Мабуть, кожен цікавився графіком АЧХ своїх новеньких колонок або навушників. Але що він дає насправді? Як його правильно читати і як ним користуватися? Що на нього впливає, як його виміряти самостійно і чи потрібно домагатися ідеально рівної АЧХ? Про це нижче.
Що таке АЧХ, як його вимірюють
Амплітудно-частотна характеристика в аудіотехніці говорить про те, яку гучність видасть девайс на кожній із частот чутного спектра — від 20 Гц до 20 кГц. В англійській мові використовують термін frequency response — частотний відгук. Візуально він подається у вигляді графіка, де на осі X розташований чутний спектр частот у герцах, а на осі Y — гучність у децибелах. Наприклад, на зображенні вище зображено графік АЧХ колонок Sony SS-CS5.
Щоб виміряти АЧХ, потрібно «згодувати» приладу набір синусоїд однакової гучності по всьому спектру. Є спеціальні генератори таких тестових сигналів, втім, знайти їх у записі можна навіть на ютубі. Якщо прогнати цей сигнал через колонку, розташовану в приміщенні з рівною АЧХ, і записати результат мікрофоном (чи потрібно казати, що весь аудіотракт для запису повинен мати рівну АЧХ?), то вийде той самий графік. Звучить страшно, але насправді все не так складно — для побутових цілей достатньо найпростішого вимірювального мікрофона, поставленого впритул до динаміка і під’єднаного до аудіокарти. Якщо динаміків у колонці кілька — кожен з них вимірюється окремо.
Виробники акустики високої вірогідності вимірюють АЧХ у безехових камерах за допомогою мікрофонів, встановлених на роботизованій руці. Вона дає змогу виміряти частотний відгук на різних відстанях і в різних площинах за секунди.
АЧХ навушників вимірюється за допомогою манекена, подібного до того, який використовується для запису бінаурального аудіо. Він являє собою модель людської голови з вушними раковинами середньостатистичної форми, в яких розташовані мікрофони.
Частотний відгук підсилювача або ресивера можна виміряти або за допомогою динаміка з ідеально рівною АЧХ, або в обхід нього — за допомогою еквівалента навантаження, який встромляється безпосередньо в аудіокарту (без навантаження підсилювач згорить).
Який розкид АЧХ вважається відчутним на слух
Отриманий графік розповість про тембральний баланс аудіоприладу. Як правило, побутові колонки не мають рівної АЧХ. Горби і піки на деяких ділянках будуть забарвлювати звук.
Наскільки це буде чутно? Якщо розглядати на прикладі колонок, то відносно рівну АЧХ матимуть лише студійні монітори. Відносно — тому, що відхилення від рівної лінії в них може коливатися в межах 2-5 Дб у той чи інший бік. Наприклад, на малюнку вище зображено АЧХ моніторів Adam T5V.
Виходячи з цього можна зробити висновок, що виразно чутними стають горби й провали на АЧХ понад 2-5 Дб. Але тут потрібно розуміти одну важливу річ — це згладжування. Зазвичай навіть у студійних моніторів графік АЧХ більше схожий не на пряму рівну лінію, а на кардіограму з невеликими, але частими пагорбами і западинами. Однак людське вухо не чує настільки детально, щоб розрізнити ці нерівності. Тому програми, що вимірюють АЧХ, мають функцію згладжування, щоб привести графік до того вигляду, як його сприймає людське вухо. Воно вказується в частках октави — наприклад, згладжування в 1\12 октави означає, що графік буде з кроком в одну ноту.
Звичайно, тут виробники аудіотехніки бачать для себе прекрасну лазівку для хитрощів — якщо згладити занадто сильно, наприклад, до цілої октави, то графік буде оманливо рівним. Навіть якщо до колонок додається графік АЧХ, дуже рідко вказується, яке згладжування було використано. Тому ентузіасти часто вимірюють АЧХ найпопулярніших аудіоприладів і діляться результатами на форумах і в соцмережах.
Як залежить характер звучання від рівномірності АЧХ
Щоб говорити докладніше про характер звучання, потрібно розібратися, за що відповідають різні діапазони частот на графіку АЧХ. Весь чутний спектр можна розділити на низькі, середні та високі частоти. Своєю чергою, кожен із цих діапазонів (досить умовно) теж можна розділити на три частини:
Бас:
- Саб-бас: 20-50 Гц. Ці частоти вловлюються не тільки вухом, а й усім тілом — настільки в них багато енергії. Щоб почути саб-бас, знадобиться сабвуфер — побутові колонки так низько не грають.
- Мід-бас: 50-100 Гц. Тут знаходиться основний тембр баса і бочки. Мід-бас дає основний тиск і кач.
- Верхній бас: 100-200 Гц. Тут розташовуються верхні гармоніки баса і стусан бочки, ці частоти відповідають за читабельність цих інструментів.
Середні частоти:
- Нижня середина: 200-400 Гц. Тут міститься панч перевантажених гітар у року і синтезаторів в електроніці, основні гармоніки чоловічого вокалу, стусан робочого барабана.
Середні «коробкові» частоти: 400-800 Гц. Їх називають коробковими, тому що вони звучать дуже картонно, наче якщо засунути голову в дерев’яний ящик і поговорити що-небудь. Часто їх вирізають еквалайзером через неприємне звучання. Однак тут також можуть розташовуватися фундаментальні гармоніки жіночого вокалу та деяких високих інструментів — скрипок, флейт тощо.
Верхні частоти:
- Презенс: 2-5 кГц. Ці частоти відповідають, наскільки близько до слухача будуть розташовані інструменти. Якщо їх зменшити, то трек стане ватним, немов на колонку накинули ковдру.
- Яскравість: 5-10 кГц. Яскравість — вичерпний опис цього діапазону. Без нього музика звучатиме тьмяно, як через старе радіо.
- Повітря: все, що вище 10 кГц. Відповідає за відкритість і прозорість звучання. Особливо стосується тарілок барабанної установки, високого жіночого вокалу, скрипок та інших високих інструментів.
Ця інформація допоможе визначити характер звучання акустики за її АЧХ. Наприклад:
- Звичайною справою є горб у районі 100 Гц — це робить бас більш наполегливим.
- Не менш часто можна зустріти пагорб у районі 5 кГц, щоб вокал та інструменти звучали ближче до слухача і краще читалися.
- Підйом високих у районі 10 кГц робить звучання більш відкритим і повітряним.
- Якщо ж у девайса спостерігається спад у діапазоні 3-6 кГц, то він не підійде любителям важкого року, тому що гітари і грубий чоловічий вокал звучатимуть затиснуто і нерозбірливо.
- Якщо на графіку є завал у районі 400-800 Гц — для більшості жанрів музики в цьому немає нічого страшного, але для якогось джазу з жіночим вокалом це може бути критично.
Ідеально рівна АЧХ — це добре чи погано?
Коротка відповідь — дивлячись для чого. Наприклад, для зведення музики звукорежисерові потрібна ідеально рівна АЧХ колонок і навушників. Зводити музику на колонках з кривою АЧХ не тільки складно, а й безглуздо — можна домогтися непоганого звучання конкретно на цих колонках, але на будь-якій іншій акустиці мікс розсиплеться і буде звучати зовсім не так, як замислювалося.
Однак для більшості слухачів колонки з рівним частотним відгуком звучатимуть прісно, нудно і безлико. Зазвичай хочеться, щоб хитало посильніше, щоб інструменти немов вистрибували з динаміків, щоб верхи були м’якими й шовковистими, середина — жирною й об’ємною, бас — глибоким і пружним. Це розуміють і виробники колонок, тому свідомо підфарбовують звучання своєї аудіотехніки (як на графіку вище — помітні горби на низьких, середніх і високих частотах).
Те ж саме зустрічається і в професійній аудіотехніці. Приміром, якщо під’єднати гітарний підсилювач до звичайної колонки, то звук буде схожий на бджолиний вулик поруч із пилорамою. Однак динамік у гітарному кабінеті має дуже криву АЧХ і працює як фільтр, прибираючи всі неприємні частоти, що пиляють, і залишаючи тільки приємне вуху гарчання. Те саме і з мікрофонами — багато культових моделей мають криву АЧХ. Наприклад, Shure SM58 наділений горбами в районі 2-8 Гц, щоб підкреслити частоти вокалу.
Що впливає на АЧХ крім параметрів самої акустичної системи
На АЧХ впливає купа речей. Особливо яскраво це ілюструють навушники. Частотний відгук навушників взагалі ніколи не буває рівною лінією. Приміром, АЧХ дефолтних студійних навушників для зведення музики Sennheiser HD600, за ідеєю, має бути рівною, але виміри демонструють суттєві провали та горби.
Чому так? По-перше, музика просто біля вуха сприймається по-іншому, ніж музика далеко. Ті ж внутрішньоканальні навушники нерідко мають спад у районі високих частот, тому що на шляху звуку немає жодних перешкод, що забезпечують натуральне зниження високих частот. У підсумку доводиться знижувати їх штучно.
По-друге, наші голова, вушна раковина і слуховий канал мають свої АЧХ і резонанси, які загострюються в закритому об’ємі, сформованому вухом і навушниками.
Дослідження в цій царині привели до створення кривої Гармана — графіка АЧХ навушників, який слухачі вважають найприємнішим. Цей графік оновлювався кілька разів, крім того, він відрізняється для накладних (OE) і внутрішньоканальних (IE) пристроїв.
Далеко не всі виробники враховують криву Хармана при створенні навушників, проте АЧХ безлічі топових моделей сильно її нагадує. Мабуть, найвідомішими серед них будуть AKG K361 і K371.
З колонками також потрібно повозитися, щоб почути рівну віддачу за всіма частотами. Так, студійні монітори бувають доволі рівними по всьому спектру, і вплив вушної раковини не настільки суттєвий, проте всю малину псує приміщення.
Наприклад, маленька кімната гудітиме на низьких частотах через кімнатні моди — стоячі басові хвилі, які особливо люблять накопичуватися в кутах. Габарити приміщення, матеріали стін і оздоблення, меблі, точка прослуховування і точки розташування самих колонок — все це вносить свою лепту у формування частотного відгуку.
Як домогтися більшої рівномірності АЧХ
Навіть більшість звукозаписних студій, побудованих з нуля, мають нерівності в частотному відгуку, які коригуються за допомогою акустичних панелей, басових пасток, дифузорів і поглиначів різних конструкцій. Кілька найпростіших способів поліпшити звук у кімнаті можна знайти в цій статті, а тут зібрані більш професійні методи. Але не варто чекати багато чого — навіть кубометри мінеральної вати здатні лише трохи згладити горби і провали, але кардинально ситуацію не змінять.
Якщо ж нічого не допомагає, тоді доводиться правити справу програмними методами — за допомогою еквал айзерів. У професійних студіях це окремі прилади з цифровим інтерфейсом, які поміщаються в ланцюзі перед моніторами. Для хоум-студій є VST-плагіни з тією ж функцією.
У побутових цілях можна використовувати програмні еквалайзери смартфонів, плеєрів і ПК. Головне, про що потрібно пам’ятати під час еквалізації — краще зменшувати, ніж додавати.
До еквалайзера потрібно ставитися як до набору поганих підсилювачів — додавання гучності на певній частоті додасть спотворень.
Це справедливо навіть для дуже точних і прозорих студійних еквалайзерів, чого вже казати про дефолтні в смартфоні.
Приміром, якщо в навушниках не вистачає баса — це можна трактувати як надлишок середніх і високих частот. Краще їх трохи зменшити, а потім додати загальної гучності, ніж додавати безпосередньо бас — так вийде чистіший і приємніший вуху звук. І тільки якщо зменшенням не виходить досягти бажаного — тоді варто акуратно додати відсутні частоти. З цього правила є винятки — наприклад, коли потрібно компенсувати конкретний і яскраво виражений провал у вузькому діапазоні частот. Але навіть у цьому випадку варто діяти акуратно і додавати по 1-2 Дб.
Висновок
Графік АЧХ дає змогу зрозуміти загальний тембральний баланс обраного девайса і може стати відправною точкою для його корекції еквалайзером. Однак порівнювати графік АЧХ від одного виробника з графіком іншого виробника буде некоректно, тому що кожен вимірює частотний відгук по-своєму і ніколи не повідомляє, як саме. Куди більшу користь можуть принести вимірювання, виконані ентузіастами і ресурсами про аудіотехніку — як правило, вони не соромляться розповідати про метод вимірювань. Також на ютубі популярні порівняння записів звучання колонок і навушників, за допомогою яких можна скласти загальне уявлення про тембральний баланс і характер звуку.
Однак найкращим вимірювальним приладом для пересічного покупця будуть його власні вуха. Як уже говорилося вище, вони, як і художні смаки, у всіх різні. Перш ніж купувати дорогі колонки або навушники, варто послухати їх у виставковому залі, або знайти власника такого ж девайса в Інтернеті.