Что такое АЧХ и как ее читать

Что самое главное в характеристиках звуковой аппаратуры? Мощность, диапазон воспроизводимых частот или уровни звукового давления – на что смотреть? Ответ: на амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), именно она может показать, как работает то или иное аудиооборудование. АЧХ – это то, на что вы должны обращать внимание в первую очередь при выборе устройств. Другие характеристики теряют всякую ценность при плохой АЧХ. Амплитудно-частотная характеристика показывает зависимость отклонения в громкости воспроизводимого звука в (дБ) от его частоты в (Гц).

Человеческий слух способен воспринимать звуковые волны частотой от 20 Гц до 20 000 Гц. Это в идеале. На самом деле данный частотный диапазон сужается с возрастом (особенно высокие частоты) и его рамки зависят от пола и гигиены слуха. Например, любители громкой музыки, наушников и работники шумных производств частично теряют слух, и верхняя граница слышимого диапазона сильно смещается. Поэтому еще раз призываем вас беречь свой слух и не забывать о его гигиене. Подробнее об этом можно почитать здесь.

Что значит хорошая АЧХ?

Если ограничиться одним предложением, то АЧХ должна иметь форму, близкую к прямой. Но мы не ограничимся, конечно, а расскажем поподробнее.  

Если устройство имеет хорошую АЧХ, то оно правильно воспроизводит все низкие, средние и высокие частоты в правильном соотношении между собой, что обеспечивает чистый, богатый и насыщенный звук. По АЧХ можно увидеть, на сколько дБ звук отклоняется от нормы в конкретном диапазоне частот. Ориентируемся на следующие цифры:

• ± 1 дБ – минимально различимое изменение звукового давления;

• ± 3 дБ – заметное, но допустимое отклонение;

• > 10 дБ – существенное отклонение в громкости, могут неприятные ощущения при прослушивании.

Напомним, что шкала громкости, выраженной в децибелах (дБ) является логарифмической, поэтому увеличение громкости на 10 дБ означает, что звук будет звучать в два раза громче. О характеристиках звука можно почитать здесь. Неравномерность АЧХ должна быть указана производителем, иначе стоит настороженно относиться к данному продукту. Таким образом, частотный диапазон, в пределах которого качество звука соответствует заявленному, отмечается с помощью крайних точек (например, 40 Гц – 16 000 Гц), вне этого диапазона наблюдается значительное отклонение от усредненных данных, причем величина отклонения должна быть также указана (например, ± 1дБ или ± 3 дБ). Например, в описании акустической системы может быть написано: 50 Гц – 20 кГц (± 3 дБ).

Следовательно, стоит понимать эту запись так: данная акустическая система имеет достоверное звучание в диапазоне 50 Гц – 20 кГц и имеет отклонения от линейности в районе трех децибел в обе стороны, а за рамками этих границ резко увеличивается неравномерность звучания. На самом деле и такая запись не является особо информативной и поводом доверять производителю, т. к. АЧХ нужно показать в виде графика.

Итак, обнаружили вы график АЧХ и… что дальше? Как его читать и понимать?

Как читать АЧХ?

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой график, демонстрирующий разницу величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. Получают этот график путем подачи синусоидального сигнала неизменной амплитуды при изменении его частоты. По вертикальной оси откладывается уровень звукового давления (или громкость) в дБ, по горизонтальной – частота в Гц. В точке на графике, где частота равна 1000 Гц, принято отмечать на вертикальной оси уровень 0 дБ. В идеале АЧХ должна представлять собой ровную горизонтальную линию, чего на практике не бывает никогда. Всегда присутствуют пики и провалы различной глубины и высоты (в дБ). Изучая график АЧХ, стоит обращать особое внимание на величину неравномерности кривой: чем больше величина отклонений, тем больше частотных искажений тембра в звучании.

Область низких частот (НЧ). Провалы в этой области приводят к потере сочности звучания басов. Появление пиков – причина бубнящего и гудящего звука.

Область высоких частот (ВЧ). Падение уровня ВЧ приведет к тусклому и невнятному звучанию, пики – к свистящим и раздражающим звукам.

Область средних частот, как правило, остается более или менее равномерной у всех устройств, существенные отклонения от линейности графика наблюдаются нечасто.

Как измеряется АЧХ?

Методики для измерения АЧХ наушников и акустических систем отличаются. Так, показания динамиков, встроенных в акустические системы, измеряются в пространстве, обеспечивающем отсутствие эха, то есть исключающем отражение звуковых волн. Такие измерения можно производить на открытом пространстве, но чаще всего используют специальное помещение со звукопоглощающими панелями и другими способами минимизации эха.

Что касается проверки наушников, то измерения их характеристик проводят на специальном стенде, амплитудные характеристики которого зависят от его конструкции. То есть вы должны понимать, что в этом случае на АЧХ будет влиять не только конструкция наушников, но и характеристики самого измерительного стенда, которые должны быть указаны при фиксации рабочего диапазона частот. Вполне логичным кажется необходимость сравнивать АЧХ различных наушников, измеренных на одном стенде. К сожалению, не всегда можно найти такие данные, так как обычно на практике применяют стенды с разными конструкциями.

АЧХ наушников

Проиллюстрируем вышесказанное на АЧХ условных наушников.

• Фиолетовая кривая на графике – почти идеальная АЧХ.

• Красная кривая – подъем в области НЧ, а значит, у наушников ярко выражены басы.

• Зеленая – спад в области НЧ, а значит, низкий уровень звучания басов, больше напоминающий звучание акустических систем.

• Оранжевая кривая – пик в области ВЧ, а значит, мы имеем наушники с возможными сибилянтами, подчеркивающими звук «с».

• Голубая кривая – подъем в области ВЧ, наушники с ярким и звонким звучанием.

А теперь посмотрите на относительно ровные АЧХ полноразмерных студийных наушников.

И хотя можно видеть отклонения от линейной АЧХ (у некоторых моделей даже порядка 13 дБ), но в целом кривая довольно плоская и серьезных завалов и пиков не наблюдается, что говорит о приемлемости звучания данных наушников.

Для колонок, наушников и микрофонов отклонение в 2-3 дБ считается очень хорошим. Усилители и другие чисто электронные устройства должны укладываться в 0,5-1 дБ.

На АЧХ наушников могут влиять:

• посадка (в случае накладных наушников);

• глубина и угол расположения в ухе (для наушников-вкладышей);

• форма и материал амбушюр.

Например, заменив силиконовые амбушюры у наушников-вкладышей на амбушюры из вспененного материала, вы можете получить лучшую звуковую картину с глубокими басами и качественными верхами.

АЧХ микрофона

Как мы уже выяснили, применительно к наушникам лучше стремиться к ровной АЧХ. Однако с микрофоном всё сложнее.

Нередко высокие и низкие позиции графика расцениваются как особенность, зависящая от сферы использования микрофона.

Например, явный подъем в районе 1–2 кГц и спад на низких частотах хорош для записи вокала – так голос исполнителя станет яснее, разборчивее. При этом для ударных и басов такой принцип уже неприменим.

То же самое и в случае, если нужно снять звук с нескольких одновременно играющих инструментов. Тут чем ровнее АЧХ микрофона, тем лучше.

АЧХ усилителя

Частотные характеристики усилителя определяются коэффициентом усиления (или выходным напряжением).

На графике АЧХ можно наблюдать линейную стабильность коэффициента усиления в средней части спектра (от 20 Гц до 20 000 Гц), данный интервал является полосой пропускания усилителя. Также видны точки в НЧ и ВЧ областях, где наблюдается падение уровня коэффициента усиления на 3 дБ (нижняя и верхняя, соответственно). В данных точках выходная мощность усилителя уменьшается в два раза, поэтому эти точки иногда называют точками половинной мощности. Чем шире полоса пропускания усилителя и чем она ровнее, тем лучше усилитель.

АЧХ динамиков

Замеры динамиков, так же как и у наушников, микрофонов и усилителей, нужны для понимания характеристик, проводятся с одинакового расстояния. Если динамиков в колонке несколько, то снятие параметров с каждого проводится отдельно.

Заключение

Нередко АЧХ устройства, указанная в его описании, – всего лишь маркетинговый ход. Ведь производителям нужно повышать продажи своей продукции, а значит они могут пойти на некоторые хитрости.

Поэтому надо помнить, что АЧХ – это фундаментальная характеристика аудиотехники, но не стоит воспринимать ее как истину в высшей инстанции. Важно, в каких условиях снималась эта характеристика и насколько она достоверна. Вариант проверки – сравнить данные на специализированных сайтах и форумах.

В любом случае важно научиться правильно читать и понимать график АЧХ, видеть по нему нюансы работы и звучания конкретного устройства. Поэтому изучайте, разбирайтесь и выбирайте то, что вам подходит.

Есть вопросы? Обращайтесь! Поможем.