Про антикризисное «аудиофильство»

Несколько лет назад (2007 год) я по случаю написал материал о том, как получить хороший звук без многотысячных вложений в аудиотракт. А на днях хозяйство пополнилось изодинамическими (ортодинамическими) наушниками Fostex T50RP, привезенными другом из США (дело в том, что на местном рынке у них слишком уж «конская» цена). Послушав в них свои старые lossless-коллекции я лишний раз убедился в правильности ранее выбранного мной подхода, а потому решил опубликовать этот материал заново, и в этом моем блоге тоже.

Дизкляймер (сиречь отмазка)

• Автор не несет, да и не может нести какой-либо ответственности за любые последствия, возникшие в результате прочтения кем-либо данной заметки, в которой приведен только и исключительно субъективный взгляд Автора на рассматриваемую проблему.
• Вам однозначно не стоит расходовать свои время и силы на чтение данного материала, если такие слова, как «децибел», «клиппинг» или «интермодуляционные искажения» звучат для вас как «аудиофильский бред», а не как понятная техническая терминология.

Предыстория

Все началось в тот день, когда я обновил конфтгурацию своего компьютера и «вдруг» оказалось, что драйверы от моей любимой старой звуковой карты Philips PSC-706 оказались несовместимы с чипсетом Intel G33/ICH9R. А поскольку компания Philips к тому времени давно и прочно забила на это направление бизнеса, мне пришлось какое-то время попользоваться встроеным звуком Realtec HD Audio. Но его качество оставляло желать много лучшего и начались поиски альтернатив.

И вот я в 2008 году, по случаю, купил звуковую карту Creative SB0679 (более известную как SB0670, OEM-карту от Creative Labs на базе X-Fi Xtreme Music), после чего, разумеется, заинтересовался и темой отдельного усилителя для наушников. Почему? Все очень просто — в отличие от PSC-706, штатные выходы новой карты не были рассчитаны на работу с наушниками, а лезть в нее с паяльником мне очень не хотелось.

Мое желание было очень простым — слушать качественные аудиозаписи, воспроизводимые с компьютера (отмечу, что речь идет не о формате MP3, а о форматах lossless (без потерь), таких как FLAC и APE). И вот, опять таки по случаю, я купил на «Молотке» практически новый усилитель для наушников ART HeadAmp V, даже с гарантией.

К слову сказать, продавец усилителя был заметно рад тому обстоятельству, что наконец-то от него избавляется даже по цене, составлявшей на то время приблизительно 50% от магазинной цены этого устройства.

Этот усилитель весьма интересен наличием 5 независимых выходов, что позволяет и организовать «семейное прослушивание», и подать сигнал на колонки компьютера, не жертвуя при этом удобством и функциональностью решения.

Технические характеристики этого усилителя также заявлены достаточно хорошие:

• соотношение С/Ш более 90 дБ;
• коэффициент гармоник менее 0,008%;
• коэффициент интермодуляционных искажений менее 0,008%;
• перегрузочная способность 18 дБ;
• максимальное усиление 26 дБ;
• выходное сопротивление 10 Ом.

Правда, питание у этого усилителя всего-навсего 12 В, но при этом он имеет роскошный набор входов (предназначенных, главным образом, для использования в студии).

Усилитель был мной незамедлительно испытан. Звук – в общем и целом – понравился, но «бросилось в глаза» то, что для получения нормального, неискаженного и комфортного звучания на его вход пришлось подавать сигнал с очень низким уровнем, составлявшим приблизительно 3% по шкале регулятора громкости звуковой карты (это действительно очень мало и ниже об этом будет отдельный разговор).

Из любопытства я «пробил» тему этого усилителя по форуму «Хобота». Найденные отзывы удивили: его там отчаянно ругали, порою весьма снобистски, причем бросалось в глаза то, что эта ругань «идет по кругу».

Данный феномен меня заинтересовал, ибо сам я «как бы целый инженер РС и РВ» (радиосвязи и радиовещания), а значит с темой звука «немного знаком», хотя многое уже и подзабылось-подзатерлось (ввиду длительной невостребованности данных знаний).

Поэтому я решил проверить параметры своего усилителя лично, для чего скачал с iXBT программу RMAA и замерил с её помощью получившийся у меня тракт. Очень сильно удивился. Подумал. Вспомнил теорию и подумал еще. Пообщался с другом, имеющим ту же самую специальность. Посчитал цифры. Сделал некоторые выводы и проверил их на практике, поставив перед усилителем делитель (аттенюатор) на 30 дБ.

Не все йогурты одинаково полезны

Лирическое отступление

Некий пользователь форума «хобота» iXbt (имя которого я не хочу называть, тем более что он в конце-концов не то поумнел, не то разорился на дорогом аудио-железе, не то выпал из маркетинговых программ «докторхеда») столкнулся с тем, что его наушники «не звучали» в связке с тактом из усилителя ART HeadAmp V и источника в виде звуковой карты E-MU 1212. Поэтому он тоже решил его «померить», что и сделал (ничтоже сумняшеся) при помощи все той же программы RMAA с ее стандартной калибровкой, попадающей в диапазон от -3 до 0 дБ, тем самым введя усилитель ART HeadAmp V в режим жесточайшего клиппинга сильной перегрузки (см. UPD ниже), что хорошо видно на снятой им спектрограмме измерения интермодуляционных (ИМ) искажений.

Примечание. Инструкция к RMAA советует калибровать измеряемый
тракт в интервале от -3 дБ до 0 дБ, а минимальный уровень сигнала,
при котором RMAA еще в состоянии выполнять измерения, равен -12 дБ.

Кроме того, этот пользователь был невольно вынужден (но это уже были мои умозрительные предположения на тот момент, основанные на личных экспериментах и расчетах) зажимать динамический диапазон (ДД) своего тракта одним из двух способов:

1. Подавая на вход усилителя большой сигнал и зажимая его усиление (что может вызывать ИМ искажения из-за перегрузки усилителя и клиппинга сигнала — см. рисунок выше — и сильно ограничивает ДД самого усилителя);
2. Используя максимальное усиление, но при этом зажимая сигнал, подаваемый с выхода звуковой карты на вход усилителя, микшером звуковой карты (а это вызывает подъем т.н. «шумовой полки» сигнала, тем самым ограничивая ДД всего тракта). 

Иллюстрация к способу 2

Я предположил, что данным пользователем использовался именно второй способ, как самый «логичный» и красиво выглядящий (виртуальный микшерный пульт, ручки-ползунки). Дескать, вот вам и причина т.н. «зажатого звучания» (поскольку нельзя забывать про дискретную природу оцифрованных аудиозаписей и дискретную же природу их ДД (динамического диапазона)) – просто сравните размах Д1 и Д2 на рисунке. На основании этих «результатов» и были, по моему мнению, сделаны «выводы» о качестве усилителя, затем растиражированные по форуму «хобота».

Однако жизнь оказалась еще удивительнее и 24 мая 2009 этот пользователь на форуме «Хобота» (шапочка-с горит-с) объяснил, что вовсе даже не зажимал сигнал, а тупо просто подавал с E-MU 1212 нулевой уровень (а это порядка 1 вольта!) на вход усилителя (и наплевать при этом на собственное усиление устройства, равное аж 26 дБ). Вполне естественно, что усилитель уходил в перегрузку и росли все известные науке виды искажений, а в результате падало качество звука и т.п.

Получившийся тракт

Итоговая стоимость тракта оказалась неожиданно приятной: около 3000 рублей. Сюда вошли расходы на 1) аудио-карту (SB0679/OEM), 2) усилитель ART HeadAmp V, 3) кабели, резисторы делителя и переходники.

Полностью промерить получившийся тракт я не могу до сих пор, даже из любопытства. Причина этого проста: программа RMAA для этого по-прежнему не пригодна (см. выше замечание про порог измерений RMAA, равный -12 дБ). Но надеюсь, что со временем это исправят, по-крайней мере Максим Лядов что-то такое обещал в личной переписке.

Тем не менее, грубая оценка качества спектра (в режиме 16 бит/44,1 кГц) по контрольному экрану калибровки RMAA все-таки оказалась возможна. Спектрограмма показывает, что уровни шумов и искажений усилителя соответствуют (в первом приближении) заявленным в ТТХ устройства значениям параметров.

Показанный на иллюстрации уровень порядка -30 дБ соответствует максимально возможной громкости при сохранении относительной комфортности прослушивания (приходится пользоваться примитивными субъективными ощущениями, т.к. нечем измерить уровень звукового давления). Чувствительность использовавшихся при этом наушников равна 101 дБ/мВт. При использовании же более чувствительных наушников комфортный уровень сигнала может оказаться еще меньше.

Также хорошо видно, что уровень шумов -90 дБ ограничен качеством фильтрации напряжения питания данного усилителя (удвоенная частота сети, равная 100 Гц, и ее субгармоники и младшие гармоники). Следовательно, если запитать этот усилитель от более качественного стабилизированного источника 12 В (или даже от аккумуляторной батареи), то можно ожидать снижения уровня его шумов в этой области с -90 дБ до, как минимум, -100 дБ (приблизительно в 10 раз по мощности).

Куда делись перегрузка и ИМ искажения усилителя?

Давайте немного посчитаем (математически) и немного порассуждаем(логически):

1. Номинальный уровень выходного сигнала усилителя. Он подбирается регулировкой уровня выхода звуковой карты при усилении ARTа, близком к максимуму (а максимум, напомню, целых 26 дБ), по достижению комфортной громкости [тестового] сигнала в наушниках. Что, собственно, мы всегда и делаем на практике, при прослушивании реального сигнала музыкальных записей.
2. Для того чтобы получить заявленный динамический диапазон звуковой карты (а значит и усилителя), сигнал с выхода звуковой карты необходимо подавать при уровне, близком к максимальному для нее. Почему? Все очень просто: соотношение С/Ш указывается производителем для максимального выходного сигнала, равного приблизительно 2 В.
3. Необходимо скомпенсировать усиление имеющегося усилителя для наушников. В нашем случае оно составляет 26 дБ. Чтобы не пришлось трогать регулировки микшера звуковой карты, необходимо установить на входе усилителя резистивный делитель (аттенюатор).
4. После выполнения этих мероприятий весь тракт оказывается согласованным как по уровням сигнала, так и по усилению. Благодаря этому все его компоненты начинают работать в близком к оптимальному для них режиме. А это, в свою очередь, позволяет получить максимально возможное, для используемых компонентов тракта, качество выходного сигнала (качество звучания).

Резюме к вышесказанному не несет в себе ничего нового: мнение «массового сознания» с различных форумов и вездесущая программа RMAA имеют весьма и весьма ограниченную ценность, если вы ставите цель создания сбалансированного по отношению цена/качество звукового тракта.

Наушники как оконечное устройство тракта - 1

Итак, тракт успешно создан. Теперь необходимо подобрать наушники, имеющие соответствующее соотношение цена/качество. Вопрос не настролько прост, как это может показаться на первый взгляд. Но и не настолько сложен, как твердят на форумах (на мой взгляд).

Казалось бы, самый простой способ — это пойти на сайт «Докторхеда» и там выбрать. Благо, там есть и масса отзывов, и форум, и продавцы-консультанты. Однако все чуть хитрее, чем кажется.

Рассмотрим в качестве примера одну из моделей наушников Аудиотехника. Они продавались у них по акции больше года (и никакие кризисы на их цену не влияли, что характерно), кроме того это была одна из немногих моделей наушников, для которых были приведены графики АЧХ.

Судя по графику, самая характерная особенность этих наушников – глубокий провал АЧХ вблизи частоты 5 килогерц. Один из гостей сайта задал об этом вопрос и даже получил на него ответ:

Прекрасный «экспертный ответ». Посмотрим, на что может повлиять такой провал АЧХ наушников:

Как говорится, It depends. Строго говоря, «отлично звучать» могут любые наушники. Смотря что под этим термином понимать. Например, если слушать современную электронную музыку, то таки да... Видимо, тут АЧХ особой роли действительно уже не играет. В целом же можно ожидать, что АЧХ хороших наушников должна быть, по возможности, гладкой, без выраженных глубоких провалов и высоких «горбов». Но тут возникает резонный вопрос – а как и чем измеряют АЧХ наушников те, кто рассказывает нам о наушниках и их качестве на различных сайтах и форумах Рунета?

Наушники как оконечное устройство тракта - 2

Как измеряют наушники наши авторитетные сайты?

• Сайт ixbt.com: используется плоский экран с врезанным в него измерительным микрофоном. Экран прижимается к амбушюру измеряемого излучателя наушников.
• Сайт doctorhead.ru: используется плоский экран с врезанным в него измерительным микрофоном. Экран прижимается к амбушюру измеряемого излучателя наушников.

Наушники как оконечное устройство тракта - 3

В качестве грамотного альтернативного подхода к измерению храрактиристик наушников я предлагаю ознакомиться с описанием методики измерений (перевод текста описания методики мой), использующейся в компании HeadRoom:

Наша методика измерения характеристик наушников

При измерении характеристик наушников наиболее важным условием является использование специального микрофона, сделанного в форме головы. В соответствии с отраслевыми стандартами, нами используется система «Head Acoustics Artificial Head Measurement System», имитирующая свойства слухового тракта головы человека. У Вольфганга (такое прозвище получил наш экземпляр «головы») внешняя часть ушей такая же мягкая, как и у людей. Материал, из которого изготовлена «голова», имеет акустические характеристики поглощения, аналогичные характеристикам кожных покровов и костных тканей человека. У «головы» имеются наружные слуховые проходы, каждый из которых оканчивается собственным калиброванным измерительным микрофоном. Когда на такую «голову» одеваются наушники, то акустические характеристики их взаимодействия с микрофонами соответствуют аналогичным характеристикам т.н. «среднего человека». В процессе производства «голов» выполняется измерение частотных характеристик каждого экземпляра и эти индивидуальные калибровочные кривые поставляются вместе со своими экземплярами «голов». В дальнейшем из получаемых в результате измерений данных вычитаются данные калибровочных кривых, чем обеспечивается точность результатов измерений.

При выполнении измерений при помощи «головы» также приходится обеспечивать максимальную звукоизоляцию. Для этого предназначена небольшая безэховая камера, в которой мы устанавливаем наушники и другое необходимое оборудование. Эта камера предотвращает отражение проникающего из наушников наружу звука от стен комнаты, так как этот отраженный звук может попасть обратно в наушники и вызвать искажение результатов замеров.

Для измерений используется анализатор звука «Audio Precision System Two Cascade». Он формирует испытательный сигнал и анализирует измерительный сигнал, получаемый от микрофонов. Наушники подключаются к специальному усилителю HeadRoom Max, предназначенному для работы с наушниками. Все измерения выполняются на подводимой к наушникам мощности, соответствующей звуковому давлению 90 dB на частоте 1 кГц. Уровень звукового давления, равный 90 дБ это чуть меньше, чем нормальная громкость прослушивания, однако наушники должны хорошо работать и при таком уровне сигнала.

При измерении наушников мы тщательно одеваем их на Вольфганга, затем закрываем безэховую камеру и нажимаем кнопку «GO» (ВЫПОЛНИТЬ) на компьютере, управляющем анализатором. После этого анализатор, управляемый компьютерной программой, выполняет серию измерений. После завершения цикла измерений все полученные данные записываются в одну из папок компьютера. Затем, после обработки, они выкладываются на наш сайт, где с ними могут ознакомиться посетители сайта. На бумаге эта работа выглядит достаточно просто, однако на практике все несколько сложнее, но зато и интереснее!

Те, кто дочитал

Те, кто дочитал-дотерпел-допотел до этого места уже поняли, как я надеюсь, что слово «аудиофильство» в заголовке было взято мной в кавычки совсем не случайно.

Резюме

• Высококачественный и при этом достаточно экономичный звуковой тракт возможен, что бы вам об этом ни говорили: 
  а) продавцы «хайэнда»;
  б) разные «авторитеты» на форумах, поскольку они  зачастую  оказываются либо недостаточно грамотными любителями музыки, либо афиллированными с продавцами «хайэнда» персонажами – ну просто таковы особенности отечественных форумов и отечественного же маркетинга. 
  Сэкономить на порядок-два может и не получиться, но потратить на получение хорошего, качественного звучания в 3-5 раз меньше – возможно  вполне.
• Наглядно проиллюстрирована ошибочность многих «авторитетных» утверждений, циркулирующих на форумах. Вся их «авторитетность», во множестве случаев, заключается лишь в готовности типичного «эксперта» истратить побольше денег в поисках т.н. «идеального звука».
• Ну и завершающая банальность: воспринимать что-либо написанное в Интернете (и данный материал не исключение) стоит прежде всего критически.

Бытовые аспекты аудиофильства

Очень хорошая статья на тему аудиофильства встретилась в газете «Вечерний Челябинск». Рекомендую. Написана простым, ясным и доходчивым языком.