Автор: Доктор Шон Олив, руководитель исследований в области акустики, ХАРМАН Интернешнл, и президент общества инженеров-акустиков
Музыку слушают все чаще в наушниках. В 2013 году доход от продажи наушников по всему миру составила $8.2 млрд, при этом рынок наушников премиум-класса (стоимостью в $100 и выше) показал 90%-ный рост. В то время как покупатели явно отдают предпочтение наушникам с более высоким качеством звука, с точки зрения науки до конца не понятно, как добиться лучшего звучания наушников и как его оценить.
В этой статье подытоживаются некоторые недавние научные исследования, которые мы провели в ХАРМАН Интернэшнл для того, чтобы больше узнать о том, как звук воспринимается и как лучше измерить качество звучания. Целью исследования было ответить на четыре вопроса:
• Сходятся ли во мнениях опытные слушатели по поводу того, какие факторы определяют хорошее качество звучания наушников?
• Отличаются ли предпочтения слушателей относительно качества звука в зависимости от их опыта прослушивания музыки, возраста или национальности?
• Какую целевую АЧХ нужно смоделировать?
• Можно ли на основе акустических характеристик наушников прогнозировать, как слушатели оценят качество их звучания?
Какие факторы определяют хорошее качество звучания наушников?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, мы провели ряд контролируемых тестов на прослушивание, где 11 опытных слушателей оценили шесть моделей популярных полноразмерных (охватывающих уши) наушников от разных производителей и разного ценового диапазона в пределах стандартной рыночной цены на основе следующих факторов: общее впечатление, спектральный баланс и комфорт использования (см. Список литературы). Чтобы удостовериться в том, что факторы, которые не относятся непосредственно к прослушиванию (например, марка, цена, мода и реклама с участием знаменитостей) не повлияют на оценку качества звука тестируемыми, был проведен тест на прослушивание вслепую. Тем не менее, этот тест проводился с учетом таких факторов как тактильные ощущения и вес наушников.
На рис. 1 приведены сводные данные того, как слушатели оценили понравившиеся им наушники по шкале баллов. Слушатели выбрали модели с нейтральным и спектрально сбалансированным звучанием. Эти данные соответствовали измеренной/снятой АЧХ, сигнал которой был одновременно ровным и протяженным по частоте. Отклонения спектрального баланса наушников, воспринимаемого слушателем, от измеренной / снятой АЧХ (например, наушники HP4, закрытого типа), были связаны с удобством ношения наушников и плотностью их прилегания к ушам слушателей.
При измерении качества звучания наушников необходимо точно зафиксировать этот эффект, чтобы точно спрогнозировать качество их звучания.
Целевая АЧХ наушников
На сегодняшний день для наушников рекомендуют кривые целевой АЧХ относятся к диффузному полю (ДП) или свободному полю (СП). Многие производители наушников и исследователи-акустики ставят под сомнение данную рекомендацию, поскольку звучание наушников при таких кривых становится слишком тонким и ясным (см. Список литературы). Многие стереозаписи оптимизированы для проигрывания с наилучшим качеством через колонки в помещениях, в которых не возникает ни ДП-, ни СП-АЧХ, а нечто среднее между ними. Лучшее решение заключается в том, чтобы разработать наушники с такой целевой АЧХ, которая имитирует АЧХ установленного в помещении точного / восприимчивого к звуковым частотам динамика, настроенного в комнате для прослушивания, принятой за эталон.
Для проверки этой гипотезы, опытные слушатели оценили по шкале баллов (качество звучания в двух разных наушниках. Амплитудно-частотные характеристики которых были настроены в соответствии с различными кривыми целевой АЧХ на основе трех разных кривых диффузного поля, одной кривой свободного поля и двух новых АЧХ на основе установленного в помещении динамика (см. Список литературы). Ненастроенные наушники также участвовали в этом тесте в качестве скрытого эталона.
На рис. 2 показаны субъективные оценки в баллах разных целевых АЧХ наушников, усредненные по всем слушателям и программам. Две новых целевых АЧХ (Цель 1 и Цель 2), в основе которых лежит АЧХ точного динамика, находящегося в помещении, слушатели выбирали чаще, по сравнению с вариантами с ДП и СП и первоначальными наушниками с невыравненной/ненастроенной/ нескорректированной АЧХ (Audeze LCD2). Эти экспериментально полученные данные свидетельствуют о том, что звучание наушников можно значительно улучшить, если наушники будут имитировать АЧХ точного динамика, находящегося в помещении.
Факторы, влияющие на звучание наушников
Популярность наушников Beats By Dre, в особенности среди молодежи, убедила маркетинговые отделы многих компаний в том, что на предпочтения по звучанию наушников могут влиять возраст, опыт прослушивания или даже национальность. Несмотря на то, что на настоящий момент не было доказано, что эти факторы влияют на предпочтения слушателей по звучанию динамика или сжатию аудиоданных, данное допущение не проверялось относительно наушников (см. Список литературы).
В связи с этим была создана электронная методика тестирования наушников, которая позволяет оценивать разные наушники и затем виртуализировать их при помощи калиброванных / эталонных / отрегулированных преобразующих звук наушников (см. Список литературы). Тесты в этом случае становятся “двойными слепыми”, поскольку возможные тактильные и другие факторы (например, марка, цена, мода и реклама с участием знаменитостей) не фигурируют в тесте.
Прежде всего, был проведен анализ беспристрастности, чтобы узнать, одинаковы ли субъективные оценки, полученные виртуальным и стандартным методом. Корреляция методов была в достаточной степени точной (r = 0.85) для того, чтобы делать обоснованные выводы. Далее, были проведены двойные слепые тесты, в которых более 200 слушателей из Канады, Германии, Китая и США указали субъективные оценки для четырех разных виртуальных наушников. Были протестированы две модели для знатоков аудиоаппаратуры (Sennheiser Electronic HD800 и Audeze LCD2), популярные Beats by Dre Studio Edition и дублирующие наушники, чья АЧХ была настроена/скорректирована по среднему (предпочитаемому слушателями) значению АЧХ динамика, настроенного в комнате для прослушивания, принятой за эталон в компании ХАРМАН.
Рис. 3 отображает средние субъективные оценки в баллах, выставленные 218 слушателями, которые были объединены в группы согласно их опыту прослушивания (опытные и неопытные), стране проживания и возрасту (студенты и слушатели, закончившие колледж). Из этих данных можно сделать два вывода. Во-первых, по качеству звучания слушатели выбирают те же самые наушники вне зависимости от своего опыта прослушивания, возраста или страны проживания. Во-вторых, опытные слушатели чаще давали более четкие и корректные оценки по сравнению с неопытными слушателями. Этот факт соответствует предыдущим исследованиям, в которых сравнивались опытные и неопытные слушатели.
Субъективные оценки качества звучания наушников
До сих пор наши исследования были сосредоточены только на том, как частотная характеристика наушников влияет на воспринимаемое качество звука без учета других факторов (например, гармоническое искажение). На протяжении исследования до настоящего момента наблюдается тесная взаимосвязь между частотной характеристикой наушников и общей оценкой воспринимаемого качества звучания. Наушники, которым слушатели отдают предпочтение, имеют ровные, свободные от резонанса частотные характеристики, которые близки к целевой АЧХ точного динамика, снятой/ измеренной в комнате для прослушивания, принятой за эталон. Также ясно, что при снятии /измерении частотных характеристик должны учитываться эффекты утечки, связанные с удобством ношения наушников, для того, чтобы точно предсказать оценки слушателями звукового качества.
Научное обоснование
В совокупности, настоящие исследования доказывают то, что, когда марка, цена, мода и реклама с участием знаменитостей не участвуют в вынесении субъективных оценок, слушатели в целом сходятся во мнениях, какие факторы определяют хорошее качество звучания наушников. До настоящего момента было такое же единогласие мнений, но не учитывались опыт прослушивания пользователей, их возраст или культурная среда.
Наушники, которым отдается большее предпочтение, имеют АЧХ с ровным, протяженным сигналом, которая схожа с АЧХ динамика, находящимся в комнате для прослушивания, принятой за эталон. Эта новая целевая АЧХ могла бы лечь в основу новой и улучшенной кривой целевой АЧХ наушников. LIS
Список литературы
Ф. Фляйшманн, А. Силцл и Дж. Плогстиес, "Выявление и оценка целевых кривых для наушников", представлено на 133-м собрании Общества инженеров-акустиков, октябрь 2012г.
Г. Лорхо, "Субъективная оценка целевых АЧХ наушников", представлено на 126-м собрании Общества инженеров-акустиков, май 2009г.
С. Олив, "Новые доказательства того, что подростки и студенты колледжей предпочитают более точное звуковоспроизведение", представлено на 132-м собрании Общества инженеров-акустиков, апрель 2012г.
С. Олив и Т. Велти, "Соотношение восприятия качества звука наушников и его оценки / измерения", представлено на 133-м собрании Общества инженеров-акустиков, октябрь 2012г.
С. Олив, Т. Велти и Е. МакМуллин, "Разные кривые целевой АЧХ наушников, предпочитаемые слушателем", представлено на 134-м собрании Общества инженеров-акустиков, май 2013г.
С. Олив, Т. Велти и Е. МакМуллин, "Методология для электронного тестирования наушников", представлено на 51-й международной конференции Общества инженеров-акустиков, август 2013г.
С. Олив, Т. Велти и Е. МакМуллин, "Предпочтения слушателей в отношении целевых АЧХ динамика, находящегося в помещении и целевых АЧХ наушников ”, представлено на 135-м собрании Общества инженеров-акустиков, октябрь 2013
[1] Future Source Consulting, "Рынок наушников превысит $8 млрд. в 2013 году", ноябрь 2013г., http://futuresource-consulting.com/2013-11-headphones.html.
