Особенности измерений наушников с излучателем костной проводимости (вибродинамиками)

Сегодня стало довольно модным явлением выпускать наушники с драйверами для костной проводимости (Bone driver), хотя их логично и правильней называть как вибродинамики, т.к. они работают в узком диапазоне частот, расположены внутри корпуса наушника, а сам корпус наушника не имеет прямого соприкосновения с ухом или головой, и воздействует лишь косвенно через насадку-амбушюр и кабель при заушной посадке.

Отдельное удивление вызывает то, что обычно резонанс такого излучателя приходится не на самые низкие частоты, а зачастую на средние частоты, что не мешает владельцам восторгаться вибрацией от низких частот. При этом возникает вопрос, а точно ли дело в этом специфическом излучателе?

Когда на тест поступила модель KZ Vibe X, то было известно, что там есть драйвер с костной проводимостью и он должен быть настроен именно на низкие частоты.

Тест внутриканальных наушников традиционно проводится через два стенда, стандартизированный IEC 711, он же ITU-T P.57 Type 2 и первоначальный стенд проекта SIEC, у которого меньшая глубина и объем.

В базе сайта RAA частотные характеристики храняться уже со сглаживанием ⅓ октавы, а графики без сглаживания берутся от ваттерфола, где нет подробного низкочастотного диапазона. По этой причине для этого материала АЧХ загружены со сглаживанием в 1/24, при этом сами отчеты не имеют публикации. Через каждый график можно перейти на отдельную страницу сравнения и там включить/выключить отображение отдельных линий графиков.

Обычно между стендами видно разницу в распределении высокочастотных резонансов из-за разной глубины и геометрии, а в области низких частот меняется общий уровень из-за разного объема, который в свою очередь дает разное демпфирование, и некоторые наушники на это реагируют, а другие нет. Формально IEC 711 должен показывать более реальную картину.

Здесь на графиках видно, что вклад вибродинамика приходится на диапазон от 80 до 160 Гц, что не сильно низко, но подъем при этом не является чрезмерно большим. Siec дал более контрастные данные, которые интересны тем, что частоты другие. Впрочем, ему простительно, хотя такое отклонение не является типичным.

После, во время прослушивания оказалось, что наушники в низкочастотном диапазоне звучат не так, как ожидалось по графику. В области 65-75 оказался существенный провал, а в районе 90 Гц сильный бубнеж (на графике эти диапазоны показаны вертикальными областями).

Сперва мне показалось, что дело просто в обостренном слухе в данный момент и решено было отложить прослушивание на какое-то время. Но нет, в метро вечером сильные перепады на АЧХ в области низких частот никуда не исчезли.

А что интересно думают пользователи и обзорщики о такой субъективной "кривизне"?

Просмотр обзоров, вышедших на тот момент показал, что в целом один восторг из шикарного баса и ни слова о наоборот заметной яме на АЧХ с НЧ. Как такое возможно?

Так как сегодня техническое измерение внутриканальных наушников более доступно, чем раньше, то на одну и ту же модель обычно есть графики в разных источниках и изучение графиков вызвало еще большее удивление. У некоторых работа вибродинамика практически незаметна на АЧХ.

И в том числе и у самого производителя.

Кто-то бы подумал, что дело в качестве повторяемости у KZ, это все же ультрабюджетный бренд. Но через меня по долгу службы прошло много экземпляров от KZ и мне известно, что вероятность аномальных расхождений среди новых наушников довольно низка. Соответственно проблема находится на уровне измерений.

И вот тут обратил внимание, что субъективное звучание гораздо ближе к SIEC, а не к IEC 711. Почему? Очевидным различием, помимо габаритов, является масса стендов, SIEC банально легче. А раз на АЧХ в явном виде отражается резонанс от вибродиника через резонанс корпуса наушника, то логично предположить, что если наушник измерять с помощью дополнительного прижима, то вибрацию можно просто погасить.

Во время измерений мной крайне редко использую прижим, лишь в тех случаях, когда наушник по каким-то причинам никак не хочет держаться в стенде. Обычно это TWS или наушники с собственными амбушюрами неудачной для стенда формой. Прижим при этом по возможности обеспечивается минимально возможный.

Однако часть тестировщиков предпочитает делать крепкую фиксацию наушников. Отчасти это связано с правилом на squig.link с выставлением резонанса наушника на 8 кГц для одинаковой глубины посадки по базе наушников.

Простой прижим через стенд IEC 711 помог убрать резонанс практически полностью, хотя с SIEC резонанс полностью не погасился. Таким образом, теория о прижиме оказалась верной и вполне очевидно, что прижим противопоказан для измерений наушников с вибродинамиками. Особенно, если выводы о звучании потом делаются “по графику”. В самый раз вспомнить критиков объективного подхода, что слушать надо ушами, а не микрофоном.

Но как тогда корректно делать измерения наушников? Очевидно, что вместо жесткого прижима за корпус, необходимо использовать прижим за провод. Если это конечно возможно.

Но, вернемся к тому моменту, что более близкий к реальности результат оказался у более лёгкого SIEC, а не IEC 711, которые в свою очередь могут быть разными по своей массе. Обычно версии стендов стандарта IEC 711 различаются на те, что устанавливаются вертикально с тяжёлой “базой” и на более компактные без базы для горизонтального размещения (или на микрофонную стойку с виброразвязкой).

Рассмотрим различие вариантов.

Без демпфирующего материала, как многие тестируют. На демпфирующем материале для устранения нежелательной вибрации стола и когда микрофон полотно обернут демпфирующим материалом (так обычно проводится тест у меня). В качестве демпфирующего материала здесь виброизоляция для труб категории Flex, которая доступна во множестве строительных магазинов. Т.е. этот материал максимально близок к пене с эффектом памяти и он хорошо гасит вибрации.

Вес данной версии стенда, это примерно 93 грамма.

У текущей версии Siec - 13 грамм на сам стенд и 46 грамм на базу под вертикальную посадку наушника. Ранее в горизонтальной версии он весил 56 грамм.

Как видно, различия есть, хотя и не радикальные.

Разница со стендом c базой - различие в тяжести стенда, в этой версии это 653 грамма (версии с базой у разных производителей и конфигураций могут различаться). Видно, что резонанс сместился. Далее в графиках будет отображатся пунктирной линией первоначальная АЧХ от стенда без демпфера.

Что будет, если сделать измерения горизонтально, ближе к тому, как наушники располагаются в ушах?

Для этого стенд помещен в конструкцию прототипа с механизмом для прижима и захватом провода. Путем проб и ошибок концепция близка к шарнирным металлическим держателям для паяльников. На фото разумеется не конечный вариант конструкции (хотя временное порой и становится вечным).

Исходная АЧХ и два варианта, стенд c базой и без нее.

Различия в целом стали меньше. Тяжесть стендов ожидаемо никуда не исчезла и явного провала в области 65-75 Гц нет.

Может спасет искусственное ухо с мягкостью в 35 Шор по шкале ОО?

Увы, нет.

Заменим переходник с жесткого металла на силикон с твердостью 1 Шор по шкале А, (либо 30 Шор по шкале ОО).

Хотя мягкость и сопоставима с тем материалом, из которого сделаны уши стенда по стандарту, у него другие свойства при той же мягкости и он не как резина с эффектом демпфирования, а скорее как желе.

С таким переходником получился наконец-то правдоподобный пик на 90 Гц, но провалы остались узкими, а частота нестабильной. Возможно, здесь требуется гибридная конструкция из силикона и твердого материала для снижения зависимости массы стенда от наушника. Первые эксперименты показали достаточно слабую повторяемость результата при визуально одинаковой посадке наушника в стенд, что является серьезным недостатком конструкции в таком виде.

В целом фиксация кабеля не сильно отразилась на АЧХ, но при разных измерениях было видно, что кабель все же вносит погрешность на результат. Таким образом, зажим кабеля позволяет снизить влияние кабеля на результат, но особо не влияет на результат работы костного излучателя.

Выводы

Как логичный вывод, наушники, где настройка звучания предполагает вибрацию корпуса, некорректно изменять с помощью жесткого прижима, а лучшим вариантом будет фиксация кабеля наушника с возможным по необходимости слабым прижимом сбоку наушника. При этом расположение у наушника должно быть горизонтальным относительно оси звуковода, т.к. это может повлиять на результат, где вибрация от излучателя не всенаправленная.

Результат измерения в любом случае не будет полностью совпадать с тем, что мы будем слышать из-за сочетания массы и материала (металла) стенда. Тем не менее, измерения желательно делать наиболее приближенными к реальности в сторону уменьшения погрешности, а не для пустой формальности.

Одна из причин продолжения измерения наушников через стенд SIEC при наличии IEC 711, это возможность видеть разные реакции наушников на условия измерений и из этого получать дополнительные данные для анализа и предсказания, как себя наушники поведут в реальности.

Что не так с результатами, где частоты пиков и провалов совпадают с субъективным восприятием? Основное замечение здесь к провалу, который получился узкополосным, в то время как субъективно он более широкий и представляет собой гладкую яму, а не пиковый провал.

В заключении хочется отметить, что эксперименты с Vibe-X дали старт эксперименту со слепым тестированием этих наушников (YouTube), т.к. к моему большому удивлению, при оценке звучания никто из опытных слушателей не слышал явного провала при экспресс тестировании на своих треках, где все должно быть слышно до мельчайших нюансов.

А дальше и появлению методики, как правильно подходить к тестированию наушников при ограниченном времени на тест и не спотыкаться о бревно в поисках соринки. Для этого сделан отдельный саундчек.