Субъективное восприятие АЧХ - зависимость АЧХ от стендов

Зависимость АЧХ от стендов для измерений наушников


АЧХ наушников сильно зависит от используемого стенда для измерений. В отличии от акустических систем (колонок), измерения наушников более сложны.

По сей день применяются разные варианты стендов, позволяющие получить АЧХ наиболее приближенную к субъективному восприятию. К сожалению, даже самые современные стенды не дают АЧХ на 100% совпадающую с субъективным восприятием конкретного человека. Из-за излучения звука в замкнутом пространстве с ушной раковиной невозможно получить такую АЧХ, которая совпала бы с восприятием каждого человека с другой формой ушей и по этой причине все результаты обладают разной погрешностью по отношению к конкретному человеку.

Для измерений используются разные стенды, начиная от простых самодельных «плоских стендов», стандартизированных стендов для заводов типа "железное искусственное ухо" и манекенов с ушными раковинами приближенных к реальной голове человека. На каждом типе стенда получаются АЧХ с разной неравномерностью и поэтому нельзя напрямую сравнивать АЧХ наушников измеренных на одном стенде, с наушниками, измеренными на другом стенде.

Разнообразие разных типов стендов продиктовано разными задачами. Там, где надо проверить повторяемость технических параметров наушников при производстве, используется стенд "искусственное ухо" (по стандарту ГОСТ 28728-89). Этот стенд обеспечивает точное повторение посадки наушников и повторяемость результатов. Там, где надо исследовать субъективную АЧХ - используют стенд с макетом ушной раковины человека.

Стандартизированное оборудование обычно излишне дорого для обычного энтузиаста и в "домашних условиях" обычно распространен "плоский стенд", который уступает стандартизированному стенду "искусственное ухо" в первую очередь акустическим демпфированием.

Тем не менее, каждый стенд обладает своей АЧХ, вносящей примерно одинаковое отклонение и допускает достаточно достоверное сравнение различий параметров наушников между собой в рамках одного стенда.

Ниже показаны основные особенности разных типов стендов.




Особенности плоского стенда




Это самый простой вид стенда, который популярен в различных DIY проектах. Такой стенд прост в изготовлении и не требует особых затрат. Обычно, это первый вариант стенда у любого энтузиаста в виде плоской доски с микрофоном.

При выявлении брака у наушников такой стенд может быть наиболее предпочтителен, т.к. позволяет наиболее точно задать расположение наушников на стенде. Но, для наушников с большими и мягкими амбушурами такого стенда все равно будет недостаточно.



Низкие частоты

Для наушников, чувствительных к акустическому демпфированию, внутренние резонансы смещаются выше по частоте воспроизведения.


Средние частоты

Характер АЧХ может быть иметь небольшие отклонения для наушников, чувствительных к демпфированию поверхности стенда.


Высокие частоты

Отсутствие ушных раковин наиболее сильно отделяет АЧХ от реального восприятия естественного звучания.




Плоский стенд с мягкой поверхностью




Так как голова человека не настолько твердая как "дерево", то дальнейшим совершенствованием плоского стенда явлется добавление более мягкой поверхности. Выбор материалов для мягкой поверхности достаточно велик, каждый пробует что-то свое. Конечный вариант редко повторяет реальное акустическое демпфирование как у человека.

При выявлении брака у наушников такой стенд аналогичен обычному плоскому, т.к. позволяет наиболее точно задать расположение наушников на стенде. За счет другого демпфирования, на таком стенде можно выявить дефекты, не проявляющиеся на обычном плоском стенде.

При сравнении результатов с мягкого и твердого стенда порой можно увидеть, насколько протестированные наушники зависимы от внешнего демпфирования. Такие наушники могут сильно менять свое звучание от посадки и плотности прижима амбушюр.



Низкие частоты

Для наушников, чувствительных к акустическому демпфированию, внутренние резонансы смещаются ниже по частоте


Средние частоты

Характер АЧХ может быть иметь небольшие отклонения для наушников, чувствительных к демпфированию



Высокие частоты

Отсутствие ушных раковин наиболее сильно отделяет АЧХ от реального восприятия




Искусственное ухо по стандарту ГОСТ 28728-89




Этот стенд самый распространенный на заводах. Стенд сделан из металлических элементов. Внутри предусмотрены полости, за счет которых повторяется акустическое демпфирование, близкое к демпфированию у человека.



Низкие частоты

Для наушников, чувствительных к акустическому демпфированию, внутренний резонанс близок реальному



Средние частоты

Наиболее близко к реальному восприятию



Высокие частоты

Отсутствие ушных раковин наиболее сильно отделяет АЧХ от реального восприятия



О демпфировании стендов

От демпфирования стенда зависит уровень и неравномерность в области низких и нижних средних частот. В примере наушники в стенде с жесткой поверхностью демонстрируют умеренный уровень низких частот, а с использованием мягкого стенда излишне высокую неравномерность. В большинстве случаев, область до 1 кГц достаточно точна и совпадает с субъективным восприятием при условии измерения на стенде с естественным демпфированием.





Голова манекен с ушными раковинами с микрофоном у барабанной перепонки (IEC 60268-7)




Для получения АЧХ, близкой к тому, как мы слышим, рекомендуется использовать манекен "с ушами". В ученом мире нет единого мнения, где именно должен быть микрофон, у места, где барабанная перепонка, или у входа в слуховой канал.

Из-за дополнительных резонансов в ушном канале для накладных и полноразмерных наушников возникает лишний резонанс в области нижних высоких частот, который принято компенсировать через коррекцию АЧХ.

Современные стенды позволяют гибко настраивать конфигурацию с расположением микрофона. Демпфирование обеспечивают вкладки с ушными раковинами из мягкого материала.



Низкие частоты

Точность низких частот зависит от демпфирования стенда, обычно, если ушные раковины мягкие, то демпфирование сопоставимо с реальной головой человека



Средние частоты

Характер АЧХ зависит от демпфирования стенда



Высокие частоты

Ушные раковины лучше передают уровень насыщенности высоких частот, но распределение частот сильно зависит от посадки наушников и АЧХ может быть далекой от реальной, если у слушателя форма и габариты ушей сильно отличается от «средне статистического уха».



Голова манекен с ушными раковинами с микрофоном у входа в слуховой канал




За счет расположения микрофона у входа в слуховой канал лишних резонансов не происходит и дополнительная коррекция АЧХ не обязательна.

Такой вариант чаще используется для записи бинауральной музыки.



Низкие частоты

Точность низких частот зависит от демпфирования стенда, обычно, если ушные раковины мягкие, то демпфирование сопоставимо с реальной головой человека



Средние частоты

Характер АЧХ зависит от демпфирования стенда



Высокие частоты

Ушные раковины лучше передают уровень насыщенности высоких частот, но распределение частот сильно зависит от посадки наушников и АЧХ может быть далекой от реальной, если у слушателя форма и габариты ушей сильно отличается от «средне статистического уха»



О стендах с ушными раковинами и расположении микрофона

Стенды, рекомендуемые для акустических измерений в сторону субъективного восприятия, используют ушную раковину и отличаются расположением микрофона. Для большей универсальности использования стенда часто используют расположение микрофона у места барабанной перепонки, что при измерении полноразмерных наушников генерирует лишний резонанс в области 3~4 кГц, который большинство субъективно не слышит. Этот резонанс убирают эквализацией (накладывают кривую HRTF функции, которая у каждого стенда своя). Стендам с расположением микрофонов у входа в слуховой канал такая компенсация обычно не нужна (но такие стенды годятся только для измерений полноразмерных наушников, либо должны иметь сменные модули блоков с ушными раковинами и разным расположением микрофона, что обходится дороже).

Ушная раковина вносит свой индивидуальный вклад в АЧХ и она всегда «приблизительная».


Зависимость АЧХ от расположения микрофона: внутри канала, у входа в канал и на плоскости головы (конха).



Погрешность высокочастотного диапазона в стендах с ушными раковинами

Высокочастотная область у всех стендов обладает погрешностью, т.к. форма среднестатистической ушной раковины человека всегда отличается от индивидуальной формы конкретного слушателя. Высокочастотный диапазон оценивается «приблизительно» независимо от типа стенда.

Ушная раковина вносит свой индивидуальный вклад в АЧХ и она всегда «приблизительная».

Форма ушной раковины образует дополнительную неравномерность и при индивидуальном строении уха частоты пиков и провалов будут индивидуальны. Для измерений используется усредненная модель человеческого уха и конечная индивидуальная АЧХ будет в пределах примерно ±6 дБ от усредненного уровня (в примере усредненный уровень получен через усреднение в 1 октаву).

Так как АЧХ зависит от посадки наушников и порой сильно меняется (преимущественно в высокочастотной области) при смещении наушников на несколько миллиметров, то наиболее точное представление дает усредненная АЧХ от разных посадок наушников на манекен.

В RAA для такого усреднения используется построение "среднего" канала, который получается из суммы АЧХ левого и правого канала. Разница между левым и правым каналом обычно показывает как разницу между левым и правым каналом, так и разницу АЧХ в зависимости от посадки. В подавляющем большинстве, разница от посадки обычно на порядок больше, чем выявленная разница между каналами, измеренная на стендах серии Cx и SF.





О стендах RAA



В RAA в отчетах для полноразмерных и накладных наушников встречаются три типа стендов: HDM1, SF и HDM-X.

Основным современным стендом является HDM-X, который обеспечивает точное измерение низких и средних частот за счет точного демпфирования с использованием ушных раковин из специального материала. За счет измерений наушников на манекене головы с габаритами как у обычного человека, обеспечивается естественный прижим.

На стендах, где прижим осуществляется рукой, уровень низких частот может отличаться в пределах 6~9 дБ. И справедливо отметить, что естественный прижим наушников у людей с «крупной головой» будет выше и соответственно будет немного больше низких частот.

Возможно, с развитием технологий появится алгоритм моделирования АЧХ, где наушники будут измеряться на нескольких стендах разной формы с разными свойствами с вычислением чувствительности наушников к демпфированию, свойств амбушюр, корпуса и т.п. А с помощью бытового 3D сканера или программы преобразующей фото со смартфона в 3D модель конкретного уха – будет моделироваться точная АЧХ под конкретного слушателя.




Материал подготовлен Романом Кузнецовым.

Многих удивляет, что в разных источниках графики для одной и той же модели порой сильно различаются. В этом материале разобраны основные причины различий.

Я постарался сделать акценты на тех различиях, с которыми столкнулся приразработке своих стендов.




Кузнецов Роман
Основатель RAA



Известен под никами

romanrex
iXBT.com
player.ru
Head-Fi.org
Оverclockers.ru
habr.com
...
r.a.a.
4pda





Последние новости




Поделиться

Если заметили опечатку или другую неточность, то выделите и нажмите Ctrl+Enter. Это ускорит процесс совершенствования отчетов.



Отслеживать новые отчеты можно в социальных сетях. Подписывайтесь!