Из чего состоит график АЧХ и ГВЗ

Для того, чтобы “адекватно” оценивать основные графики, надо посмотреть на то, как строится график АЧХ.

Существует два варианта построения АЧХ, по спектру импульсной характеристики и по максимальным значениям произвольного сигнала, которыми могут быть: мультитон, шум или синус с переменной частотой.

Импульсную характеристику в свою очередь получают по специальным сигналам, вроде MLS, периодическому шуму, синусу с переменной частотой или записью импульса напрямик.

Принципиальная разница заключается в том, что при построении АЧХ из импульсной характеристики мы получаем не только частотную характеристику, но и дополнительно фазовую/временную характеристику.

Исходным сигналом является кратковременный сигнал в виде импульса “щелчка”, где все частоты воспроизвелись одновременно с равной громкостью.

По временной оси это будет всплеск в виде плоской поверхности, как на схематичной 3D картинке.

При прохождении сигнала через наушники мы такой идеальной картины не получим, а вид воспроизводимых частот на спектре изменится.

Изменение АЧХ

Для начала, уровни частот будут различаться, где-то будут подъемы, где-то провалы.

Общая неравномерность в большей степени зависит от демпфирования излучателя и его общего тонального баланса. Во внутриканальных многодрайверных наушниках это дополнительно зависит от согласования излучателей.

Групповые задержки

Некоторые частоты воспроизводятся позже. В примере основная задержка в области низких частот. На графике ГВЗ такие частоты будут уходить в плюсовую по времени область. Обычно задержка присутствует в области низких частот, и она сопоставима с задержкой с АС конструкции “закрытый ящик”.

Резонансы

Помимо групповой задержки существуют резонансы, которые образуются в корпусе наушников, в звуководах, и которые генерирует наша ушная раковина и слуховой канал. Эти резонансы можно разделить на те, что являются типичными для модели наушников, и на индивидуальные, которые зависят от формы уха пользователя наушников.

Вторичные отражения

Ранние и поздние отражения обычно есть в измерениях АС. Эти отражения появляются от помещения. В наушниках из-за близких расстояний ранних и поздних отражений практически нет, т.к. они все неотличимы от резонансов корпуса.

Общий вид спектра во времени

Соответственно типичное воспроизведение из наушников схематически выглядит так.

Математические особенности построения графиков АЧХ и ГВЗ

Для построения спектра берется определенный временной участок звуковой волны импульса.

На выходе у нас будет два графика - усредненная АЧХ на выбранном временном отрезке, и график, который будет показывать, в какой момент времени у нас каждая частота была в максимуме.

Т.е. трехмерный график переводится в два двумерных, график АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) и график ГВЗ (группового времени задерживания).

Из-за наличия затухающих резонансов на этих частотах суммарный уровень получается выше, а момент их воспроизведения по времени смещается. Другими словами, мы получаем как бы вырезанные участки на частотах резонансов, которые отстают от основного фронта и которые выше основного уровня спектра.

Таким образом, на двумерных графиках из-за наличия резонансов у нас получаются подъемы над резонансами, а по времени, смещения на частотах резонансов. При этом “задержки” на исходном фронте спектра у нас нет.

Восприятие АЧХ у нас будет схожее с двумерным графиком, где резонансы мы будем воспринимать как подъемы на АЧХ.

Таким образом, там, где на графике видны узкополосные подъемы, это с большой долей вероятности резонансы. Как и всплески на графике групповой задержки.

Иногда задают вопрос о необходимости коррекции группового времени задерживания. Из графика выше видно, что если смещение по времени не вызвано резонансом, то при правке пиков на АЧХ, в норму могут придти и "задержки". При этом, как бы не подавлялись пики от резонансов, сами резонансы никуда не исчезнут. И если и будут скомпенсированы по времени в строгом соответствии с получившимся графиком ГВЗ, то это будет означать, что резонансы будут воспроизводится раньше основного фронта звуковой волны.

Заодно такое представление в виде фронта волны и резонансов наглядно показывает, что технически при выравнивании АЧХ разных моделей наушников мы можем получить очень близкие АЧХ, но конечное звучание все же будет разным из-за индивидуального распределения резонансов в каждой модели.