Сравнительный тест акустических систем на искажения методом насыщенного спектра («шумом»)

Многие сталкивались с необходимостью выбора акустической системы (АС), когда основным критерием является минимальный уровень искажений. Но как понять, какая АС даёт больше искажений, а какая меньше? В настоящее время наиболее широко используется несколько способов:

1. Прослушивание, в т.ч. «слепые тесты» и т.п.;

2. Измерение THD (Total Harmonic Distortion – Общих Гармонических Искажений);

3. Измерение IMD (Inter Modulation Harmonic – ИнтерМодуляционных Искажений);

Способ 1:

достоинство – не требует специального оснащения;

недостаток – исключительно субъективный;

Способы 2 и 3:

достоинство – считаются объективными;

недостаток – требуют специального качественного оборудования и специального программного обеспечения (ПО).

Способ 1. «Прослушивание»

В виду необходимости специального оборудования для Способов 2 и 3,  люди чаще всего полагаются на субъективный Способ 1 — прослушивание, что категорически является фатальной ошибкой, если рассматривать данный способ с учётом особенности слуха, как большой сложной системы обработки звука.

Дело в том, что слух — это адаптивная сложнейшая система обработки, корректировки и фильтрации сигнала, работающая в реальном времени, с обратной связью по системе ощущений слушателя по принципу «комфортно/не комфортно». Получая сигнал от уха, слуховая система, производит гигантский объём вычислений, корректируя, обрабатывая и фильтруя этот сигнал.

Опираясь на ощущения комфорта слушателя, слуховая система не просто выбирает наиболее «комфортный» алгоритм обработки, но и в случае частого прослушивания примерно похожего сигнала, устанавливает этот алгоритм обработки, как основной, который потом работает уже автоматически и постоянно.

То есть,  если человек много слушал какую-то АС с определённой картиной искажений, то его слуховой аппарат уже адаптировался к звуку этой АС, выработав и постоянно применяя какой-то определённый алгоритм обработки этого звука. В случае, когда этот человек пытается на слух определить качество другой АС, то он становится заложником ошибочной обработки звука этой новой АС, и конечно же, он получает заведомо искажённую слуховую информацию.

Т.о., что бы более-менее достоверно сравнить по качеству, например, две АС, ему нужно достаточно продолжительное время слушать их обе, пока его слуховой аппарат, не выработает алгоритмы для этих двух АС, причём качество работы слухового аппарата в таком экстремальном режиме остаётся под большим вопросом. Попытка же, «на слух» определить качество трёх и более АС, представляется совсем уже крайне маловероятной, даже при длительном прослушивании этих АС. Отсюда, совершенно очевидно, что всяческие «прослушивания», «слепые тесты» и т.п. – это просто абсолютно бесполезная трата времени.

Способ 2. Измерение THD

Как показала практика, гармоники совершенно не дают понимания масштаба искажений, т.к. гармоники измеряются «прогоном» по частотам и выявлением гармоник, вызванных конкретной частотой, воспроизводимой в данный момент при прогоне – то есть, частоты воспроизводятся по-очереди, а не одновременно все, т.к. воспроизведение всех частот одновременно с определением гармоник невозможно.

Данная методика интересна, скорее, инженерам, для понимания слабого места громкоговорителя (диффузор, электромагнитная система и т.д.). В реальной жизни, выяснилось, что две абсолютно разные по качеству АС, очень незначительно отличались друг от друга по THD.

Способ 3. Измерение IMD

Измерение интермодуляции чуть-чуть более приближены к реальности, но, как правило, количество тонов при измерении IMD используется небольшое (около 10) – в реальной композиции тонов может быть в разы больше, а про полутоны уже и говорить нечего — что будет происходить с интермодуляцией в такой ситуации, даже трудно себе представить.

Отсюда очевидно, что общепринятые аппаратно-программные методики оценки качества АС по уровню THD и IMD не отображают полные картину и масштаб искажений, с которыми в-последствии придётся иметь дело слушателю, в реальной жизни, при прослушивании реальных аудиозаписей, особенно с насыщенным спектром.

Итак, несоответствие разницы измерений двух сравниваемых АС по THD (Total Harmonic Distortion – Общим Гармоническим Искажениям)/ IMD (Inter Modulation Distortion – Интермодуляционным Искажениям) с реально слышимой на аудиозаписях разницей в качестве (то есть, когда по результатам измерения THD/IMD двух сравниваемых АС разница между ними получается вроде бы небольшая, но при длительном адаптированном прослушивании реальных аудиозаписей между этими же АС уже обнаруживается зияющая пропасть в качестве), вызвало необходимость создания такой методики, которая могла бы быть относительно простой, не требовала бы сложного аппаратно вычислительного и измерительного оборудования и, в то же время, базировалась бы на доказанных физических явлениях, что позволяло бы оценивать её как, хотя бы, приближённо-объективную…

 Предлагаемая методика представляет собой простой очевидный слуховой сравнительный тест двух АС, позволяющий безошибочно определить, какая из двух сравниваемых АС имеет больше искажений. Хотя данная методика не использует специального измерительного и вычислительного оснащения, но при этом она наиболее полно и близко к реальной жизни раскрывает масштаб искажений, с которыми слушателю придётся иметь дело уже при реальном прослушивании реальных аудиозаписей. Основана данная методика на следующих общеизвестных и общепризнанных явлениях, свойствах и фактах:

1. Свойство АС увеличивать искажения с увеличением подводимой мощности (то есть, чем больше выкручивается ручка громкости, тем больше в АС искажений);

2.  Свойство, обратное «Свойству 1» – увеличение громкости с увеличением искажений (то есть, чем больше в систему вносится искажений, тем больше громкость потому, что громкость увеличивается из-за насыщения спектра основного сигнала призвуками искажений);

3. При воспроизведении однотонового сигнала любая система (независимо от её склонности к искажениям) практически не даёт искажений;

По данной методике будет проведён сравнительный тест традиционного электродинамического ШП (Широко Полосного) громкоговорителя премиального сегмента Sonido SFR 175-8 с демодулирующим кольцом (короткозамкнутым витком) и электродинамического ШП-громкоговорителя  на базе ШП-громкоговорителя 4ГД35 с экспериментальной электромагнитной системой II-Поколения.

Порядок теста:

1. На сравниваемые АС подаётся однотоновый сигнал, синусоидальной формы, с частотой 1KHz;

2. Попеременно включая/выключая сравниваемые АС, и вращая ручку баланса каналов выводится одинаковая громкость сравниваемых АС на однотоновом синусоидальном сигнале 1KHz [1] (в данном случае, для экономии времени видеозаписи, настройка была сделана заранее), и после этого, регулировки, влияющие на громкость, больше не меняются в последующем ходе теста;

3. Однотоновый синусоидальный сигнал выключается;

4. На сравниваемые АС подаётся сигнал с насыщенным спектром – например, «белый шум»;

5.  Попеременно включая/выключая сравниваемые АС определяется та, которая с насыщенным спектром работает громче – то есть, АС, которая на насыщенном спектре начала работать громче и есть АС с наибольшими искажениями;

6. Сигнал с насыщенным спектром выключается;

7.  На сравниваемые АС подаётся реальная музыкальная композиция;

8. Повторяется операция из п.5;

Результаты

1. По результату теста насыщенным спектром ("белым шумом"), АС с Sonido безоговорочно и явно оказалась намного шумнее АС с экспериментальной электромагнитной системой II-Поколения;

2. По результату теста музыкальной композицией, АС с Sonido также безоговорочно и явно оказалась намного шумнее АС с экспериментальной электромагнитной системой II-Поколения;

Вывод

Классический электродинамический громкоговоритель Sonido SFR 175, несмотря на применение премиальных материалов, имеет колоссальный уровень искажений, по сравнению, с электродинамическим громкоговорителем из старых дешёвых материалов, но имеющим, при этом, экспериментальную электродинамическую систему II-Поколения.

К сожалению, низкий уровень звукозаписывающей системы видеокамеры не позволил передать разницу в громкости в п.5 и п.8 теста — в реальности разница была намного большей, что ещё раз подтверждает необходимость проводить тест "вживую". Тем не менее, даже по видео слышно, что разница намного больше, чем разница при традиционных измерениях THD и IMD.

Данную методику можно применять не только для сравнительных тестов широкополосных громкоговорителей, но и для многополосных АС, с учётом того, что в многополосных АС, тест надо проводить уже для каждой полосы, отдельно. Для этого необходимо:

1. Знать частоты раздела полос;

2. Дополнительно установить программный фильтр частот для ограничения полосы насыщенного спектра, для теста уже конкретно какой-то одной полосы тестируемых АС;

P.S. Тест показал не то, какие плохие громкоговорители Sonido (в реальности, они очень хорошо работают), а то, насколько зависит качество от основного узла громкоговорителя – от электромагнитной системы, т.к. электромагнитная система – это узел, в котором электрическая работа преобразовывается в механическую…

[1] Частота выбирается в зависимости от рабочей полосы громкоговорителя - в данном тесте используются ШП-громкоговорители, поэтому взята частота из наиболее слышимой области звукового спектра.

Леонов Ю. В. 2021г.