Как выровнять ачх наушников

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

Программное обеспечение для калибровки наушников (выравнивание AЧХ)

Что такое калибровка наушников?

В последнее десятилетие впечатляющие достижения в технологии цифровой обработки сигналов (DSP) привели к появлению новых методов управления спектральной окраской студийных мониторов и ​​наушников. Принимая во внимание расходы и сложность акустической обработки студий, а в сегодняшнем случае — не специально построенных критически важных пространств для прослушивания (студии в спальнях и т.д.), Разработчики программного обеспечения, такие как IK Multimedia и Sonarworks, разработали классные программные продукты, предназначенные для гипотетической «нейтрализации» естественной окраски акустической среды.

ARC vs Sonarworks vs Nura

Программное обеспечение «ARC» от ​​IK Multimedia и «Reference 4» от Sonarworks (а также многие другие) позволяют пользователю проводить измерения с помощью калибровочного микрофона, который затем создает импульсную характеристику, представляющую спектральные атрибуты пространства. Обладая этой информацией, программное обеспечение может подать обратный сигнал непосредственно на выход системы мониторинга, чтобы деконструктивно наложить неплоские частотные характеристики.

Продолжая инновации в этой области, производители, такие как Nura из Мельбурна, разработали наушники, которые автоматически измеряют сигналы отоакустической эмиссии (OAE), чтобы отобразить передаточную функцию слуховых проходов слушателя (и обработать цифровой сигнал наушников).

Sonarworks Reference 4 обладает дополнительной функцией по сравнению с продуктами конкурирующих разработчиков: встроенным набором калибровочных профилей для многих популярных марок высококачественных и потребительских эталонных наушников. Учитывая то, что в настоящее время широко используются нецелевые критически важные места для прослушивания музыки, это кажется привлекательной альтернативой дорогостоящей акустической обработке комнаты.

По сравнению с системой калибровки измерений в помещении Reference 4 или системой OAE от Nura, эти профили калибровки наушников не требуют выполнения пользователем каких-либо измерений и, следовательно, не требуют дорогостоящего измерительного микрофона или сложной встроенной системы мониторинга.

Разрушение мифов об «идеально плоской кривой», а непростыми словами — идеальной АЧХ

Встроенные предустановки калибровки наушников звучат как отличный инструмент для композитора, работающего в домашних условиях, но, как и в большинстве случаев цифровой обработки сигналов, почти всегда будут присутствовать дополнительные, потенциально нежелательные эффекты на цифровой форме волны. Кроме того, общепризнанным фактом является то, что даже положение пары наушников на голове может создавать вариабельность ее частотной характеристики, не говоря уже о вариациях, вызванных различиями в размерах ушных раковин наушников и ушных раковин каждого отдельного человека.

Мы провели серию тестов, пытаясь установить вариабельность частотной характеристики, обусловленную этими факторами. Наушники были помещены на макет головы Neumann KU100 (что-то вроде манекена для краш-тестов с микрофонами в ушах). Частотные характеристики измерялись с помощью синусоидальной развертки в безэховой камере.

Для каждого измерения наушники снимали, а затем снова надевали на поддельные уши. На приведенном ниже графике показано изменение пары Hifiman He400i с десятью переустановками на каждое ухо (синий график — показатели левого уха, красный — правого).

Существует не только огромное расхождение между измерениями, но и еще большее расхождение между левыми и правыми драйверами. Учитывая это, как возможно, чтобы один профиль калибровки наушников, подходящий и предлагаемый для всех, был эффективным при создании идеальной частотно-амплитудной характеристики конкретно в нашем случае? Можно сделать вывод, что представленные профили — это нечто усредненное и каждую пару необходимо замерять индивидуально (к слову, можно приобрести уже откалиброванные наушники в компании Sonarworks, ищите модели и цены на их сайте).

Для сравнения, предоставленная Sonarworks эталонная калибровочная кривая для той же пары наушников выглядит следующим образом…

Не совсем то же самое?

Усилить басы или не усилить?

Глядя на задокументированную частотную характеристику любых закрытых или открытых наушников, становится очевидным:

Маленькие драйверы наушников, динамические или планарно-магнитные, действительно не могут воспроизводить звук в нижнем диапазоне частотного спектра. Как известно большинству людей, занимающихся производством музыки, гораздо проще генерировать низкочастотный звук с большей диафрагмой и более глубокими громкоговорителями, чем с неглубокими маленькими драйверами.

Для одной из любимых пар наушников, Sennheiser HD600, Sonarworks исправляет 20-50 Гц до 10 дБ. Любой, кто когда-либо пытался выдать слишком много низкочастотного звука из портативного динамика Bluetooth, знает, как это происходит, так почему это должно быть иначе для драйверов наушников? По сути, из-за перегрузки диапазона 20-50 Гц во время воспроизведения звука драйвером возникает нелинейное поведение или искажение.

На приведенном выше рисунке вы можете очень ясно увидеть основной пик (крайний справа), а затем первую, вторую, третью и т.д. гармоники, если смотреть справа налево. Это прямое следствие перегрузки низкочастотного сигнала во время калибровки.

Что это означает?

Как продюсеры, мы привыкли использовать искажение и насыщенность в качестве инструментов творчества. Если бы мы проанализировали частотный спектр до и после использования модуля искажения или внешнего устройства в сигнале, вы очень быстро заметили бы появление гармонических пиков после применения искажения.

Теперь подумайте об этом с точки зрения общего сигнала, воспроизводимого вашими наушниками.

Цель технологии калибровки — исправить пики и впадины, чтобы получить более ровную частотную характеристику, но как прямое следствие — усиления низкочастотных впадин, где мы непреднамеренно создаем новое средне-высокочастотное содержимое. Нелинейный контент трудно предсказать и почти невозможно исправить, что портит ваш тщательно обработанный звук. Итак, каковы же тогда реальные решения?

У любителей программного обеспечения и сторонников чистоты будут разные мнения о лучших альтернативах.

Очевидно, что обработка драйверов наушников таким образом создаст нежелательные артефакты сигнала. В то время как нижний и верхний диапазоны спектра человеческого слуха демонстрируют вариации и возможные искажения при воспроизведении звука в наушниках, можно нацеливаться только на средние частоты, чтобы уменьшить влияние естественной физической окраски, но не обрабатывать очень высокие и низкие, где возникают проблемы.

Это, по-видимому, единственный частотный диапазон, достаточно согласованный и не подверженный влиянию других продуктов, который можно улучшить за счет использования технологии цифровой обработки сигналов.

Для этого Reference 4 предлагает возможность настроить опорную кривую в соответствии с вашими индивидуальными предпочтениями. Создайте свою собственную кривую, регулируя настройки «усиления низких частот» и «наклона» до тех пор, пока минимальная обработка не будет применяться к ≤ 100 Гц и ≥ 6000 Гц.

Однако с этой опцией очень сложно получить кривую коррекции именно так, как вы хотели бы, что подводит к заключительному пункту.

Тогда зачем вообще это нужно?

Зачем вообще обрабатывать звук в наушниках, чтобы попытаться получить более плоскую частотную характеристику?

Как начинающим продюсерам, нам говорят изучать динамики, изучать пространство для прослушивания, знать плюсы и минусы акустической среды, в которую мы погружаемся, так зачем нам создавать совершенно новый, разноцветный мир, чтобы наши уши заново настраивались?

Комнатные режимы (калибровка студийных мониторов) могут создавать большие пики на определенных частотах, которые маскируют другие частоты, создают проблемы в нашем миксе и т.д. Основное отличие, однако, заключается в том, что комнатные режимы можно измерить с помощью калибровочных микрофонов, из которых измерения на уровне потребителя достаточно точны. Однако в сфере эталонных наушников пики и спады, с которыми мы имеем дело — не поддаются измерению.

Мы полагаемся на средние значения, которые не принимают во внимание различия между конструкцией наушников, формой ушей и положением головы. Мы также знаем, что у Hifiman HE-400i странный провал в области 2k, и это не заставляет нас любить их меньше. Из всего этого, выразим устаревшее мнение — нужно перестать возиться с профилями калибровки наушников и просто слушать как можно больше музыки в своих наушниках, пока не станете с ними единым целым. Сравнивайте свои работы с другими артистами в том же стиле, проводите A-B тест выбранных областей и помните, что конечный потребитель вашей работы почти наверняка не будет слушать музыку парой эталонных наушников за 2000 долларов.

Идея идеально ровной кривой — это забавно, но она наверняка создает больше проблем, чем того стоит. Что вы думаете о калибровке наушников? Делитесь статьей в социальных сетях и отмечайте наши профили с мыслями на эту тему.

Источник