В мире аудиотехники субъективные впечатления от прослушивания — это важно. Однако за красивыми словами и эмоциями всегда стоят холодные, объективные данные, которые инженеры и аудиофилы используют для оценки качества компонента. Понимание этих измерений позволяет заглянуть «под капот» аудиоустройства и предсказать, как оно будет звучать.
Эта статья расскажет о четырех ключевых типах измерений: что они показывают, для каких устройств применяются и как проводятся.
1. АЧХ (Амплитудно-частотная характеристика)
Что показывает?
АЧХ — это фундаментальная характеристика, отображающая способность устройства пропускать сигнал разных частот без изменения его амплитуды. Проще говоря, она показывает, насколько громко устройство воспроизводит низкие, средние и высокие частоты по сравнению с входным сигналом.
Идеально ровная АЧХ (прямая горизонтальная линия) означает, что все частоты усиливаются или воспроизводятся одинаково. Подъемы и спады на графике указывают на окрашивание звука: подъем на басах — усиление, спад на высоких — затухание.
Ровная АЧХ цель для большинства компонентов (кроме эквалайзеров).
Неравномерность указывает на резонансы, недостатки конструкции или фильтрацию.
Для каких компонентов применяется?
Практически для всех: усилители мощности, ЦАП/АЦП, предусилители, аудиоинтерфейсы, акустические системы, наушники.
Как проводится?
1. На вход устройства подается синусоидальный сигнал (синус), частота которого плавно изменяется от минимальной (20 Гц) до максимальной (20 кГц) — это называется «синус-свип».
2. На выходе устройства анализатор аудиосигналов (например, от REW, APx555) измеряет уровень полученного сигнала на каждой частоте.
3. Результат выводится в виде графика: по оси X — частота (в логарифмическом масштабе), по оси Y — амплитуда (в децибелах).
2. THD+N (Коэффициент нелинейных искажений + шум)
Что показывает?
THD+N — это интегральный параметр, который показывает, насколько выходной сигнал устройства отличается от идеального. Он измеряет всю «грязь», которую добавляет устройство к чистому сигналу: гармонические искажения (THD) и шум (N).
Гармонические искажения возникают из-за неидеальности компонентов (транзисторов, ламп, микросхем). Устройство добавляет к исходной частоте ее «гармоники» — сигналы на кратных частотах (2f, 3f, 4f и т.д.).
Шум — это собственные помехи устройства (тепловой шум, шум питания и др.).
Значение THD+N выражается в процентах (%) или децибелах (дБ) и обычно очень мало (например, 0.01% или -80 дБ). Чем ниже значение, тем чище звук.
Для каких компонентов применяется?
Усилители, ЦАП, АЦП, предусилители, фонокорректоры. Особенно важен для устройств, которые должны максимально точно обрабатывать аналоговый сигнал.
Как проводится?
1. На вход подается чистый синусоидальный сигнал определенной частоты (например, 1 кГц) и известного уровня.
2. Анализатор измеряет уровень выходного сигнала на этой частоте.
3. Затем с помощью специальных фильтров или алгоритмов БПФ (Быстрого Преобразования Фурье) «вычитается» исходная тестовая частота.
4. Оставшаяся часть сигнала (все гармоники и шум) измеряется и сравнивается с уровнем основного сигнала. THD+N = (Уровень шумов и искажений / Уровень полезного сигнала) * 100%.
3. Step Response (Переходная характеристика)
Что показывает?
Переходная характеристика отображает реакцию устройства на резкое, скачкообразное изменение входного сигнала (например, включение/выключение меццы на ударной тарелке). Это измерение раскрывает способность системы к быстрым изменениям и очень важно для оценки фазовой линейности и транзиентного поведения.
Идеальная реакция: четкий, быстрый скачок без выбросов и затянутых затуханий.
Выбросы (звон) указывают на резонансы в определенном частотном диапазоне.
Медленный, затянутый спад может говорить о проблемах с демпфированием или фазовыми сдвигами.
Для каких компонентов применяется?
В основном для акустических систем и наушников, так как их механические компоненты (динамики, мембраны) имеют инерционность. Реже — для усилителей.
Как проводится?
1. На вход устройства подается прямоугольный импульс (меандр) или максимально короткий импульс (импульсная характеристика).
2. Осциллограф или анализатор записывает, как форма этого импульса изменяется на выходе устройства.
3. Форма выходного сигнала анализируется: оценивается скорость нарастания, наличие перерегулирования, время установления и характер затухания.
4. Waterfall Plot (Водопад, или 3D-спектрограмма)
Что показывает?
Waterfall Plot — это мощный инструмент для анализа временного затухания резонансов. Он объединяет в себе данные АЧХ и информацию о том, как быстро затухают эти частоты во времени. На графике по оси X — частота, по оси Y — уровень сигнала (амплитуда), по оси Z — время.
Каждый «гребень» на графике — это резонансная частота. Чем он уже и чем круче он уходит вниз (быстрее затухает), тем лучше. Широкие, пологие гребни, которые долго не затухают, — это проблема. Они приводят к «размазыванию» звука, потере детальности и неестественному окрашиванию.
Для каких компонентов применяется?
В первую очередь для акустических систем в связке с помещением, так как именно комнатные резонансы сильно влияют на звук. Также используется для анализа корпусных резонансов самих колонок.
Как проводится?
1. В точке прослушивания в комнате с помощью измерительного микрофона записывается импульсная характеристика системы (колонка + комната).
2. С помощью математического преобразования (БПФ) эта импульсная характеристика «разрезается» на короткие временные отрезки.
3. Для каждого отрезка строится свой частотный спектр, и все эти спектры отображаются на одном графике, сдвинутые по времени друг относительно друга. Это создает эффект «водопада», где можно увидеть эволюцию звукового спектра после подачи импульса.
Заключение: субъективное и объективное
Ни одно из этих измерений в отрыве от других не дает полной картины. Идеальный компонент должен иметь:
· ровную АЧХ в рабочем диапазоне;
· низкий уровень THD+N;
· чистую переходную характеристику без выбросов;
· быстрое затухание резонансов на водопадной диаграмме.
Однако важно помнить: эти измерения — карта, а не территория. Они помогают найти технические недостатки, но окончательный вердикт о «красоте» звука всегда выносит ухо и мозг слушателя. Идеальная техническая спецификация — это отличный старт для получения прекрасного субъективного опыта прослушивания.