что такое коэффициент гармоник в наушниках

Характеристики наушников: гармонические искажения

Что это означает: Когда вы устанавливаете один тон, скажем, 500 герц, в наушниках, то должны получить только один тон. Но если наушники «нелинейные», вы получите некоторую дополнительную энергию на других частотах. Это так называемые «продукты искажения», которые имеют место на частотах, кратных основному тестовому сигналу. В случае с тоном 500 Гц, вторая гармоника будет на 1000 Гц; третья на 1500 Гц, затем на 2000 Гц и т.д.

Как интерпретировать результаты: Теоретически, совершенные линейные наушники не будут иметь гармонические пики, где бы то ни было; на практике это случается редко. Полное объяснение этого довольно сложно, но здравый смысл подсказывает, что искажения меньше беспокоят, когда пики с ростом частоты становятся все меньше и вторая гармоника уже не так беспокоит, как третья. Поскольку область низких частот человеческое ухо слышит менее разборчиво, в НЧ-диапазоне допустимы гармонические искажения менее 10%, а вот в полосе частот от 100 Гц до 2кГц — не более 1 %. Это важный параметр, на который стоит обращать внимание при выборе наушников.

Вообще, наш опыт показывает, что плотно, чисто и отчетливо звучащие наушники имеют несколько гармонических продуктов искажения. Наушники, которые звучат пышно (считается, что из-за четных гармоник) или тяжело и/или зернисто (считается, что из-за нечетных гармоник), вероятно, имеют намного больше гармонических искажений. Наш опыт, однако, показывает, что некоторые очень хорошо звучащие наушники имеют значительное количество гармонических искажений, и, поэтому было бы неправильно считать, что наушники звучат плохо только из-за множества продуктов искажений. Это просто не так. Пускай здесь все решает слух!

На графике ниже — искажения и шум в наушниках Brainwavz M2.

Источник

Имеющий «уши», да услышит – критерии выбора наушников

Сегодня наушники используют практически все. Выбор той или иной модели, конструкции, принципа действия наушников во многом обусловлен сферой их применения. В данном материале мы описали то, что в первую очередь следует учесть при выборе наушников. Намеренно дистанцировавшись от гарнитур и узкоспециализированных устройств, мы сконцентрировали внимание на тех наушниках которые используют для прослушивания музыки, просмотра видео, а также рассказали о некоторых профессиональных устройствах для студий звукозаписи и концертного применения.

В связи с тем, что тема очень обширна и факторов, которые влияют на выбор, хватит на 10 статей, в этом материале мы решили дать общую информацию о конструктивных и технических особенностях наушников разных типов и назначения. В дальнейшем каждый из затронутых в этой статье вопросов станет поводом для отдельной публикации.

Отмечу, что для людей, которые подходят к качеству передаваемого звука с позиции «лишь бы звук был», полезной окажется только часть этого материала. Также сходу подчеркну, что любые упоминания брендов и моделей будут минимизированы, носят лишь информационный характер. Эта статья не даст ответ на вопрос «какие наушники лучше?». Материал создан лишь для того, чтобы облегчить выбор, подробно рассказать о существующих технологиях и принципах.

Тип конструкции

Появились на рынке в качестве бытового гаджета в 1991-м стараниями компании Etymotic Research. В силу достаточно низкой стоимости, сегодня вкладыши входят в базовую комплектацию большинства мобильных устройств. Основным их достоинством можно считать компактный размер. Среди недостатков стоит выделить низкую эргономичность — придется подобрать правильный размер для своих ушей.

В ряде случаев недостатком является посредственное звучание. Последнее не является обязательным, но более 80 % ассортимента не дотягивают до hi-fi класса. Раньше этот тип был весьма распространён, и в линейках нескольких известных брендов можно выделить достойные вкладыши. Но конъюнктура рынка делает своё дело, и производители всё больше склоняются в сторону внутриканальных образцов при разработке флагманских моделей.

«Затычки» — один из наиболее распространённых сегодня типов портативных наушников. Принцип: драйвер находится снаружи, трубки с латексными или пенными амбушюрами помещаются в наружный слуховой проход. Многие ошибочно полагают, что внутриканальная конструкция появилась позже вставной, но это не так. На рынке «затычки» начали появляться как концертные мониторы ещё в 70-е, откуда позже перекочевали в менее специфические сегменты, но первое упоминание о подобной конструкции относится к 1895 году, в котором Томас Эдисон оснастил, вероятно, первыми внутриканальными наушниками свой Кинетофон.

Основные достоинства конструкции:

• мобильность (по размерам меньше или равны вставным);
• хорошо подойдут любителям выраженного, динамичного баса (акустические свойства конструкции часто перекашивают АЧХ в сторону низов);
• Хорошо сидят в ухе, что делает их удобными при занятиях спортом.

Недостатки: искажения, нередко возникающие в связи с особенностями конструкции и размером, высокая вероятность влияния на слух (интенсивность звукового давления + расположение в наружном слуховом проходе). В большинстве случаев не имеют оголовья. Как и прежде, прилично звучащие внутриканальные системы используют в качестве концертных и студийных мониторов.

Этот тип получил широкое распространение как периферийное устройство для ПК, а также как наушники для плейеров. Сравнительно небольшие габариты и масса сделали этот тип наиболее популярным в офисах. Ощутимыми недостатками конструкции являются:

Многие модели снабжены микрофоном и функциональным блоком с регулятором громкости, что как бы намекает на стационарное применение и использование в качестве гарнитуры. Некоторое количество накладных моделей создается для прослушивания музыки, часть из них рассчитаны на применение вне помещений. Ряд экспертов считают, что накладная конструкция априори менее склонна искажать звук, нежели вкладыши и внутриканальные образцы. Ещё один тренд накладных систем – офис, рабочее место, PC.

Как уже ясно из названия, этот тип не может похвастаться компактностью. Что не умаляет его достоинств. Большие габариты и зачастую масса таких устройств положительно сказываются на акустических свойствах конструкции. Это тот случай, когда размер имеет значение.

К полноразмерным наушникам относится подавляющее большинство систем для студий звукозаписи. Полноразмерными являются практически все референсные прецизионные студийные наушники, специализированные диджейские мониторы, а также очень многие представители класса Hi-End.

Классические референсные наушники, как правило, открытого типа – это связано с тем, что в закрытом типе искажается передача низких. За точную передачу АЧХ открытый тип любим многими аудиофилами. При этом некоторые звукорежиссёры придерживаются мнения, что референсные наушники должны быть полузакрытого типа, так как позволяют без искажений воспроизводить низкие и при этом обладают достаточной степенью звукоизоляции. Закрытый тип используется в качестве мониторов исполнителя при записи в студии, работы на живом выступлении, а также популярен у ди-джеев.

Полноразмерными создают также наушники для геймеров и многочисленные системы для PC. Последние далеко не всегда обладают качеством звучания, близким по уровню к профессиональным собратьям, а полноразмерная конструкция скорее используется как маркетинговый ход, нежели осознанная техническая необходимость.

Существует устойчивый стереотип о том, что полноразмерные наушники обязательно должны хорошо звучать. Банальный АЧХ-тест и беглый взгляд на процент КНИ многое может сказать о качестве, и в случае с многими «псевдостудийниками» эти параметры выдают самозванцев. Миф об обязательном превосходстве больших «ушей» родился тогда, когда полноразмерных головных телефонов на рынке было немного и в подавляющем большинстве они были студийными. Но миф не более чем миф: имеющий уши — да услышит, имеющий осциллограф — да увидит.

Несколько слов об АЧХ, КНИ, сопротивлении, и чувствительности

На всякий случай:
АЧХ – график разницы величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. (Гц)
КНИ – коэффициент нелинейных искажений (%)
Чувствительность – интенсивность звукового давления (Дцб)
Мощность – характеристика, определяющая динамический диапазон и звуковое давление (мВт – в случае с наушниками)

Всё, что касается амплитудной составляющей (громкости) сигнала наушников, зависит от чувствительности. Нижней границей нормы считается отметка в 100 Дцб. Хорошие наушники обеспечивают чувствительность не менее 100 Дцб. Меньшая чувствительность не обеспечит достаточного уровня громкости.

Любой уважающий себя производитель уведомляет покупателя об уровне КНИ наушников. Критичным уровнем гармонических искажений для наушников в диапазоне от 100 до 2 Гц считается превышение границы в 1%, ниже 100 Гц допускают значения до 7-10%. При этом стоит сказать о том, что звук с максимально допустимыми искажениями не отличается «кристальной чистотой». Притязательные слушатели чувствительны к КНИ, поэтому в некоторых профессиональных и Hi-end моделях этот показатель умудряются снизить до 0,1 % (от 100 Гц.) и 0,9% (ниже 100 Гц).

Напрямую влияет на качество звука и появление искажений сопротивление наушников. Чем оно выше, тем меньше тока требуется усилителю, чтобы их «раскачивать», а соответственно — меньше искажений возникает на этапе усиления. По сопротивлению принято делить наушники на высоко- и низкоомные. Для внутриканальных и вставных низкоомными принято считать устройства с сопротивлением до 32 Ом, высокоомными — от 32 Ом. Для полноразмерных низкоомными принято считать наушники с сопротивлением ниже 100 Ом, и соответственно выше 100 Ом – высокоомными. Практически все головные телефоны для профессионалов, а также относящиеся к hi-fi/hi-end классу являются высокоомными.

Известно, что точность и возможности передачи частот находятся в зависимости от АЧХ. Чем шире диапазон и равномернее АЧХ, тем реалистичнее, детальнее, точнее передача сигнала. Большинство людей способно воспринимать диапазон от 20 до 20 000 Гц. У многих с возрастом порог восприятия высоких частот снижается и не превышает 16 000 Гц. Существуют люди, воспринимающие более широкий диапазон. Более того, многие из тех, кто предпочитает hi-end аппаратуру, убеждены и в том, что воспроизведение частот за пределами диапазона восприятия влияет на качество звука. В том или ином случае действительно качественные наушники будут обладать диапазоном частот, по крайней мере, в пределах от 20 до 20 000 Гц. В профессиональной и hi-end технике он, как правило, значительно шире.

Большие пики и провалы в графике АЧХ — суть «окрашенный» звук. Маловероятно, что наушники с подобными характеристиками можно причислить к профессиональной и даже просто качественной аппаратуре. Они будут передавать с существенными частотными искажениями, неестественно «окрашивать» его. Не могу не отметить, что для людей, не слишком тяготеющих к качеству звука, проявляется большая любовь к агрессивно выраженным низким частотам. Для сверхпритязательных аудиофилов особо ценным оказывается верхний порог частотного диапазона.

Сразу отмечу, что прямой зависимости между качеством звука и типом излучателя в наушниках – нет. Пожалуй, единственным исключением из этого правила является электростатические драйверы. При этом косвенно тип излучателя влияет как на качество звука, так и на отдельные его характеристики.
Мы рассмотрим 4 наиболее распространённых излучателя для наушников:

Динамики – классика всегда и везде

Наиболее распространённым типом излучателя в наушниках, как, впрочем, в других акустических системах, является классический электродинамический громкоговоритель. На качество звука, передаваемого таким излучателем, влияет множество факторов: материал диффузора, конструкция катушки и т.п. Зачастую динамики обладают более широким диапазоном частот, что является наиболее существенным преимуществом перед «арматурой».

Ощутимым минусом классических электродинамических драйверов является низкая в сравнении с остальными надёжность (большое количество подвижных деталей, чувствительность катушки к большим нагрузкам) и большая вероятность появления гармонических искажений. В итоге всё зависит от качества конкретных динамиков.

Сегодня наушники с динамиками остаются наиболее популярными в мире и используются во всех существующих классах.В связи с этим цена на наушники, оснащённые динамиками, может быть любой, всё зависит от класса, при этом наушники с излучателями других типов (при приблизительно равных технических параметрах), в сравнении с классическими, в большинстве случаев стоят дороже.

Арматурные – от военных телефонов к высокопроизводительным «in ear»

Излучатели этого типа, до использования их аудиотехнике, широко применялись в военной и медицинской аппаратуре, после чего нашли свою нишу в потребительском сегменте. Принцип действия: воздействие подвижного якоря П-образной формы с катушкой на излучающую мембрану, что снижает количество подвижных частей, а соответственно, уменьшает вероятность появления искажений и повышает надёжность.

Чаще всего излучатели этого типа используются при создании внутриканальных наушников. Для этого типа часто характерно множество излучателей в одном наушнике (2 и более), что сложнее реализовать с более габаритными динамиками.

Для устройств с этим излучателем характерны такие особенности, как выраженность высоких и средних частот, высокая детальность передачи сигнала, более ровная АХЧ. Низы ощутимо менее акцентированы, нежели у наушников с электродинамическим принципом работы. Стоимость арматурных наушников как правило выше, чем у оснащённых динамиками, при прочих равных характеристиках.

Выпускаются также системы с комбинированным арматурным и электродинамическим излучателем, где первый служит для передачи высоких и средних, а второй используется для низких частот.

Изодинамические (планарно-магнетические) – хорошо забытое новое

Сравнительно редкий тип излучателей для головных телефонов, который, по заявлениям ряда экспертов, превосходно подходит для достоверной и точной передачи звука. Среди приверженцев изодинамической звукопередачи немало любителей симфонической классики, джаза и сложной камерной музыки – наиболее требовательных к аудиоаппаратуре жанров.

Изодинамические излучатели используют в качестве колебательного элемента сверхтонкую мембрану, на которую наносятся металлические дорожки и постоянные стержневые магниты, что позволяет максимально точно и без искажений передавать звук.

Любителям перенасыщенного низами звука этот тип, вероятно, не подойдёт, так как конструкция не предполагает частотных искажений в сторону низких, как это нередко бывает с классическими электродинамическими драйверами. Серьезной проблемой наушников с этим типом излучателя является цена. Как правило, стоимость таких наушников запредельно высока для простых смертных, что автоматически делает их предметом для небедных аудиофилов и профессионалов. Нижний порог стоимости наушников с изодинамическими драйверами начинается с 30-60 000 рублей.

При близком к электростатическим излучателям качестве изодинамические наушники не требуют обязательного предусиления, что снижает расходы на приобретение аппаратуры и упрощает эксплуатацию.

Электростатические – восторг аудиофила

Наушники с этим типом излучателей занимает особое место, так как в конструкции отсутствует магнит, что фактически исключает возможность появления существенных искажений, а тончайшая мембрана «электростатов» способна передавать почти неуловимые отзвуки. Те, кто трепетно относится к чистоте и достоверности звучания, признают этот тип излучателя лучшим.

Точнейшая передача сигнала электростатических наушников сделала девайс предметом обожания аудиофилов. Принцип действия излучателей в случаях с такими наушниками требует использования специального предусиления, так как напряжение, требуемое для раскачки, может превышать 5000 V. Совершенно закономерно, что цена устройства с предусилителем достигает почти астрономических величин, и найти этакую прелесть в ценовом диапазоне до 90 000 рублей почти невозможно.

Главное, с чем стоит определиться перед выбором наушников, – как их будут использовать. Наушники – те устройства, которые не предполагают универсального применения, и каждый их тип соответствует своим задачам. Безусловно, толстый кошелек значительно расширит возможности выбора. При этом, даже если у вас нет 15 000 на крутые «затычки» или 100 000 на полноразмерные hi end «электростаты», рекомендую внимательно подойти к изучению характеристик, оценить эргономичность для именно ваших ушей и, естественно, послушать, ведь решающим критерием выбора всё равно останется ваше восприятие. Настоятельно не рекомендую покупать наушники в метро и т.п. местах, а также с осторожностью относиться к «суперпредложениям» на площадках типа AliExpress, в большинстве случаев аналоги моделей известных брендов из Поднебесной очень существенно уступают «породистым» оригиналам.

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:

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.

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.

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:

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