Как сделать эквализацию наушников

Эквализировать всё! Калибровка ушей

Привет всем!

Хочу поделиться своей идеей. А появилась она у меня после игр с софтовым плеером на телефоне. В AIMP есть функция Adapt Sound. Поочерёдно на разной громкости и на разных частотах воспроизводятся звуки в левое либо правое ухо. Задача пользователя простая — отвечать «да», если услышал звук и «нет», если не услышал. Запускал процедуру несколько раз, общее время каждой около двух минут. Сложилось ощущение, что звуки воспроизводятся не в случайном порядке, а в зависимости от ответа. Например, если ответил «нет», то будет следующим воспроизводиться чуть громче звук на той же частоте в том же ухе.

Мой результат выкладываю на скриншоте. Звук получился таким, как надо. Сочный, открытый, но без перекосов. Проверил равно ли это простому увеличению громкости. Точно нет. Высокие частоты на любой громкости мутноваты без подстройки. И это мне не удавалось устранить эквалайзером. Возможно, потому что он правит ОБА канала.

Таким образом, мы имеем систему устраняющую разность слышимости правым и левым ухом, правку провалов слышимости в определенных диапазонах каждого уха по отдельности и правку кривизны АЧХ конкретной модели наушников.

Теперь внимание! Переходим от персонального аудио к большой домашней системе. Почему не встроить эту систему в усилительную аппаратуру? Даже микрофон не нужен, хотя если есть калибровка, то как дополнительную систему встраивать, тем более, что в таких аппаратах DSP уже есть. По инструкции на дисплее усилителя/ресивера (left или right) зажимаем левое или правое ухо и слушаем сигнал, сидя в точке прослушивания. На пульте устройства нажимаем «да» или «нет».

Это система с обратной связью, своего рода, система калибровки для ушей. При этом правится и кривизна распределения частот в комнате в конкретной точке прослушивания. Традиционной калибровке с микрофоном «всё равно» что у слушателя левое ухо хуже слышит, а в правом ухе провал слышимости на 12 кГц. Точнее, она об этом никогда не узнает. Что толку от выравнивания АЧХ, если уши внесут свои коррективы?

Ещё применение: эквалайзером можно добиться похожего результата, но!, если стоит задача послушать правильный ровный звук, а не раскрашенный под свой вкус — вот вам объективный способ его получить, это будет реперная точка. А далее уже делать с ней что хотите.

Я провёл множество прогонов. Результаты повторяемы.

Да, можно ограничиться софтовым плеером на компьютере с функцией «адаптации», но что делать если слушаешь с физических носителей или через стриминговые сервисы? Да и зачастую файлы воспроизводятся сразу с сетевых плееров, куда не поставишь сторонний софтовый плеер. К тому же, есть убеждение, что «в железе» можно реализовать эту «калибровку ушей» более качественно. Например, софтовый плеер издает тестовые звуки без учета особенностей звуковоспроизводящей аппаратуры, также как и правит пики. В усилительной аппаратуре это можно было бы реализовать без увеличения искажений и в пределах возможностей реализации тракта. И это будет работать для всех входов. Можно даже аналоговые сигналы оцифровывать. А кому это не надо, просто не будет проходить процедуру и будет слушать в Direct. Также можно сделать разные пресеты для разных слушателей и разных точек прослушивания.

Система вполне может быть реализована и в сфере автомобильного аудио.

Сути это не меняет, но истина дороже. Плеер Aimp не имеет отношения к описываемым настройккам, хотя они и вызываются из меню плеера. Из другого плеера попадаем на эти же настройки. Более того, их можно вызвать просто из настроек звука Android. Телефон Samsung S7 edge, Android 6, наушники Sony WH-1000XM3. Т.е. настройка действует на все звуки телефона.

Источник

Вразумление наушников через DSP

Трансфер музыкального сигнала в своих самых дерзновенных проектах всегда прибегает к DSP-колдовству. Увы, в этой задаче пока не поставлена точка единого стандарта. Самые удачные реализации room-коррекции стоят очень дорого. А то, что предлагает автокалибровка AV-ресиверов, не годится для стерео Hi-Fi. Зато внушают оптимизм результаты в малых формах — в наушниках.

Это тот случай, когда не было бы счастья, да несчастье помогло. Расцвет беспроводных наушников позволил производителям спокойно имплементировать DSP-коррекцию на уровень встроенного усилителя.

Идея замечательная — компенсировать наперед пики и провалы своего драйвера в конкретном акустическом оформлении. Ушные раковины, конечно, тоже бывают разными. Но объем задач здесь кажется более скромным, чем воевать с комнатой, в которой слушатели могут занимать разные точки. И вот с наушниками получилось весьма удачно.

Доходило до курьеза, когда выяснялось, что наушники Bose по богопротивному Bluetooth звучали лучше, чем по святому проводу. А всего лишь вышло так, что lossy-кодирование оказалось меньшим злом, чем родная кривизна АЧХ. Кстати, о кривизне. Мне, конечно, нравятся всякие измерения аудиотехники, но чтение подобных данных по наушникам, честно говоря, легко может ввести в заблуждение.

С колонками тоже своя морока. Существует разница между безэховой камерой и реальной комнатой. Но там хоть стандарт, который уже устоялся: вот ось, ставим микрофон на столько-то сантиметров от мембраны и т.д. А вот драйверы накладных и внутриканальных IEM-наушников находятся вроде и близко к нашим ушам, но на принципиально разных позициях и под другими углами.

Одни дуют в раковину, к которой прилегают ближе или дальше в зависимости от толщины амбюшур. Вторые лежат в начале слухового канала, третьи установлены глубже, четвертые — практически возле барабанной перепонки. Соответственно, все эти варианты по-своему взаимодействуют с внутренними резонансами уха. Попробуйте добиться линейной АЧХ в ушном канале — и вам высверлит слух назойливыми средними частотами. Попробуйте чуть-чуть вытащить «арматуры» — и все, до свидания низкие частоты. Как все это измерять?

Понятно, что производители измерительных комплексов включают в свои модели компенсационные кривые. Но итоговая АЧХ, что снимет тупица-микрофон, на выходе будет все равно далека от «линеечки». Такую кривую строго осудят чтецы аудиотестов. И ведь действительно осуждали — судя по реакции на замеры дорогущих Audeze. Хотя при этом речь могла идти об абсолютно линейной на слух модели! Как же отличить «нейтральные» наушники от просто кривых?

В библиотеке AES за небольшую денежку лежит 135-страничный труд. Несколько лет назад директор по акустическим исследованиям Harman International Шон Э. Олив вместе с коллегами изучали на фокус-группах реакцию на различные варианты коррекции АЧХ в наушниках. Во внутриканальные дела исследователи пока не лезли.

Было выбрано несколько ходовых моделей охватывающего типа: AKG K701 и K550; Audeze LCD-2 v2; Beats by Dre Studio; Bose Quiet Comfort 15; V-Moda Crossfade LP. Затем к ним прибавились еще пара Sennheiser HD 518 и HD 800. Итогом работы стала так называемая «кривая Harman».

Эта кривая описывает резонанс на средних частотах в раковине уха. Приложите ее наоборот — и наушники с такой АЧХ слушатель сочтет нейтрально звучащими. Подробности работы группы Harman в сжатом изложении можно почитать здесь и здесь.

Нетрудно догадаться, что возможностью предварительной эквализации наушников заинтересовались как профессионалы, так и любители. Для людей любопытных и работящих открылись новые перспективы. Опираясь на результаты измерений конкретных моделей наушников, теперь можно рассчитать установки параметрического эквалайзера с учетом кривой Harman. Подобный список можно посмотреть, например, здесь.

Далее из этих данных можно смастерить VST-плагин, который теперь спокойно загружается в тот же Foobar2000. И вот вы совершенно бесплатно получаете обновленный «правильный» звук на своих кривеньких наушниках. Не умеете мастерить VST, тогда просто повторите рекомендованные установки в параметрическом эквалайзере своего плеера.

Применяют компенсацию АЧХ и вполне официально — как уже упомянутая Audeze. Сначала это было на lightning-кабелях Cipher к наушникам серии iSine. Получилось весьма удачно — скажу по собственному опыту владения. Затем эта функция перекочевала и в Bluetooth-модуль Audeze и специальную секцию пресетов Roon.

Наши фонограммы, за редкими бинауральными исключениями, ориентированы на воспроизведение громкоговорителями. И наушники, по возможности, должны максимально близко давать ощущение звука акустических систем в комнате. Поэтому далее Audeze скооперировалась с Embody, чтобы предложить профессионалам в наушниках эмуляцию работы самых ходовых моделей студийных мониторов с контролируемыми отражениями помещения. Весьма перспективная затея в условиях карантина!

Пакет Audeze Reveal+ Plugin является платным. Но даже после окончания срока демо-версии у пользователя остается подарок на память — фирменный VST-плагин с подборкой коррекции по всем моделям Audeze, почему-то за исключением LCDi3 и LCD-1. Плагин несложно найти в дистрибутиве и установить затем в любой совместимый софт. Что и было мною сделано.

Относительно пресетов Audeze для каждой модели было интересно посмотреть, насколько сильно потребовалось корректировать исходную АЧХ. Для этого, своего рода, «реверс-инжиниринга DSP» мне потребовалось захватить цифровой сигнал после действия VST-плагина и забросить его в программу RMAA для оценки девиаций. Цифры искажений и шумов, понятное дело, оказались нулевыми, зато представилась возможность посмотреть в чистом виде, как в Audeze намерены предварительно эквализировать АЧХ.

Начнем с недорогих моделей. Обратите внимание, как смещаются акценты в зависимости от акустического оформления. У закрытых моделей (черный график) из-за резонанса корпусов больше неравномерности на средних частотах. За что мы их и любим меньше.

Далее смотрим планарную классику LCD. Самой «кривой» оказалась закрытая модель LCD-XC. А меньше всего коррекций потребовалось LCD-4z — ну, ожидаемо.

И напоследок — замеры малого форм-фактора Audeze. В свое время именно серия iSine убедила меня, что маленькие наушники могут звучать, как большие — и даже лучше многих больших. Амбюшур, массивного корпусного оформления вокруг драйверов здесь нет, а сами мембраны снабжены звуководами. Поэтому и коррекция здесь получилась более простая.

Примечательно, что модели с ценовой разницей более чем в семь раз имеют на басах и средних частотах практически схожую форму коррекции АЧХ. Но это еще не означает, что и сыграют они одинаково. Я точно могу сказать, что iSine10 уступал по звуку iSine 20 даже на одном DSP-кабеле Cipher. Так что в очередной раз призываю не только любоваться измерениями аудиотехники, но и слушать ее — потому что именно для этого она и предназначена.

Источник

Почему АЧХ наушников такие кривые и как их правильно читать

Содержание

Содержание

Как правильно читать АЧХ наушников? Что на него влияет, какая АЧХ воспринимается как ровная, что такое кривая Хармана? Наконец, как поправить их звучание за минуту и без эквалайзера? Об этом далее.

Проблема с АЧХ наушников

С АЧХ колонок все просто — чем она ровнее, тем более нейтральный звук будет в итоге. Однако чтобы получить максимум нейтральности, понадобится заглушить комнату несколькими кубометрами минваты. Вариант не для каждого.

И тут на помощь приходят наушники, которые выносят влияние комнаты за скобки. Однако если посмотреть на их АЧХ, то почти всегда на графике будут американские горки с гигантскими горбами и провалами. К примеру, ниже — частотная характеристика Beyerdynamic DT 990.

Почему, не смотря на кривую АЧХ, их используют многие звукорежиссеры для сведения музыки? Как правильно читать их АЧХ и корректно предугадывать, какая модель лучше подойдет под свои вкусы? И главное — как исправить звучание?

Если начать разбираться, то с наушниками все оказывается намного сложнее, чем с колонками. На их тембральный баланс влияет куча вещей — от самой конструкции и амбушюр до строения ушной раковины, уровня громкости прослушивания музыки, условий прослушивания и даже возраста слушателя.

Влияние головы и ушей

Если посадить человека перед источником звука, то аудиоволны будут огибать голову и плечи с искажениями. Исследователи установили, что есть целый набор связанных с телом человека искажений, именуемых Head-related transfer function (HRTF):

1. Влияние самой головы. Она заглушает высокие частоты, но не создает проблем для средних и низких.

2. Плечи и шея. Также создают акустическую тень.

3-4. Ушная раковина. Она не просто так имеет сложную форму — человеку так проще локализовать звук. Однако форма ушей коверкает АЧХ звуковой волны — приподнимает верхнюю середину и сглаживает самые высокие частоты.

5. Слуховой канал. Вместе с наушником он образует закрытую систему, в которой появляются резонансы.

HRTF будут немного отличаться для левого и правого уха. Значения будут меняться в зависимости от направления, откуда исходит звук (волны, дующие прямо в лицо, ведут себя иначе, чем волны, дующие в бок). Для охватывающих наушников нужно имитировать влияние головы и плеч, для внутриканальных придется добавить имитацию влияния ушной раковины.

Результатом всех этих исследований стали компенсирующие кривые АЧХ, учитывающие HRTF. Они чувствительны к положению источника. Колонки обычно располагаются перед слушателем и образуют с ним треугольник. Драйверы наушников стреляют прямо в ухо и образуют со слушателем ровную линию. Поэтому компенсирующих кривых несколько, в зависимости от типа измерений:

• Если посадить человека напротив колонки, которая дует прямо в него — получится кривая Free Field, FF.
• Если посадить человека в комнате с несколькими динамиками, направленными в разные стороны, но не на слушателя — получится кривая Diffuse Field, DF.

Итого, синус с ровной АЧХ на подходе к барабанной перепонке превращается в один из графиков выше. АЧХ наушников измеряется на манекене с ушами, в которых встроены микрофоны. Следовательно, чтобы получить корректные измерения, нужно вычесть из сырого графика влияние искусственной головы, воспользовавшись одной из кривой выше. Чем ровнее будет итоговый график, тем ровнее будут наушники.

Для примера — одни из самых нейтральных по звуку наушников Sennheiser HD 600, использующихся во многих студиях как референсные. Слева — сырой график без компенсации, справа — с компенсацией.

Во-первых, все это вносит очевидную путаницу в понимание графиков АЧХ — не всегда указано, как проводились измерения, и была ли применена компенсация. Во-вторых, даже на компенсированном графике виден провал на 1-2 кГц и изрезанность на верхах. Провал — это имитация влияния плеч и торса, а изрезанность — резонансы, которые возникают в закрытом пространстве, образуемом ухом и наушником. Небольшая изрезанность — норма, на слух она не ощущается.

Влияние предпочтений и кривая Хармана

Эксперименты с HRTF не учитывают важной вещи — вкусовых предпочтений. В конце концов, нейтральность и сбалансированность звучания — вещи субъективные. Поэтому в начале двухтысячных инженеры Тодд Велти и Шон Оливер Харман с десятых годов проводят исследования на группах слушателей, чтобы выяснить, какая АЧХ будет восприниматься наиболее нейтральной и сбалансированной, но с учетом предпочтений большинства.

Для экспериментов был использован метод двойного слепого прослушивания разных наушников. Слушатели не знали ни их модели, ни как они выглядят. Хотели даже замораживать уши и виски, чтобы исключить тактильные ощущения, но юристы не позволили. На основе предпочтений слушателей была выведена усредненная кривая, которая теперь носит имя Хармана. Она немного отличается для охватывающих и внутриканальных наушников.

• 64% слушателей предпочли наушники с кривой, близкой к полученной — она показалась им наиболее ровной, нейтральной и сбалансированной.
• 15% слушателей, в основном молодежь и мужчины среднего возраста, предпочли подъем баса на 3-6 Дб, начиная с 300 Гц относительно этой кривой, а также подъем на 1 Дб выше 1 кГц.
• 21% слушателей, большинство из которых — женщины и люди старше 50, предпочли бы, наоборот, убавить бас на 2-3 Дб, но тоже прибавили бы на 1 Дб все, что выше 1 кГц.

После публикации исследований многие производители выпустили модели, настроенные под эту кривую. Из внутриканальных — это JBL Live 200, 500, и 650, Samsung Galaxy Buds, JBL Reflect Flow, из охватывающих наушников самые известные — AKG N700 NC, K361, и K371.

АЧХ Galaxy Buds+, настроенных по кривой Хармана

Не утихают и споры относительно того, нужно ли ориентироваться на эту кривую при создании наушников, ведь АЧХ некоторых известных и любимых слушателями моделей сильно с ней расходятся. Некоторые считают, что в кривой слишком задран бас, а перепад более 10 Дб на средних частотах сильно окрашивает звук.

Влияние психоакустики

Наш слух не линеен и наиболее чувствителен к участку 1-5 кГц, а наименее — к самым низким и самым высоким частотам. Например, звук на частоте 3 кГц громкостью 20 Дб будет ощущаться таким же, как низкочастотный гул частотой 60 кГц и громкостью 50 Дб. Иными словами, на малой громкости бас и верха хуже улавливаются. Однако эта чувствительность меняется в зависимости от громкости звука. При громкости в 100 Дб восприятие уже становится практически линейным. Здесь нужно отметить, что, по данным ВОЗ, наушники обычно слушают на громкости 75–105 Дб.

Исследования на эту тему имели место еще в 30-х годах прошлого века, полученные измерения носят вид графиков — кривые равных громкостей. Их нужно учитывать при выборе наушников — если нравится слушать громко, то раздутый бас некоторых моделей будет еще более раздутым. И наоборот — недостаток баса в открытых студийных наушниках будет компенсироваться высокой громкостью.

Другой элемент психоакустики — эффект маскировки одного звука другим, если они оба на одинаковых частотах. К примеру, низкочастотный гул электрички будет заглушать бас и бочку. Из-за этого эффекта подъем на низких частотах — обычное дело в наушниках для улицы и города с плохой звукоизоляцией. Чем лучше звукоизоляция, тем меньшее усиление низких частот понадобится. Лучше всего с проблемой справляется система активного шумоподавления.

Влияние конструкции и амбушюр

Наушники и ухо создают закрытую систему и работают подобно сабвуферу. Чем герметичнее образовавшееся пространство, тем на большее количество низких частот можно будет рассчитывать из-за эффекта окклюзии — бас накапливается в замкнутом пространстве. Хорошая новость в том, что влияние конструкции позволяет довольно сильно изменить звучание простой модификацией — сменой амбушюр.

Охватывающие наушники

Охватывающие наушники бывают открытыми и закрытыми. Последние менее комфортны при длительном ношении, зато обладают отличной звукоизоляцией и, как правило, большим количеством низких частот.

• Бас и верха можно прибавить или убавить, если сменить амбушюры. К примеру, если в открытых наушниках с велюровыми амбушюрами не хватает низких и высоких частот, можно сменить их на амбушюры из кожзама. Они более герметичные, бас будет лучше накапливаться в закрытом пространстве. То же с высокими — велюр их поглощает, а кожзам отражает, поэтому наушники зазвучат ярче.
• Толщина амбушюр также имеет значение. Если сменить старые на новые из того же материала, но более толстые — драйвер наушников уедет от уха на несколько сантиметров. Это убавит средних частот, что будет ощущаться как усиление баса и высоких.
• Наконец, большое влияние на звук охватывающих наушников оказывает их расположение на голове. Какие-то модели менее чувствительны к этому моменту, но некоторые будут звучать значительно хуже, если драйвер не направлен строго в ухо. Из-за чувствительности к положению часто возникает большой разброс в измерениях АЧХ одной и той же модели наушников.

Внутриканальные наушники

Как правило, частотный отклик внутриканальных наушников имеет более выраженный спад на высоких частотах, имитирующий влияние ушной раковины. Материал амбушюр здесь также имеет значение:

• Силиконовые дают сбалансированное звучание. Бывают двойные и тройные силиконовые амбушюры, такие дают лучшую звукоизоляцию и усиливают бас. Размер влияет на герметичность и количество баса.
• Полиуретановые, с эффектом памяти. Они более герметичные, лучше звукоизолируют и более комфортные. Обладают хорошей герметичностью и усиливают низкие частоты, немного съедая высокие. Однако их нельзя мыть, поэтому они не такие долговечные, как силиконовые.

В последнее время набирают популярность внутриканальные наушники типа IEM — In Ear Monitors, ушные мониторы. Музыканты используют такие, чтобы слышать себя на сцене, но встречаются и модели для потребителей, чтобы слушать музыку. Разница в АЧХ — наушники для музыкантов могут сильно красить сигнал, например, акцентировать диапазон 2-5 кГц, чтобы выделить вокал. Прежде, чем покупать такие, полезно будет узнать их частотную характеристику.

Заключение

График АЧХ может быть полезен при выборе наушников. При этом всегда следует помнить, что разброс в измерениях довольно велик, и форма ушей у каждого своя. Поэтому такие изменения относительны — для кого-то яркие наушники будут тусклыми. Наконец, частотная характеристика говорит лишь о тембральном балансе, но не расскажет о детальности, динамике, транзиентах и других важных параметрах звучания наушников.

Конечно, самый верный путь — послушать все самому, но не всегда есть такая возможность. Поэтому куда полезнее кривых АЧХ будут тесты наушников на макете с помощью музыкальных треков и прямое сравнение нескольких моделей с оригинальной записью. Так можно своими ушами услышать, что делает со звуком та или иная модель.

Источник