Восприятие ачх наушников по кривым равной громкости iso 226 2009

Кривые равной громкости в Reference Audio Analyzer

Известно, что восприятие количества низких частот существенно зависит от громкости. В усилителях и предусилителях часто встречается режим Loudness, поднимающих низкочастотный диапазон, благодаря которому на тихой громкости низкочастотный регистр достаточно хорошо слышен.

Последняя модель кривых равной громкости вошла в международный стандарт ISO 226-2009.

Сама по себе кривизна линий мало интересна, т.к. является своеобразным эквалайзером наших ушей и для воспроизведения записей с естественным уровнем громкости будет восприниматься ровно с акустической системы с «ровной» АЧХ.

При изменении уровня громкости тональный баланс будет меняться, т.к. АЧХ в абсолютных величинах останется такой же ровной.

К сожалению, такой вид графика является конечным в справочных материалах и не дает прямого наглядного применения для настройки аудиосистем.

Если все линии свести относительно одной частоты, то более наглядно видно, что от уровня громкости меняется восприятие низких и верхних частот. Одна из причин, почему кривые равной громкости не спешат использовать на практике – все линии рассчитываются под определенное звуковое давление. Естественный уровень для воспроизведения музыки варьируется от жанра – инструментальная музыка обычно негромкая 70-85 дБ SPL, а тяжелый металлический рок порой громче 100-110 дБ SPL.

Тем не менее, если мы построим графики для разных опорных уровней, распределение кривых «громче» и «тише» останутся такими же, с погрешностью около 1 дБ. Погрешность же измерения АЧХ наушников выше.

Таким образом, можно привязывать график к относительному изменению АЧХ, а не определенному уровню в абсолютных величинах.

В отчетах можно выявлять наушники, которые более ровно будут играть на тихой, средней или высокой громкости.

Источник

Кривые равной громкости и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) наушников

О кривых равной громкости

Известно, что восприятие количества низких частот существенно зависит от громкости. В Hi-Fi усилителях и предусилителях часто встречается режим Loudness, поднимающий низкие частоты. Благодаря этому на тихой громкости низкочастотный регистр достаточно хорошо слышен.

На примере предусилителя Technics это выглядит как подъем низких и средних частот на 9 дБ.

Если использовать «басовитые» акустические системы в условиях тихого прослушивания, то получается естественный подъем на АЧХ, аналогичный включенному режиму Loudness.

Наглядность и практичность исходных кривых равной громкости

Последняя модель кривых равной громкости вошла в международный стандарт ISO 226-2009.

По сути, сама по себе кривизна линий мало интересна, т.к. является своеобразным эквалайзером наших ушей и при воспроизведении записей с естественным уровнем громкости будет восприниматься ровно с акустической системы с «ровной» АЧХ.

При изменении уровня громкости субъективно тональный баланс будет меняться, но АЧХ в абсолютных величинах останется такой же ровной.

Такой вид графика используется в справочных материалах и не дает прямого наглядного применения для настройки аудиосистем.

Часто этот график используют для пояснения порога слышимости, и это оставляет иной информационный акцент, где мы условно или слышим низкие частоты, или не слышим и включаем настройку Loudness. На деле же это одно из применений этого графика.

Преобразование в практичный вид кривых равной громкости

Если все линии просто свести относительно одной частоты, то будет более наглядно видно, что от уровня громкости меняется восприятие низких и верхних частот.

Но такое представление графика все равно не позволяет визуально дать ответ на вопрос — как именно меняется восприятие АЧХ конкретных наушников при изменении уровня воспроизведения музыки.

Если взять за основу определенный уровень (например 72 дБ SPL) и представить его в виде прямой линии, то остальные кривые мы получим как разность от этой линии. Таким образом мы получаем наглядную картину, как меняется наше восприятие АЧХ при изменении уровня громкости! Т.е. график, приведенный ранее, выпрямляется и переворачивается. По сути, эти кривые показывают настройку эквалайзера, которая накладывается на основную АЧХ наушников.

В этом нет никакого глобального открытия, но есть возможность наглядно применить эту зависимость на практике с наушниками.

Мы видим, что при повышении уровня громкости увеличивается отдача в области самых низких частот (желтые и красные кривые). А при понижении уровня наоборот отдача уменьшается (зеленые и синие кривые). Это очень похоже на ручку тембра низких частот. Если мы выставим уровень громкости ниже естественного, то будет ощущать недостаток баса, а если выше, то наоборот, избыток.

Одна из причин, почему кривые равной громкости не спешат использовать на практике – все линии рассчитываются под определенное звуковое давление. Естественный уровень при воспроизведении музыки варьируется от жанра, например инструментальная музыка обычно негромкая — 70-85 дБ SPL, а тяжелый металлический рок порой громче 100-110 дБ SPL.

Тем не менее, если мы построим графики для разных опорных уровней, распределение кривых «громче» и «тише» останутся такими же, с погрешностью около 1 дБ.

Возможно, отсутствие наглядности в исходном графике кривых равной громкости изначально давало ложное предположение о сложности применения этих кривых к заранее неизвестному уровню громкости. Так как погрешность измерений АЧХ наушников выше, чем 1 дБ, то это позволяет применять кривые равной громкости к любому разумному уровню громкости.

Таким образом, можно привязать график к относительному изменению АЧХ, а не определенному уровню в абсолютных величинах.

Относительное субъективное изменение количества низких частот не зависит от того, какое звуковое давление мы принимаем за исходно-ровное. При повышении уровня громкости на 12 дБ, мы получим относительную прибавку в 6 дБ на 40 Гц независимо от исходного уровня. В рамках обсуждения музыки мы можем принять нормой 72 дБ для живого исполнения или спокойных жанров, а для других жанров берем другие уровни.

Какую практическую пользу из этого можно извлечь?

Зная субъективное изменение АЧХ, можно подобрать наушники с наиболее субъективно ровной АЧХ под ту громкость, под которой производится прослушивание музыки.

Источник

Восприятие ачх наушников по кривым равной громкости iso 226 2009

ГОСТ Р ИСО 226-2009

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТАНДАРТНЫЕ КРИВЫЕ РАВНОЙ ГРОМКОСТИ

Acoustics. Normal equal-loudness-level contours

Дата введения 2010-12-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АНО «НИЦ КД») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 358 «Акустика»

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 226:2003* «Акустика. Стандартные кривые равной громкости» (ISO 226:2003 «Acoustics — Normal equal-loudness-level contours», IDT).

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июль 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Кривые в координатах «частота — уровень звукового давления», определяющие совокупность чистых тонов, воспринимаемых равными по громкости, выражают фундаментальные свойства слуха человека и являются основой психоакустики. Порог слышимости в свободном и диффузном звуковых полях и кривые равной громкости были введены ИСО 226:1987.

Примечание — Равные уровни громкости могут быть определены и для частотных полос шума. Однако настоящий стандарт устанавливает кривые равной громкости только чистых тонов, так как для построения кривых в частотных полосах недостаточно данных, но он может быть применен для шума в третьоктавных/октавных полосах.

В ходе пересмотра настоящего стандарта ввиду необходимости установления порогов слышимости и выявившейся недостаточности данных об уровнях громкости принято решение разделить пороговые и не относящиеся к порогам слышимости данные на два отдельных документа. Пороги слышимости установлены ИСО 389-7:1996 «Акустика. Опорный нуль для калибровки аудиометрического оборудования. Часть 7. Опорные пороги слышимости в условиях свободного и диффузного звукового поля» как части серии международных стандартов, относящихся к опорным нулевым значениям для калибровки аудиометрического оборудования. Кривые равной громкости представлены в настоящем стандарте. Они уточнены по сравнению с ИСО 226:1987.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает совокупности уровня звукового давления (далее — УЗД) и частоты непрерывных чистых тонов, воспринимаемых испытуемыми, равными по громкости. Устанавливаемые значения получены при следующих условиях:

a) звуковое поле при отсутствии испытуемого образовано свободно распространяющейся плоской волной;

b) источник звука находится прямо перед испытуемым;

c) звуковые сигналы являются чистыми тонами;

d) УЗД измеряют в точке расположения центра головы испытуемого, но при его отсутствии;

e) прослушивание является бинауральным;

f) испытуемыми являются люди с нормальным слухом в возрасте от 18 до 25 лет включительно.

В приложении А в графическом виде и в табличном в приложении В приведены данные для третьоктавного ряда частот от 20 до 12500 Гц включительно в соответствии с ИСО 266.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание (включая все изменения).

ISO 266, Acoustics — Preferred frequencies (Акустика. Предпочтительные частоты)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 человек с нормальным слухом (otologically normal person): Человек с нормальным состоянием здоровья, не имеющий симптомов ушных болезней, без серных пробок в ушных каналах, не подвергавшийся в прошлом чрезмерному воздействию звука, токсичных для ушей веществ и не имеющий в роду наследственной потери слуха.

3.2 свободное звуковое поле (free sound field): Звуковое поле, в котором влиянием ограждающих поверхностей помещения на звуковые волны можно пренебречь.

3.3 уровень громкости (loudness level): Величина в фонах, численно равная УЗД опорного звука в децибелах, созданного фронтально падающей плоской бегущей синусоидальной волной частотой 1000 Гц, громкость которого равна громкости оцениваемого звука.

3.4 соотношение равной громкости (equal-loudness relationship): Кривая или функция, выражающая связь между уровнем громкости и УЗД чистого тона на данной частоте.

3.5 кривая равной громкости (equal-loudness-level contour): График в координатах «УЗД — частота», ординаты точек которого соответствуют частоте чистых тонов, воспринимаемых равными по громкости.

3.6 стандартная кривая равной громкости (normal equal-loudness-level contour): Кривая равной громкости, построенная по усредненным ощущениям людей с нормальным слухом в возрасте от 18 до 25 лет включительно.

Примечание — Метод построения стандартных кривых равной громкости приведен в приложении С.

3.7 порог слышимости (threshold of hearing): УЗД, при котором испытуемый в 50% случаев повторных испытаний, соответствующих определенным условиям, правильно указывает наличие звука.

4 Формулы для построения стандартных кривых равной громкости

4.1 Расчет УЗД по уровню громкости

УЗД , дБ, чистого тона частотой , имеющий уровень громкости , фон, рассчитывают по формуле

, (1)

где ,

— показатель экспоненты для ощущения громкости;

— модуль передаточной функции линейной системы, нормированный на частоте 1000 Гц.

Значения данных величин приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Значения параметров для расчета стандартных кривых равной громкости по формуле (1)

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