы найти эту информацию, часто необходимо обратиться к третьей стороне, которая провела свои собственные измерения графика частотной характеристики.

Проще говоря: частотная характеристика сообщает нам, какие частоты могут воспроизводить наушники, а какие частоты превышают или недооценивают по сравнению с предполагаемым аудиосигналом.

Частотная характеристика обычно дается как диапазон, который наушники способны воспроизводить от самой низкой частоты до самой высокой частоты. Более подробная информация доступна на графике частотной характеристики, но обычно они производятся третьими сторонами, а не самими производителями наушников.

Хотя частотная характеристика часто упускается из виду и / или считается само собой разумеющейся «несущественной характеристикой», на самом деле она является одним из наиболее важных факторов, когда дело доходит до правильного воспроизведения звука.Стабильность, комфорт, шумоподавление, электрический импеданс и чувствительность также считаются основными факторами, но частотная характеристика, пожалуй, самая важная, когда дело доходит до фактического воспроизведения звука.

---

Диапазоны частотной характеристики и графики наушников

Диапазон частотных характеристик наушников означает диапазон частот, которые могут воспроизводить наушники.

График АЧХ наушников подробно показывает частотно-зависимую чувствительность наушников во всем диапазоне.

Обратите внимание, что наушники обычно разрабатываются с двумя идентичными драйверами наушников с одинаковыми частотными характеристиками.

Диапазон частот измеряется производителем, но часто не имеет значения для потребителя. Он сообщает нам только частоты, которые наушники могут воспроизводить, но не указывает относительную чувствительность каждой частоты.

Другими словами, теоретическая пара наушников может иметь частотную характеристику от 10 Гц до 40 000 Гц.Это означает, что он может воспроизводить частоты в этом диапазоне, который превышает слышимый диапазон от 20 Гц до 20 000 Гц на низких и высоких частотах. Принимая этот диапазон за чистую монету, мы предполагаем, что эти наушники, вероятно, будут отлично звучать.

Однако нет никаких оснований предполагать, что в этом диапазоне не могло быть дикой изменчивости. Например, теоретические наушники могут иметь провал на 40 дБ в диапазоне от 1000 Гц до 4000 Гц. Конечно, они способны воспроизводить звук в этом диапазоне, но делают это очень плохо.В результате звук будет приглушенным и ужасным.

Лучшим, хотя и менее лестным, методом записи диапазона частотной характеристики было бы определение значения допуска. Значение допуска, записанное как +/- X дБ, предполагает, что диапазон отклика сохраняется в пределах этой частотно-зависимой изменчивости чувствительности.

Например, мы можем доверять паре наушников с частотной характеристикой 50 Гц — 25 000 Гц +/- 10 дБ, которые будут намного более точными при воспроизведении звука по сравнению с нашим предыдущим примером 10 Гц — 40 000 Гц.

С графиком частотной характеристики все эти догадки исключены. Эти графики предлагают гораздо более четкую информацию о том, как наушники будут воспроизводить частоты в пределах своего диапазона отклика.

Чтобы узнать больше о диапазонах частотных характеристик и графиках, давайте рассмотрим несколько примеров!

Модель наушников	Тип наушников	Диапазон частот	Номинальное сопротивление
Apple EarPods	Наушники Драйвер с подвижной катушкой	5 Гц — 21000 Гц	45 Ом
Sennheiser HD 280 Pro	Закрытый Круговой Драйвер с подвижной катушкой	8 Гц — 25000 Гц	64 Ом
Audeze LCD-4	Открытый Circumaural Планарный магнитный драйвер	5 Гц — 50 000 Гц	200 Ом
STAX SR-007	Открытый Круговой Электростатический привод	6 Гц — 41 000 Гц	170 кОм (при 10 кГц)

Apple EarPods Частотная характеристика

Apple EarPods (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) — это популярная пара наушников с диапазоном частотной характеристики от 5 Гц до 21 000 Гц.

Apple EarPods

Apple не предоставляет график частотных характеристик для наушников EarPods. Тем не менее, Inner Fidelity протестировала эти наушники и составила следующий график:

График частотной характеристики наушников Apple EarPods
Фото предоставлено Inner Fidelity

Компания Apple вошла в список лучших мировых брендов наушников / вкладышей «Мой новый микрофон».

Обратите внимание, что в этом разделе мы рассматриваем значения Top — Compensated и Averaged.

Как и следовало ожидать от относительно дешевых наушников EarPods массового производства, зубчатый график частотной характеристики показывает нам, что отклик довольно цветной.

Нижний предел значительно падает ниже 100 Гц. Это обычное дело для наушников, поскольку их драйверы небольшие.

Итак, глядя на график, мы делаем вывод, что EarPods цветные и не очень басы. В целом они звучат довольно точно.

Итак, главный фактор, на который следует обратить внимание, заключается в том, что, хотя в частотном диапазоне указано, что EarPods выдают от 5 Гц до 21 000 Гц, график показывает нам, что это далеко от истинной картины.

Было бы ошибкой просто предполагать постоянную чувствительность в диапазоне от 5 Гц до 21 000 Гц.

Давайте возьмем большое отклонение чувствительности на +/- 10 дБ в частотном диапазоне наушников EarPods. С этим отклонением частотный диапазон будет примерно 45 Гц — 12 000 Гц, а не намного лучше выглядящими 5 Гц — 21 000 Гц.

Это не относится конкретно к наушникам Apple EarPods. Почти все наушники рассказывают похожую историю, когда дело касается их частотных характеристик.

Все сказанное, эта кривая отклика не полностью указывает на отсутствие низких частот.Близость и связь между драйверами и барабанными перепонками слушателя позволяют усилить воспринимаемые басы по сравнению с обычными наушниками и громкоговорителями, закрепленными на голове. Таким образом, наушники могут обеспечить более сильное ощущение низких частот, фактически производя менее низкочастотный звук.

Чтобы проверить это, попробуйте осторожно вставить наушники глубже в уши и прислушаться к усилению басов.

Что касается нижней середины, EarPods довольно плоские, и их драйверы точно отображают источник звука.

На частоте 2 кГц наблюдается небольшой пик чувствительности EarPods. Это усиление помогает выявить характер большинства вокалов и инструментов, что важно для того, чтобы слышать детали звука, особенно с наушниками, которые часто используются в более шумной среде и во время физической активности.

EarPods, как и подавляющее большинство наушников, имеют высококачественный спад. Этот спад начинается около 11 кГц. Перед спадом высоких частот возникает пик резонанса около 16 кГц.

Обратите внимание, что эти высокие частоты являются обычным явлением, потому что наушники сидят близко к вашим ушам, и высокие частоты звучат громче, чем они есть на самом деле. Обычно высокие частоты быстро рассеиваются в воздухе между громкоговорителями и нашими ушами, но это не относится к непосредственной близости наших ушей и драйверов наушников.

Чтобы компенсировать естественный рост высоких частот, производители наушников часто создают спад высоких частот в частотных характеристиках своих наушников.

Усиление низких частот также дает аналогичный эффект, увеличивая воспринимаемую громкость низких частот. Это важно, потому что наушники не воспроизводят тех интуитивных басов, которые производят громкоговорители (басы, которые вы чувствуете своим телом).

Sennheiser HD 280 Pro Частотная характеристика

Sennheiser HD 280 Pro (ссылка для сравнения цен на Amazon и B&H Photo / Video) — это распространенная пара закрытых закрытых наушников (накладных) с динамическими драйверами с подвижной катушкой.У них есть опубликованный частотный диапазон от 8 Гц до 25 000 Гц.

Sennheiser HD 280 Pro

Sennheiser HD 280 Pro описан в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие наушники с подвижной катушкой / динамическими наушниками до 100 долларов
• Лучшие наушники с закрытым корпусом до 100 долларов США
• Лучшие наушники с накладными наушниками Менее $ 100

Sennheiser не публикует график АЧХ для своих наушников HD 280 Pro. Тем не менее, мы можем увидеть график этих наушников ниже, рассчитанный по Inner Fidelity:

Sennheiser представлен в следующих статьях «Мой новый микрофон»:
• Лучшие бренды лучших наушников в мире
• Лучшие бренды лучших наушников в мире
• Лучшие бренды лучших микрофонов, которые вы должны знать и использовать

Обратите внимание, что в этом разделе мы рассматриваем значения Top — Compensated и Averaged.

Выше мы видим, что Sennheiser HD 280 Pro имеют превосходный диапазон низких частот и относительно ровную / естественную частотную характеристику.

Эти драйверы наушников воссоздают свои аудиосигналы с превосходной четкостью в диапазоне от 20 Гц до 2 кГц до того, как начнется спад высоких частот.

Это говорит нам о том, что басы HD 280 Pro хороши и сильны, и большая часть звука будет воспроизводиться точно для нашего удовольствия от прослушивания.

Небольшое падение чувствительности в районе 100 Гц помогает уменьшить «квадратность» звука.

Спад на высоких частотах довольно стабильный, за исключением заметного пика на ~ 9 кГц. Этот пик с центром на частоте ~ 9 кГц помогает добиться высокой четкости, придавая 280-м их характер. Однако относительно острый пик в середине длинного спада высоких частот также может слишком сильно окрашивать звук в наушниках и обычно считается отрицательной чертой.

Audeze LCD-4 Амплитудно-частотная характеристика

Audeze LCD-4 (ссылка, чтобы узнать цену на B&H Photo / Video) — это пара высококачественных планарных магнитных наушников с открытой окантовкой уха.LCD-4 имеют диапазон частотной характеристики от 5 Гц до 50 000 Гц.

Audeze LCD-4

Еще раз, Audeze не публикует график АЧХ. Следующий график взят из исследования, проведенного Inner Fidelity:

Audeze входит в список лучших брендов наушников в мире «Мой новый микрофон».

Обратите внимание, что в этом разделе мы рассматриваем значения Top — Compensated и Averaged.

Audeze LCD-4s может похвастаться самой ровной АЧХ в диапазоне низких и средних частот из 4 примеров наушников в этом разделе.Это обеспечивает четкое восприятие низких частот и четкость среднего диапазона звука наушников.

Спад высоких частот начинается чуть выше 1 кГц, но остается относительно плоским на уровне -15 дБ выше 4 кГц. Конечно, на высоких частотах есть резонансные пики и провалы, но это естественно для наушников. В целом, высокие частоты хорошо представлены и должным образом ослаблены для достижения сбалансированного звука для слушателя.

STAX SR-007 Частотная характеристика

STAX SR-007A Mk2 (ссылка, чтобы узнать цену на Amazon) — это пара электростатических наушников с открытой спинкой вокруг уха и опубликованным диапазоном частотной характеристики от 6 Гц до 41 000 Гц.

STAX SR-007A Mk2

STAX SR-007A Mk2 вошел в список лучших электростатических наушников My New Microphone.

STAX не имеет графика частотной характеристики для своего SR-007 Mk2, но Inner Fidelity опубликовала следующий график частотной характеристики:

Stax входит в список лучших мировых брендов наушников «Мой новый микрофон».

Обратите внимание, что в этом разделе мы рассматриваем значения Top — Compensated и Averaged.

Как мы видим, SR-007 имеет как спад низких частот, так и спад высоких частот.

Результат вышеупомянутой частотной характеристики вместе со специализированным усилением SR-007 дает удивительно прозрачный звук, который представляет аудиосигнал с большой четкостью.

Спад низких частот 20 Гц (самая низкая точка человеческого слуха) на уровне -10 дБ, поэтому наушники по-прежнему будут воспроизводить низкие частоты с некоторой четкостью. Что касается высоких частот, снижение чувствительности дает SR-007 естественное звучание высоких частот без ущерба для точности.

---

Слышимый диапазон и частотная характеристика человека

Общепринято, что слышимый диапазон человеческого слуха составляет от 20 Гц до 20 000 Гц, хотя многие люди из-за старения, повреждения или иного неидеального слуха могут иметь более ограниченный диапазон.

При этом мы не одинаково чувствительны ко всем частотам в пределах нашего диапазона слуха. Эта частотно-зависимая чувствительность нашего слуха хорошо отражена на кривых Флетчера-Мансона, показанных ниже:

Кривые Флетча-Мансона

• Уровень звукового давления: изменение локального давления в среде (воздухе), вызванное звуковыми волнами, измеряется в децибелах (дБ SPL).
• Частота: циклов в секунду звуковой волны чистого тона.
• Phon: стандартное измерение воспринимаемой громкости / интенсивности чистого тона, психофизически согласованного с эталонной частотой 1 кГц.

Как мы видим выше, для того, чтобы мы могли слышать низкие частоты, требуются гораздо более высокие уровни звукового давления на низких частотах. То же самое и с высокими частотами, хотя и не такими экстремальными.

Другими словами, мы менее чувствительны к звуковым частотам в нижних и верхних частях диапазона нашего слуха.

На самом деле мы больше ощущаем эти частоты, чем слышим их. Глубокие басы, когда они громко проецируются через воздух, будут грохотать в наших телах (представьте себе бас-барабан, подключенный к микрофону в концертном зале). Точно так же высокие частоты на самом деле содержат мало гармоник, но позволяют нам слышать «воздушность» или «яркость» звука.

Мы, естественно, наиболее чувствительны к среднему диапазону, где много человеческой речи. Обратите внимание на естественное увеличение чувствительности около 4 кГц, которое совпадает с разборчивостью речи и шипением.

В этом разделе показано, что частотные характеристики имеют не только наушники, но и наши собственные уши. Фактически, если у нас поврежден слух в одном ухе, наши два уха фактически будут иметь разные частотные характеристики.

Микрофоны, динамики и другие преобразователи, работающие со звуком и звуком, также будут иметь частотные характеристики.

Чтобы узнать больше о частотной характеристике микрофона, ознакомьтесь с моей статьей «Полное руководство по частотной характеристике микрофона (с примерами микрофона)».

---

Как люди слышат наушники?

Наушники интересным образом взаимодействуют с нашими барабанными перепонками.

Давай подумаем. Наушники — это, по сути, небольшие громкоговорители, которые размещаются сразу за ухом или даже внутри слухового прохода (как в случае с наушниками). Если кто-то не шепчет вам в ухо или вы не прижимаете ухо к источнику звука или против него, вы редко услышите звук в природе, как в наушниках.

Чтобы узнать больше о различиях между наушниками и наушниками, ознакомьтесь с моей статьей В чем разница между наушниками и наушниками?

Эта близость лежит в основе некоторых интересных взаимодействий между наушниками и нашим общим чувством слуха.

Начнем с баса. Как мы узнали, изучив кривые Флетчера-Мансона в предыдущем разделе, люди больше чувствуют басы, чем слышат их.

В то время как громкоговорители и сабвуферы выталкивают большое количество воздуха для воспроизведения низких частот, наушники больше полагаются на близость; связь с барабанной перепонкой и костная проводимость для воспроизведения воспринимаемых басов.

Громкоговорители гораздо более способны производить большие движения воздуха, необходимые для низких частот. Если мы встанем перед громким сабвуфером, мы сможем почувствовать басы.

Однако мы бы не хотели подносить ухо к громкому сабвуферу, так как это может повредить его.

Таким образом, наушники должны воспроизводить басы по-другому, чтобы мы могли воспринимать басы в звуке.

Относительно малые диаметры наушников и драйверов наушников, естественно, хуже воспроизводят большие басовые частоты по сравнению с более крупными громкоговорителями.

Для получения дополнительной информации о размере драйвера наушников ознакомьтесь с моей статьей «Какой размер драйвера подходит для наушников?»

Таким образом, наушники полагаются на свою близость для воспроизведения воспринимаемых низких частот. Обратите внимание, что следующие моменты относятся к общему взаимодействию между драйверами наушников и барабанными перепонками на всех частотах, но могут использоваться, в частности, для объяснения низких частот.

Непосредственная близость динамика наушников к барабанной перепонке означает, что драйверу (динамику наушников) не нужно перемещать столько воздуха, чтобы воспроизводить приличные басы при правильном ношении наушников.

Многие форм-факторы наушников / вкладышей образуют герметичный (или, по крайней мере, полугерметичный) корпус с динамиком на одном конце и барабанной перепонкой на другом. Такое соединение диафрагм позволяет басовым частотам оказывать большее влияние на барабанную перепонку и увеличивать воспринимаемую громкость.

Звуковые колебания в наушниках вызывают физическую вибрацию нашего черепа и крошечных костей во внутреннем ухе, которые посылают в наш мозг сигналы, помогающие нам воспринимать звуковые частоты. Это называется костной проводимостью и особенно эффективно для низких частот.

Несмотря на то, что все наушники обеспечивают некоторую костную проводимость, наибольшую костную проводимость обеспечивают околосуальные (над ухом) наушники с костной проводимостью. Они оба прижимаются к нашим черепам и могут, так что их низкие частоты легче воспринимаются.

Чтобы узнать, как наушники воспроизводят басы более подробно, ознакомьтесь с моей статьей Есть ли в наушниках сабвуферы и как HP воспроизводят басы?

Любые стоящие своих денег драйверы наушников точно воспроизводят средние частоты.Это верно для всех типов драйверов, хотя типы сбалансированного якоря могут быть немного более узкополосными.

Информацию обо всех типах драйверов для наушников см. В моей статье Что такое драйвер для наушников? (Как работают все 5 типов драйверов).

Что касается высоких частот, все хорошо разработанные драйверы могут быть настроены для получения высоких частот, выходящих за пределы слышимого диапазона. Что касается форм-фактора, наушники и наушники открытого типа обычно более эффективны, чем наушники закрытого типа.

Короткие волны высоких частот вызывают большее подавление фазы, чем их более длинные аналоги, поскольку они отскакивают от корпуса наушников. Это не столько касается наушников, сколько наушников, особенно с закрытыми амбушюрами.

Чтобы узнать больше о наушниках с закрытым и закрытым корпусом, ознакомьтесь с моей статьей «Полное руководство по наушникам с открытым и закрытым корпусом».

Также стоит упомянуть, что звук естественным образом «эквалируется» вашим телом, когда он достигает барабанных перепонок.

В наушниках физическая структура вашей головы и особенно открытое пространство пазух обеспечат некоторое акустическое усиление для средних частот.

Раковина, которая представляет собой меньшую чашку во внешнем ухе вокруг входа в слуховой проход, фокусирует звук в слуховой проход. Он разработан, чтобы быть особенно эффективным в диапазоне от 2 кГц до 5 кГц, где имеет место разборчивость речи.

Кроме того, длина слухового прохода дает возможность возникновения модальных артефактов.Эти пики обычно возникают на частотах около 3 кГц, 9 кГц и 15 кГц, хотя они в значительной степени зависят от формы рассматриваемого уха.

Это всего лишь несколько биологических причин, по которым звук, который мы слышим, будет отличаться от того, что на самом деле производят наушники. Эти факторы могут добавить путаницы в отношении частотной характеристики наушников, но, тем не менее, о них стоит знать.

---

Как измеряется частотная характеристика наушников?

До сих пор в этой статье мы делали базовые интерпретации нескольких частотных характеристик наушников, глядя на компенсированные и средние линии графиков Apple EarPods; Sennheiser HD 280 Pro; Наушники Audeze LCD-4 и STAX SR-007.

Как измеряются эти графики частотной характеристики?

Ну, на самом деле это довольно сложно. Возможно, поэтому большая часть информации о частотной характеристике наушников предоставляется третьими сторонами, а не самими производителями.

Несколько ресурсов для проверки различных тестов частотной характеристики наушников:

Наушники не похожи на обычные громкоговорители, частотные характеристики которых обычно измеряются с помощью измерительного микрофона в безэховой камере.

В отличие от громкоговорителей, наушники нельзя измерять с помощью обычных измерительных микрофонов в акустически глухой среде. Скорее, их нужно измерять так, как если бы они носили теоретический слушатель.

Другими словами, они должны быть подключены к микрофону, имитирующему акустические характеристики уха. Это усложняет процесс измерения, но позволяет нам оценить, что типичные барабанные перепонки будут слышать при прослушивании драйверов наушников.

Головы-пустышки, имитирующие человеческую голову и уши, используются при измерении частотной характеристики наушников.Микрофоны внутри этих фиктивных головок имеют схожую реакцию с человеческими барабанными перепонками, которая сильно отличается от реакции измерительных микрофонов.

Обратите внимание, что частотная характеристика измерительного микрофона в макете головы должна быть принята во внимание при вычислении отклика наушников.

Измерение проводится путем размещения наушников на манекене. Затем на наушники отправляется широкий синусоидальный аудиосигнал. Этот звук имеет постоянную амплитуду и распространяется по широкому диапазону тестовых частот (обычно шире, чем слышимый спектр 20 Гц — 20 000 Гц).Точные характеристики частотной характеристики определяются стороной тестирования.

Поскольку качающийся звук находится на постоянном уровне, любые различия между звукоснимателем микрофона и частотной характеристикой микрофона будут обусловлены характеристиками частотной характеристики наушников.

Задача тестировщиков — поддерживать единообразие во время своих тестов и выполнять тесты с дублированием, чтобы получить как можно более точный конечный результат. Для этого может потребоваться:

• Использование того же источника звука и оборудования (фиктивная голова, измерительный микрофон, усилитель для наушников и т. Д.)) настраивается аналогичным образом (кроме тестируемых, конечно же наушников).
• Выполнение тестов при различных амплитудах для измерения отклика наушников на разных уровнях звука.
• Переставьте наушники на манекен для получения более усредненного рейтинга отклика.
• Использование разных фиктивных головок в различных тестах для дальнейшего резервирования при необходимости.

Каждый наушник обычно измеряется и повторно устанавливается несколько раз, чтобы обеспечить избыточность и точность теста.Окончательный график частотной характеристики представлен как среднее значение этих нескольких измерений.

Но это не так просто.

Головы-пустышки, как и наши собственные, имеют собственные резонансы и «естественные эквалайзеры», которые окрашивают любой звук, достигающий внутреннего микрофона. Эта окраска была кратко затронута в предыдущем разделе.

С учетом всех различных частотных характеристик и резонансов, все довольно быстро усложняется. Как тестеры приходят к получению точного результата частотной характеристики?

Тестеры должны компенсировать собственные резонансы в манекене.Обычно это делается путем нахождения «целевой кривой» головы манекена.

Целевая кривая по существу представляет характер человеческого слуха, определяемый резонансами синтетической головы манекена. Он действует как своего рода справочная линия, чтобы помочь нам лучше понять реакцию наушников, показывая нам пики и спады, которые будут присущи микрофонному захвату.

Другими словами, если наушники воспроизводят звук идеально ровно (воспроизводят все частоты с одинаковой амплитудой во время теста), то результирующая кривая частотной характеристики будет соответствовать целевой кривой.

Обычно используется целевой отклик Harman, который измеряет отклик внутреннего фиктивного головного микрофона на тщательно откалиброванную стереопару мониторов в критически важной комнате для прослушивания.

Множественные тесты, о которых я упоминал ранее, усреднены. Это среднее значение называется необработанным ответом.

Тестеры

вычитают необработанные данные отклика теста из целевой кривой, чтобы лучше понять, как наушники будут звучать для слушателя при ношении. Эта новая кривая, известная как компенсированная кривая, дает нам общее представление о том, как наушники будут звучать при правильном ношении.

---

Необработанная частотная характеристика по сравнению с Компенсированная частотная характеристика

На графиках частотной характеристики, показанных в разделе «Диапазоны и графики частотной характеристики наушников», мы видели несколько линий. Верхние строки показывают скомпенсированную и усредненную частотную характеристику наушников, а нижние строки показывают необработанную частотную характеристику для пяти различных положений наушников.

Давайте еще раз посмотрим на график АЧХ наушников Sennheiser HD 280 Pro:

График частотной характеристики Sennheiser HD 280 Pro
Фотография предоставлена ​​Inner Fidelity

Необработанные данные частотной характеристики берутся из измерений микрофона во время тестирования.

Необработанные частотные характеристики преобразуются в компенсированные характеристики путем применения целевой / компенсационной кривой. Этот компенсированный отклик представляет собой сглаживание необработанного частотного отклика наушников путем вычитания его из целевого отклика (достижимого различными методами).

Хотя некоторые опытные зрители могут прочитать необработанный график частотной характеристики пары наушников и понять, как они будут звучать, проще прочитать компенсированный график, чтобы получить представление о том, как наушники будут звучать, когда они на самом деле носится слушателем.

---

Какой у наушников диапазон частотной характеристики?

Хорошая пара наушников будет иметь нейтральную частотную характеристику и воспроизводить аудиоконтент, как это было задумано производителем / инженером.

Обратите внимание, что эта нейтральная частотная характеристика не является абсолютно плоской, хотя и нет точно стандартизированной кривой компенсации / целевой кривой. У каждой стороны, которая тестирует частотную характеристику наушников, может быть немного другая кривая компенсации / целевая кривая, в которой они ссылаются на реальные наушники.

Когда дело доходит до диапазона частотной характеристики, если наушники способны воспроизводить звук в слышимом диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц, это считается хорошим. Наличие этого диапазона означает, что он будет воспроизводить все частоты в слышимом диапазоне человеческого слуха.

Однако у многих профессиональных наушников диапазоны частотной характеристики значительно ниже и / или выше диапазона человеческого слуха.

Есть ли преимущества в наличии наушников, которые могут воспроизводить инфразвук (ниже слышимого диапазона) и ультразвук (выше слышимого диапазона)?

Хотя инфразвук и ультразвуковые частоты не могут быть услышаны нашим слухом, их, безусловно, можно почувствовать.Мы, естественно, слышим и , чувствуем звуковые волны, поэтому теоретически наушники с расширенным частотным диапазоном могут в конечном итоге улучшить качество прослушивания через слух и ощущение.

Обратите внимание, что кажущийся хорошим диапазоном частот не обязательно означает, что наушники будут звучать хорошо. Во-первых, «хорошо» субъективно, и расширенный диапазон может иметь неприятные резонансные пики и провалы в фактическом отклике, что приведет к плохому качеству звука.

Если продолжить с точки зрения субъективности, то наилучшая АЧХ наушников в некоторой степени зависит от жанра.Например, Dubstep может выиграть от дополнительных басов, в то время как Baroque, вероятно, будет лучше звучать благодаря более точному отклику.

Напомним, хорошая пара наушников должна легко воспроизводить звуковые частоты от 20 Гц до 20 000 Гц. Расширенные частотные характеристики могут улучшить качество звука в наушниках благодаря нашим ощущениям. Для разных слушателей и разных жанров часто используются плоские или цветные частотные характеристики наушников.

Давайте подробнее обсудим частотные характеристики плоских и цветных наушников здесь.

---

Плоская частотная характеристика

Плоская частотная характеристика означает, что наушники будут воспроизводить все частоты слышимого диапазона с одинаковой чувствительностью.

Конечно, это не означает, что наушники будут производить белый шум, который состоит из всех слышимых частот с одинаковой амплитудой.

Скорее, наушники будут воспроизводить аудиосигнал с точной точностью в соответствии с частотным профилем аудиосигнала.

Достичь абсолютно ровного отклика в наушниках непрактично и может даже не понадобиться.

Такая точность может показаться желательной, но на практике это не так. Наушники почти всегда выигрывают от усиления басов.

Это связано с тем, как наушники воспроизводят басы и как мы их воспринимаем.

Громкоговорители и сабвуферы имеют большие динамики, которые выталкивают много воздуха для создания низкочастотных длинноволновых басовых звуковых волн. Эти басовые звуки, как мы уже упоминали ранее, обсуждая человеческий слух, больше ощущаются, чем слышны.

Ощущения в наушниках совершенно другие, так как басы воспринимаются только мозгом как звук.

Вместо того, чтобы выталкивать много воздуха прямо рядом с нашими барабанными перепонками (что привело бы к необратимому повреждению слуха при большой громкости), относительно небольшие динамики наушников полагаются на другие методы и принципы работы, чтобы вызвать ощущение баса.

Первое — это близость. Источник низких частот, расположенный близко к уху, не рассеивается в среде (воздухе) почти так же быстро, как удаленный источник низких частот.

Второй — костная проводимость, которая позволяет вибрациям наушников проходить через кости черепа и достигать внутреннего уха. Вибрации внутреннего уха вызывают в нашем мозгу электрические сигналы, которые позволяют нам эффективно «слышать» басы.

Третье — соединение с барабанной перепонкой, которое позволяет меньшему движению диафрагмы динамика иметь больший эффект на наш слух.

Подробнее о наушниках и воспринимаемых низких частотах читайте в моей статье

.

Но для того, чтобы получить такой басовый отклик в драйверах наушников с относительно небольшой диафрагмой, часто требуется что-то вроде встроенного «усиления низких частот» в наушниках.

Таким образом, источник звука эффективно усилен низкими частотами, что позволяет драйверам наушников воспроизводить более мощное звучание низких частот.

Плоские АЧХ наушников, таким образом, будут звучать довольно тонко по сравнению с их низкочастотными аналогами с усилением.

---

Цветной АЧХ

Цветная частотная характеристика противоположна плоской частотной характеристике. Некоторые частоты представлены лучше, чем другие.

Акцентирование низких частот, описанное в предыдущем разделе, является ярким примером цветной частотной характеристики.

Практически все наушники окрашены в цвет из-за высококачественного ската. Однако одни наушники считаются более цветными, чем другие.

Наушники считаются более цветными, если они имеют заметные пики и провалы в пределах своего частотного диапазона.

---

Импеданс и его влияние на частотную характеристику

Сопротивление наушников является важной характеристикой, которую необходимо понять, поскольку оно напрямую связано почти со всеми аспектами производительности драйверов наушников.

Электрический импеданс по существу определяется как степень трудности, с которой переменный ток протекает в цепи.

Другими словами, мы можем представить себе импеданс и электрическое сопротивление, приложенные к переменному току.

Цепи с более высоким импедансом потребуют большего напряжения, чтобы обеспечить такой же поток тока.

а при чем тут наушники? Ну, это касается как наушников, так и источников звука, к которым они подключены.

В наушниках мы заинтересованы в максимальной передаче напряжения между источником звука и драйверами наушников, а не в передаче электроэнергии.

Таким образом, мы ищем мостовое соединение импеданса, а не согласование импеданса. Импедансный мост по существу означает, что максимальная передача аудиосигнала будет происходить между источником с более низким импедансом и нагрузкой с более высоким импедансом. В случае наушников выход для наушников считается источником, а драйверы наушников — нагрузкой.

Согласование импеданса происходит при одинаковом сопротивлении источника и нагрузки. Это максимизирует передачу мощности между источником / усилителем и наушниками. Однако обычно это происходит за счет полосы частот.

По сути, при правильном соединении импеданса мы можем получить идеальную передачу сигнала и оптимальные характеристики наушников.

Однако импеданс наушников часто зависит от частоты. Это можно увидеть на графике импеданса знакомой модели Sennheiser HD 280 Pro, показанном ниже:

Как мы видим, наблюдается всплеск импеданса около 70-80 Гц.Этот пик, теоретически, изменил бы частотную характеристику наушников, если бы импеданс источника сильно отличался от номинального импеданса 64 Ом.

Импеданс обычно больше влияет на общую громкость наушников, чем на частотную характеристику. При этом пики импеданса, сосредоточенные вокруг определенной частоты, могут привести к снижению громкости наушников на пиковой частоте и вокруг нее.

---

Как выбрать хорошие наушники? Лучший способ выбрать для себя лучшие наушники — послушать их.Рекомендуется выбрать знакомый аудиомикс и слушать его через источник звука, который вы планируете подключить к наушникам, но это не обязательно. Знайте свой бюджет и проверьте наушники не только на качество звука, но и на удобство / эргономичность.

Статья по теме: Стоят ли дорогие наушники (или дешевые наушники)?

Бас высокочастотный или низкочастотный? Низкочастотный звук / звук состоит из низких частот в слышимом человеческим слухом диапазоне.Диапазон низких частот обычно описывается как 20 Гц — 60 Гц, а диапазон низких частот — 60 Гц — 250 Гц. Обратите внимание, что эти более низкие частоты имеют более длинные волны.

Статья по теме (источник): Основные частоты музыкальных нот в A = 432 и A = 440 Гц

---

Источники

.