Что такое амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и как она влияет на звук

Для звукового оборудования характерно множество разных параметров: сопротивление, коэффициент гармоник, диапазон частот. Который из них наиболее важный? Никакой, ведь главное значение – это амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Оно дает представление о качестве работы аудиотехники. Если у устройства кривая АЧХ, то на остальные его характеристики можно даже не смотреть. В статье рассмотрим, что показывает график АЧХ, как это значение влияет на качество звука и каким образом его измеряют.

Что такое амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и как она влияет на звук

Понятие, что такое АЧХ

АЧХ – это зависимость амплитуды колебания (громкости) на выходе от воспроизводимого гармонического сигнала. Так называют график, который получают через подачу синусоидального сигнала неизменной амплитуды при измерении его частоты.

Параметр показывает тональный баланс. Из этого параметра получают частотную характеристику, которую иначе называют диапазоном воспроизводимых частот, указываемым производителем в спецификациях наушников и акустических систем. АЧХ также рассматривается и как фильтр, ослабляющий либо усиливающий сигнал, искажающий его.

Что такое амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и как она влияет на звук

Нередко рядом с АЧХ употребляется термин ФЧХ. Так называется фазочастотая характеристика (или амплитудно-фазовая). Она показывает зависимость разницы фаз между входным и выходным сигналами от частотны сигнала. Частотные характеристики электрической цепи показывает ее способность передавать от входа к выходу амплитуды и фазы гармонических воздействий разной частоты.

Как АЧХ влияет на звук

Прежде чем говорить о зависимости качество звучания от графика АЧХ исходного сигнала и входного, нужно разобраться, за что отвечают разные диапазоны частот. Их можно разделить на три группы: низкие (бас), средние и высокие частоты.

Бас:

  • Нижний бас: 20-50 Гц. Для проигрывания саб-баса понадобится сабвуфер, т.к. стандартные колонки не воспроизводят этот диапазон. Частоты очень энергичные и улавливаются не только слухом, но и всем телом человека.
  • Средние бас: 50-100 Гц. В этих частотах содержится основной тембр баса.
  • Верхний бас: 100-200 Гц. Эти частоты отвечают за слышимость и разборчивость музыкальных инструментов. Отвечают за верхние гармоники баса.

Средние частоты:

  • Низ середины (200-400 Гц). Частоты включают основные гармоники вокала и пик барабана.
  • Мидл (400-800 Гц). Эти частоты также называют «коробочными», потому что они звучат картонно, как если засунуть голову в коробку и что-либо громко проговорить.
  • Верх середины (800-2000 Гц). диапазон позволяет передавать всю насыщенность и детализацию большинства инструментов и вокала.

Высокие частоты:

  • Презенс: 2-5 кГц. Частоты показывают, насколько близко к пользователю расположены музыкальные инструменты. Если их урезать, то музыка станет ватной, словно ее чем-нибудь накрыли.
  • Яркость: 5-10 кГц. Этот диапазон можно охарактеризовать одним словом – «Яркость». Без него музыкальные треки будут звучать тускло, как в старых магнитофонах и радиоприемниках.
  • Воздух: 10-20 кГц и выше. Показывает открыть и прозрачность звучания. Это касается высокого женского вокала, высоких инструментов вроде скрипки.

Если говорить простыми словами, то от АЧХ зависит характер звучания музыкальной электротехники по всей ширине частотного спектра. При идеальных условиях линия АЧХ должна быть ровной, то есть представлять собой прямую полосу. Это будет означать, что аудиоаппаратура одинаково хорошо проигрывает низкие, средние и верхние частоты. Для такого устройства будет характерно насыщенное, детализованное и богатое звучание.

Эта характеристика позволяет определить, каково отклонение громкости для каждого диапазона частот:

  • +1 дБ – допустимое отклонение, характерное для качественного музыкального оборудования;
  • +3 дБ – заметное отклонение, которое допустимо для недорогого оборудования;
  • +10 дБ и больше – значительное отклонение, из-за которого не удастся получить качественный звук.

Как прочесть АЧХ

Мы разобрались, как АЧХ влияет на звучание. Но как правильно читать график, то есть выполнить его расшифроку? Горизонтальная шкала графика показывает частоту в Герцах (Гц), ее также называют полосой пропускания, а вертикальная – громкость в децибелах (дБ). В идеальных условиях линия должна быть ровной. Но в реальности этого не бывает, и даже дорогое музыкальное оборудование имеет колебания зависимости на графике.

Как прочесть АЧХ

Чем линия более кривая, тем хуже ниже качество звука. В разных частотных диапазонах, как правило, отклонения разные. Таким образом, провалы в области низов (то есть неравномерность) приведут к снижению качества баса. В области средних частот провалы встречаются редко и, как правило, отклонения минимальны. Падения в области высоких частот приводят к неразборчивому воспроизведению музыки. В итоге слушателю сложно различать музыкальные инструменты, звук сопровождается свистами.

 АЧХ
Пример графика АЧХ

В списке характеристик определенных моделей аудиотехники указано колебание в 10-13 дБ. Всегда ли это плохо? Не совсем. Для музыкальных колонок, микрофонов и усилителей такие отклонения недопустимы, однако для недорогих и средних по стоимости наушников являются нормальными. Тем более, если график АЧХ сигнала не имеет резких обвалов. Кроме того, на качество звука наушников оказывает влияние и правильность посадки устройства в ушах, материал и форма вакуумных насадок. Пример: наушники с вспененными амбушюрами могут звучать лучше силиконовых, даже если у тех более ровная АЧХ.

Стоит добавить, что музыка прямо возле уха воспринимает иначе, нежели музыка вдалеке. Внутриканальные гарнитуры нередко имеют спад в области верхних частот. Связано это с отсутствием на пути звука каких-либо преград, который дают натуральное снижение верхних частот. В результате требуется искусственно их снижать.

Методы измерения АЧХ

Варианты определения АЧХ отличаются в зависимости от типа аудиооборудования. Для гарнитур используется своя система измерения, для усилителей – другая формула расчета.

Так, показатели динамиков акустических систем замеряют в пространстве с полным отсутствием эха, то есть в которых исключено отражение звуковых волн. Таким образом, измерение допустимо провести на открытом воздухе, но зачастую для этого используют специальные комнаты с поглощающими звук панелями и другими способами исключения эха.

В свою очередь, характеристики наушников замеряют на стенде. Показатели АЧХ будут зависеть не только от динамиков наушников, но и от параметров самого стенда. Как правило, производители указывают максимальное отклонение АЧХ в спецификациях своих стендов. Наиболее объективный способ – сравнить показатели АЧХ разных моделей гарнитурой на одной и той же стойке.

Как добиться равномерности АЧХ

Самый распространенный и простой способ получить более ровную АЧХ – применять программные эквалайзеры телефонов, музыкальных плееров и компьютеров. Измерение можно провести онлайн, используя встроенный эквалайзер или скачав приложение на свое устройство. При эквализации следует помнить одно – желательно убавлять, а не прибавлять. Кроме того, нужно учитывать, что с использованием эквалайзера и добавлением громкости на определенной частоте увеличиваются и искажения звука. Это характерно как для стандартных, так и для дорогих студийных эквалайзеров.

Например, если гарнитуре не хватает высоких частот, то это можно объяснить избытком низов и середины. Будет лучше их уменьшить, а потом добавить громкость, чем увеличивать непосредственно высокие частоты. Если убавлением линейность АЧХ не изменяется – стоит добавить недостающие частоты, но аккуратно.

Эквалайзер – распространенный, но не единственный способ построения линейной АЧХ. Большинство профессиональных студий звукозаписи борются с неровностями в частном отклике посредством басовых ловушек, акустических панелей, диффузоров и других конструкций, с помощью которой удается построить ровный график.

Но не стоит ожидать выдающихся результатов – даже толстый слой минеральной ваты сможет лишь частично сгладить горбы и провалы в частотных диапазонах.

Идеально ровная АЧХ – всегда ли это хорошо

Выше мы писали о том, что ровная линия подразумевает качественное и сбалансированное звучание без перекосов в сторону низов или верхов. Но не во всех случаях нужна ровная АЧХ. Конечно, работать в студии с акустической системой, имеющей кривую АЧХ, – тяжело и не имеет смысла. Конкретно на этих колонках аудио может звучать качественно, но на остальных звук будет заметно отличаться от задуманного.

Для многих слушателей акустика с ровным частотным отликом будет звучать нейтрально и скудно. Нередко хочется, что басы были глубокими и насыщенными, середина – выразительной и объемной, а верхи – шелковистыми. Производители аудиотехники это понимают и часто сознательно подкрашивают звук в своих устройствах, используя горбы в области низов, середины и верхов. Подобное, кстати, удается найти и в аппаратуре профессионального вида.

Заключение

Нужно понимать, что не всегда АЧХ устройства, указанная в его спецификациях, соответствует реальности. Нередко это уловка, которая производители используют для повышения продаж своих товаров. Многое зависит и от того, в какой обстановке измерялся данный параметр и насколько он является достоверным. Достоверную информацию с АЧХ разных акустических устройств публикуют независимые сервисы, такие как Reference Audio Analyzer и другие.

Радиоинженер (по первому высшему образованию). С раннего детства слушаю разнообразную музыку. Всегда интересовался звуковоспроизводящей аппаратурой, которую обновлял множество раз. Я увлеченный любитель и музыка по жизни всегда со мной. Увлекаюсь HI-Fi уже более 20 лет. По вопросам пишите: admin@audiotop.ru.

Аудио ТОП
Оставьте комментарий, вопрос или отзыв