Pull to refresh

Как можно сделать плохой звук наушников отличным? Что определяет качество звучания наушников согласно исследованиям?

Reading time7 min
Views45K

Начну с небольшого наглядного примера. По данной ссылке вы можете скачать и прослушать записи трех наушников разной ценовой категории (HiFiMAN Sundara — $350, Creative Aurvana Live! SE — $60, Takstar PRO82 — $100) сделанные с помощью искусственного уха. Вносимые им искажения похожи на те, что вносит настоящее человеческое ухо. С помощью одного лишь эквалайзера эти записи были исправлены обратно к исходному воспроизводимому файлу. Попробуйте определить, какая запись соответствует каким наушникам и где находится цифровой оригинал. У данных записей наушников был скорректирован только один вид искажений — линейные (или, другими словами, была исправлена только их АЧХ — амплитудно-частотная характеристика). Все остальные искажения, вносимые искусственным ухом, остались неисправленными. Среди файлов есть и исходный воспроизводимый файл (цифровой источник записей). Он присутствует как в явном виде, так и скрыт среди 4 файлов — A, B, C, D. Так же по ссылке присутствуют неэквализированные записи (в папке unequalized).

Смогли ли вы найти скрытый оригинал? Насколько велика разница между записями и оригиналом? Несмотря на то, что запись была сделана на дешевом стенде, а эквализация была произведена после записи, что снизило и без того низкий динамический диапазон и повысило искажения, звучание между всеми файлами после эквализации получилось весьма схожим. Причем разница в звучании вызвана, прежде всего, не разницей эквалиированных наушников, а недостатками реализации метода: низким соотношением сигнал/шум записывающией установки и корректировкой АЧХ после записи, а не перед ней. При более качественном эксперименте, с использовании имитации челвоеческого уха более высокого уровня, можно добиться еще большей схожести звучания.

А корректен ли вообще такой эксперимент?


Может возникнуть вопрос, а корректен ли вообще такой тест? Ведь записи прослушиваются вами еще через одну пару наушников или колонок, вносящих свои собственные искажения. Для устранения этой проблемы в тесте и присутствует оригинал записи. Когда вы слушаете его — вы слышите только искажения своих наушников и своего воспроизводящего тракта. Когда же вы слушете записи, вы слышите искажения своих наушников и своей воспроизводящей системы ПЛЮС искажения записываемых наушников. Таким образом, вы сравниваете «искажения вашей воспроизводящей системы» против «искажений вашей воспроизводящей системы + искажения записываемых наушников». То есть, в этом случае, слышимая разница будет отражать прежде всего искажения записанных наушников. Конечно, в идеале, записи нужно прослушивать на аудиооборудовании максимально качества, которое вам доступно.

Далее, к более строгим исследованиям...


Sean Olive, экс-президент The Audio Engineering Society, крупнейшего сообщества ученых и инженеров из сферы аудио, в течение последних 20 лет, вместе с коллегами, провел множество исследований по теме различных звуковоспроизводящих систем вообще, и наушников в частности. Исследования включают объективные и субъективные способы оценки качества звучания, определения главных его факторов и т. п. Профиль Sean Olive в AES.

В результате исследований, Sean Olive и коллеги пришли к следующему выводу:

качество звучания большинства современных наушников определяет исключительно их АЧХ — амплитудно-частотная характеристика. Субъективное качество звучания наушников тем выше, чем лучше они воспроизводят ту АЧХ, что воспринимается конкретным человеческим ухом при прослушивании хороших мониторов в акустически подготовленном помещении. Речь идет именно о той АЧХ, что возникает на уровне барабанной перепонки — и она сильно отличается от линейной.

АЧХ — это та самая вещь, которую можно менять с помощью эквалайзера.


РИСУНОК 1. Изначально ровная АЧХ акустической системы (низ рисунка), провзаимодействовав с ухом и ушным каналом, превращается на уровне барабанной перепонки в примерно ту, что показана наверху рисунка.

В указанных исследованиях и экспериментах принимали участие сотни слушателей — начиная от тренированных в лаборатории Harman по специальной программе, и заканчивая обычнми людьми «с улицы». Оказалось, что нелинейные искажения, для большинства современных наушников, не являются существенным фактором, так как, чаще всего, на «живом» музкальном сигнале, они находятся за пределами слышимости. Тезисно, в виде презентации, ключевые работы по данной теме собраны в этом документе.

о данных исследованиях
В документе собраны и подытожены результаты многочисленных исследований, в том числе с участием тренированных слушателей, которые не просто обладают объективно хорошим слухом, но и смогли показать, что могут улавливать тонкие различия тембра, искажений и других нюансов, по специальной программе исследовательской лаборатории Harman: harmanhowtolisten.blogspot.com

Так же, есть видео с интеврью Шона по теме звучания наушников, с которым можно ознакомиться (на английском):

image

А как же детализация? Сцена? Драйв?..


Ну а как же «детализация», «сцена», «драйв» и прочие свойства, которыми характеризуют звучание наушников некоторые аудио энтузиасты? Иногда это просто аудиофильские выдумки, а иногда лишь побочные эффекты АЧХ. Так, например, в случае наушников, «сцена» определяется прежде всего активацией резонансов и интерференций, присущих конкретной ушной раковине. Это, в конечном итоге, просто пики и провалы на АЧХ, которые, если их индивидуально измерить, могут быть эмулированы эквалайзером. Хорошие наушники активируют эти индивидуальные резонансы без применения эквалайзера.


Рисунок 2. Форма ушной раковины определяет индивидуальные резонансы и спады на АЧХ, воспринимаемые барабанной перепонкой.

Ну а что по поводу других объективно измеряемых параметров?


Помимо искажений, на некоторых ресурсах вы можете найти измерения фазы, импульсную характеристику, реакцию на ступеньку и прочее. Правда заключается в том, что импульсная характеристика и реакция на ступеньку — это лишь иной вид отображения АЧХ и ФЧХ — во временной области, вместо частотной. То есть, зная лишь АЧХ и ФЧХ, можно построить реакцию системы на единичный импульс или ступеньку вообще без каких-либо измерений. Ну а наушники представляют собой минимально-фазовую систему — изменение их АЧХ меняют фазу, а изменение фазы — АЧХ. То есть, в их случае, форму импульсной характеристики или реакции на ступеньку можно воссоздать с помощью одного лишь минимально-фазового эквалайзера и ничего более, применив в аудиоредакторе измеренную некомпенсированную АЧХ к исходному идеальному сигналу (ступеньке или импульсу). То есть, в случае наушников, как минимально-фазовой системы, все эти измерения не несут вообще никакой информации и лишь по-другому отображают АЧХ. Примеры, где с помощью одного лишь эквалайзера точно предсказывалась форма импусльной и других характеристик:

Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4

А что насчет так называемых «ватерфоллов»? Они, в случае минимально-фазовой системы, тоже лишь отражают АЧХ. Убираете пик — убираете «звон» ватерфолла. Статья на эту тему. Да и корреляции между качеством звучания и видом ватерфолла нет никакой. Эту тему подробно исследовал Floyd E. Toole еще много лет назад.

В общем, в соответствии с реальными исследованиями и математикой, ответ однозначен:

другие факторы, помимо АЧХ, чаще всего, не имеют существенного значения для качества звука наушников. Действительно важны только АЧХ и, изредка, искажения, если последние превышают порог слышимости.

Здесь следует заметить, что даже наушники за 10 долларов могут иметь очень низкий уровень искажений, за пределами слышимости на музыкальном сигнале. Например:

Измерения Panasonic RP-HJE120
Измерения SONY MH750

И какая от этого, в конечном итоге, польза?


Получается, если точно эквализировать наушники к одной АЧХ, то звучать они будут тоже неотличимо? Для большинства наушников, независимо от ценовой категории, ответ однозначен: да, будут звучать одинаково. Точнее говоря, разные модели наушников будут звучать настолько же похоже, насколько одни и те же наушники, надетые по-разному. Потому что даже одни и те же наушники меняют звук, когда смещаются относительно уха на несколько миллиметров, или когда надеты на длинные волосы, или на дужку очков, или, для внутриканальных наушников, вставленны чуть глубже в ушной канал. То есть, каждый раз надеевая наушники, вы будете воспринимать немного (а иногда и существенно!) разный звук — это факт, который легко измеряется.

Но главная проблема заключается в том, что речь идет именно о воспринимаемой АЧХ наушников, то есть той, что возникает в результате взаимодействия звука, излучаемого наушниками, с конкретно вашей ушной раковиной и ушным каналом, и улавливаемой барабанной перепонкой.

Измерить такую индивидуальную характеристику непросто. Производители делают замеры своих продуктов с помощью имитации «усредненной» слуховой системы человека. Например такой или такой. При этом надо понимать, что индивидуальные особенности (форма уха, волосы, прижим наушников, герметичность и так далее) могут вносить свои коррективы в итоговую АЧХ, иногда очень существенные. Однако, даже результат эквализации в соответствии с измерениями на подобных «усреденных» профессиональных системах грубо предсказывают, как те или иные наушники будут звучать для большинства людей (точнее, для «усредненного» человека).


Рисунок 3. Системы имитации слуха, используемые производителями для разработки и тестирования наушников.

Как можно самостоятельно улучшить качество звучания уже имеющихся у вас наушников?


Если колебания их АЧХ не слишком велики и нет узких пиков и провалов, то наушники, чаще всего, могут быть успешно эквализированны к нужной АЧХ, и демонстрировать хорошее качество звучания. Для этого, например, можно найти свою модель среди измеренных на профессиональной имитации слуховой системы на этих ресурсах и эквализировать ее:

1. www.reddit.com/r/oratory1990/wiki/index/list_of_presets
2. crinacle.com/graphs

либо, найти наушники в полном сборнике пресетов, составленных на основе этих и других ресурсов:

3. github.com/jaakkopasanen/AutoEq/tree/master/results (гайд здесь)

В пункте 3 вы также найдете инструкции и настройки для различных эквалайзеров на Windows, Android, macOS, которые могут сделать звучание ваших наушников либо отличным, либо, по крайней мере, лучшим, чем уже есть. Проблемы возникнут в случае, если наушники имеют слишком уж узкие пики и провалы, либо отклонения слишком большой амплитуды, либо у них слишком высокий уровень искажений — эквалайзер просто не в состоянии всего этого исправить.

Если же применение данных пресетов не дает вам желаемого качества (потому что измерительный стенд-имитация может сильно отличаться от конкретно вашего уха, особенно для частот выше 2 кГц), то есть другой, индивидуализированный метод, основанный на вашем собственном восприятии АЧХ. С его помощью можно заставить почти любые наушники звучать конкретно для вас одинаково, ну или очень похоже. Он позволяет выполнить индивидуальное копирование звука с одних наушников на другие. Его я, возможно, опишу в другой раз…
Tags:
Hubs:
Total votes 37: ↑35 and ↓2+41
Comments108

Articles