Что такое АЧХ в звуке
Просто о сложном: разбираемся, что такое АЧХ в звуке и какую полезную информацию она содержит.
Автор канала iamhear Евгений Шведов рассказывает, что такое амплитудно- частотная характеристика, как выглядит кривая АЧХ. Подписывайтесь на iamhear в Яндекс.Дзене — там много всего интересного.
Что такое АЧХ
Чтобы представлять, как работает ваша аудиоаппаратура (и как она звучит), нужно уметь читать амплитудно-частотную характеристику.
Сегодня я предлагаю разобраться, что такое амплитудно-частотная характеристика, а также посмотреть на примерах, как читать АЧХ и понять, какую информацию она может сообщить.
Амплитудно-частотная характеристика — это начало и конец всего, что связано с аудио. Любая аппаратура должна иметь АЧХ близкую к линейной, или она будет звучать неправильно. Если амплитудно-частотная характеристика плохая, то все остальные характеристики аппаратуры не имеют никакого значения. Аппаратура с хорошей АЧХ правильно воспроизводит все низкие, средние и высокие частоты, в верных пропорциях. Именно это позволяет устройствам звучать богато и насыщенно, обладать тем самым Hi-End звуком.
Теоретически человек слышит звук в диапазоне от 20 Гц (низкие частоты) и до 20 кГц (высокие частоты).
Реальность же такова, что шансы услышать особо высокие звуки есть только у женщин, в то время как мужчины вряд ли услышат сигнал выше 13-14 кГц.
Если при проверке слуха вы услышите сигнал в районе 18 кГц — вы счастливчик.
Потеря слуха с возрастом
Амплитудно-частотную характеристику обычно показывают с помощью графика. На котором, отображается диапазон частот (в герцах и килогерцах, горизонталь внизу) и отклонения по нему (в децибелах, вертикаль слева).
Отклонения выражаются в децибелах, при этом считается, что 1 дБ — самое малое изменение уровня звукового давления, которое можно различить, а 3 дБ — это заметное, но все же относительно небольшое изменение громкости.
Шкала децибелов на графике является логарифмической, поэтому усиление на 10 дБ (от 0) означает, что звук будет вдвое громче (а не в десять раз, как при линейных графиках).
Идеальная АЧХ
Представляет собой ровную линию. Если линия отклоняется от 0 дБ вверх, то частоты в диапазоне будут звучать громче, если вниз — тише.
Чем ровнее линия графика, тем лучше АЧХ у аппаратуры.
Если производитель указывает частотную характеристику без отклонения, вам следует насторожиться. Без указания неравномерности можно считать, что у аппаратуры попросту нет АЧХ. Само по себе утверждение о диапазоне «20 Гц-20 кГц» не значит ничего. А без сведений о неравномерности еще и подрывает доверие к производителю.
Соотношение частот и источников звука на графике
Возьмем более приближенный к реальности пример. У нас есть две пары колонок, чьи АЧХ мы хотим сравнить. Колонки A отражены на графике синей линией, колонки B — оранжевой.
Голубая линия говорит нам, что у динамиков A отличная частотная характеристика: АЧХ довольно плоская (читай — хорошая), все отклонения в пределах 1-2 дБ, серьезных провалов или отклонений вверх или вниз не наблюдается.
В свою очередь оранжевая линия показывает, что динамики B имеют большой всплеск в верхних частотах (в районе 6 кГц на +7 дБ) — такие колонки будут звучать резко и даже раздражающе.
Пример хорошей (синяя) и плохой (оранжевая) АЧХ
Для динамиков, наушников и микрофонов отклонение в ±2-3 дБ считается очень хорошим. Усилители, CD-плееры и другие электронные устройства должны укладываться в ±0,5-1 дБ.
На рисунке ниже показано, как выглядят кривые, которые соответствуют различным часто используемым субъективным описаниям. Получить больше информации о частотных диапазонах инструментов и субъективном описании звука можно из специальной таблицы и диаграммы звуковых частот, скачать которую можно на нашем сайте.
Кривая АЧХ и субъективные ощущения от звука колонок (наушников)
В продолжение изучения графика АЧХ, возьмем пример с наушниками Monster Beats by Dr. Dre (красная линия на графике) и Sennheiser HD800 (синяя линия на графике). Из графика видно, что у «битсов» сильно задраны низкие частоты (до +15 дБ!), а сама АЧХ выглядит неравномерной. У HD800 таких проблем не наблюдается — кривая вполне равномерна.
Сравнение АЧХ наушников Monster Beats by Dr.Dre и Sennheiser HD800
Теперь, когда мы знаем, что такое АЧХ, мы стали чуть ближе к пониманию того, как звучит аппаратура. Приведенная информация поможет вам не только читать графики АЧХ, но и определять характер звучания той или иной техники, а также делать правильный выбор при покупке нового оборудования.
Что такое амплитудно-частотная характеристика и как понять ее график
Просто о сложном: разбираемся, как читать АЧХ и какую полезную информацию она содержит.
Автор Дзен-канала iamhear Евгений Шведов рассказывает, что такое амплитудно-частотная характеристика, как выглядит кривая АЧХ и какую полезную информацию об аудиоаппаратуре она может сообщить. Подписывайтесь на iamhear в Яндекс.Дзене — там много всего интересного.
Чтобы представлять, как работает ваша аудиоаппаратура (и как она звучит), нужно уметь читать амплитудно-частотную характеристику или АЧХ. Этот параметр — базовая вещь, которую музыканты и слушатели зачастую не понимают, и своего рода краеугольный камень в аудиотехнологиях.
Сегодня я предлагаю разобраться, что такое амплитудно-частотная характеристика, а также посмотреть на примерах, как читать АЧХ и понять, какую информацию она может сообщить.
Амплитудно-частотная характеристика — это начало и конец всего, что связано с аудио. Любая аппаратура должна иметь частотную характеристику близкую к линейной, в противном случае она будет звучать неправильно. Если амплитудно-частотная характеристика плохая, то все остальные характеристики аппаратуры не имеют никакого значения.
Аппаратура с хорошей АЧХ правильно воспроизводит все низкие, средние и высокие частоты, в верных пропорциях. Именно это позволяет устройствам звучать богато и насыщенно, обладать тем самым Hi-End звуком.
Чем ровнее линия графика, тем лучше АЧХ используемой аппаратуры.
Теоретически человек слышит звук в диапазоне от 20 Гц (низкие частоты) и до 20 кГц (высокие частоты). Реальность же такова, что шансы услышать особо высокие звуки есть только у женщин, в то время как мужчины вряд ли услышат сигнал выше 13-14 кГц. Если при проверке слуха вы услышите сигнал в районе 18 кГц — вы счастливчик и можете этим хвастаться повсеместно, а со справкой — даже на официальных основаниях.
Потеря слуха с возрастом.
Амплитудно-частотную характеристику обычно показывают с помощью графика, демонстрирующего доступный аппаратуре диапазон воспроизводимых частот в герцах и килогерцах (горизонталь внизу, ось X) и отклонения по нему (вертикаль слева, ось Y).
Отклонения выражаются в децибелах. Считается, что 1 дБ — самое малое изменение уровня звукового давления, которое можно различить, а 3 дБ —заметное, но все же относительно небольшое изменение громкости.
Для динамиков, наушников и микрофонов отклонение в ±2-3 дБ считается очень хорошим. Усилители, CD-плееры и другие электронные устройства должны укладываться в ±0,5-1 дБ.
Шкала децибелов на графике — логарифмическая. Если на графике указано усиление на 10 дБ на какой-либо частоте, это означает, что сигнал в этом месте будет громче в два раза, а не в десять раз, как при работе с линейными графиками.
Идеальная АЧХ представляет собой ровную линию. Если линия отклоняется от 0 дБ вверх, то частоты в диапазоне будут звучать громче, если вниз — тише.
Если производитель указывает частотную характеристику без отклонения, вам следует насторожиться. Без указания неравномерности можно считать, что у аппаратуры попросту нет АЧХ. Само по себе утверждение о диапазоне «20 Гц-20 кГц» не значит ничего, а без сведений о неравномерности еще и подрывает доверие к производителю.
Соотношение частот и источников звука на графике.
Возьмем более приближенный к реальности пример. У нас есть две пары колонок, чьи АЧХ мы хотим сравнить. Колонки A отражены на графике синей линией, колонки B — оранжевой.
Голубая линия говорит нам, что у динамиков A отличная частотная характеристика: АЧХ довольно плоская (читай — хорошая), все отклонения в пределах 1-2 дБ, серьезных провалов или отклонений вверх или вниз не наблюдается.
В свою очередь оранжевая линия показывает, что динамики B имеют большой всплеск в верхних частотах (в районе 6 кГц на +7 дБ) — такие колонки будут звучать резко и даже раздражающе.
Пример хорошей (синяя) и плохой (оранжевая) АЧХ.
На рисунке ниже показано, как выглядят кривые, которые соответствуют различным часто используемым субъективным описаниям. Получить больше информации о частотных диапазонах инструментов и субъективном описании звука можно из специальной таблицы и диаграммы звуковых частот, скачать которую можно на нашем сайте.
Кривая АЧХ и субъективные ощущения от звука колонок (наушников).
В продолжение изучения графика АЧХ, возьмем пример с наушниками Monster Beats by Dr. Dre (красная линия на графике) и Sennheiser HD800 (синяя линия на графике). Из графика видно, что у «битсов» сильно задраны низкие частоты (до +15 дБ!), а сама АЧХ выглядит неравномерной. У HD800 таких проблем не наблюдается — кривая вполне равномерна.
Сравнение АЧХ наушников Monster Beats by Dr.Dre и Sennheiser HD800.
Теперь, когда мы знаем, что такое амплитудно-частотная характеристика и какую информацию она несет, мы стали чуть ближе к пониманию того, как звучит аппаратура. Приведенная информация поможет вам не только читать графики АЧХ, но и определять характер звучания той или иной техники, а также делать правильный выбор при покупке нового оборудования.
Что такое АЧХ и как ее читать
Что самое главное в характеристиках звуковой аппаратуры? Мощность, диапазон воспроизводимых частот или уровни звукового давления — на что смотреть? На амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), именно она может показать, как работает то или иное аудиооборудование. АЧХ – это то, на что вы должны обращать внимание в первую очередь при выборе устройств, другие характеристики теряют всякую ценность при плохой АЧХ. Амплитудно-частотная характеристика показывает зависимость отклонения в громкости воспроизводимого звука в (дБ) от его частоты в (Гц).
Человеческий слух способен воспринимать звуковые волны частотой от 20 Гц до 20 000 Гц. Это в идеале. На самом деле, данный частотный диапазон сужается с возрастом (особенно высокие частоты) и его рамки зависят от пола и гигиены слуха. Например, любители громкой музыки, наушников и работники шумных производств частично теряют слух, и верхняя граница слышимого диапазона сильно смещается. Поэтому еще раз призываем вас беречь свой слух и не забывать о его гигиене. Подробнее об этом можно почитать здесь.
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?
Как читать АЧХ?
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой график, демонстрирующий разницу величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. Получают этот график путем подачи синусоидального сигнала неизменной амплитуды при изменении его частоты. По вертикальной оси откладывается уровень звукового давления (или громкость) в дБ, по горизонтальной – частота в Гц. В точке на графике, где частота равна 1000 Гц, принято отмечать на вертикальной оси уровень 0 дБ. В идеале АЧХ должна представлять собой ровную горизонтальную линию, чего на практике не бывает никогда. Всегда присутствуют пики и провалы различной глубины и высоты (в дБ). Изучая график АЧХ, стоит обращать особое внимание на величину неравномерности кривой: чем больше величина отклонений, тем больше частотных искажений тембра в звучании.
Область низких частот (НЧ). Провалы в этой области приводят к потере сочности звучания басов. Появление пиков – причина бубнящего и гудящего звука.
Область высоких частот (ВЧ). Падение уровня ВЧ приведет к тусклому и невнятному звучанию, пики – к свистящим и раздражающим звукам.
Область средних частот, как правило, остается более или менее равномерной у всех устройств, существенные отклонения от линейности графика наблюдаются нечасто.
Проиллюстрируем вышесказанное на АЧХ условных наушников.
Фиолетовая кривая – почти идеальная АЧХ.
Красная кривая – подъем в области НЧ, а значит, у наушников ярко выражены басы.
Зеленая – спад в области НЧ, а значит низкий уровень звучания басов, больше напоминающий звучание акустических систем.
Оранжевая кривая – пик в области ВЧ, а значит, мы имеем наушники с возможными сибилянтами, подчеркивающими звук «с».
Голубая кривая – подъем в области ВЧ, наушники с ярким и звонким звучанием.
А теперь посмотрите на относительно ровные АЧХ полноразмерных студийных наушников.
И хотя можно видеть отклонения от линейной АЧХ (у некоторых моделей даже порядка 13 дБ), но в целом кривая довольно плоская и серьезных завалов и пиков не наблюдается, что говорит о приемлемости звучания данных наушников.
Для колонок, наушников и микрофонов отклонение в 2-3 дБ считается очень хорошим. Усилители и другие чисто электронные устройства должны укладываться в 0,5-1 дБ.
Кстати, если говорить именно о наушниках, то на их АЧХ могут влиять посадка (в случае накладных наушников), глубина и угол расположения в ухе (для наушников-вкладышей), форма и материал амбушюр. Например, заменив силиконовые амбушюры у наушников-вкладышей на амбушюры из вспененного материала, вы можете получить лучшую звуковую картину с глубокими басами и качественными верхами.
Как измеряется АЧХ?
Методики для измерения АЧХ наушников и акустических систем отличаются. Так, показания динамиков, встроенных в акустические системы, измеряются в пространстве, обеспечивающим отсутствие эха, то есть исключающим отражение звуковых волн. Такие измерения можно производить на открытом пространстве, но чаще всего используют специальное помещение со звукопоглощающими панелями и другими способами минимизации эха.
Что касается наушников, то измерения их характеристик проводят на специальном стенде, амплитудные характеристики которого зависят от его конструкции. То есть вы должны понимать, что в этом случае на АЧХ будет влиять не только конструкция наушников, но и характеристики самого измерительного стенда, которые должны быть указаны при фиксации рабочего диапазона частот. Вполне логичным кажется необходимость сравнивать АЧХ различных наушников, измеренных на одном стенде. К сожалению, не всегда можно найти такие данные, так как обычно ан практике применяют стенды с разными конструкциями.
АЧХ усилителя
Частотные характеристики усилителя определяются коэффициентом усиления (или выходным напряжением).
На графике АЧХ можно наблюдать линейную стабильность коэффициента усиления в средней части спектра (от 20 Гц до 20 000 Гц), данный интервал является полосой пропускания усилителя. Также видны точки в НЧ и ВЧ областях, где наблюдается падение уровня коэффициента усиления на 3 дБ (нижняя и верхняя, соответственно). В данных точках выходная мощность усилителя уменьшается в два раза, поэтому эти точки иногда называют точками половинной мощности. Чем шире полоса пропускания усилителя и чем она ровнее, тем лучше усилитель.
Заключение
Стоит понимать, что иногда АЧХ устройства, указанная в его описании, — это всего лишь маркетинговый ход. Ведь производителям нужно повышать продажи своей продукции, а значит можно пойти на некоторые хитрости. Поэтому надо помнить, что АЧХ – это фундаментальная характеристика аудиотехники, но не стоит воспринимать ее как истину в высшей инстанции. Важно, в каких условиях снималась эта характеристика и насколько она достоверна. Можно сравнить данные, которые можно найти на специализированных сайтах и форумах.
В любом случае важно научиться правильно читать и понимать график АЧХ, видеть по нему нюансы работы и звучания конкретного устройства. Поэтому изучайте, разбирайтесь и выбирайте то, что вам подходит.
АЧХ акустических систем. Описание методов вычисления и интерпретации
Для анализа качества воспроизведения звука наушниками и другими акустическими устройствами используется амплитудно-частотная характеристика в виде графика. Для каждого элемента, передающего звук, измеряется этот параметр и по нему определяется, насколько правильное воспроизведение дает система.
Что такое амплитудно-частотная характеристика
Чтобы понимать и разбираться в том, как та или иная аппаратура или АС работает необходимо хотя бы в общих чертах знать, что такое амплитудно-частотную характеристика звука. АЧХ (сокращенная аббревиатура параметра) — фундаментальный показатель в аудиотехнологиях, содержащий достаточно много важной информации.
Амплиту́дно-часто́тная характери́стика (АЧХ) — зависимость амплитуды выходного сигнала некоторой системы от частоты её входного гармонического сигнала. WikiPedia
От того, насколько АС обладает качественной амплитудно-частотной характеристикой, в конечном итоге, зависит то, какой звук будет принят человеческим ухом. Учитывая универсальность и диапазон человеческого слуха (от 20 Гц на низких частотах и до 20 кГц на высоких) АЧХ должна стремиться к максимально к идеальной (пунктирная линия 3), то есть линейной (см. график ниже).
Рис. 1. Пример амплитудно-частотной характеристики.
В реальности же, как правило, наблюдается искаженная АЧХ (линии 1 и 2 на графике выше). В том случае, если АЧХ с заметными искажениями, то остальные компоненты аудиоаппаратуры не смогут в правильной пропорции воспроизвести звуки на низких, средних и высоких частотах. А именно правильное соотношение звука в разных диапазонах лает его насыщенным и богатым, приятным человеческому уху.
Светлый звук
Под светлым звуком обычно подразумевают ослабленный бас и более акцентированные высокие частоты. Такой звук часто предпочитают для спокойной музыки, где не будет усталости от излишка баса.
Второй вариант — прослушивание на большой громкости, где бас ощущается более громким по психоакустической модели кривых равной громкости.
График АЧХ может обладать разной неравномерностью, но условно общая усредненная линия — это прямая с подъемом вверх от низких к высоким частотам.
Больше примеров со светлым звуком у наушников можно посмотреть в on-line сервисе сравнения АЧХ. Примеры с полноразмерными наушниками Примеры с внутриканальными наушниками
Сравнение АЧХ двух АС
Для большего понимания при чтении сравним амплитудно-частотные характеристики двух акустических систем. Результат тестирования колонок отображен с помощью графика. По горизонтальной оси отмечен диапазон частот, а по вертикальной оси — отклонения в децибелах. Отметим, что отклонение в 1 дБ — минимальное различимое изменение звука, а 3 дБ — хотя и небольшое, но заметное колебание громкости. Так же вертикальная шкала — логарифмическая, так что усиление звука от 0 до 10 дБ означает двукратное усиление громкости, а не десятикратное в случае с линейной осью.
Рис. 2. Сравнение АЧХ двух акустических систем. 1-я пара колонок — синий цвет, вторая пара АС — оранжевый
Как видно из графиков, 1-я пара колонок демонстрирует отличную отличная частотная характеристика, практически выдерживающая плоскую горизонтальную линию в диапазоне от 40 Гц до 11 кГц. Сильных провалов либо отклонений вверх или вниз на всей линейке диапазонов не наблюдается, а отклонения укладываются в 1–2 дБ.
Вторя пара АС (оранжевая линия) отмечена резким всплеском в диапазоне верхних частот. В районе 6 кГц «горб» говорит о том, что в данном диапазоне колонки продемонстрируют резкий раздражающий звук.
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 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.
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.
Манипуляция производителей может заключаться в том, что у ряда моделей (как правило, недорогих) демонстрируется узкий диапазон качественного воспроизведения звука, а у более дорогих вариаций АС — наоборот, широкий.
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.
В случае с наушниками на АЧХ может влиять банально посадка на уши для накладных и глубина осадки для затычек, форма и материал амбушюр.
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.
Сопротивление или импеданс
Итак, по порядку. Сопротивление или импеданс. В одних случаях указывается одно, в других — другое, и в этом есть определенное лукавство. Да, если подсоединить омметр к клеммам акустического кабеля, мы получим требуемые 4, 6 или 8 Ом с точностью ±10%. Только вот беда, это измерение некорректно: мы используем постоянный ток, а нас интересует сопротивление переменному току в звуковом диапазоне частот. И заметим: голосовая катушка динамика по определению не может иметь линейное (не зависящее от частоты) электрическое сопротивление — ведь это индуктивность! А если учесть, что у динамика есть резонансные частоты, и в составе колонки таких динамиков несколько, плюс все это объединяет и вовсе нелинейная схема кроссовера, то измеренное нами сопротивление постоянному току становится просто ориентировочной цифрой.
График замера импеданса (сопротивления)
Корректным параметром становится импеданс, под которым, как правило, имеется в виду сопротивление переменному току — в нашем случае различное на разных частотах. Чаще всего, он представляется в виде графика такой зависимости. В серьезных моделях колонок такой график часто прилагается. Для колонок сопротивлением 8 Ом на определенных частотах импеданс может «проседать» втрое — скажем, до 2-3 Ом — и это способно стать серьезной проблемой для работы подключенного к колонке усилителя. Более-менее ровная кривая импеданса у многополосной системы — признак серьезного уровня разработки АС.
АЧХ акустических систем (колонок)
Разных систем акустики отличается и методика измерения АЧХ. Так для динамиков, устанавливаемых в различных колонках (в отличие от наушников) акустические характеристики считаются верными в случае снятия показаний при минимальном отражении эха от стен. Это осуществляется, как правило, либо на открытом пространстве, либо в камере с нулевым эхо.
Параметры наушников замеряются на специальном стенде, амплитудные характеристики которого зависят от того, как он сконструирован. Поэтому при фиксации рабочего диапазона частот необходимо указывать как само отклонение, так и данные стенда. Логично, что сравнивать диапазоны частот акустических систем можно только при замерах на одном стенде. Однако, на практике используют стенды с различающимися конструкциями, поэтому рекомендуется достигать сопоставимых показателей данных АЧХ.
Измерения
Для измерений АЧХ наушники одеваются (или вставляются) на специальный стенд с измерительным микрофоном. В нашей лаборатории используются стенды HDM1, SFS и IECS. На наушники подается специальный сигнал, который записывается микрофоном. После записи специализированный софт рассчитывает АЧХ. Для получения графиков на Personal Audio используется ARTA с использованием теста с периодическим шумом (для наушников). Полученная АЧХ в ARTA экспортируется в текстовом формате, после чего импортируется в RAA. В RAA проводится коррекция данных с компенсацией влияния внутреннего сопротивления усилителя, используемого при тестировании наушников. После отрисовывается конечный график.
Методы измерений
Вариантов с тестовыми сигналами и формулами подсчетов много. Самым первым способом было поочередное воспроизведение синусоидального сигнала разных частот, где по зафиксированным амплитудам сигнала с микрофона строился график АЧХ. Данный метод очень прост, но слишком долгий и трудоемкий. Такой тест можно сделать вручную без ПК или специализированных вычислительных приборов. В автоматическом режиме такой тест можно запустить в приложении STEPS (ARTA), строящим помимо АЧХ линии графика гармонических искажений, вторую, третью, четвертую, пятую и сумму гармоник с шестой по двенадцатую. Более быстрым является измерение скользящим синусом. На наушники подается синусоидальный сигнал, где сигнал плавно меняет свою частоту. После, по огибающей трека или спектральному анализу строится АЧХ. Данный метод уже требует большого количества вычислений и вручную не делается. Таким методом можно измерять в RMAA (“”), ARTA (“”). Для акустических измерений применяется лишь когда нужно сделать измерение гармонических искажений. В ARTA таким образом измеряется вторая, третья и четвертая гармоника. Еще быстрее есть метод с воспроизведением мультитонового сигнала, однако для адекватного результата сигнал не должен содержать шумов. Такой метод не рекомендуется использовать для акустических измерений. Метод есть в RMAA («») для измерений цапов, ацп и других электрических цепей с высоким соотношнием сигнал/шум. Другой тип сигналов – шумовые с ровным распределением спектра частот. Белый или розовый шум. Данный метод обладает низкой точностью из-за сильной погрешности от обычного шума и в акустических измерениях не применяется. Преимущество теста – приблизительная оценка за короткий промежуток времени. Тест удобен во время real-time оценок. Такой метод есть в TrueRTA. Периодический шум. Специальный шумовой сигнал (их несколько разновидностей в которые входит и MLS сигнал), при анализе которого строится импульсная характеристика. Из импульсной характеристики строится АЧХ. На сегодняшний день, это самый рекомендуемый метод для измерения АЧХ. Измерения через импульсную характеристику напрямик. Воспроизводится импульс и записывается через микрофон. Для акустических измерений метод дает высокий уровень погрешности, т.к. шум вносит большую погрешность.
Автор:
Нашли опечатку в тексте?
Выделите и нажмите
Ctrl+Enter
. Это не требует регистрации. Спасибо.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя
Коэффициент усиления при частотном изменении сигнала, определяет частотные характеристики усилителя. Непосредственно сама зависимость выходного напряжения (или коэффициента усиления), отмечается по вертикальной оси (ордината), представлен ниже (рис.1). По горизонтальной оси (абсцисса) откладывается величина частоты.
Рис.5. Амплитудно-частотная характеристика усилителя.
Частота фиксируются в логарифмическом масштабе (нелинейном). Это растягивает (расширяет) график на низких частотах и сужает диапазон высоких частот.
График четко фиксирует падение уровня коэффициента усиления в низкочастотной и высокочастотной областях. При этом демонстрируется четкая линейная стабильность величины в среднечастотной области. На среднюю область, находящуюся между частотами f1(20 Гц) и f2 (20 кГц), приходится полоса пропускания усилителя. Указанные частоты f1 и f2 соотносятся с точками a1 и a2.
Еще эти точки называют точки по уровню 3 дБ, соответственно а1 — нижняя точка по уровню 3 дБ, а2 — верхняя точка. На указанную область приходиться 70% максимального выходного напряжения усилителя. При этом выходная мощность усилителя в указанных частотах ровно в 2 раза меньше. Это дало второе название указанным позициям, а именно: точки по уровню половинной мощности.
Для гарантированного усиления звука во всем диапазоне (20 Гц–20 кГц), доступного человеку, необходимо чтобы усилитель звуковой частоты обладал более широкой полосой пропускания. Причем внутри обозначенной области величина коэффициента усиления УЗЧ должна быть постоянной. За пределами указанной полосы усилительный эффект может падать.
Естественные природные звуки, как и человеческая речь, а также музыка — это сложнейший симбиоз совершенно разных звуков в различных диапазонах. Именно поэтому, чем выше способность усилителя в более широком диапазоне преобразовать сигнал без искажения — тем качество усилительного прибора выше. УЗЧ с ограниченной (узкой) пропускающей полосой исказит значительное количество звуков, что и демонстрируют простые усилители.
Различают 2 типа звуковых искажений, по частоте и по амплитуде.
Амплитудные искажения
У любого усилителя существует предельный параметр (порог) выходного сигнала, запрещенный для превышения. В случае превышения такого значения происходит искажение амплитуды, выражающееся в сглаживании «горба» звукового сигнала. Сглаживаться могут как положительные, как отрицательные, так и оба сигнальных пика.
Рис. 6. Три варианта амплитудных искажений.
Частотные искажения
Усилители звука должны обеспечивать в результате аппаратной обработки неискаженный по своей форме выходной сигнал (амплитуда может изменяться). Как правило, на входе звуковой сигнал — это совокупность разных частотных синусоидальной сигналов, а также их производных. Для качественного усиления и последующего воспроизведения все компоненты входного сигнала должны быть усилены в одинаковой мере.
Иначе говоря, необходима фиксация одинакового частотного коэффициента усиления. На графике (см. выше) частотная характеристика идеального сигнала в полосе пропускания отображается как ровная линия. Если наблюдаются провалы или «горбы», то сигнал искажается.
Рис. 7. АЧХ усилителя, у которого наблюдается более значительное усиление высокочастотных сигналов.
На рисунке выше (рис. 7) продемонстрирована АЧХ усилителя, у которого наблюдается более значительное усиление высокочастотных сигналов по сравнению с низкочастотным сигналом, где наблюдается более ровная линия. Следовательно, в искаженном сигнале на выходе будут превалировать высокие частоты.