Что такое частотная характеристика и как она влияет на воспроизведение музыки наушниками

Частотная характеристика аудио устройств
Содержание:

Что такое частота звука и как она связана с частотной характеристикой (амплитудно-частотной характеристикой)

Если вы уже некоторое время провели в мире аудиофилов или пытались выбрать себе наушники не по внешнему виду, а по качеству звучания, тогда вы знакомы с термином частотная характеристика или амплитудно-частотная характеристика. Этот термин применяется ко всем аудио устройствам, будь то наушники, колонки, усилители, ЦАПы и т.д.

В этой статье я попытался собрать и описать простым языком всё, что нужно знать об этом явлении обычному человеку, который просто хочет выбрать для себя хорошие наушники.

Как вы уже, наверное, поняли, термин амплитудно-частотная характеристика описывает возможность системы воспроизводить звук определённой частоты. Конечно, мы будем говорить лишь о том звуке, который способен услышать человек. В общем случае считается, что человеческий здоровый слух способен распознать звук с частотой от 20 Гц до 20 кГц. Конечно, каждый человек слышит мир по-своему, а некоторые люди даже способны слегка уходить за границы возможного для обычного слуха, но это редкость.

Для того, чтобы нам было удобнее, давайте разделим весь слышимый диапазон на три секции: низкие частоты, средние частоты и высокие частоты.

Конечно, это деление условно и нужно лишь для нашего удобства. Обычно к каждому из диапазонов приписывают следующие частоты:

  1. Низкие частоты – от 20 Гц до 300 Гц
  2. Средние частоты – от 300 Гц до 4000 Гц
  3. Высокие частоты – от 4000 Гц до 20000 Гц

Частотный диапазон (Frequency Response) описывает диапазон частот или тонов, которые музыкальный компонент (наушники) может воспроизвести.

Частотный диапазон показывает, как аудио компонент способен воспроизвести звуковой сигнал и какие искажение он вносит. Например, мы может узнать какую минимальную частоту звука способен воспроизвести Сабвуфер, или какую максимальную частоту способны воспроизвести наушники.

В идеальной ситуации на выходе из аудиосистемы мы должны получить точно такой же сигнал, который послали на вход. На практике это далеко не так и все компоненты, даже очень дорогие, вносят определённые искажения при воспроизведении звука.

Идеальный частотная характеристика называется «плоской», т.е. при измерении звучания мы должны получить ровно тот же звук, который дали на вход. Если мы подали тестовый сигнал начиная от 20 Гц и заканчивая 20000 Гц с одинаковой громкостью на всём протяжении частотного диапазона, то и получить при воспроизведении мы должны тот же ровный сигнал, однако, даже на слух мы заметим, что при изменении частоты меняется громкость – это и есть искажения, которые вносят в сигнал воспроизводящая аппаратура.

Частотную характеристику часто можно рассматривать как фильтр, который может усиливать или ослаблять входной сигнал для изменения звука

Частотную характеристику часто можно рассматривать как фильтр, который может усиливать или ослаблять входной сигнал для изменения звука


Именно из-за того, что звуковоспроизводящее оборудования вносит искажения в звук был придуман эквалайзер. С его помощью можно слегка исправить искажения, усилив те частоты, которые наушники воспроизводят тише, и ослабив те, которые наушники воспроизводят громче. Конечно, эквалайзер вносит и собственные искажения, поэтому крайне не рекомендуется подкручивать частоты сильно, обычно конкретную частоту усиливают или ослабляют не более чем на 3-4 Дб. В противном случае вы получите больше искажений, чем было до вашего вмешательства.

Также по этой причине почти во всех эквалайзерах, как программных, так и аппаратных, есть готовые настройки для того или иного жанра музыки. Они призваны улучшить звучание конкретного жанра путём добавления определённых искажений в звук. Лично я рекомендую вам всегда держать эквалайзер в выключенном состоянии, чтобы звук был искажён минимально и использовать его только в крайних случаях, когда без него слушать музыку крайне не приятно.

Вернуться к содержанию

Почему получить плоскую частотную характеристику крайне сложно?

К сожалению, получить идеальный звук в современных условиях невозможно, и идеально плоская АЧХ всё ещё остаётся лишь мечтой, не взирая на то какие технологии используются при создании наушников.

Вся проблема заключается в том, что наушники — это механические устройства, а у любого механического устройства есть ограничения, заданные законами физики.

Также стоит учитывать сочетание различных компонентов в аудиосистеме: ЦАП, усилитель и наушники. Каждый из компонентов вносит собственные искажения и результат может быть очень разным и, что самое неприятное – непредсказуемым.

Например, нужно учитывать собственное сопротивление каждого из компонентов цепи, их сочетания и как они взаимодействуют друг с другом, также физические свойства драйвера наушников, его акустическое оформление и т.д. В результате мы всегда будем иметь те или иные искажения, но в удачном случае мы можем добиться того, что эти искажения будут либо крайне мало заметны на слух, либо незаметны вовсе и именно в этом заключается наша цель – подобрать идеальные наушники и аудио оборудование так, чтобы вы были крайне довольно результатом их работы.

Обычно производитель указывает на упаковке или в инструкции к наушникам результаты измерения АЧХ, по которой мы можем косвенно судить о том, как они будут звучать. Но никогда не может предсказать как именно конкретные наушники будут работать с вашим аудио оборудованием, именно по этой причине никогда не стоит выбирать наушники лишь по графику АЧХ. Этот график был получен на тестовом стенде производителя (условия произведения замеров нам не сообщают), в этот график затесались и огрехи микрофонов, которыми снимали воспроизводимый звук.

АЧХ нам нужна для того, чтобы мы убедились, что на всём её протяжении нет резких перепадов более чем на 6 Дб. Именно значение 6 Дб мы будем считать значимым, т.к. такой перепад легко воспринимается человеческим слухом. Если вы видите на графике АЧХ наушников, что в определённых местах разница составляет более 6 Дб от среднего значения, значит эти наушники вносят явное искажение в звук и далее всё зависит от вашего вкуса, нравится ли вам подобное искажение или нет.

Сравнение идеального сигнала (зелёная линия), наушников с хорошей АЧХ (жёлтая линия) и с худшей АЧХ (красная линия)

Сравнение идеального сигнала (зелёная линия), наушников с хорошей АЧХ (жёлтая линия) и с худшей АЧХ (красная линия)


Считается, что колебания графика АЧХ на 1-2 Дб не играет никакой роли для восприятия музыки нашим слухом, а колебания в пределах 3 Дб если и заметны, то незначительно и на комфорт восприятия звука серьёзно не влияют. Поэтому если вы нашли наушники с колебаниями не выше 3 Дб, считайте, что вам повезло и они будут звучать хорошо.

Но есть ещё одна особенность – скорость изменения частотной характеристики. Как мы уже знаем, она в любом случае не будет линейной, но для нашего восприятия крайне важно, чтобы колебания происходили плавно, а не резко. Чем более плавным будет изменение графика АЧХ, тем лучше будут звучать наушники, более естественно.

Таким образом, чтобы сделать первый отсев наушников при выборе, нам нужны те модели, АЧХ которых изменяется плавно и не более чем на 3 Дб от среднего значения. Именно такие наушники нужно оставить для второго тура выборов – личного прослушивания перед покупкой.

Что касается современных ЦАПов и усилителей – в большинстве случаев, если вы покупаете не самые-самые дешёвые устройства, их искажения должны быть минимальны, а уже начиная со среднего бюджета и вовсе не должны оказывать значимого влияния на результат.

ЦАП вносит минимум искажения, можно сказать, что все современные ЦАПы вообще не вносят искажений в сигнал.

С усилителями всё сложнее, но, опять же, современные модели имеют довольно ровные характеристики довольно близкие к идеальным.

Но помните, что чем ниже собственное сопротивление наушников, тем больше они чувствительны к искажению сигнала усилителя. Именно по этой причине высококлассные наушники имеют высокое значение сопротивления, которое достигает значения 300 Ом, а в некоторых случаях даже 600 Ом. Одна из причин создания таких наушников как раз заключается в том, чтобы максимально уменьшить влияние искажения сигнала, которое происходит в усилителе, на результирующий звук. Это не значит, что все низкоомные наушники плохие, это лишь значит, что чем ниже сопротивление наушников, тем более качественным должен быть усилитель.

В то время, как любые наушники имеют довольно существенно изменяющуюся кривую АЧХ, измерения частотных характеристик ЦАПов и усилителей дают куда более идеальную картину, очень близкую к идеальной прямой.

Вернуться к содержанию

Как связан анализ Фурье и музыка

До сих пор я рассказывал вам как АЧХ наушников оказывает влияние на воспроизведение тех или иных звуковых частот. Но это ещё не всё, для того чтобы учесть весь комплекс причин, влияющих на качество звучания музыки, мы должны узнать о том, что такое анализ Фурье и как он связан со звучанием наушников.

Не буду углубляться в математику и физику, а просто сразу сообщу вам готовый результат, чтобы вы имели представление о том, как работает звук. Представьте себе, что вы слышите сложную мелодию, которую исполняет один инструмент. Вам кажется, будто вы слышите только звучание инструмента и больше ничего, но это не совсем так. Да, вы слышите звук и ваш мозг обрабатывает его так, чтобы вы понимали, что слышите, а для этого он проводит довольно сложную работу. Анализ (или преобразование) Фурье на математическом языке показывает, как можно представить сложную форму звукового сигнала как набор из более простых синусоидальных волн. Таким образом, можно даже очень сложный звуковой сигнал разложить на несколько более простых, которые нам будет легко записать и воспроизвести. Это, кстати, одна из причин, которая позволяет определённым алгоритмам серьёзно экономить память для хранения музыки в сжатом виде, например, MP3 или AAC.

Преобразование Фурье

Преобразование Фурье


Теперь мы знаем, что сложный сигнал можно разложить на множество простых. Но как это поможет нам оценить качество звучания наушников?

Дело в том, что даже если мы возьмем для примера игру на виолончели и музыкант сыграет ноту C, мы легко замерим, что основная частота звучания этой ноты будет иметь значение 261 Гц, однако, будут созданы гармонические колебания, которые мы зафиксируем на частотах 522 Гц, 783 Гц, 1044 Гц и т.д. Каждое последующее гармоническое колебание будет звучать всё тише и тише, пока мы вовсе не перестанем его различать.

Таким образом, становится понятно, что даже воспроизведение одной простой ноты на одном инструменте – это целый набор из различных простых синусоидальных волн, которые звучат одновременно.

Теперь мы подходим к тому, с чего начали статью – к частотной характеристике.

Гармоники могут быть довольно тихими, но они не менее важны для качества восприятия музыки

Гармоники могут быть довольно тихими, но они не менее важны для качества восприятия музыки


Если у наушников будет АЧХ такова, что частоты 261 Гц, 522 Гц и 783 Гц они воспроизведут примерно на одной громкости, а частоту 1044 Гц они усилят на 5 Дб, то это гармоническое колебание значительно изменит характер звучания инструмента, ведь в обычной ситуации эта частота должна звучать довольно тихо относительно предыдущих, и хоть мы бы её еле различали, она, тем не менее, оказывала бы определённое влияние на наше восприятие звука. Но в данном примере она бы начала звучать гораздо громче, чем в реальной жизни, значительно изменив тем самым характер звучания инструмента. И это мы говорим просто о воспроизведении одной ноты. Теперь представьте, что мы слушаем сложную музыку, которую играют множество инструментов одновременно.

Именно теперь нам понятно почему так важно, чтобы АЧХ изменялась плавно и не более чем на 3 Дб – это нужно, чтобы гармонические колебания от каждого инструмента не звучали громче, чем основная частота звучания, не искажая тем самым мелодию.

Думаю, теперь вы поняли, почему в одних наушниках очень приятно слушать акустические инструменты, в других электронную музыку, а в иных можно слушать любые жанры. Всё это происходит от того насколько сильно они искажают гармонические колебания каждого инструмента, как естественно они звучат. И, как понятно, самой простой музыкой считается танцевальная электронная, т.к. звуки, из которых она создана, имеют очень мало гармонических колебаний, т.к. они были синтезированы искусственно и поэтому наушникам с ним справляться легко. В то же время качественно воспроизвести звук живых инструментов гораздо сложнее и справляются с этим далеко не все модели.

Вернуться к содержанию

Почему так важна частотная характеристика

Современный Hi-Fi стандарт говорит нам о том, что хорошая аудио система не должна вносить никакого искажения в сигнал, на выходе мы должны получить тоже самое, что на входе. Это касается абсолютно всех компонентов, которые участвуют в процессе воспроизведения звука: ЦАП, усилитель, наушники и иные процессы, которые могут влиять на звук в процессе его обработки.

Амплитудно-частотная характеристика — это не единственное мерило качества звучания, но одно из самых главных, которые оказывает заметное влияние и потому ему уделяют так много сил при проектировании и производстве аудио устройств.

Амплитудно-частотная характеристика не так сильно влияет на разные частоты, которые мы привыкли называть басом, средними или высокими частотами, но гораздо больше оказывает влияние на баланс звука, на характер его подачи, на общее впечатление от прослушивания. Именно от этой характеристики зависит то, как мы воспримем звук на эмоциональном уровне, это не подвластно интеллекту, распознавание звуковых образов происходит в подсознании, а его обмануть невозможно. По этой причине слушая одну и ту же запись в разных наушниках вы ощутите совершенно разные эмоции. В тех наушниках, которые имеют хорошую АЧХ, вы услышите изначальный замысел композитора, в то время как в наушниках, с сильно искажённым АЧХ вы услышите просто звук, без смысла и эмоциональной нагрузки.

При выборе наушников нужно обязательно обращать внимание на график АЧХ, однако, это лишь первый шаг, перед покупкой нужно обязательно послушать их, чтобы убедится, что они звучат так, как вам нравится.

Вернуться к содержанию

Перевод: soundguys.com

 
Комментарии

Комментариев ещё нет.

 
Adblock detector