admin / 29.01.2019

Как измерить АЧХ

Решил использовать в качестве источника сигнала вместо генератора свои СД плеер, усилитель и тестовый диск журнала Audio&Video март 2005г.. Усилитель был включен в режиме Direct с отключением темброблока, громкость 5-7%. СД плеер в режиме с отключенным индикатором. Передача звука с плеера на усилитель по аналогу, т.к. уровень плеера выше усилителя (в плеере АЦП Burr-Brown). Правый канал отключил расконнектом аналогового кабеля между плеером и усилителем (никакого фона или наводок в правой колонке не прослушивалось). В качестве средства измерения использовал смартфон Motorola Razr Maxx с установленной андроид программой Audalyzer (спектроанализатор, бесплатная). Смартфон разместил не так как положено (1м от динамика), а на пирамиде из подушек на диване (штатное место прослушивания), плюс подушка сразу за спиной смартфона. АС штатно установлены на гранитных подиумах на мебели, плюс установил на время измерений подушки между стеной и АС. Включил трек белый шум – увидел по спектроанализатору (выставил диапазон 0-22кгц), что микрофон смартфона слышит весь диапазон ровно, без завалов и горбов. Включил трек для тестирования НЧ диапазона (40-155гц, 24 последовательных синусоидальных сигнала с шагом 5гц и временным переключением через 10 сек). Записал 24 показания индикатора в дБ. Включил треки с шумоподобным полосовым сигналом (30 последовательных сигналов в диапазоне от 20гц до 20кгц). Записал 30 показания индикатора в дБ. Измерения проводил как с открытым, так и закрытым портом фазоинвертора. В Excel создал таблицы и построил графики АЧХ. Так вот графики совпали 1 к 1 с графиком АЧХ АС (http://article.techlabs.by/full/100_1635.html материалы тестирования данных АС с графиками измерений). АЧХ, полученная на синусоидальном сигнале, подвирает в НЧ диапазоне, так отличия измерений с ФИ и заглушенным ФИ минимальны и отличаются равномерным снижением уровня НЧ сигнала. С шумоподобным полосовым сигналом – все как в теории, на одних НЧ частотах сигналы равны, на других – превышение. Использовал данный способ при модернизации своих АС Monitor Audio BR2 (замены штатной пищалки на более качественную Morel ET448, вибро-звуко обработки корпусов и лечения кроссовера).

Что такое амплитудно-частотная характеристика и как понять ее график

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.

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, 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 .

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.

Амплитудно-частотная характеристика

Амплитудно-частотная характеристика наушников (сокращенно АЧХ, на английском — frequency response) — зависимость амплитуды колебания (громкости) на выходе наушников от частоты воспроизводимого гармонического сигнала. Амплитудно-частотная характеристика показывает тональный баланс. Из амплитудно-частотной характеристики получают частотную характеристику, который еще называется как диапазон частот, указываемая на коробках или в документации на наушники.

Частотный диапазон разбивается на низкие, средние и высокие частоты, на картинке выше показано, как соотносится сетка частот и названия частотных диапазонов. Ниже указаны значения каждого диапазона. Как можно заметить, частоты воспринимаются в логарифмическом представлении — через удвоение частоты. Диапазон частот, в котором частота верхней границы вдвое больше нижней, называется октавой. Например октавами являются частотные диапазоны: 20 ~ 40 Гц, 250 ~ 500 Гц, 3 ~ 6 кГц.

Общепринятые наименования частотных диапазонов

20 — 40 Гц Low Bass Нижний бас
40 — 80 Гц Mid Bass Мидбас
80 — 160 Гц Upper Bass Верхний бас
160 — 320 Гц Lower Midrange Нижняя середина
320 — 640 Гц Middle Midrange Центральный диапазон средних частот
640 Гц — 1.28 кГц Upper Midrange Верхняя середина
1.28 — 2.56 кГц Lower Treble Нижние высокие
2.56 — 5.12 кГц Middele Treble Средние высокие
5.12 — 10.2 кГц Upper Treble Верхние высокие
10.2 — 20.4 кГц Top Octave Верхняя октава

Для оценки звучания инструментов и различный звуков предлагаем для ознакомления следующую диаграмму

Зеленый цвет — основной диапазон звучания (серо зеленый, не доминирующие нижние частоты ), оранжевый — послезвучия, обертоны, доп. гармонический ряд, (серо-оранжевый — верхний не доминирующий диапазон).

По вертикали на графике указывается уровень громкости, он обычно выражается в децибелах (дБ). Изменение звукового давления в два раза соответствует 6 дБ. Субъективно восприятие громкости зависит от многих факторов (кривых равной громкости, спектрального состава и т.п.), но в общих случаях можно примерно ориентироваться, что измерение звукового давления в два раза будет соответствовать изменению громкости в два раза.

Значения могут указываться относительным, а могут быть абсолютным в SPL (Sound pressure level — уровень звукового давления). По уровню SPL можно определить чувствительность наушников.

В этом примере показаны АЧХ двух наушников, А и Б. Наушник А воспроизводит тише низкие и высокие частоты, нежели наушник Б, но при этом воспроизводит средние частоты громче.

Здесь показано отклонение между наушниками и более четко видно, что на низких частотах наушника А на 6 дБ играет тише, а также до 6 дБ на самых высоких частотах (верхней октаве). Зато на средних громче почти на 6 дБ. Другими словами, на Наушник А в два раза тише играет низкие и самые высокие частоты, и наоборот громче почти в два раза средние частоты.

Для оценки ровности звучания предлагаем несколько общих графиков.

Sony MDR-1AM2 Black

Товар в наличии в интернет-магазине 14 990 .– В корзину В избранное Сравнить

Sennheiser HD 800

Товар в наличии в интернет-магазине 64 900 .– В корзину В избранное Сравнить

Beyerdynamic DT 770 PRO / 250 ohm

Товар в наличии в интернет-магазине 16 200 .– В корзину В избранное Сравнить

Общие типы АЧХ для открытых, закрытых и накладных наушников. Особенности.

Здесь можно наблюдать несколько характерных типов АЧХ. Зеленый график — это субъективно ровная АЧХ, на самых высоких частотах можно видеть спад, он воспринимается ровно из-за того, что мы привыкли воспринимать ту ровную АЧХ, которую воспроизводит акустические системы находясь впереди слушателя. По отношению к уху, это под 60 градусов. Если же акустику с прямой АЧХ поставить сбоку, под 0 градусов, то будет восприниматься избыток самых высоких частот. По этому благодаря плавному завалу достигается субъективно ровное звучание. Желтый график — это как правило аудиофильские наушники с акцентированными низкими и высокими частотами.
Такие наушники особенно пользуются спросом среди тех, кто слушает записи живой музыки, в которой самых низких и самы высоких частот минимум. Голубой график — это наушники с акцентом на верхних средних частотах, обычно такой график бывает у мониторный наушников для музыкантов, которым важно максимально отчетливо и разборчиво слышать голос. Так же это можно встретить и в аудиофильских наушниках, кто отдает предпочтение прослушиванию вокала. Красный график — это специальный провал, который может служить решением против сибилянтов или другого акцента звучания. которое не устраивает слушателей при прослушивании определенных жанров. Определившись, для каких задач вы хотите приобрести наушники, вы можете отобрать ряд моделей по характерным особенностям на АЧХ.

В районе высоких частот можно наблюдать неравномерность. Высчитывать точные частоты и высоты пиков и провалов не стоит, т.к. они зависят от того, как будут надеты наушники. На нашем специальном стенде вариаций надеть наушники не так гораздо меньше, нежели на более простых стендах, а так же стенд наиболее приближен к реальности. Тем не менее, если ушная раковина у вас другая, а наушники одеваете несколько иначе, то данная неравномерность будет лишь ориентировочна. Так же в зависимости от уровня громкости, субъективно эта неравномерность будет восприниматься немного иначе, что следует из исследований о кривых равной громкости.

Линия графика может быть с некоторой неравномерностью. Неравномерность на АЧХ может появляться или от долгозатухающих резонансов, или от интерференции звуковых волн (что характерно для наушников со сложными профилями защитных решеток). В первом случае — это говорит о худшем звучании, во втором случае не влияет на звучание. Для полной картины нужно смотреть диаграммы кумулятивного спектра (что является трехмерной сонограммой) или затухания резонансов в зависимости от периодов на конкретных частотах.

Ряд провалов обусловлены интерференцией волн. На графиках без сглаживания они представляют собой провалы в узком диапазоне частот. Такие провалы не являются значимыми и сильно зависят от посадки наушников.

Общие типы АЧХ для вставных наушников (затычек). Особенности.

Здесь можно наблюдать несколько характерных типов АЧХ. Зеленый график — это субъективно ровная АЧХ, на самых высоких частотах можно видеть спад, он воспринимается ровным из-за того, что мы привыкли воспринимать ту ровную АЧХ, которую воспроизводит акустические системы находясь впереди слушателя. По отношению к уху, это под 60 градусов. Если же акустику с прямой АЧХ поставить сбоку, под 0 градусов, то будет восприниматься избыток самых высоких частот. По этому благодаря плавному завалу достигается субъективно ровное звучание.
Оранжевый график показывает наушники с повышенной отдачей на низких частотах, такие наушники предпочитают в основном в портативном применении при прослушивании музыки от мобильного телефона или плеера. Многие плееры и телефоны имеют спад в районе низких частот (например в целях экономии батарей) и более басовитые модели наушников этот недостаток могут исправить. Голубой график — это наушники с акцентом на верхних средних частотах, обычно такой график бывает у мониторный наушников для музыкантов, которым важно максимально отчетливо и разборчиво слышать голос. Так же это можно встретить и в аудиофильских наушниках, кто отдает предпочтение прослушиванию вокала. Определившись, для каких задач вы хотите приобрести наушники, вы можете отобрать ряд моделей по характерным особенностям на АЧХ.

Неравномерность выше 10 кГц сильно зависит от посадки наушника в ушной канал и смещение полмиллиметра полностью меняет график. По этой причине, стоит оценивать график как среднее значение на этом участке.

На АЧХ можно наблюдать от одного до нескольких резонансов, зависящих от глубины посадки. Частота такого резонанса сугубо индивидуальна для каждого слушателя, по этому на графике данный резонанс исключается, но показывается типовое значение резонанса тусклым цветом. В идеале лучше брать наушники, у которых такие резонансы незначительны или отсутствуют вовсе.

Зависимость АЧХ от усилителя и импеданса наушников

Вид АЧХ завист от импеданса наушников и полного сопротивления усилителя (output impedance). Как правило, АЧХ наушников остается неизменной при выходном сопротивлении усилителя близким к нулевому, а так же при импедансе наушников с минимальным отклонением, по характеру близким к резистивному. Чем выше выходное сопротивление усилителя и чем больше колеблется кривая Rz, тем больше меняется АЧХ наушников.

При измерениях в RMAA выхода усилителя на активной нагрузке, где нагрузкой являются наушники можно видеть АЧХ с горбом в районе низких частот. В данном случае показывается как меняется АЧХ наушников против усилителя с нулевым сопротивлением. Погрешность подобного графика зависит от входного сопротивления звуковой карты, и чем оно выше, тем погрешность ниже.

В примере рассмотрим зависимость АЧХ от усилителей с разным выходным сопротивлением. В нашем примере у наушников сопротивление 20 Ом с максимальным значением 60 Ом на 60 Гц.

На графике Rz сопротивление меняется до 60 Ом на низких частотах. По горизонтальной оси частоты, по вертикальной — сопротивление в логарифмической шкале.

При подключении к усилителям с разным выходным сопротивлением можно видеть, как меняется АЧХ. Можно видеть, что при подключении наушников к усилителю с выходным сопротивлением в 300 Ом АЧХ на 60 Гц меняется до 7 дБ.

Частотный диапазон, указываемый на коробках для наушников не показывает амплитудно-частотную характеристику, а показывает лишь крайние частоты, после которых предполагается спад. Для усилителей, имеющих как правило ровную АЧХ указывают пределы в дБ, например -1 дБ, -3 дБ или другое число. Например 20Гц — 20кГц — 3дБ, будет означать, что уже на 20 Гц и 20 кГц амплитуда сигнала ниже на 3 дБ, нежели на частотах в районе 1 кГц.

FILED UNDER : Железо

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*