Autor: MHOE
Poslední aktualizace: 28/11/2015
Velmi brzy poté, co jsem se o poslech hudby a svět sluchátkového audia začal zajímat hlouběji, mne fascinovala možnost porovnávat subjektivní poslechové zkušenosti své i jiných lidí s něčím objektivnějším – s naměřenými grafy. Trvalo mi však pár let, než jsem sebral odvahu, zařídil si vlastní měřicí výbavu a následně vyřešil veškeré potřebné detaily na cestě ke konzistentním a (doufejme) relevantním grafickým výstupům.
Důvodů, proč jsem se nakonec odhodlal sluchátková měření nejenom produkovat, ale rovněž zveřejňovat, je hned několik:
Vzhledem k tomu, že se stále jedná o úvodní verzi měření, upozorňuji na reálnou možnost změny některých jejích aspektů za pochodu. Na případné změny v rámci aktualizace tohoto článku určitě upozorníme. Nyní však již k samotnému měření…
Velmi brzy poté, co jsem se o poslech hudby a svět sluchátkového audia začal zajímat hlouběji, mne fascinovala možnost porovnávat subjektivní poslechové zkušenosti své i jiných lidí s něčím objektivnějším – s naměřenými grafy. Trvalo mi však pár let, než jsem sebral odvahu, zařídil si vlastní měřicí výbavu a následně vyřešil veškeré potřebné detaily na cestě ke konzistentním a (doufejme) relevantním grafickým výstupům.
Důvodů, proč jsem se nakonec odhodlal sluchátková měření nejenom produkovat, ale rovněž zveřejňovat, je hned několik:
- I přes nesporné limitace, které tato měření mají (a budu o nich více hovořit níže), věřím v jejich užitečnost nejen pro mne samotného, ale i pro ostatní audiofily.
- Věřím, že to může pomoci zlepšit úroveň recenzí (potažmo článků o modifikacích apod.) na HeadAudio.
- Chtěl bych dodat naměřená data ke sluchátkům, která jsou v rámci CZ/SK revíru oblíbená či žádaná, ale měření k nim nejsou dostupná (v případě zájmu o zapůjčení svých sluchátek ke změření a recenzi mne prosím kontaktujte - viz sekce KONTAKT).
- Zkrátka mě to baví… Baví mě produkovat měření stejně jako se učit chápat souvislosti a rozšiřovat si své znalosti v této oblasti.
Vzhledem k tomu, že se stále jedná o úvodní verzi měření, upozorňuji na reálnou možnost změny některých jejích aspektů za pochodu. Na případné změny v rámci aktualizace tohoto článku určitě upozorníme. Nyní však již k samotnému měření…
Základní informace o měření
Vzhledem ke komplexnosti a částečně i určitému know-how, které si chci ponechat, nebudu rozkrývat každý detail, jenž za mými měřeními stojí. Jejich podstatu však vystihnout mohu. Má měření jsou založená na in-ear mikrofonu s vlastním fantómovým napájením. Mikrofon je pevně usazen v tri-flange nástavci a skrze krabičku s fantómovým napájením napojen na zvukovou kartu v mém stolním počítači. Sluchátka tedy měřím přímo na své vlastní hlavě, čímž jsou zajištěny v rámci možností maximálně přirozené podmínky. Vždy do stejné hloubky zasunutý mikrofon zároveň během procedury vyčnívá mimo prostor zvukovodu směrem ven, tudíž výstupní grafy většinově reflektují pouze charakter samotných sluchátek (s tím, že menšímu vlivu boltců a hlavy se člověk nikdy zcela nevyhne). Využívám vyhlazování (1/12 oktávy) pro intuitivnější orientaci ve výstupech měření.
Krom propojovacích kabelů využívám ještě sluchátkový zesilovač a předzesilovač v jednom, Audio-GD SA-31SE, který dokáže vybudit i ta nejnáročnější dynamická sluchátka (vysokoimpedanční dynamická stejně jako velmi málo citlivá orthodynamická/planárně-magnetická) a zároveň nabízí velmi nízkou výstupní impedancí (přibližně 1 ohm). K měření a jejich vyhodnocení využívám software REW (Room EQ Wizard). Především k poslechovým porovnáním pak řetězec kompletuju převodníkem Gustard DAC-X9… a samozřejmě i hudbou v lossless kvalitě.
Z podstaty tohoto typu měření vyplývá, že není aplikovatelné na in-ear a pecková sluchátka. K dalším známým i teoreticky možným limitacím tohoto způsobu měření sluchátek se vyjádřím dále u konkrétních grafických výstupů, které jsem se rozhodl využívat – frekvenční charakteristika, impulzní odezva, waterfall diagram, spektrogram a zkreslení.
1) Frekvenční odezva
Frekvenční odezvou se v tomto článku budu zabývat určitě nejdéle – jednak proto, že ji z dostupných měření považuju za klíčovou… a rovněž proto, že se s ní ve sluchátkovém světě pojí značné množství komplikací.
Autenticita grafu frekvenční odezvy je obecně ovlivněná několika jevy:
Pozn.: Pro praktické příklady v souvislosti s A) a C) si doporučuji projít článek o Vlivu On-ear konstrukce sluchátek na zvuk. Jako nechvalně známé jevem B) se pak dají označit např. velurové náušníky mnohých Sennheiser sluchátek.
Mnohé z těchto aspektů ovlivňují i další grafické výstupy měření, nejpodstatněji však (v rámci následného hodnocení sluchátek) zasáhnou právě do frekvenční charakteristiky. Proto je podle mě nutné všechny tyto efekty brát v potaz a případně se pokusit o přímé zohlednění v diskutovaném grafickém výstupu:
Vzhledem ke komplexnosti a částečně i určitému know-how, které si chci ponechat, nebudu rozkrývat každý detail, jenž za mými měřeními stojí. Jejich podstatu však vystihnout mohu. Má měření jsou založená na in-ear mikrofonu s vlastním fantómovým napájením. Mikrofon je pevně usazen v tri-flange nástavci a skrze krabičku s fantómovým napájením napojen na zvukovou kartu v mém stolním počítači. Sluchátka tedy měřím přímo na své vlastní hlavě, čímž jsou zajištěny v rámci možností maximálně přirozené podmínky. Vždy do stejné hloubky zasunutý mikrofon zároveň během procedury vyčnívá mimo prostor zvukovodu směrem ven, tudíž výstupní grafy většinově reflektují pouze charakter samotných sluchátek (s tím, že menšímu vlivu boltců a hlavy se člověk nikdy zcela nevyhne). Využívám vyhlazování (1/12 oktávy) pro intuitivnější orientaci ve výstupech měření.
Krom propojovacích kabelů využívám ještě sluchátkový zesilovač a předzesilovač v jednom, Audio-GD SA-31SE, který dokáže vybudit i ta nejnáročnější dynamická sluchátka (vysokoimpedanční dynamická stejně jako velmi málo citlivá orthodynamická/planárně-magnetická) a zároveň nabízí velmi nízkou výstupní impedancí (přibližně 1 ohm). K měření a jejich vyhodnocení využívám software REW (Room EQ Wizard). Především k poslechovým porovnáním pak řetězec kompletuju převodníkem Gustard DAC-X9… a samozřejmě i hudbou v lossless kvalitě.
Z podstaty tohoto typu měření vyplývá, že není aplikovatelné na in-ear a pecková sluchátka. K dalším známým i teoreticky možným limitacím tohoto způsobu měření sluchátek se vyjádřím dále u konkrétních grafických výstupů, které jsem se rozhodl využívat – frekvenční charakteristika, impulzní odezva, waterfall diagram, spektrogram a zkreslení.
1) Frekvenční odezva
Frekvenční odezvou se v tomto článku budu zabývat určitě nejdéle – jednak proto, že ji z dostupných měření považuju za klíčovou… a rovněž proto, že se s ní ve sluchátkovém světě pojí značné množství komplikací.
Autenticita grafu frekvenční odezvy je obecně ovlivněná několika jevy:
- A) Kvalita těsnění – kvalitou těsnění jsou ovlivněny především nízké basy… Důvodem mohou být nasazené brýle, vlasy mezi sluchátky a kůží, variabilní tvarování hlavy každého, typologie a kvalita náušníků, resp. konstrukce sluchátek aj.).
- B) Míra ochozenosti či deformace náušníků – týká se především velurových (byť i koženkových a kožených) náušníků, které s časem budou do jisté míry ovlivňovat výslednou odezvu svým stárnutím.
- C) Usazení sluchátek na hlavě, charakter měřicí aparatury, konstrukce sluchátek, tvar hlavy a uší – toto je poměrně široká skupina aspektů, které je nutno brát v potaz, jejich efekt je však v zásadě stejný – ovlivňují výslednou frekvenční odezvu ve výškách (s přesahem i do vyšších středů). Frekvenční charakteristika se v tomto ohledu bude do jisté míry lišit nejen člověk od člověka, ale dokonce i ucho od ucha.
Pozn.: Pro praktické příklady v souvislosti s A) a C) si doporučuji projít článek o Vlivu On-ear konstrukce sluchátek na zvuk. Jako nechvalně známé jevem B) se pak dají označit např. velurové náušníky mnohých Sennheiser sluchátek.
Mnohé z těchto aspektů ovlivňují i další grafické výstupy měření, nejpodstatněji však (v rámci následného hodnocení sluchátek) zasáhnou právě do frekvenční charakteristiky. Proto je podle mě nutné všechny tyto efekty brát v potaz a případně se pokusit o přímé zohlednění v diskutovaném grafickém výstupu:
- Ad A) Vzhledem k tomu, že se mé grafy v nejnižších basech zpravidla neliší od grafů na InnerFidelity.com (což považuju za indikátor věrohodnosti), rozhodl jsem se na ně neaplikovat žádnou dodatečnou kompenzaci. Přesto je dobré při porovnávání různých zdrojů brát v potaz odlišnosti jednotlivých měřicích souprav, které se z pohledu těsnění logicky projeví především povahou frekvenční křivky směrem do hlubších basů.
- Ad B) Míru ochozenosti nemohu objektivně nijak posoudit, přesto se pokusím v textu článku jakkoliv výrazněji ochozené či deformované náušníky zmínit, nejlépe přímo v souvislosti s frekvenční odezvou.
- Ad C) Základním krokem bude provádět samotná měření vícekrát, s odlišným usazením sluchátek na hlavě, a posléze všechny dílčí odezvy zprůměrovat. Navzdory tomuto procesu je nutno zohlednit variabilitu frekvenční odezvy ve výškách, v závislosti na již zmíněných faktorech. Po pečlivém zkoumání měření jsem se rozhodl rozdělit a okomentovat pásmo výšek ve dvou podčástech: pásmo 6.5-12 kHz a pásmo 12-20 kHz.
Graf frekvenční odezvy sluchátek. Na ose X zobrazuje jednotlivé frekvence v rozsahu 10 Hz do 20 kHz, pro který jsou na ose Y vyneseny hodnoty SPL (hladiny akustického tlaku) v decibelech. Graf nám tedy zjednodušeně řečeno ukazuje, jak hlasitě sluchátka reprodukují každou dílčí frekvenci v porovnání s ostatními frekvencemi. Špičkovitý pokles se středem v 8.5 kHz je artefaktem měření, který ignorujte => frekvenční průběh zarovnejte s nejbližším okolím (v tomto případě 7.75 a 9 kHz). To samé bude platit i pro ostrý pokles v cca 13.5 kHz.
Pásmo 6.5-12 kHz je ovlivněno především samotnou měřicí aparaturou, která jej ve výsledku trochu utlumuje. V souvislosti s tímto lze na grafu často zaznamenat i přítomnost ostrého poklesu kolem 7,5-9,5kHz, který představuje artefakt měření (resp. rezonanci, která v reálu není slyšitelná). Pozice tohoto poklesu se měření od měření liší, někdy nebývá přítomen dokonce vůbec (především u uzavřených sluchátek). Po zvážení svých možností jsem se nakonec rozhodl aplikovat vlastní kompenzaci, která dle mého názoru poměrně věrohodně reflektuje slyšenou realitu, byť zmíněný ostrý pokles eliminovat z podstaty věci nedokáže. Doporučuji přesto číst i textový komentář k měření, ve kterém budu korigovat to, co si můžete prohlédnout na naměřených grafech.
Pásmo 12-20 kHz je u sluchátek obecně ošemetné na měření, bez ohledu na charakter měřicí aparatury. Obecně se proto doporučuju dívat spíš na relativní hlasitost této části spektra vůči zbytku (při posuzování míry vzdušnosti, kterou testovaná sluchátka nabízí), než se snažit o to jej nějak detailně analyzovat. Stejně jako v předchozím případě, i zde aplikuji vlastní kompenzaci. Přesto berte měření v poslední oktávě s rezervou (především od zhruba 15-16 kHz nahoru), neboť naměřené dílčí odchylky (od zprůměrované křivky nebo v rámci vícero měření/poslechů) zde mohou být vlivem artefaktů, usazení, tvaru hlavy a uší, konstrukce, spárování měničů i stavu náušníků opravdu významné (i v rozsahu 10 a více dB).
Teoreticky perfektně neutrální sluchátka by měla na mých grafech v rozsahu 10 Hz až 12 kHz měřit rovně - tedy kopírovat vodorovnou linii v 0dB hladině akustického tlaku (SPL). Od 12 kHz směrem nahoru pak teoreticky také, tam už je to však komplikovanější – i kdyby hypotetická sluchátka byla v tomto pásmu perfektně neutrální, dosáhnout adekvátně „rovného“ měření, jež by tento stav reflektovalo, by bylo mnohdy složité. Přesto si myslím, že minimálně do 15-16 kHz je spolehlivost mých výstupů na dobré úrovni.
Pozn.: Kompenzace, kterou na měření aplikuju, nabývá výraznějšího charakteru v pásmu 8000-20000Hz. Méně důvěřiví jedinci nechť se tedy drží výstupů v rozsahu 10 až zhruba 8000 Hz.
Na závěr je potřeba upřesnit, že většinou budu zveřejňovat měření jen pro své levé ucho, které více odpovídá standardu (velmi dobře koreluje např. s výsledky z PersonalAudio.ru či Changstaru) – měření však sám pro sebe provádím obvykle pro obě uši, takže v případě, kdy bych zaznamenal slyšitelný nesouběh levého a pravého kanálu, zveřejním grafy oba. Nutno dodat, že nesouběh zpravidla nebývá v rámci sluchátek problémem, neboť náš mozek je schopen se tomuto fenoménu během poslechu dobře přizpůsobit.
Pro porovnávání mých měření doporučuji využívat především grafy z webu PersonalAudio.ru (zeleně zbarvené křivky, označené jako "HDM1"), neboť se jedná o techniku měření velmi podobnou té naší (v jejich případě umělá hlava, mimikující "průměrného člověka", s mikrofonem umístěným na vnějším okraji zvukovodu směrem ven). Výsledky by měly (s občasnou výjimkou hlubokých basů) velmi dobře pasovat. V pásmu do 1khz jinak rovněž doporučuju InnerFidelity a možná i Changstar (uživatelé purrin/marvey, hans030390), případně Rin Choi blog. Berte však na vědomí, jak už jsem naznačil, že především v nejnižších basech se mohou jednotlivé zdroje svými výsledky trochu lišit. Pro pásmo od 1khz nahoru pak krom PersonalAudio.ru doporučuju opět Changstar, případně i GoldenEars. Innerfidelity bude rámcově sedět též, užívá však specifickou kompenzaci (rovná čára nad 1khz se u nich nerovná neutrální frekvenční odezvě), tudíž hledání korelace bude v tomto případě těžší. Rin Choi pak dle mého názoru pásmo nad 1 kHz měří dobře, využívá však až příliš silnou kompenzaci, tudíž výsledné grafy se jeví "temněji", než daná sluchátka ve skutečnosti znějí.
Pozn.: Zevrubněji se porovnávání jednotlivých zdrojů měření frekvenční odezvy sluchátek věnuji v tomto článku.
2) Impulzní odezva
Graf impulzní odezvy sluchátek. Na ose X vidíme čas v mili či mikro sekundách, vůči kterému jsou na ose Y v procentech vyneseny přepočítané hodnoty dynamického rozsahu (% FS) s tím, že 100 % odpovídá špičce impulzní odezvy. Zjednodušeně řečeno pozorujeme, jak nedokonalá je reakce systému (sluchátek) na změnu (impulz zahrnující všechny frekvence v rozsahu 10-20000 Hz) a jak dlouho trvá úplné odeznění této změny.
Impulzní odezva je druhým výstupem měření, který by se měl v budoucích článcích podle potřeby objevovat. Úzce souvisí s frekvenční charakteristikou, avšak na rozdíl od ní zobrazuje odezvu systému (sluchátek) na impuls v čase. Můžeme pozorovat uniformitu (míru ideálnosti tvaru) křivky, pre-ringing a především post-ringing stejně jako celkovou dobu trvání odezvy. Toto nám dohromady může dopomoci při hodnocení „rychlosti“ (podání tranzientů a dozvuků) stejně jako celkové čistoty zvuku sluchátek.
Pro účely porovnání doporučuju grafy z InnerFidelity a možná také GoldenEars nebo Rin Choi blogu, vzhledem k odlišné metodice měření a grafického vyhodnocení však především v uniformitě (tvaru) odezvy očekávejte i znatelné rozdíly.
3) Waterfall diagram
Waterfall diagram/CSD sluchátek. Na ose X je vynesen frekvenční rozsah 200 Hz - 20 kHz, na ose Y hodnoty SPL (hladiny akustického tlaku) v decibelech a na ose Z pak čas 0-10 milisekund. Diagram nám zjednodušeně řečeno ukazuje, jakým způsobem v systému (sluchátkách) doznívají zvukové vlny o různých frekvencích (především nás zajímá situace nad 1 kHz). Toto v praxi zahrnuje pozorování doby, za kterou se hladina akustického tlaku dozvuku pro jednotlivé frekvence dostane pod určitou prahovou hodnotu (zde -32 dB, vztahující se na referenční hodnotu 0 dB při 1 kHz a čase 0 ms). Podobně jako u frekvenční odezvy je zde využíváno vyhlazování (1/12 oktávy).
Waterfall diagram (nebo-li CSD, cumulative spectral decay) je další z možností, jak se dívat na naměřená data, přímo odvozenou z impulzní odezvy. Tyto diagramy pomáhají při procesu lokalizování potenciálně slyšitelných rezonancí v konkrétních frekvencích (zde především od 1 kHz nahoru). Rezonance v tomto pásmu přitom mohou mít na subjektivní dojem z poslechu různé vlivy (obecně ostrost nebo z rozličných důvodů nerealistický témbr nástrojů a hlasů). Určitě ale nevynechejte textový doprovod, který se k nim bude vázat (ať už u mě nebo kohokoliv jiného).
Pozn.: Kompenzace, kterou na měření aplikuju, nabývá výraznějšího charakteru v pásmu 8000-20000Hz. Méně důvěřiví jedinci nechť se tedy drží výstupů v rozsahu do zhruba 8000 Hz.
Pro účely porovnání doporučuju využívat grafy z webu Changstar – především od uživatelů purrin/marvey a hans030390. Výstupů, které nabízí Rin Choi, se můžete držet též, nebudou však tolik intuitivní na interpretaci.
4) Spektrogram
Spektrogram sluchátek. Na ose X je vynesen frekvenční rozsah 10 - 400 Hz, na ose Y čas 0-100 milisekund a barevná škála pak reprezentuje hodnoty SPL (hladiny akustického tlaku) v decibelech. Graf nám zjednodušeně řečeno ukazuje, jakým způsobem v systému (sluchátkách) doznívají zvukové vlny o různých frekvencích. Toto v praxi zahrnuje pozorování doby, za kterou se hladina akustického tlaku dozvuku pro jednotlivé frekvence dostane pod určitou prahovou hodnotu (zde -32 dB, vztahující se na referenční hodnotu 0 dB při 1 kHz a čase 0 ms).
Spektrogram je jednou z posledních mnou zmíněných možností, jak nahlížet na některé z charakteristik sluchátek. Osobně většinou preferuju pro podobné účely doplňovat frekvenční odezvu waterfall diagramy, jež se od spektrogramů liší pouze způsobem grafické prezentace naměřených dat. REW však tento typ výstupu nabízí, tudíž jej budu v případě potřeby užívat též - především v souvislosti s basy až nižšími středy frekvenčního spektra, kde spektrogram může dopomoci ke zdůvodnění např. slyšené pomalosti, dunivosti nebo zahuhlanosti sluchátek.
Spektrogramy se obvykle u sluchátek příliš nevyužívají, tudíž nemohu doporučit žádný konkrétní alternativní zdroj (snad leda uživatele bluemonkeyflyer na diskuzním fóru Head-fi).
5) Zkreslení
Graf celkového harmonického zkreslení (THD, total harmonic distortion) při 90dB SPL v 1 kHz. Na ose X zobrazuje jednotlivé frekvence v rozsahu 10 Hz do 6.5 kHz, pro který jsou na ose Y vyneseny hodnoty SPL (hladiny akustického tlaku) v decibelech. Graf nám zjednodušeně/idealizovaně řečeno ukazuje míru zkreslení původního signálu vlivem sluchátek a to prostřednictvím srovnání dvou křivek - základního signálu resp. frekvenční odezvy (hnědá) a celkového harmonického zkreslení (šedá). Čím výraznější dB rozdíl existuje mezi křivkami a čím plynulejší průběh zkreslení vidíte, tím (alespoň v teoretické rovině) lépe. Dříve měřicí software REW automaticky aplikoval specifické vyhlazování (1/24 oktávy), v současné době už však mohu využívat nastavení 1/12 jako u ostatních měření.
I přes ne zcela ideální podmínky pro měření zkreslení jsem se nakonec rozhodl tyto výstupy zveřejňovat online, pro ryze orientační účely, formou celkového harmonického zkreslení. Na těchto grafech si všímejte především toho, nakolik plynulý průběh křivka zkreslení (šedá barva) má oproti křivce frekvenční odezvy (hnědá barva). Sledujte tedy přítomnost evidentních špiček, celkově rozkolísaného (neplynulého) průběhu nebo tendenci k nárůstu hodnot např. směrem do basů. Tyto grafy mohou být částečně k užitku v procesu hledání příčin nedostatečné detailnosti, zastřenosti či jiných tembrálních problémů sluchátek. Stejně tak mohou ukazovat na designové chyby produktu (např. kontrolovanost činnosti měničů). Je nutno poznamenat, že bych sice sám preferoval intuitivnější grafickou prezentaci v procentech THD (namísto decibelů), toho však REW v současné době není schopen.
Mezi doporučené zdroje tohoto typu měření uvedu především databázi InnerFidelity, která je vedena velmi intuitivně (používá vyhodnocení v %THD+šumu při 90 a 100 dB). Pokud preferujete spíše zobrazení jednotlivých složek harmonického zkreslení, můžete se odvolat na Changstar (purrin/marvey - absolutní decibelové hodnoty při 90 dB SPL). Užitečnými se mohou jevit i výstupy od Rin Choie (%THD při 100 dB).
Závěr
Co dodat… Snažil jsem se být stručný a jasný, nezabíhat do nepodstatných detailů a přitom postihnout vše, co je třeba pro základní orientaci v mých měřeních. Byť jsem nad nimi strávil nějaký ten čas a konzultoval s některými audiofilskými kolegy, jistě stále existuje prostor ke zlepšení – doufám, že s přibývajícími zkušenostmi budu nedokonalosti i nadále vychytávat. V případě, že by vás zajímala interpretace těchto grafů v praxi, doporučuji vyhledat a přečíst některé z mých článků na téma sluchátek, případně využít subsekci ODKAZŮ zvanou "Terminologie".
Seznam dosud provedených vlastních měření naleznete v sekci MERANIA.
V textu bylo citováno několik alternativních zdrojů měření - jejich seznam, stejně jako související terminologii, naleznete v sekci ODKAZY.
V případě dotazů či zájmu o změření vlastních sluchátek mne prosím kontaktujte (viz sekce KONTAKT). Předem děkuji za zájem.