Субъективное восприятие АЧХ - зависимость АЧХ от стендов
АЧХ наушников сильно зависит от используемого стенда для измерений. В отличии от акустических систем (колонок), измерения наушников более сложны и по сей день применяются разные варианты стендов, позволяющие получить наиболее приближенную к субъективному восприятию АЧХ. 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 "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), обеспечивающее точное повторение посадки наушников, а 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.
В таблице указаны основные особенности разных типов стендов.
Для измерений используются разные стенды, начиная от простых самодельных «плоских стендов», стандартизированных стендов для заводов типа "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), обеспечивающее точное повторение посадки наушников, а 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.
В таблице указаны основные особенности разных типов стендов.
Зависимость АЧХ от расположения микрофона: внутри канала, у входа в канал и на плоскости головы (конха).
| Основные особенности схожести полученной АЧХ от типа стенда | |||
| Тип стенда | Низкие частоты | Средние частоты | Высокие частоты |
| Плоский стенд | Для наушников, чувствительных к акустическому демпфированию, внутренние резонансы смещаются в выше по частоте | Характер АЧХ может быть иметь небольшие отклонения для наушников, чувствительных к демпфированию | Отсутствие ушных раковин наиболее сильно отделяет АЧХ от реального восприятия |
| Плоский стенд с мягкой поверхностью | Для наушников, чувствительных к акустическому демпфированию, внутренние резонансы смещаются ниже по частоте | Характер АЧХ может быть иметь небольшие отклонения для наушников, чувствительных к демпфированию | Отсутствие ушных раковин наиболее сильно отделяет АЧХ от реального восприятия |
| Искусственное ухо по стандарту ГОСТ 28728-89 | Для наушников, чувствительных к акустическому демпфированию, внутренний резонанс близок реальному | Наиболее близко к реальному восприятию | Отсутствие ушных раковин наиболее сильно отделяет АЧХ от реального восприятия |
| Голова манекен с ушными раковинами с микрофоном у барабанной перепонки (IEC 60268-7) | Точность низких частот зависит от демпфирования стенда, обычно, если ушные раковины мягкие, то демпфирование сопоставимо с реальной головой человека | Характер АЧХ зависит от демпфирования стенда | 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». 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 |
| Голова манекен с ушными раковинами с микрофоном у входа в слуховой канал | Точность низких частот зависит от демпфирования стенда, обычно, если ушные раковины мягкие, то демпфирование сопоставимо с реальной головой человека | Характер АЧХ зависит от демпфирования стенда | 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»
За счет расположения микрофона у входа в слуховой канал лишних резонансов не происходит и дополнительная коррекция АЧХ не нужна. |
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.
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.
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 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».
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.
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.
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.
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 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».
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.
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.
От демпфирования стенда зависит уровень и неравномерность в области низких и нижних средних частот. В примере выше 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.
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).
