АЧХ

Амплитудно-частотная характеристика — это как женская логика: вроде бы линия есть, но куда она вильнет в следующую секунду и почему именно туда — знает только Создатель и китайский инженер, паявший этот кроссовер в подвале Ляо-Цзы.

— Из наболевшего

Я слышу разницу между FLAC и WAV, а ты просто глухой нищеброд с S-90.

— аргумент в холиваре

АЧХ (Амплитудно-Частотная Характеристика, англ. Frequency Response, надмозг. Отклик Частоты) — священный Грааль радиолюбителя, икона звукорежиссера и главный инструмент фаллометрии на профильных форумах типа Вегалаба или Паяльника. Представляет собой графическое отображение того, насколько сильно усилитель, колонки, микрофон или твоя собственная черепная коробка искажают громкость звуков разной высоты.

В идеальном, сферическом в вакууме мире, АЧХ должна быть прямой линией (т. н. полка), простирающейся от 0 Гц (постоянный ток, которым можно жарить яичницу) до бесконечности (гамма-излучение, которым можно жарить Халка). Но поскольку мы живем в мире, полном боли, страданий и сопромата, реальная АЧХ любого устройства напоминает профиль Гималайских гор, нарисованный эпилептиком во время землетрясения. Именно борьба за выпрямление этой кривулины и составляет смысл жизни миллионов инженеров, а также опустошает кошельки миллионов лохов, верящих в магию.

Сакральный смысл

Для того чтобы осознать всю глубину падения, нужно немного окунуться в теоретические основы электротехники (ТОЭ), от которых у нормального человека начинается нервный тик, а у студента радиотехнического факультета — неконтролируемая тяга к алкоголю.

АЧХ — это модуль комплексной передаточной функции K(jω). Если ты, анон, прогуливал пары, то объясняем на пальцах:

1. У нас есть Черный Ящик (нет, не тот, что в самолете, и не тот, что в Что? Где? Когда?).
2. Мы подаем на вход синусоидальный сигнал с постоянной амплитудой (скажем, 1 Вольт) и меняем его частоту от инфразвука (от которого, по легенде, случается медвежья болезнь) до ультразвука (от которого дохнут комары).
3. На выходе мы меряем амплитуду того, что вылезло, и делим на входную.
4. Полученные точки соединяем линией.
5. …
6. PROFIT! Вы получили АЧХ.

Если на какой-то частоте выходной сигнал больше входного — это резонанс (или усиление). Если меньше — это завал (или фильтрация). Если сигнала нет вообще — поздравляем, вы сожгли динамик.

Децибелы

Почему графики АЧХ выглядят так странно? Потому что человек — существо нелинейное. Наши уши воспринимают громкость логарифмически (закон Вебера-Фехнера). Чтобы звук стал для нас в два раза громче, его энергию нужно увеличить в десять раз. Поэтому по вертикальной оси откладывают не вольты, а децибелы (дБ).

• 0 дБ — уровень, принятый за эталон (обычно 1000 Гц).
• -3 дБ — святая святых. Точка, где мощность падает в два раза. Именно здесь официально заканчивается рабочий диапазон устройства. Всё, что ниже, считается шумом и ересью.
• +3 дБ — удвоение мощности.
• +10 дБ — субъективное удвоение громкости.
• -60 дБ — уровень шума в паузах между треками русского рэпа.

По горизонтали у нас тоже логарифмическая шкала, потому что разница между 50 Гц и 100 Гц (бас) для уха куда важнее, чем разница между 10050 Гц и 10100 Гц (писк).

Аудиофилия

Вот мы и добрались до мякотки. В мире Hi-End аппаратуры АЧХ — это не просто график, это религия. Существует два непримиримых лагеря, ведущих Священную Войну со времен изобретения граммофона.

Лагерь Объективистов (Технари)

Эти ребята верят только приборам. Они скупают измерительные микрофоны Behringer, ставят софт типа REW (Room EQ Wizard) или RMAA, и начинают стрелять комнату. Их цель — Линейность.

• Если на графике есть горб в 1 дБ на частоте 2 кГц — это трагедия.
• Они паяют режекторные фильтры, клеят на стены яичные лотки (которые не помогают, но +10 к самовнушению) и двигают колонки по сантиметру, добиваясь идеальной полки.
• Звук их систем обычно сухой, скучный, аналитичный, как отчет бухгалтера, но зато Правильный™. Слушать на таком Pink Floyd — все равно что читать партитуру глазами: все ноты на месте, но души нет.

Лагерь Субъективистов (Златоухие)

Им плевать на графики. Они слышат душу музыки, воздух, сцену и эшелонирование. Для них ровная АЧХ — это смерть музыки.

• Они любят вкусовщину: задранный мидбас (чтобы мясо было), проваленную середину (чтобы не орало) и цыкающие верха (чтобы было слышно, как барабанщик чешет нос).
• Их идолы — ламповые однотакты с выходным трансформатором, намотанным вручную девственницами в полнолуние. АЧХ такого усилителя напоминает американские горки, зависящие от импеданса колонок, фазы Луны и курса биткоина.
• Они тратят тысячи нефти на кабели, подставки под кабели, гармонизаторы питания и квантовые наклейки на розетки, которые якобы выравнивают энергетическую АЧХ пространства. Фимоз головного мозга в терминальной стадии детектед.

Разновидности АЧХ в дикой природе

Улыбка (V-shape)

Самая популярная настройка эквалайзера у простых смертных и любителей клубняка. Басы выкручены на максимум (чтобы саб качал почки), верха — тоже (чтобы цыкало), середина — в глубокой заднице.

• Плюсы: На низкой громкости звучит сочно (см. Кривые равной громкости).
• Минусы: Вокала не слышно, гитар не слышно, зато слышно, как у соседей сыплется штукатурка.
• Где встречается: Дешевые наушники JBL, Beats, автомобильные аудиосистемы пацан-мобилей, музыкальные центры LG с кнопкой X-BASS.

Телефонная (n-shape)

Обратная ситуация: басов нет (динамик размером с пуговицу не умеет их играть), верхов нет (канал связи режет все выше 3.4 кГц), есть только мерзкая, гнусавая середина.

• Где встречается: Телефон, старые радиоприемники, мегафоны на митингах, ноутбучные динамики.
• Эффект: Вызывает непреодолимое желание кого-нибудь убить через 10 минут прослушивания.

Мониторная (Flat)

Мечта звукорежиссера. Линия прямая, как извилина прапорщика.

• Где встречается: Студийные мониторы Genelec, Adam, Yamaha NS-10 (с оговорками).
• Ощущения: Звук резкий, детальный. Слышно каждый косяк сведения, каждый вдох вокалиста, скрип стула скрипача и шум вентилятора в компьютере звукорежиссера. Для работы — идеально, для релакса — унылое говно.

Темная (Dark / Veiled)

АЧХ, напоминающая траекторию падения сбитого Боинга: низы есть, середина есть, а верха ушли в отрицательное значение еще на подлете к 10 кГц.

• Суть: Звук густой, тягучий и мутный, как рассудок после недельного запоя. Ощущение, будто колонки накрыли ватным одеялом, а вокалист поет, засунув голову в ведро с мазутом.
• Целевая аудитория: Старые пердуны, у которых возрастной спад слуха уже отрезал восприятие всего, что выше 8 кГц, и любители винтажного звука. Они называют это мягкостью, музыкальностью и отсутствием утомляемости.
• Где встречается:
  • Советские динамики с высохшими диффузорами, рассыпающимися в труху от громкого чиха.
  • Наушники Sennheiser 650-й серии (по мнению хейтеров, по мнению фанатов — это эталон, холивар длится вечно).
  • Ламповая техника, собранная рукожопами без понимания выходного импеданса.
• Лулз: Адепты темного звука презрительно называют любителей высоких частот звонодрочерами, утверждая, что в настоящей музыке (джазе 30-х годов, записанном на восковой валик) высоких частот не было и быть не могло.

Бензопила (Bright / Treble-head)

Антипод предыдущего пункта. АЧХ имеет Эверест в районе 6-10 кГц. Звук настолько резкий, детальный и колкий, что при прослушивании скрипки у тебя начинает идти кровь из ушей, а тарелочки ударных высверливают мозг через черепную коробку.

• Суть: Создает иллюзию невероятной детализации и разрешения. Ты слышишь всё: как гитарист перебирает пальцами по струнам, как скрипит педаль бас-бочки, как дышит звукорежиссер в соседней комнате и как движутся молекулы воздуха в студии. Плата за это — через 15 минут прослушивания хочется выпить обезболивающее и выкинуть наушники в окно.
• Сленг: Песок, Сыпилявты, Сверло, Стекло.
• Где встречается:
  • Дешевые китайские гибридные наушники (KZ, TRN и прочий Алиэкспресс-пром), где вставили по 10 арматурных драйверов в каждое ухо, но забыли согласовать их по фазе и уровню.
  • Некоторые модели Beyerdynamic (знаменитый пик Байера на ВЧ, который либо любят, либо ненавидят).
  • Студийные мониторы Yamaha NS-10 (легендарные белые диффузоры), созданные специально для того, чтобы звукорежиссер страдал. Если ты смог свести трек на них так, чтобы уши не отвалились, он будет звучать хорошо везде.
• Диагноз: Слушать такую АЧХ добровольно могут только люди с титановыми перепонками или те, кто уже оглох на ВЧ и пытается компенсировать потерю громкостью.

Харман (Harman Target Curve)

Священная корова современной индустрии, выведенная в лабораториях Harman International Шоном Оливом. Это попытка научно доказать, что людям нравится не ровная линия, а вполне конкретная кривулина: басы приподняты (чтобы качало), середина ровная, верха плавно спадают (чтобы не резало).

• Суть: Усредненный вкус толпы, возведенный в абсолют. Звук плотный, коммерческий, приятный, но совершенно безликий.
• Реакция аудиофилов: Лютая НЕНАВИСТЬ. ТруЪ-аудиофил считает, что Харман — это попса для быдла, убивающая индивидуальность аппаратуры. Синтетический бас, пластиковая середина — типичные эпитеты.
• Где встречается:
  • Почти все современные Bluetooth-наушники (JBL, Samsung, Sony, Apple).
  • Автозвук в машинах дороже Лады Калины.
• Ирония: Большинству людей (в слепом тесте!) действительно нравится именно эта АЧХ. Но признаться в этом на форуме — значит совершить социальное самоубийство и быть заклейменным как глухой потребитель.

W-образная (Mid-bass hump + Upper-mids peak)

Шизофреническая попытка угодить всем сразу. Тут тебе и горб на мидбасе (100—200 Гц) для имитации мощи, и пик на верхней середине (2-3 кГц) для разборчивости вокала, и цыкающие верха для воздуха. Между ними — глубокие провалы, в которые улетает половина музыкальной информации.

• Звук: Кашеобразный, драйвовый, но утомительный. Бас гудит и налезает на вокал, тарелки живут своей жизнью отдельно от ударной установки.
• Где встречается:
  • Мультимедийная акустика для ПК (Sven, Microlab, Genius).
  • Геймерские гарнитуры с подсветкой (чем ярче RGB-светодиоды, тем кривее АЧХ — закон сохранения энергии). В играх это работает (слышно шаги и взрывы), в музыке — вызывает рвотный рефлекс.

Радиоточка (Mid-centric / n-shape v2.0)

АЧХ, похожая на холм в степи. Баса нет (спад начинается от 100 Гц), верха обрезаны после 10 кГц, зато середина выпячена вперед так, будто исполнитель пытается залезть тебе в лицо.

• Суть: Идеально для прослушивания аудиокниг, лекций про вред алкоголизма и старого рока, записанного в гараже. Вокал звучит интимно, телесно и пугающе близко. Инструменты? Какие инструменты?
• Фетиш: Особый вид извращения — широкополосники (один динамик на весь диапазон). Адепты верят, что отсутствие кроссовера (фильтра, делящего частоты) дает слитность и фазовую когерентность. То, что один динамик физически не может играть и бас, и верх без диких искажений (интермодуляция, допплеровский эффект), их не волнует.
• Цитата: Зато как играет женский вокал! Прямо чувствуешь влажность губ… (с форума любителей широкополосников).

Пила (The Saw / Comb Filtering)

Это не задумка инженера, это суровая реальность твоей комнаты. График АЧХ выглядит как зубья ножовки: узкие глубокие провалы чередуются с острыми пиками.

• Причина: Интерференция. Звук от левой колонки встречается со звуком от правой (или от стены), и в зависимости от фазы они либо усиливают, либо убивают друг друга.
• Эффект: Если двигать головой влево-вправо, тембр звука меняется, как в дешевом фейзере.
• Лечение: Бесполезно. Либо сноси стены, либо сиди в наушниках. Аудиофилы пытаются лечить это заменой сетевого кабеля за $1000, что доставляет немало лулзов физикам.

Тонкомпенсированная (Loudness)

Динамическая АЧХ, которая меняется вместе с громкостью. На низкой громкости края диапазона (НЧ и ВЧ) задираются, чтобы ты хоть что-то услышал (см. Кривые Флетчера-Мэнсона), а на высокой — выравниваются.

• Историческая справка: Раньше на усилителях была специальная кнопка Loudness (или Тонкомпенсация). Нажимаешь — и тихонько мурлыкающая музыка обретает тело и сок.
• Современность: В эпоху DSP и умных колонок это делается автоматически. Твоя Яндекс.Станция или HomePod постоянно крутят эквалайзер в реальном времени, пытаясь обмануть физику.
• Отношение пуристов: Фу, цифровая обработка! Звук должен быть честным!. Пурист будет слушать на минимальной громкости плоский, как доска, звук, но будет гордиться своей принципиальностью.

Главные враги ровной АЧХ

1. Комната (The Room)

Ты можешь купить колонки за миллион долларов, но если ты поставишь их в бетонную коробку (твою комнату в хрущевке), звук будет как из унитаза.

• Стоячие волны (Моды): Звук отражается от стен и складывается сам с собой. В одних точках комнаты бас пропадает вообще (узлы), в других — гудит так, что закладывает уши (пучности).
• Ранние отражения: Звук от колонок смешивается с отражением от стола, пола и потолка, образуя гребенчатый фильтр. АЧХ превращается в пилу.
• Реверберация: Эхо, которое превращает быструю партию бас-гитары в неразборчивое бу-бу-бу.

Лечение: Ковер на стену (как у бабушки), басовые ловушки по углам, шкафы с книгами, диван с мягкой обивкой и смирение.

2. Импеданс

Сопротивление динамика (импеданс) меняется от частоты. На резонансной частоте оно может взлетать до 30-50 Ом, а где-то падать до 2 Ом.

• Если усилитель имеет высокое выходное сопротивление (ламповый или дешевый класс D), его выходное напряжение будет проседать там, где импеданс низкий, и расти там, где он высокий.
• В итоге АЧХ системы Усилитель + Колонки становится кривой, как турецкая сабля.

3. Маркетологи

Эти ребята знают, что Пипл хавает цифры. Поэтому они пишут на коробке наушников-затычек за 300 рублей: Диапазон частот: 5 Гц — 50 000 Гц.

• Правда: На 5 Гц диффузор просто болтается без звука, а на 50 кГц… ну, может быть, там есть какой-то резонанс материала, который слышат только летучие мыши.
• Как это делается: Замеряется не по уровню −3 дБ, а по уровню −20 дБ или вообще пока видно хоть что-то на экране осциллографа.
• Совет: Никогда не верь цифрам на коробке. Верь независимым измерениям (хотя там тоже все куплено).

Ты слышишь мозгом, а не ушами

Даже если АЧХ идеальна, твой мозг все равно тебя обманет.

• Эффект маскировки: Громкий звук на одной частоте делает неслышимым тихий звук на соседней частоте. Это основа работы MP3. Кодек просто выкидывает то, что ты все равно не услышишь, и экономит место. Аудиофилы ненавидят MP3, утверждая, что слышат артефакты даже на 320 kbps, хотя в слепом тесте не могут отличить его от CD-DA.
• Бинауральный эффект: Мы определяем направление звука по разнице фаз и громкости между ушами. АЧХ левого и правого уха отличается из-за тени головы.
• Влияние зрения: Если ты видишь большие, красивые, дорогие колонки, они автоматически кажутся тебе звучащими лучше, чем маленькие и страшные. Это называется психоакустическое смещение или просто понты.

Алсо

• ФЧХ (Фазо-Частотная Характеристика): Подруга АЧХ, про которую все забывают. Показывает, насколько сигнал запаздывает на разных частотах. Если ФЧХ кривая, то удар барабана превращается в п-ш-ш-бум, потому что высокие частоты прилетают раньше низких (или наоборот).
• КНИ (Коэффициент Нелинейных Искажений): Он же THD. Показывает, сколько отсебятины (гармоник) добавляет устройство. Ламповики любят четные гармоники (теплота), транзисторщики борются за нули после запятой (0.00001 %).
• Прогрев наушников: Ритуал, когда аудиофил оставляет наушники играть розовый шум на 100 часов, чтобы размять подвесы. Физически эффект мизерный, но психологически — теперь зазвучало!. На Лурке считается признаком легкой умственной отсталости.

См. также

• Теплый ламповый звук
• Аудиофил
• S-90
• Винил
• Школота
• Радиолюбитель
• Транзистор
• Осциллограф