Hi-Hi-PC.ru Hi-Fi-звук на компьютере

StereoHead.ru все о наушниках
1 1 1 1 1

Мы предлагаем читателям продолжение чрезвычайно интересной беседы с известным отечественным аудиоинженером Константином Мусатовым о связи объективных измеряемых характеристик аудиоаппаратуры и субъективных впечатлений, возникающих при воспроизведении ею музыки.

 

 


Мария Савина: Какую методику объективного контроля предпочитаешь ты сам при конструировании своих АС? Измерения на розовом шуме, измерения на скользящем тоне с переменной скоростью и записью с использованием скользящего полосового фильтра, метод MLS? Что, на твой взгляд, наиболее информативно?

Константин Мусатов: По моему опыту, результаты, полученные на свип-тоне и на розовом шуме, если не требовать максимального разрешения, совпадают достаточно близко (АЧХ, снятая методом MLS, пересчетом с импульсной характеристики, тоже в целом неплохо совпадает с «шумовой»). Однако если вы претендуете на рассмотрение деталей, то свип-тон и MLS даже в безэховой камере дадут вам разные результаты. Поэтому лучше прибегать к обоим вариантам: дополняя друг друга, они позволяют взглянуть на одно и то же с разных сторон. Я считаю, что результат с MLS лучше коррелирует со средним слуховым впечатлением, то есть дает возможность оценить тональный баланс, а свип-тон лучше выявляет слышимые окраски и другие артефакты.

М. С.: А разве полный набор измерений, получаемых с MLS, не позволяет выявлять окраски (мы тут говорим о корпусных резонансах и прочих призвуках конструкции, насколько я понимаю)? В принципе кое-что видно как засечки на кривой импеданса и как натеки на «ва-терфоле» (кумулятивный спектр, в данном случае речь об области достаточно высоких частот). Звон динамиков можно заметить на самой импульсной характеристике. И вообще, почему, по-твоему, измерения по свип-тону и по нестационарной псевдослучайной последовательности отличаются даже в наилучших условиях — в безэховой камере?

К. М.: Дело в другой методике, которая дает физически другой результат. Не радикально иной (в среднем поведение АЧХ будет одинаковым для правильно настроенных программ измерений с корректной математикой), но отличающийся в важных деталях. Прежде всего, вспомним о том, что акустика — штука нелинейная и не минимально фазовая, в то время как основное требование к методике MLS заключается в линейности измеряемой системы. В нашем случае линейность можно рассматривать как первое приближение, и только для небольших уровней сигнала (как, собственно, и проводятся измерения по MLS). Но все равно теряются некоторые эффекты второго порядка малости, а они нас также интересуют, потому что в них содержится существенная информация. Я считаю, что основная причина «невидимости» тонких эффектов с MLS заключается в том, что псевдослучайная последовательность, подаваемая на вход при измерениях и сходная по характеру с розовым шумом (или, скорее, не по характеру, а по сути воздействия), не успевает возбудить многие высокодобротные резонансы в акустике из-за размазывания спектра возбуждения и эффекта подавления резонансов дополнительным колебанием (эффект аналогичен тому, как волнение на воде успокаивается при наличии мелкой ряби от дождя). Так что различия между измерениями MLS и на свип-тоне есть, и связаны они не с ошибками метода, а с тем, что АЧХ колонок реально разная на разных сигналах.

М. С.: Хорошо, но я все-таки думаю, что мы с нашими основанными на MLS измерительными комплексами можем попытаться услышать какие-то тонкости, например изучая кумулятивные спектры. Я помню, как у мониторов среднего поля Westlake Audio Lc3wl2VF только на «ва-терфоле» удалось увидеть реальное влияние накладных поролоновых грилей, являющихся одним из любимых элементов «серийного твика АС» в концепции Гленна Феникса. АЧХ, конечно же, не показала ничего особенного на слышимом уровне (изменения на полдецибела в некоторых частотных областях к слышимым эффектам не относятся). А кумулятивный спектр в случае с надетыми грилями заметно прочистился.

К. М.: Да, я не стану спорить, что подобные измерения и графики результатов в любом случае весьма полезны.

М. С.: Ты всегда корректен и вообще предпочитаешь не спорить, по крайней мере жестко. На мой взгляд, это тоже одна из составляющих правильной методики, только этическая, заключающаяся в умении слушать оппонента. Давай изменим направление разговора. Если считать (со всеми оговорками и тонкостями, о которых мы упоминали выше), что измерения АС являются наиболее прозрачными и методически отработанными, то что ты скажешь о проблемах измерения усилителей? Тут снова интереснее всего вопрос о достоверной корреляции слуховых впечатлений и результатов инструментальной экспертизы, а также об универсальности существующих методик. По-моему, на современном этапе давно установленные стандарты техники класса Hi-Fi успешно соблюдаются в любом, даже самом неудачном (на слух) устройстве. А состязание производителей транзисторных усилителей (даже не будем пока говорить о ламповых конструкциях) сводится к тому, чтобы пощеголять друг перед другом тысячными долями КНИ и размахом динамического диапазона, рассчитанным, кстати, без учета искажений. При этом я часто встречаю в тех комментариях пассажи наподобие такого: «В любом случае это ниже порога слышимости эффекта». Однако усилители звучат, бесспорно, по-разному. Так какие же эффекты выше порога слышимости ответственны за это и как выловить их из перечня измеряемых характеристик? Или надо расширять стандартный список и менять методику? А еще мне было бы интересно узнать твое мнение о самых бесполезных измерениях с точки зрения корреляции услышанного и измеренного.

К. М.: Начну с конца. По-моему, самое бесполезное (хотя визуально очень красивое и наглядное, а потому чаще всего присутствующее в демонстрационных материалах с измерениями) — это прямоугольный импульс. Разнообразные искажения на выходе одиночного сигнала правильной формы, поданного на вход, выглядят на бумаге очень настораживающе. Если бы это еще что-то говорило о звуке... но, к сожалению, это не так. Вспомним ламповые усилители — они вообще с трудом проходят этот тест. Но разве это кого-то отвращает от их звучания?

М. С.: Ну а полезные сигналы? В журналах по аудио, не являющихся научными, а представляющих собой скорее аналог научно-популярной литературы в данной области, всегда присутствуют два графика — частотной зависимости коэффициента нелинейных искажений (КНИ), вычисляемого по уровню гармоник, и коэффициента интермодуляционных искажений (ИМИ), высчитываемого по комбинации близких тонов 19 + 20 кГц. Насколько они информативны и что еще полезного признано инженерным сообществом? Какие-то новые методики, возможно? К. М.: Я расскажу тут об одной своей идее, связанной с измерением реального разрешения усилителя. Существует очень много параметров для оценки звучания (некоторые из них стандартные и перечислены в протоколах организаций, занимающихся профессиональной звуковой экспертизой; например, в бюллетене AES). По этим правилам и при достаточном опыте слуховой экспертизы разрешение можно выделить в отдельный параметр, не смешивая его, допустим, с натуральностью, тембральным балансом и т. д. Разумеется, моя методика не претендует на универсальность и комплексную оценку звучания в целом, по всем параметрам, посредством объективных измерений — такое решение вряд ли возможно в принципе. Я говорю о реальном разрешении усилителя. С физической точки зрения теснее всего оно связано с возможностью услышать слабый звук на фоне сильного (в радиовещании это называется избирательностью). Это то, что разные эксперты способны оценить более или менее одинаково (в отличие от аудиофильского термина «разрешение», который включает в себя слишком много параметров и является субъективным, а, значит, технически однозначно не идентифицируемым). Реальное разрешение в ходе слуховой экспертизы оценивается на сложных сигналах, например записях большого симфонического оркестра, с ориентацией на тихие инструментальные партии на фоне громких. Но подобная экспертиза связана с привлечением хорошей техники (чтобы остальной тракт не ухудшал картину) и, естественно, эксперта. Если есть желание получить более или менее адекватную картину с объективными методами контроля, то тут у нас в стандартных методиках имеются только КНИ и ИМИ, которые в базовом варианте, как известно, плохо справляются с задачей.
Еще три года назад мы обсуждали новую методику на форуме www.vegalab. ru (интернет-сообщество российских аудиоинженеров. — Прим. ред.). Моя идея коллегам понравилась, но метод, хоть и понятный, достаточно сложен по исполнению, если сравнивать со стандартными однотоновыми (из которых получаются КНИ и ИМИ). Конечно, мне бы хотелось, чтобы он был принят на вооружение, поскольку является свободно повторяемым, не требует специального дорогостоящего оборудования или нестандартных измерительных программ. В настоящее время я применяю его при измерении всех своих усилителей: ламповых, гибридных и транзисторных.

Идея заключается в подаче на вход тестируемого аппарата не однотонового сигнала, а комбинации сигналов, которая была бы достаточно репрезентативной и адекватной поставленной задаче. Прежде всего имеет значение число тонов в сигнале — я использую десять, и измерительная методика называется десятитоновой. Частоты берутся из ряда 20—20 000 Гц, из разных поддиапазонов; они не должны образовывать кратные блоки, чтобы не маскировались гармоники (по крайней мере, нижние). Аналогичное требование должно в какой-то степени выполняться и для кросс-частот, получаемых как комбинация опорных. Полное несовпадение в любых комбинациях, конечно, обеспечить сложно, но такая задача и не ставилась. Я беру частоты 20; 43.1; 92.8; 200; 431; 928; 2000; 4909; 9283 и 20 000 Гц. Здесь 200 Гц представляют собой десятую гармонику от 20 Гц, также пересекутся двадцатая гармоника 20 Гц и вторая от 200 Гц. Но если у усилителя двадцатая гармоника больше второй, хотя бы и на более высоких частотах, то разрешение будет точно низким. Описанное построение дает три базовых кластера, 20—200 Гц, 200—2000 Гц и 200—20 000 Гц, с одинаковым внутренним распределением, что позволяет отдельно оценивать разрешение на НЧ, СЧ и ВЧ, а также сравнивать по этому параметру три диапазона. Далее — о методике измерения и выборе уровней сигналов. Устанавливать разные уровни на разных частотах, в соответствии со статистикой, может быть, и хорошо, но весьма сложно. Потому я использую сигналы одного уровня и реализую аналог некоей ограниченной дискретной выборки из шумового спектра (причем с учетом распределения плотности энергии в полосах частот этот «дискретный шум» ближе к розовому, чем к белому, и мощность сигнала в трех базовых кластерах одинакова).

М. С.: Из вашего совместного обсуждения на Vegalab мне запомнилась также полезная ссылка на работу А. П. Сырицо в журнале «Радио» за 2004 год, где он предлагал схему измерений, дающую, на его взгляд, хорошую корреляцию субъективных параметров при прослушивании с измерениями на полноценном сигнале белого шума, без дискретных выборок. К. М.: Методики с шумами с вырезанными полосами (непрерывный аналог моих базовых кластеров) действительно неплохо работают, я сам их использовал. Но встает методическая проблема повторяемости — их практически невозможно однозначно воспроизвести на разных симуляторах и измерительных стендах. А что касается корреляции со слуховыми впечатлениями экспертов в подобном подходе, то за последние три года я ни в одном случае не встретил явного расхождения результатов с практическим прослушиванием.

М. С.: Мы выяснили, что для измерений ты подаешь на вход комбинированный 10-тоновый сигнал, составленный по определенным правилам. Как интерпретировать то, что получается на входе? К. М.: Поскольку этот сигнал содержит составляющие с очень широким спектром частот, то для усилителя он оказывается практически нестационарным, и начинают проявляться эффекты не только от статической нелинейности передаточной характеристики усилителя, но и от динамической и накопительной. Для примера на рис. 1 приведен набор спектров при испытании гибридного усилителя с однотактной триодной раскачкой и однотактным выходным каскадом. Здесь график построен с уровнями сигнала, изменяющимися в диапазоне 20 дБ, где верхний уровень отмечает начало клиппирования. Интермодуляционные искажения, обусловленные статической нелинейностью триодной передаточной характеристики, создают набор фиксированных спектров второго и более высоких порядков. При этом искажения второго порядка отвечают за верхушки интермодуляционных пиков — они имеют один уровень почти во всем спектре частот. Это хорошо и говорит о малой зависимости параметров от частоты и о том, что ожидаемое разрешение во всем спектре примерно одинаково. Но есть ранний подъем в НЧ-области для искажений больших порядков. Это еще не указывает на проблему, но означает, что при слуховой экспертизе надо обратить внимание на разборчивость в низком регистре на средних уровнях.


На рис. 2 приведен аналогичный спектр для хорошего транзисторного усилителя. Данные сняты в диапазоне от -10 до +6 дБ в расчете от пикового уровня. Все графики с потерей разрешения соответствуют разным уровням с присутствием жесткого клиппирования. Поскольку при жестком клиппировании происходит временная потеря информации, то спектр искажений имеет шумовой характер. К сожалению, у меня сейчас нет аналогичных данных для усилителей с плохими параметрами, чтобы показать ухудшение разрешения в разных частотных диапазонах.

Надо отметить, что представленные измерения дают ограничение на звуковые возможности усилителя «не лучше чем», но не могут дать гарантий в стиле «не хуже чем». Однако следующие измерения способны немного уточнить положение дел. Очень важно, чтобы на разных уровнях не появлялись аномальные участки с выбросами искажений на некоторых сочетаниях частот и уровней. Для этого я обычно снимаю спектрограммы со свипом по уровню сигнала и по частоте. Часто приводят график зависимости нелинейных искажений от уровня сигнала. Это хороший и достаточно информативный график. Но в нем при наличии аномалий нельзя понять их характер. На рис. 3 представлена спектрограмма плавного амплитудного свипа на частоте 1 кГц от -17 до +3 дБ от полной шкалы транзисторного усилителя. Уровень мощности отмечен цветом, от темно-синего для малых уровней до ярких зелено-желтых тонов для уровней, близких к максимальным (цветовая шкала для ориентировки приведена справа). На графике видно, что вплоть до номинального уровня искажения представлены второй и третьей гармониками, и только перед уровнем полной мощности появляются несколько следующих гармоник. В конце происходят клиппинг и резкое расширение спектра. Причем хорошо видно появление гребенки с шагом 100 Гц вокруг всех гармоник — это кросс-модуляция от пульсаций источника питания, которой не было до начала клиппирования, что говорит о хорошем уровне подавления пульсаций питающего напряжения (PSRR). На рис. 4 представлен частотный свип от 10 Гц до 40 кГц с уровнем небольшой перегрузки, чтобы нагляднее показать проявившиеся артефакты. Во-первых, это шумовая вспышка на частотах ниже 25 Гц — четверти от частоты пульсаций 100 Гц (отмечена голубым). Вызвана она подходом к клиппингу на грани амплитудной возможности блока питания. Второе — это арочки (расширяющиеся «хвосты» в левой верхней части графика) кросс-модуляции основного сигнала с частотами пульсаций блока питания, проявляющиеся снизу и примерно до 50 Гц — половины от частоты пульсаций (отмечены зеленым). В-третьих, на самых низких частотах и уровнях, близких к клиппированию, происходит большая тепловая модуляция выходных транзисторов, что выражается в повышении уровня и расширении спектра искажений (отмечена оранжевым). В-четвертых, на высоких частотах и большом уровне происходит большая модуляция емкостей переходов выходных транзисторов, а глубина ООС начинает падать, что увеличивает уровень искажений и расширяет их спектр (отмечена красным). Но в целом надо сказать, что усилитель справился с перегрузкой и практически не дал артефактов в звуковом диапазоне.

М. С.: Костя, надеюсь, что в дальнейшем мы обсудим твои методики на разных примерах. Рассчитываю также, что ты не откажешься поучаствовать в проекте и, может быть, пообщаешься за нашим круглым столом с другими российскими разработчиками. Еще раз спасибо за содержательную беседу.
 

Беседовала Мария САВИНА

По материалам издания АудиоМагазин
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить