English version of the article.

Это 3-я статья, касающаяся теории. С первыми двумя рекомендую ознакомиться заранее:

1. Про звук в наушниках и хармановскую целевую кривую
2. Про измерения наушников и АЧХ в частности

Вступление

На середину 2022 года актуальными являются несколько целевых кривых (далее — ЦК), как «нейтральных», так и «вкусовых». Естественно, что для охватывающих и внутриканальных наушников ЦК будут разными в силу того, что при использовании охватывающих наушников в передаче звука участвует ушная раковина пользователя, которая не имеет вообще никакого значения для внутриканальных наушников.

Для формирования правильного понимания написанного ниже следует держать в голове ключевую мысль: нейтральность звучания наушников – это отчасти научно обоснованная позиция, но отчасти просто консенсус. Потому что даже для усредненного «модельного уха» это понятие мало того, что никак не детерминировано однозначно, так еще и привязано к конкретной громкости, на которой производится прослушивание.

Второе, о чем необходимо помнить: все нижеприведенные кривые актуальны только для стендов, соответствующих стандарту IEC60318-4/IEC60711. Для других стендов, например, «плоских» стендов типа «картонка+дырка+микрофон», miniDSP EARS, всевозможных самоделок эти ЦК будут выглядеть иначе или вообще будут невычислимы в общем случае.

О чем подробнее написано ниже.

1. Актуальные «нейтральные» ЦК — Охватывающие наушники

Для охватывающих наушников можно выделить 3 основные нейтральные кривые:

IEF Neutral target для охватывающих наушников – предложенная сайтом In-Ear Fidelity, данная ЦК лично на мой слух действительно звучит совершенно нейтрально и является неким «аудиофильским консенсусом» по вопросу нейтральности звука наушников.

Здесь и далее — все картинки кликабельны.

Sonarworks target – целевая кривая, «зашитая» в ПО Sound ID Reference компании Sonarworks. Поскольку компания позиционирует настройку наушников при помощи своего ПО именно как предназначенную для студийной работы, то и ЦК автоматически рассматривается как нейтральная. Поскольку стенд Sonarworks не соответствует стандарту IEC60318-4, ЦК была пересчитана в «координаты» нужного стандарта через измерения наушников.

(B&K) Optimum HIFI target – переложенная пользователем Oratory1990 на звук наушников кривая, полученная в результате исследований 1974 года компании Bruel & Kjaer (правильное произношение). С исследованием можно ознакомиться тут.

2. Актуальные «нейтральные» ЦК — Внутриканальные наушники

IEF Neutral target для внутриканальных наушников – снова предложение от сайта In-Ear Fidelity, появилась на свет 05.2020 (источник). И снова на мой личный вкус данная ЦК «звучит» действительно нейтрально при условии хорошей звукоизоляции наушников и их плотной посадки.

Etymotic target – довольно специфическая ЦК, «заточенная» под очень глубокую посадку наушника и очень-очень хорошую звукоизоляцию. Процитирую создателей: «Target curves on Etymotic Research graphs indicate 100% accuracy: The open ear diffuse-field response of the KEMAR® manikin modified to compensate for the high frequency boost added to high-quality recordings. This modification (approximately 5 dB at 10 kHz) is necessary to avoid earphones sounding too bright on commercial recordings. Commercial recordings have a high-frequency boost that compensates for the high frequency roll-off in studio monitor loudspeakers and high-quality stereo loudspeakers and earphones.» (источник)

3. Известные «вкусовые» ЦК — Охватывающие наушники

Harman target 2018 – хармановская кривая для охватывающих наушников версии 2018 года. Получена эмпирически в ходе исследований компании Harman, подробно можно почитать тут.

Rtings target – кривая используется при тестировании наушников на сайте rtings.com. Процитирую создателей: «the bass and mid range of our target is based on the Harman target response, and the treble of our target is based on the diffuse field response of our dummy head» (источник). Поскольку стенд rtings не соответствует стандарту IEC711, кривая была пересчитана в «координаты» IEC711 через измерения наушников.

4. Известные «вкусовые» ЦК – Внутриканальные наушники

Harman IE 2019 v2 Target – хармановская кривая последней версии для внутриканальных наушников.

USOUND1V1 Target – инженеры из компании USOUND взяли харманувскую ЦК за основу и попытались учесть влияние зашумленной городской среды на восприятие звука, а также текущие вкусовые предпочтения пользователей. Получилось похоже на хармановский вариант, но с отличиями.

5. Почему целевые кривые имеют такой вид

Сравним вкусовые и нейтральные ЦК для различных видов наушников.

Для охватывающих наушников:

Тут стоит отметить лишь то, что кривая Sonarworks дает максимально выраженный V-образный звук, так как акценты на саббасе и в области 2,7 кГц наибольшие по сравнению с другими вариантами.

Для внутриканальных наушников:

Почему кривые любом случае имеют горб справа? Потому что если

1. взять нейтрально – одинаково громко на всех частотах – звучащую колонку,
2. засунуть её в безэховую камеру,
3. проиграть на ней свайп-тон 20-20000 Гц,
4. взять манекен с симуляторами ушей и замерить показания микрофонов, расположенных на уровне барабанных перепонок,

то получится вот такое (один из источников):

Почему у разных нейтральных кривых этот горб справа имеет чуть разный размер и положение? В двух словах – потому что можно спорить о том, как конкретно можно спозиционировать колонку относительно манекена, диффузное или свободное поле надо брать, а также еще о нескольких нюансах.

Откуда берется подъём саббаса и баса, характерный для «вкусовых» ЦК? Из следующих внешних факторов:

1. популярная сегодня музыка сводится именно в расчете на такую подачу;
2. большинству слушателей так больше нравится (см. исследования Harman);
3. стало популярно прослушивание музыки в зашумленной среде города, общественного транспорта, что приводит к появлению эффекта маскИрования низкочастотного диапазона, который поэтому необходимо дополнительно подчеркнуть.

Существуют ли какие-то иные целевые кривые? Да, примерно миллиард. Например, для внутриканальных наушников:

И это далеко не все возможные варианты. Можно зайти на squig.link и долго изучать базы замеров наушников, выбирая нужную в выпадающем списке слева. Главное, что это просто «вкусовые» кривые, сформированные различными обзорщиками на основе своих собственных ощущений и предпочтений, поэтому подробно останавливаться на них я не вижу особого смысла. Главное, что каждый может попробовать нарисовать свою собственную ЦК.

Два слова про стенд и целевую кривую сайта Reference Audio Analyzer. RAA используют некий самодельный стенд HDM-X. Статистически, через сравнение измерений наушников, можно вычислить ЦК (источник).

Разброс очень большой, что говорит о некорректной симуляции акустического импеданса человеческого уха. А, значит, измерения RAA практически бесполезны.

6. Про разные стенды на базе стандарта IEC60318-4

Для начала разберемся со стандартами. Международный стандарт IEC60711 (в народе – просто IEC711) был принят в 1981 году. В 2010 он был заменен стандартом IEC60138-4. В 2017 в России принимается стандарт ГОСТ Р МЭК 60318-4-2017, полностью идентичный IEC60318-4.

Ключевое:

1. Стандарт IEC60318-4 распространяется на имитатор внутреннего уха, предназначенный для измерения головных телефонов с ушным вкладышем (вставляемый телефон или выносной телефон) в диапазоне частот от 100 до 10000 Гц.
2. Свыше 10 кГц устройство, соответствующее IEC60318-4, не имитирует человеческое ухо, но может использоваться как акустическое устройство связи при повышенных частотах вплоть до 16 кГц. Ниже 100 Гц устройство не может проверяться для имитации человеческого уха, но может использоваться как акустическое устройство связи при пониженных частотах вплоть до 20 Гц. Из-за резонансов в акустическом передаточном сопротивлении имитатора внутреннего уха при частотах выше 10 кГц в частотных характеристиках телефона может иметь место большая погрешность измерения, например порядка 10 дБ.

Итого: стандарт IEC60318-4 распространяется только на имитатор внутреннего уха и гарантирует измерение с погрешностью от ±0,6 дБ (200 Гц) до ±2,2 дБ (10 кГц) в диапазоне от 100 до 10 кГц.

Это было в 2010 году. А в 2016 году компания GRAS выпускает симулятор GRAS 43AG.

Точнее, это целое семейство симуляторов, состоящее из 7 моделей. Наиболее интересные для нас – 43AG-3 и 43AG-4, которые имеют комплектные резиновые уши, соответствующие стандарту ITU-T Rec. P.57 Type 3.3 Pinna Simulator. Последний в разделе 5.3.3 содержит описание конфигурации и свойства симулятора усредненного наружного уха человека. Под этими резиновыми ушами расположены, как вы уже догадались, симуляторы внутреннего уха, соответствующие IEC60138-4.

Именной такой конфигурации стенд – симулятор слухового канала + резиновое ухо, соответствующие вышеуказанным стандартам – часто называется в интернете просто «стенд, совместимый со стандартом IEC60318/IEC711», хотя это и не корректно. Но просто вот так сложилось.

Здесь важно подчеркнуть, что такими электроушами снабжен акустический манекен KEMAR, который использовался компанией Harman и Шоном Оливом для измерений наушников. Как написано на сайте GRAS про 43AG, «We call it the table-top KEMAR as it offers you much of the KEMAR capability in a convenient and portable package.» (источник).

Помимо относительно больших допусков и довольно ограниченного по сравнению с человеческим слухом диапазоном частот стенд GRAS имеет и еще одну неприятную особенность. Стоимость. Компания GRAS даже не публикует её на сайте, но, судя по всему, GRAS 43AG-4 стоит около €4500, а GRAS 43AG-7 (с симулятором слухового канала, позволяющим проводить измерения до 20 кГц) – около $7500. Стенд KEMAR отдают всего за $26000, к слову. Насколько я понимаю, это стоимость без электрической части – высокоточных источников, АЦП, питания.

Понятно, что на одной компании GRAS свет клином не сошелся, похожие девайсы выпускают и другие производители. Например, Audio Precision AECM206, около $11000.

Или Bruel & Kjaer TYPE 4153, на ebay в состоянии б/у отдают за $4000.

Neumann KU100. На самом деле, голова-микрофон для бинауральных записей, но некоторые деятели измеряют на ней наушники, криво и косо. Около $10000.

Понятно, что когда конкуренции на рынке нет, а сама эта ниша очень узкая, назначать можно решительно любые цены. Покупать такое оборудование будут разве что производители наушников, да и то не все. Энтузиасты от мира аудио про такие игрушки и думать не могли.

Поэтому к по-настоящему важным необходимо отнести еще два события:

1. В конце 2018 году гонконгская компания miniDSP представляет стенд miniDSP EARS, предназначенный для замеров АЧХ наушников. Стоимость составляет всего $250, то есть по сравнению с продукций GRAS – просто даром.
2. В конце 2020 года китайская компания Sounds Good (магазин Sounds Good Store на AliExpress) выпускает в продажу очень приличную реплику GRAS 43AG всего за ≈$300-400, в зависимости от комплектации.

И всё заверте…

Но – отскочим в сторону на секунду:

7. Лучше, чем по IEC60318-4/711

Измерения наушников с точностью до ±2,2 дБ от 100 до 10000 Гц – это такой себе результат. Соответственно, возникает вопрос: а можно ли мерить лучше?

Да, можно.

Например, GRAS имеют в своем арсенале симулятор ушного канала  RA0403/04, позволяющий производить замеры от 100 Гц до 100 кГц.

Не «молчит» и Bruel & Kjaer – еще в августе 2020 года они представили HATS (Head and Torso Simulator) – стенд Type 5128 с прогрессивными симуляторами ушных раковин (соответствуют ITU-T Rec. P.57) и ушных каналов (соответствуют не только IEC60318-4, но даже свежему IEC60318-7 от начала 2021 года).

Симуляторы ушей Type 4620, использующиеся как часть данного стенда, изготовлены путем усреднения параметров (буквально слепков) 40 человек различных возрастов, а микрофон установлен точно на уровне барабанной перепонки, причем под углом, как и положено. Можно посмотреть вот это небезынтересное видео про данный стенд.

Такой стенд позволяет производить измерения уже от 8 Гц до 20 кГц. Стоимость — $41000. Используется, например, для замеров сайте soundguys.com, со своей собственной ЦК.

Вернемся, однако, в мир простых энтузиастов.

8. Сравнение измерений охватывающих наушников со стенда miniDSP EARS и IEC60318-4

8.1. miniDSP EARS

Здесь и далее под «стендом IEC60318-4» я буду подразумевать именно полноценный стенд, отвечающий стандарту IEC60318-4 в части слухового канала и стандарту ITU-T Rec. P.57 Type 3.3 в части модели ушной раковины.

Стенд miniDSP EARS (дальше — EARS) представляет собой раму с двумя силиконовыми ушами, двумя микрофонами, расположенными на входе в слуховой канал, а также аналого-цифровым преобразователем (с 4 уровнями усиления), который позволяет подключить стенд непосредственно к USB-порту компьютера. Никаким стандартам стенд не соответствует вообще ни в какой степени, слуховые каналы не симулирует, но зато им очень удобно пользоваться – кроме самого стенда и USB-кабеля для измерений ничего не требуется. Дополнительной проблемой стенда является интерауральная база, то есть расстояние между ушами: у взрослого человека в среднем оно равно 21 см, тогда как EARS имеет только 10,5 см в поперечнике. Это сильно влияет на прижим наушников – некоторые модели просто не могут плотно обхватить такую небольшую «голову», из-за чего приходится как-то дополнительно решать этот вопрос. Я просто расширил интерауральную базу проставками, получив 15 см, чего уже достаточно для плотной посадки практически любых охватывающих наушников.

Производитель (отдельно для каждого конкретного стенда) позволяет скачать «калибрационные файлы», фактически работающие как компенсационные кривые (далее — КК):

• HEQ – Headphone EQ – некая более-менее «плоская» КК для охватывающих наушников.
• HPN – Headphone Measurements Compensation – некая еще какая-то КК для охватывающих наушников.
• IDF – IEM Diffuse Field Compensation – некая КК для внутриканальных наушников, которая позволяет оценить их АЧХ на предмет близости в ЦК диффузного поля.

Также можно скачать просто калибрационные файлы для микрофонов, левого и правого в отдельности. Далее я опущу все несущественные подробности функционирования стенда, как и описание опыта использования, т.к. уже и без меня в сети написано множество толковых обзоров.

Идеологически EARS предлагает вам смотреть на измерения сразу в нормализованном виде, потому что никаким стандартам он, повторюсь, не соответствует, а, значит, нельзя просто взять и наложить КЦ для стенда IEC60318-4 на сырые измерения с EARS. Проблема, однако, заключается даже не в этом.

Вот измерения одних и тех же наушников на EARS и стенде IEC60318-4:

А вот измерения других наушников на EARS и стенде IEC60318-4:

Если бы разница между стендами была линейная, то деление измерений наушников с одного стенда на измерение этих же наушников с другого стенда всегда давало бы один и тот же результат.

Поделим и сравним:

Вертикальные линии справа и слева – это просто следствие моих кривых рук. Суть же в расхождении, которое получается в основной части графика, особенно от 2 кГц и выше. К сожалению, EARS коверкают измерения нелинейно в силу своего некорректного акустического сопротивления, поэтому сравнить их измерения с какой-либо фиксированной кривой не получится никак и никогда – для EARS для каждой конкретной модели наушников придется искать свою отдельную кривую (идентичную одной и той же кривой для стенда IEC711). Более-менее получится усреднить искажения стенда через сравнения измерений большого количества наушников и получить некий вариант, который бы давал какие-никакие результаты, но всё равно с большой погрешностью от случая к случаю.

Получиться должно что-то вот такое (автор – Oratory1990), серая область – это как раз потенциальные девиации, величина которых зависит от конкретной пары наушников:

В некоторой степени разлет значений на басе-саббасе можно сузить, если выкрутить винтики, которые держат силиконовые уши, что увеличивает прилегание амбушюр, но радикально это ситуацию не меняет. До 4 кГц измерения более-менее стабильные, дальше начинается ад.

Я потратил кучу времени на формирование собственной калибровочной (соответствующей IEF Neutral) кривой для EARS, для чего использовал более 30 пар наушников и измерений с них, но действительно хорошего результата добиться не удавалось. Насколько мне известно, пытавшиеся получить аналогичный результат парни с SuperbestAudiofriends тоже забросили это занятие.

В результате чего мной и было принято решение о переходе на реплику GRAS 43AG.

8.2. Китайский стенд IEC60318-4 (реплика GRAS AG43)

Я закупил у китайцев следующий комплект:

1. Симулятор слухового канала на подставке.
2. Пластину с резиновым ухом, левым. «Китайское» резиновое ухо имеет твердость A20 по Шору, тогда как оригинальное ухо GRAS KB5000 Anthropometric Pinna имеет твердость 35 ОО, то есть мягче практически вдвое. Из этого следует, что при прижиме амбушюрами наушников деформироваться «китайское» ухо будет не так, как оригинальное. Тем не менее, согласно стандарту T-REC P.57 упрощенный вариант резинового уха должен иметь твердость именно А20.
3. Отдельное правое резиновое ухо.
4. Компактную звуковую USB-карту. Ничего выдающегося, просто крошечный девайс на базе старинного CM6206-LX с явно измененной схемотехникой. Имеет микрофонный вход, работает в Windows 10 без драйверов, и на том спасибо. Мне она была нужна исключительно для обеспечения мобильности стенда на начальном этапе; на что заменить впоследствии – в следующей части материала.

Также в комплекте приходят 2 необходимых кабеля (USB на miniUSB и BNC на 3,5 jack) и переходник на симулятор слухового прохода, в который можно засовывать внутриканальные наушники. Самые ценные детали приходят в небольших пластиковых микрокейсах, уложенных изнутри поролоном. Вес стенда в формате «подставка+симулятор+пластина+ухо» составляет аж 800 гр. Сделано все неприлично аккуратно. Весь дополнительный софт, а также калибрационный файл для микрофона продавец высылает по запросу, никаких проблем нет.

Первый животрепещущий вопрос: насколько похожи левое и правое ухо с точки зрения измерений? Понятно, что если драйвер в наушнике расположен коаксиально относительно слухового канала, а также перпендикулярно плоскости стенда, то на одном резиновом ухе можно померить оба – правый и левый – наушника. Однако, существует целая гора наушников, у которых драйвер развернут на некоторый угол, те же Sony WH-1000xmX, Sennheiser HD8X0Y и т.д. Их без второго уха просто не померить. Сравним измерения одного и того же наушника c левого и правого резинового уха:

В верхней части картинки – по 3 измерения одного и того же наушника на левом и правом резиновом ухе. В нижней части, зеленый график – разница между средними значениями для левого и правого уха. Получается практически ровная линия, что прямо поразительно с учетом того, что «надеть» наушник на одно и другое ухо совершенно одинаково практически невозможно. Левое и правое уши, как вы уже поняли, идентично или практически идентично влияют на звук, и это прекрасно.

Второй главный вопрос, который теперь можно корректно задать и на который можно корректно ответить: насколько стенд-реплика близок к «настоящему» GRAS 43AG? Про это, и не только про это я расскажу в следующем материале, а также подробно раскрою особенности измерений внутриканальных и охватывающих наушников на этом стенде. И всё же, забегая вперед, — измерения с реплики и «настоящего» стенда GRAS43 очень и очень близки: разница между измерениями на разных стендах не превышает разницы между разными экземплярами наушников.

Это я все к чему: теперь на полученные измерения я могу смело «накладывать» целевые кривые, без каких-либо преобразований и пересчетов. Ну и сомнения в когерентности результатов измерений остались в прошлом. Китайская реплика GRAS43 прекрасна, ждите интимных подробностей в одном из следующих постов.

9. Рубрика «Сдержанные ответы на вопросы и реплики долбо*бов»

Почему измерения важны, если у меня ухо не резиновое и вообще не похоже на стандартное?

Потому что измерения объективно характеризуют звук самих наушников, а не то, как лично вы их услышите. Стенд, сделанный по стандарту, а также целевые кривые – это методика измерения и линейка, которыми можно «мерить» звук наушников. Подходят они лично вам или нет – это вообще другой вопрос, который к методике и линейке не имеет ни малейшего отношения. Не надо мешать эти два вопроса в кучу.

Я не верю в измерения, я верю только собственным ушам!

Вот у вас совершенно уникальная жопа. Но когда возникает необходимость купить штаны, вы не приходите в магазин и не начинаете мерить все модели подряд – вы знаете свой размер и выбираете только из подходящих моделей. Несмотря на то, что каждый размер рассчитан на усредненную жопу, а ваша жопа уникальная.

А мне наушники XXX все равно нравятся, хоть по измерениям они и плохи!

И это прекрасно, потому что цель выбора, покупки и использования наушников – получение удовольствия от музыки. Измерения АЧХ не касаются и не дают ответа на вопрос «сколько удовольствия от прослушивания модели Х получит лично Петя?» — измерения про объективный замер и оценку звука наушников.

Получается, что хорошие наушники должны обязательно быть нейтральными?

Наушники ничего никому не должны. Имея

1. представление АЧХ той или иной модели в сравнении с какой-либо целевой кривой
2. возможность сравнивать измерения различных моделей, потому что измерения стандартные
3. представление о собственных предпочтениях в звуке

покупатель может принять более-менее взвешенное решение о покупке (только в части звука, конечно), а не слушать фонтанирующих идиотскими терминами обзорщиков.

Что касается близости к каким-либо ЦК, то единственное, о чем можно заявить с высокой долей определенности: большое количество наушников, звучание которых расценивается значительным количеством пользователей как очень хорошее, либо близки к какой-либо базовой ЦК, либо отклоняются от нее (1) не сильно и (2) очень плавно.

А вот есть наушники XXX, стоят сто тыщ мильёнов, а измерения плохие: известный производитель наушников XXX, получается, такой глупый?

Известный производитель наушников Х, получается, как и всегда имеет свою конкретную цель – продать побольше своих наушников. И продажи с настройкой звука наушников, вообще говоря, никак не связаны: всем известны отвратительно звучащие и отлично продающиеся модели, вспомнить хотя бы поделки Beats, Master&Dynamic, некоторые модели Audeze. Люди с удовольствием платят за хайп, эзотерику, «нанотехнологии», «метаматериалы», дизайн и иные (относительно звука) действительно важные параметры типа удобства или времени работы.

У наушников есть и другие важные параметры, не только АЧХ!

У звука наушников — нет и еще раз нет в 99,99% случаев. И вот только не надо думать, что «АЧХ – это просто», и небольшая разница АЧХ между какими-то двумя моделями делает их звук похожим. Ну и, повторюсь, у наушников есть куча других качеств, хотя бы удобство ношения, надежность, вес и т.д., которые играют вообще не самую последнюю роль.

Получается, что если эквалайзером подогнать АЧХ одних наушников под звук других наушников, то наушники будут звучать совершенно одинаково?

Да, если правильно понимать задачу эквализации наушников.