Что такое ачх (амплитудно частотная характеристика) в звуке

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)

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.

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.

Гармонические и негармонические сигналы.

И для начала давайте чуть подробнее разберемся, как же классифицируются сигналы. В первую очередь нас интересуют периодические сигналы. Их форма повторяется через определенный интервал времени T, называемый периодом. Периодические сигналы в свою очередь делятся на два больших класса — гармонические и негармонические. Гармонический сигнал — это сигнал, который можно описать следующей функцией:

y = A cos(wt + \phi)

Здесь A — амплитуда сигнала, w — циклическая частота, а \phi — начальная фаза. Вы спросите — а как же синус? Разве синусоидальный сигнал не является гармоническим? Конечно, является, дело в том, что sin\alpha = cos(\frac{\pi}{2}\medspace-\medspace \alpha) — то есть сигналы отличаются начальной фазой, соответственно, синусоидальный сигнал не противоречит определению, которое мы дали для гармонических колебаний.

Вторым подклассом периодических сигналов являются негармонические колебания. Вот пример негармонического сигнала:

Как видите, несмотря на «нестандартную» форму, сигнал остается периодическим, то есть его форма повторяется через интервал времени, равный периоду.

Для работы с такими сигналами и их исследования существует определенная методика, которая заключается в разложении сигнала в ряд Фурье. Суть методики состоит в том, что негармонический периодический сигнал (при выполнении определенных условий) можно представить в виде суммы гармонических колебаний с определенными амплитудами, частотами и начальными фазами. Важным нюансом является то, что все гармонические колебания, которые участвуют в суммировании, должны иметь частоты, кратные частоте исходного негармонического сигнала. Возможно это пока не совсем понятно, так что давайте рассмотрим практический пример и разберемся чуть подробнее. Для примера используем сигнал, который изображен на рисунке чуть выше. Его можно представить следующим образом:

u(t) = u_1(t) + u_2(t) = 2 sin(t) + 1.5 sin(2t)

Давайте изобразим все эти сигналы на одном графике:

Функции u_1(t), u_2(t) называют гармониками сигнала, а ту из них, период которой равен периоду негармонического сигнала, называют первой или основной гармоникой. В данном случае первой гармоникой является функция u_1(t) (ее частота равна частоте исследуемого негармонического сигнала, соответственно, равны и их периоды). А функция u_2(t) = 1.5 sin(2t) представляет из себя ни что иное как вторую гармонику сигнала (ее частота в два раза больше). В общем случае, негармонический сигнал раскладывается на бесконечное число гармоник:

u(t) = U_0 + \sum_{i=0}^{\infty}{U_{k}\thinspace sin(\thinspace kwt + \phi_k\thinspace )}

В этой формуле U_k — амплитуда, а \phi_k — начальная фаза k-ой гармоники. Как мы уже упомянули чуть ранее, частоты всех гармоник кратны частоте первой гармоники, собственно, это мы и видим в этой формуле ) U_0 — это нулевая гармоника, ее частота равна 0, она равна среднему значению функции за период. Почему среднему? Смотрите — среднее значения функции синуса за период равно 0, а значит при усреднении в этой формуле все слагаемые, кроме U_0 будут равны 0.

Количество каналов

Диапазон хороших колонок во многом зависит от количества каналов. Динамики разного размера способны воспроизводить только определенный диапазон частот. При этом наблюдается такая закономерность: чем больше диаметр, тем более басовито может «гудеть» такой излучатель.

Для того, чтобы передать звуковые частоты в полной мере, их разделяют по каналам, оснащая каждую несколькими динамиками под каждый диапазон. Сегодня самыми распространенными являются:

• Двухканальные – один НЧ динамик, плюс излучатель для СЧ и ВЧ;
• Трехканальные – по одному динамику на НЧ, СЧ и ВЧ.

Это касается не только стереофонических систем, но колонок 2.1. Разница лишь в том, что массивный НЧ динамик в последнем случае вынесен в отдельный корпус. Замечено, что звучит такая стереосистема лучше, так как «бочка» обычно располагается отдельно и не перебивает звук СЧ и ВЧ излучателей.Это же справедливо по отношению к колонкам 5 1. Конструкция фронтальных и тыльных колонок у них обычно не различается, поэтому они воспроизводят те же звуковые частоты.

Впрочем, на позиционирование источника звука при просмотре фильма на ПК или домашнем кинотеатре, это никак не влияет, а именно для этого и устанавливается такая акустика.

АЧХ (Амплитудно-частотная характеристика)

http-equiv=»Content-Type» content=»text/html;charset=UTF-8″>yle=»text-align: justify;»>Любой сложный звук состоит из ряда различных по частоте колебаний, соотношения уровней которых для данного звучания являются совершенно определенными.

Естественно, что при звукопередаче первичные соотношения между частотными компонентами звука должны быть сохранены. В связи с этим, качество любого участка звукового канала оценивается его амплитудночастотной характеристикой, для обозначения которой часто используют аббревиатуру АЧХ. Под АЧХ понимают график зависимости коэффициента передачи от частоты сигналов, подаваемых на вход данного участка канала или отдельного звукотехнического устройства. Коэффициент передачи — это отношение величин сигналов на выходе усилителя и его выходе.

Подадим на вход какого-либо усилителя переменное напряжение звуковой частоты и, поддерживая неизменным его уровень, начнем менять частоту колебаний, контролируя уровень выходного напряжения. В идеальном случае усиленное выходное напряжение усилителя на всех частотах должно было бы быть одинаковым по величине. Графически частотная характеристика такого усилителя — прямая линия, параллельная оси частот, на рисунке ниже — кривая «а».

Но в реальных условиях частотная характеристика во всем диапазоне звуковых частот (от 20 до 20000 Гц) прямолинейной не бывает из-за наличия в схеме индуктивностей и емкостей, меняющих свое сопротивление переменному току при изменении его частоты.

Частотную характеристику можно построить, если по оси абсцисс отложить в логарифмическом масштабе частоты, а по оси ординат выраженные в децибелах значения отношений коэффициентов передачи на соответствующих частотах к коэффициенту передачи на средней частоте, например, на частоте 1000 Гц. Частотная характеристика обычно имеет понижения как в области низших так и в области высших частот звукового диапазона (кривая «б»).

Это означает, что усиление бывает меньше на низших и высших частотах по сравнению с усилением на средних. В таких случаях обычно говорят, что частотная характеристика в этих областях имеет завалы. Если усиление на каких-то частотах больше, чем на средней, то говорят, что частотная характеристика на этом участке имеет подъем.

Как АЧХ  влияет на качество воспроизведения

Подъемы и завалы в области высших и низших звуковых частот — суть частотные искажения. Они субъективно воспринимаются обычно так:

• завалы высших частот (от 3-4 кГц и выше) придают звучанию тусклость, ухудшают разборчивость речи;
• излишнее усиление (подъем) высших частот приводит к подчеркиванию шипящих и свистящих звуков и к неестественно резкому звучанию музыки, раздражающему слух;
• завал низших частот (100-200 Гц и ниже) лишают звучание полноты, сочности, нарушают красоту тембра, а их чрезмерное усиление вызывает ощущение неприятного, бубнящего звучания.

О неравномерности АЧХ

Величина неравномерности частотной характеристики в диапазоне звуковых частот нормируется. При нормировании учитывается заметность искажений на слух. Для студийной части тракта звукового вещания (радио и телевидения) и для профессиональных студий звукозаписи неравномерность частотной характеристики в рабочем диапазоне частот (для оборудования высшего класса качества — от 30 до 15000 Гц) не должна превышать 1 дБ, т. е. коэффициенты передачи на разных частотах не должны отличаться друг от друга более чем на 12%.

При проектировании звукового тракта, состоящего из нескольких усилителей и отрезков длинных соединительных линий, приходится принимать меры к тому, чтобы все участки имели частотную характеристику, близкую к прямолинейной. Если этого не удается добиться прямым путем, обычно используется метод компенсации частотных искажений. Этот метод заключается в том, что последовательно с вносящим искажения элементом включается специальный корректирующий элемент, частотная характеристика которого является, как бы зеркальным отображением частотной характеристики, которую требуется исправить. Например, если длинная линия, благодаря наличию ёмкости между двумя её проводами «заваливает» высокие частоты на 10 дБ, то последовательно с ней включается корректирующий элемент (контур), поднимающий высокие частоты на те же 10 дБ. Результирующая частотная характеристика в этом случае будет прямолинейной.

на RSS блога и следите за новыми статьями New Style Sound.

Ширина частотного диапазона

В технических характеристиках многие производители указывают частотный диапазон для наушников. Считается, что в пределах этого диапазона наушники воспроизводят все заявленные частоты. Некоторые пользователи неверно предполагают, что за пределами этого диапазона наушники ничего не воспроизводят. На самом деле частотный диапазон показывает те частоты, которые уверенно воспроизводятся наушниками, а за рамками этого диапазона остальные частоты воспроизводятся тише. Формально при определении частотного диапазона мы должны фиксировать крайние точки при определенном отклонении от среднего значения. При публикации частотного диапазона в обязательном порядке надо указать значение отклонения. Справа на графике определено два частотных диапазона и они оба верные.

Частотные диапазоны: 19-13700 Гц -6 дБ 8.5-26600 Гц -12 дБ

Методы измерений для наушников сильно отличаются от методов измерений акустических систем (колонок). Паспортные параметры для акустических систем предполагают, что они верны для измерений в безэховой камере или открытом пространстве, где нет эха от стен. Наушники всегда измеряются на стенде, где АЧХ напрямую зависит от его конструкции. Формально, производитель при указании частотного диапазона должен указать отклонение и дополнительно сам стенд. Так как АЧХ у стендов разные, то и частотные диапазоны аналогично напрямую несовместимы между собой. Сравнивать между собой частотные диапазоны можно только от одного стенда.

Тем не менее, все стандарты рекомендуют использовать здравый смысл и несмотря на использование разных стендов стараться получать более-менее сопоставимые данные. Там, где производитель предполагает возможность сравнения, для своего стенда к измеренной АЧХ производитель добавляет настройку EQ (HRTF функцию) или свои значения отклонений для получения «универсально-стандартного» частотного диапазона.

Мы проанализировали наушники разных производителей (преимущественно авторитетных) и сравнили паспортные частотные диапазоны с нашими графиками. Мы получили общие закономерности для большей части проанализированных моделей.

Нередко производители манипулируют данными. Для недорогих моделей указывают узкий диапазон, а для дорогих — широкий, применяя разные критерии определения частотного диапазона и разумеется никак не указывая это в характеристиках. Иногда производители приводят частотный диапазон не по отношению к спаду АЧХ, а такой диапазон, в котором по мнению производителя наушники хорошо играют. Т.е. определение диапазона субьективно, без участия инструментального анализа.

Все технические характеристики для наушников являются необязательными и каждый производитель сам решает, какие характеристики и в каком виде он может указать в документации на свой продукт.

Нижняя частота воспроизведения

По нижней частоте воспроизведения разброс значений достаточно высок, от -6 до -20 дБ. Низкочастотный диапазон ниже 10 Гц очень капризен к вибрациям, внешнему шуму и посадке наушников. Если у наушников спад в сторону 10 Гц небольшой, нижняя частота может быть назначена как 5 Гц. Если же спад в низкочастотной области вполне заметен, то его стоит определить по уровню -12 дБ. Хотя некоторые модели наушников намекают на уверенное воспроизведение до 1 Гц, в реальности уже на небольшом уровне громкости динамику может не хватить запаса хода при воспроизведении инфразвука. Таким образом, ограничение по нижней частоте определяют не по спаду АЧХ, а по физическим возможностям динамика и у моделей с пологим и длительным спадом АЧХ нижняя граница может достигать 5 Гц (из-за низкой амплитуды динамик не захрипит на этой частоте на средней громкости), а у моделей с высокой отдачей баса и отсутствием спада на АЧХ — всего 20 Гц.

Верхняя частота воспроизведения

При отклонении вниз от общего уровня при на -15 ~ -20 дБ мы получили близкие значения указанных производителями границ верхних частот. Если бы мы использовали дополнительную эквализацию в виде общего подъема высокочастотного диапазона, то отклонение вниз могло бы соответствовать например -3 или -6 дБ. При отсутствии единого жесткого стандарта для измерений наушников каждый производитель или тестовая лаборатория сами принимают решение о применении эквализации при публикации АЧХ. Таким образом, если ориентироваться на графики, то верхнюю частоту воспроизведения можно определять по уровню -18 дБ.

Комплексный коэффициент передачи

Определение 1 Комплексный коэффициент передачи – это отношение комплексного сигнала на выходе к комплексному сигналу на входе при установившемся режиме работы устройства или системы (сигнал на входе действует бесконечно долго).

Формула для определения комплексного коэффициента передачи выглядит следующим образом:

$W(jw) = Y(jw) / X(jw)$

где, Y(jw) — комплексная амплитуда выходного сигнала; X(jw) — комплексная амплитуда входного сигнала.

Понятие комплексного коэффициента передачи, как правило, используется в акустике, оптике, электротехнике, электронике. Например, коэффициент усиления усилителей, ослабление электромагнитного излучения в поглощающих средах, коэффициент затухания сигнала в линиях электропередачи, усиление света в активных средах лазера.

Ты эксперт в этой предметной области? Предлагаем стать автором Справочника Условия работы

Существуют следующие методы измерения коэффициента передачи:

1. Использование измерителя комплексных коэффициентов передачи и импеданса (комплексное сопротивление между двумя узлами электрической цепи).
2. Прямое измерение, заключающееся в измерении амплитуды сигнала на выходе и входе системы и последующее вычисление. Для этого применяются специальные электрические и оптические приборы.
3. Измерение методом сравнения, которое осуществляется при помощи аттенюатора (прибор для фиксированного понижения интенсивности электрических и электромагнитных колебаний).

АЧХ наушников

Разберем на примере амплитудно-частотной характеристики наушников на что стоит обращать внимание при оценке качества звучания той или иной АС. Итак, напомним, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — это зависимость уровня звукового давления от частоты воспроизводимого выходного сигнала

Итак, напомним, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — это зависимость уровня звукового давления от частоты воспроизводимого выходного сигнала.

В технических данных наушников указывается их рабочий диапазон частот. Как правило, в пределах указанного диапазона частота воспроизведения звука наушниками должна быть хорошей. Неверно полагать, что вне этого диапазона воспроизведения звука не будет. Оно будет, но заметно тише.

Частотный диапазон, в пределах которого качество звука соответствует заявленному, отмечается с помощью крайних точек. За пределами указанных точек наблюдается существенное отклонение от усредненных данных. Как правило, рабочий диапазон частот должен сопровождаться указанием этого отклонения. Ниже приведен пример правильного выделения 2-х диапазонов звуковых частот:

• 19-13700 Гц — 6 дБ;
• 8.5-26600 Гц —12 дБ.

Рис. 3. Правильное выделение 2-х диапазонов звуковых частот.

При этом применяются индивидуальные методики определения диапазона звуковых частот, которые не учитывают инструментальный анализ. Более подробно об АЧХ наушников можно почитать на сайте doctorhead.ru.

Нижняя частота воспроизведения

Разброс значений в диапазоне низких частот составил от -6 до -20 дБ. Сектор ниже 10 Гц оказался очень чувствительным к внешнему шуму м вибрациям. Кроме того, на конечный результат влияло и положение наушников. Если фиксировался небольшой спад в сторону 10 Гц, то показатель нижней частоты фиксировался как 5 Гц. В случае большего спада его необходимо определять на уровне -12 дБ.

Проверка ряда заявлений, что наушники могут уверенно воспроизводить звук с частотой в 1 Гц, показали, что уже при небольшой уровне громкости анализируемым изделий не хватает запаса хода.

Вывод: предельное ограничение по нижней частоте определяется не по спаду амплитудно-частотной характеристики, а по конструктивным особенностям наушников. Так, модели с длительным и пологим спадом АПХ нижний порог границы достигает 5 Гц. В таких наушниках при средней громкости отсутствуют хрипы звука вследствие низкой амплитуды. А вот у изделий с высокими басами и с отсутствием спада АЧХ в обозначенном диапазоне — порог 20 Гц.

Верхняя частота воспроизведения

Анализ верхних частот показал, что сопоставимые с заявленными производителями верхние границы можно достичь при отклонении от общего уровня на примерно -15 ~ -20 дБ. При настройке звука эквалайзером — подъеме диапазона высоких частот, отклонения вниз составляли порядка -3 или -6 дБ.

Как правило, каждый производитель самостоятельно принимает решение об настройке звука эквалайзером при опубликовании заявленных АЧХ. Ориентировка по графикам показывает границу верхней частоты воспроизведения в пределах -18 дБ. Определение точных частот и уровня пиков и провалов делать не стоит, так как многое зависит от того, как были надеты наушники.

Рис. 4. АЧХ наушников при подаче 1 В при разной глубине посадки в ушную раковину.

При частоте свыше 10 кГц могут наблюдаться большой разброс характеристик. Это зависит как раз от того, как наушники зафиксированы в ушной раковине. Даже миллиметровое или меньше смещение уже существенным образом отражается на качестве звука.

На графике амплитудно-частотной характеристики ярко выражено несколько резонансных пиков. В зависимости от того насколько глубоко наушник находится в ухе, а также от индивидуальных физиологических особенной ушной раковины будет ощущаться тот или иной резонансный пик. Именно поэтому лучше всего выбирать те изделий, в которых данные показатели резонансов или сглажены или не так ярко выражены.

Кроме того, на коробках наушников указываются предельные значения частот, вне которых наблюдается спад, сама амплитудно-частотная характеристика не указывается. Например, для указания звуковых характеристик усилителей, демонстрирующих более плавную и ровную АЧХ, указываются пороговые значения частот в дБ. Так, формат 20Гц — 20кГц — 3дБ фиксирует диапазон от 20 Гц до 20 кГц как устойчивый, вне которого амплитуда сигнала будет заметно меньше 3 дБ.

Да. Если купили наушники, типа затычки, плохого качества, то вы можете улучшить звучание только заменив амбушюры — со стандартных силиконовых на из пенного материала, и вы получите более лучшую звуковую картину. Появятся глубокие басы и качественные верха.

Немного теории

Звук – распространение механических колебаний в газообразной или жидкой среде. Как у любой волны, у звука есть такие параметры как амплитуда (характеризует громкость) и частота (характеризует тональность).

Ухо среднестатистического человека способно улавливать звук с частотой от 16-20 Гц до 15-20 кГц. В свою очередь, этот диапазон имеет три «ступеньки»:

• 20-150 Гц – низкие частоты.
• 150-7000 Гц – средние частоты.
• 7-20 кГц – высокие частоты.

Чем выше частота колебаний, тем выше тон звука. Например, шмель, который машет крыльями медленно, гудит, а комар, частота взмахов крыльев которого существенно выше, мерзко пищит, затаившись во тьме.

Звук ниже диапазона слышимости называют инфразвуком, от 1 ГГц ультразвуком. Человеческий слух их не воспринимает, однако такие звуки с большой амплитудой могут оказывать влияние на организм.

Кроме того, с возрастом почти каждый человек подвержен старческой тугоухости, когда не воспринимается звук высокой частоты.

Биологически так обусловлено, что женщины лучше воспринимают высокие частоты, а также лучше различают интонации и тональности, на что влияет необходимость заботы о потомстве.

По этой же причине большинство представительниц прекрасного пола сложно обмануть – они способны уловить любую фальшь в голосе. Также стоит отметить, что у женщин слух начинает ухудшаться к 40 годам, тогда как у мужчин этот процесс стартует с 30.

Применительно к колонкам, интерес представляют, в первую очередь, звуки человеческой речи и музыка. Эстетов, слушающих звуки дикой природы на компьютере, существенно меньше по сравнению с киноманами и меломанами.

Что значит хорошая АЧХ?

Если ограничиться одним предложением, что АЧХ должна иметь форму, близкую к прямой. Но мы не ограничимся, конечно, а расскажем поподробнее.

Если устройство имеет хорошую АЧХ, то оно правильно воспроизводит все низкие, средние и высокие частоты в правильном соотношении между собой, что обеспечивает чистый, богатый и насыщенный звук. По АЧХ можно увидеть, на сколько дБ звук отклоняется от нормы в конкретном диапазоне частот. Ориентируемся на следующие цифры:

• ± 1 дБ – минимально различимое изменение звукового давления;
• ± 3 дБ – заметное, но допустимое отклонение;
• > 10 дБ – существенное отклонение в громкости, могут неприятные ощущения при прослушивании.

Напомним, что шкала громкости, выраженной в децибелах (дБ) является логарифмической, поэтому увеличение громкости на 10 дБ означает, что звук будет звучать в два раза громче. О характеристиках звука можно почитать здесь. Неравномерность АЧХ должна быть указана производителем, иначе стоит настороженно относиться к данному продукту. Таким образом, частотный диапазон, в пределах которого качество звука соответствует заявленному, отмечается с помощью крайних точек (например, 40 Гц – 16000 Гц), вне этого диапазона наблюдается значительное отклонение от усредненных данных, причем величина отклонения должна быть также указана (например ± 1дБ или ± 3 дБ). Например, в описании акустической системы может быть написано: 50 Гц – 20 кГц (± 3 дБ). Следовательно, стоит понимать эту запись так: данная акустическая система имеет достоверное звучание в диапазоне 50 Гц – 20 кГц и имеет отклонения от линейности в районе трёх децибел в обе стороны, а за рамками этих границ резко увеличивается неравномерность звучания. На самом деле, и такая запись не является особо информативной и поводом доверять производителю, т.к. АЧХ нужно показать в виде графика. Обнаружили вы график АЧХ и… что дальше? Как его читать и понимать?

Что такое АЧХ в звуке

Сложный звук представляет собой ряд колебаний разной частоты. Для него сохраняются шаги между уровнями частот, которые можно измерить и наглядно отобразить с помощью графика. Это и будет амплитудно-частотная характеристика. Так, АЧХ в звуке – это график зависимости амплитуды выходного и выходного сигнала от частоты, выраженной в децибелах.

Также АЧХ рассматривается и как фильтр, ослабляющий или усиливающий сигнал, искажающий его. В этом случае на линии АЧХ исходного сигнала будут периодические амплитудные выступы разной величины, что свидетельствует о неидеальном частотном отклике. Динамики устройств с таким откликом играют звуки в меньшем или большем диапазоне, чем должны. Это влияет на восприятие звука. Он может сопровождаться гулом или шумом, звучание исполнителя может затихать или искажаться.

Человек слышит звуки не в бесконечном диапазоне частот, а в пределах от 20 Гц до 20 кГц. В зависимости от уровня частоты выделяют высокие, низкие и средние частоты. По АЧХ определяют, на каких из них звучание будет правильным, а где нужно что-то изменить. В программах для измерения АЧХ, при описании параметров аудиотехники, в научной литературе используется общая классификация частот:

• нижние, средние и верхние басы (Low, Mid, Upper Bass) – от 20 до 160 Гц;
• нижние, центральные и верхние средние частоты (Lower, Middle, Upper Midrange) – от 160 до 1280 Гц;
• нижние, средние, верхние высокие частоты (Lower, Middle, Upper Treble) – от 1,28 кГц до 10,2 кГц;
• верхняя октава (Top Octave) – от 10,2 кГц до 20,4 кГц.

Чтобы звучание правильно воспринималось слухом человека, у каждого устройства уровень громкости имеет определенные значения для соответствующего диапазона частот. Неправильный выбор акустики приводит к плохому звучанию – с помехами, шумом, резко меняющимися высокими или низкими звуками и др. Один из параметров выбора техники – это ровная АЧХ. Но так как это редкость, интересно исследование причин, которыми объясняются изменения формы графика. К ним относятся:

• некачественные материалы, из которых сделаны элементы акустической цепи;
• нагрев кабеля из-за несоответствия номинальной и подаваемой мощности (увеличение температуры вызывает незначительные изменения в графике, но иногда искажения звука довольно существенны, например, когда амплитудные колебания частые);
• неправильные настройки цифровых фильтров (ЦФ), когда динамики воспроизводят звуки на не предназначенных для них частотах.

Для выбора и правильной настройки аппаратуры желательно уметь правильно построить график АЧХ. Его назначение – отразить информацию об особенностях воспроизведения сигнала и восприятия его человеческим слухом.

Arta Software

От всех других аналогичных программ ее отделяет интуитивно понятный интерфейс при огромном функционале возможностей.

Последняя версия программы доступна на сайте разработчиков. Ниже, в разделе приложение, мы даем ее полное описание и методику работы с программой Arta Software. Программа вроде платная. Но это мало кого останавливает, так как, кто ищет тот всегда найдет.

Измерять АЧХ можно самым простейшим образом. Тупо послал сигнал на усилитель-динамик и замерил микрофоном результат:

АЧХ почти сразу можно увидеть в таком виде:

Помимо этого программа позволяет замерять всякие другие разные полезности. Кто желает глубоко погрузиться в тему, – изучайте приложение. Но имейте ввиду, в бытовой, слушательской практике, такие точные измерения не несут ни какого смысла. А вот для разработчиков аудиосистем программа Arta Software очень весьма полезная и даже необходимая.

Ниже мы приводим полное руководство по работе с программой Arta Software.

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

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

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

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.