Wykresy pasma przenoszenia i współczesna metrologia akustyczna zmieniły sposób, w jaki oceniamy dziś sprzęt audio. A przynajmniej część osób. Wprowadzenie sztucznego ucha i precyzyjnych analizatorów sygnałowych pozwoliło zastąpić czysto subiektywne, poetyckie opisy twardymi danymi fizycznymi. Jednak samo posiadanie dostępu do wykresu nie czyni z nikogo analityka.
W dyskusjach branżowych regularnie pojawiają się te same, fundamentalne błędy w interpretacji pomiarów. Poniżej przeanalizujemy sobie pięć najczęstszych pułapek metodologicznych, w które wpadają osoby próbujące analizować dane akustyczne bez odpowiedniego przygotowania technicznego. Na bazie moich własnych doświadczeń i w formie takiej, jak lubię, czyli faktów i liczb.
1. Wykresy pasma przenoszenia bez prawidłowej normalizacji
Najczęstszym błędem, gdy nakłada się na siebie wykresy pasma przenoszenia dwóch różnych słuchawek, jest ignorowanie punktu wyrównania poziomu natężenia dźwięku (SPL Shift / Normalization).
Normalizacja polega na wyrównaniu całościowego poziomu głośności, czyli wspomnianego natężenia dźwięku, w domenie. Istnieje kilka sposobów na standaryzację takiej normalizacji, ale najbezpieczniejsze jest stosowanie jej indywidualnie, adekwatnie do sytuacji.
Z tego powodu np. wykresy w Laboratorium, które stworzyłem jakiś czas temu, są dostępne z opcją aż trzech normalizacji:
- dla 1 kHz (standardowa),
- dla 500 Hz (wyrównanie do poziomu basu)
- uśrednione między 200 Hz a 1 kHz (dla dużych nierówności w sopranie)
Osoby z wytrenowanym i wrażliwym słuchem w paśmie 6 kHz (w moim przypadku), mają poza tym tendencję do ustawiania głośności pod natężenie dźwięku dla tego właśnie punktu. Stąd słuchawki, takie jak np. HD 800 czy HD 800S, zawsze słuchałem ciszej, niż inne modele, które takiego wybicia w tym rejonie nie miały. Nieświadomie wykonujemy w takiej sytuacji normalizację pod punkt ekstremum.
Należy więc pamiętać, że wykres FR jest relatywnym odwzorowaniem głośności poszczególnych częstotliwości przy danym sygnale testowym. Jeśli porównujemy dwie pary słuchawek bez ich uprzedniego znormalizowania do wspólnego punktu referencyjnego (np. częstotliwości 500 Hz lub 1 kHz na poziomie 94-95 dB SPL), otrzymujemy obraz zniekształcony wizualnie.
Przykładowo, pomiary dla moich Audio-Technica ATH-S300BT w trybie Bluetooth i ANC dla normalizacji 1 kHz:
Przez wybicie w 1 kHz, porównanie wykresów jest niemożliwe. Natomiast przy prawidłowej normalizacji (tu: uśrednionej dla pasma 200-1000 Hz):
Problem znika. Te same wykresy, a jedyna różnica to inny tryb normalizacji danych.
Rzeczywistość metrologiczna: Przesunięcie całej krzywej o te kilka dB na skali widmowej sprawia, że laikowi wykresy wydają się całkowicie odmienne. W rzeczywistości odzwierciedlają jedynie inną skuteczność prądową lub głośność pomiarową. Prawidłowa normalizacja pozwala ujawnić faktyczny kształt strojenia i wskazać realne różnice w przebiegu tonalnym.
2. Redukcjonizm metrologiczny – sprowadzanie jakości do samego wykresu FR i liczby użytych technologii producenta
Poważnym błędem jest zakładanie, że wykresy pasma przenoszenia mówią wszystko o jakości dźwięku. Wykres FR pokazuje jedynie tonalność, czyli zbalansowanie niskich, średnich i wysokich tonów. Ignoruje natomiast całkowicie inne, równie kluczowe parametry inżynieryjne:
- Zniekształcenia harmoniczne (THD+N): Dwie pary słuchawek mogą legitymować się niemal identyczną linią na wykresie FR. Ale jeśli jedna z nich generuje 0,05% THD w średnicy, a druga wykazuje lokalne eksplozje zniekształceń sięgające 0,5-1%, ich czystość, faktura i mikrodynamika będą w odsłuchu odmienne.
- Odpowiedź impulsowa i wygaszanie (CSD): Czas, w jakim membrana wygasza rezonanse własne, bezpośrednio wpływa na precyzję sceniczną i narastanie sygnału.
- Równomierność naciągu membrany i kontrola jakości (QC): Błędy montażowe przetwornika mogą nie wpływać na sam obrys tonalny, ale generować rezonanse strukturalne słyszalne jako „srebrzenie”, szelest czy zaburzenia tła.
Należy przy tym mieć na uwadze, że hasła marketingowe i „nowatorskie patenty” nie mają znaczenia, jeśli twardy odczyt z aparatury pokazuje eksplozje zniekształceń THD, rezonanse czy skwierczenie membrany. W rzeczywistości zaawansowana inżynieria stosowana przez producentów, bez względu na technikę wykonania przetworników, ma na celu rozwiązywanie konkretnych problemów (np. fal stojących czy zniekształceń fazowych). Sama w sobie jednak nie jest gwarantem poprawnego strojenia tonalnego ani preferencji psychoakustycznych. Pomiar wyjściowy ze sztucznego ucha weryfikuje efekt końcowy, a nie liczbę użytych znaków towarowych w broszurze reklamowej.
O tym, że nie ma to często żadnego znaczenia poza czystym marketingiem, może świadczyć przykład Hifimana. W swoich HE-R9 chwalił się, że magnesy mają w sobie pierwiastki ziem rzadkich. W modelu HE600 chwalił się już tym, że magnesy ich nie zawierają, bo tak jest bardziej ekologicznie. Zatem jest to czysty marketing i potrzeba chwili (tzw. „mądrość etapu”).
Samo patrzenie na wykres pasma przenoszenia nie pokaże też ordynarnych błędów montażowych, jak odwrócona polaryzacja na jednym z przetworników czy całkowite rozjechanie fazowe, co u niektórych producentów trafia się wręcz systematycznie na taśmie produkcyjnej.
3. Dosłowne traktowanie wskaźników opłacalności jako wzorów matematycznych
W recenzjach technicznych sformułowania typu „słuchawki X reprezentują 80% lub 95% możliwości modelu Y” są formą skrótu myślowego. Opisuje on relację koszt-efekt (diminishing returns) oraz zbieżność sygnatury.
Próba żądania ścisłych całkowych wzorów matematycznych dla takich wyliczeń stanowi błąd kategoryzacji. Wskaźnik ten odnosi się do faktu, że w akustyce postęp jakościowy nie jest liniowy. Zwiększenie możliwości technicznych sprzętu o 5-10% (np. poprzez niższą masę cewki, lepsze spasowanie przetwornika czy rygorystyczne THD) często wiąże się z kilkukrotnym wzrostem ceny z tytułu skomplikowanego procesu produkcyjnego.
I tu wracamy ponownie do tematu normalizacji. Może się okazać, że po prawidłowym znormalizowaniu przy 500 Hz widać będzie jednoznacznie, że w zakresie strojenia tonalnego oraz THD (bo na to też trzeba patrzeć) dwie pary słuchawek różnią się od siebie o symboliczny, szacunkowy ułamek.
Jeśli ktoś nie potrafi poprawnie odczytać nakładających się na siebie linii, wykonać poprawnie normalizacji, ignoruje THD czy np. fakt, że dane słuchawki przy 500 Hz pokrywają się niemal w 100%, zarzuca potem „ślepotę” czy „błędne wyliczenia”. W rzeczywistości popełnił po drodze kilka kluczowych błędów, finalnie czepiając się i tak czysto semantycznych sformułowań. Bardzo łatwo jest tu więc o efekt Dunninga-Krugera.
4. Ignorowanie psychoakustyki i biologicznej mechaniki ucha
Wbrew kultywowanym tu czy tam mitom, słuch ludzki nie jest liniowym mikrofonem pomiarowym, ani ogólnie jakimkolwiek narzędziem pomiarowym. Jednocześnie surowe wykresy pasma przenoszenia zawsze muszą być interpretowane poprzez określony pryzmat indywidualnych zdolności percepcji dźwięku.
Scena recenzencka audio jest podzielona obecnie na dwie grupy:
- empirystów (tylko słuch się liczy, słuch zawsze powie wszystko ale tylko z drogiego sprzętu, pomiary nie mają znaczenia bo nauka nie jest w stanie opisać tego co słyszy człowiek, słuch naszym światłem i drogowskazem),
- sinadzistów (tylko pomiary się liczą, surowe dane są wszystkim, SINAD naszym światłem i drogowskazem).
Percepcja dźwięku opiera się na mechanizmach kompensacyjnych oraz izofonach Fletchera-Munsona (krzywych jednakowej głośności):
- Maskowanie częstotliwości: Wąskie ubytki lub wybicia w paśmie sopranowym (np. interakcja zakresów 4,5 kHz vs 6 kHz) są przez ludzki mózg filtrowane inaczej niż szerokie uniesienia w niskiej średnicy.
- Względność odbioru: Ewentualne, naturalne zmiany w biologii słuchu danego człowieka dotyczą równomiernie wszystkich dźwięków otoczenia – zarówno mowy, jak i instrumentów na żywo. Narząd słuchu odnosi sygnał ze słuchawek do własnego wzorca odniesienia, dzięki czemu relatywna ocena odchyleń od naturalności pozostaje spójna.
W rzeczywistości pomiar i odsłuch idą ze sobą nierozerwalnie w parze. A to, co widzimy na surowych pomiarach, zawsze będzie musiało zostać dodatkowo przetworzone przez pryzmat naszych biologicznych ograniczeń i cech ośrodka słuchu.
Specyficzną formą wizualizacji tego mechanizmu jest analizowanie wykresów w trybie psychoakustycznym. Symuluje to względny (bo uniwersalny, niezindywidualizowany) odbiór pasma przenoszenia tak, jakby interpretował go ludzki mózg. Przepuszczając to przez naszą osobistą izofonę (jeśli posiadamy aktualny audiogram), uzyskamy najbardziej zbliżony filtr danych do tego, co usłyszymy wyjściowo w słuchawkach.
5. Erystyka zamiast argumentacji technicznej
W dyskusjach branżowych, gdy brakuje kontrargumentów pomiarowych, notorycznie stosowana jest klasyczna erystyka dyskredytująca (ad hominem) oraz różnego rodzaju sofizmaty – czyli celowo skonstruowane, pseudo-logiczne argumenty, mające stwarzać pozory racji tam, gdzie brak merytoryki. Najczęstszym ich przejawem są zarzuty dotyczące uprzedzeń recenzenta, ale przede wszystkim jego biologii słuchu lub żądanie danych medycznych.
Zasada obiektywizmu: Aparatura pomiarowa (sztuczne ucho, analizator) generuje dane bezwzględne, całkowicie niezależne od tego, kto przeprowadza badanie. Żądanie audiogramu od diagnosty prezentującego twardy odczyt THD i FR z kalibrowanego systemu pomiarowego jest metodologicznym absurdem – pomiar weryfikuje sprzęt, a nie człowieka. To tak jakby żądać od diagnosty aktualnych badań oczu w kontekście odczytów z hamowni i komputera diagnostycznego.
Ostrożność w zarzutach: Stosowanie aparatury pomiarowej nie ma żadnego wpływu na słuch operatora i na odwrót. Jest to praca czysto analityczna. Natomiast bardzo łatwo można narobić sobie kłopotów, jeśli formułuje się publiczne zarzuty odnośnie czyjejś głuchoty (lub ogólnie stanu zdrowia). Wówczas to na zarzucającym ciąży obowiązek dowodowy, a nie na oskarżanym.
Myślę, że osoby używające określenia, że ktoś jest głuchy, nie mają pojęcia, co to znaczy. Poniżej autentyczny audiogram osoby faktycznie głuchej:
Zresztą uważającej się za audiofila, słuchającej bardzo dużo muzyki z całkiem dobrego sprzętu. Tak drastycznie wygląda prawdziwy ubytek słuchu (spadek progu słyszalności o 60-80 dB, zerowe AI% w paśmie mowy). A teraz porównajmy to do subtelnych preferencji czy nadwrażliwości recenzenta. No właśnie.
Tak więc rzucając hasła o czyjejś głuchocie w kontekście recenzji, wymagane jest upublicznienie danych medycznych i audiogramów, takich jak powyżej. Zwłaszcza, że dla recenzenta audio słuch jest jego narzędziem pracy i utrzymania (a przynajmniej jednym z kilku). Jeśli się ich nie posiada, może to zostać uznane za bezpodstawne pomówienia i naruszenie dóbr osobistych (np. z Art. 24 Kodeksu Cywilnego). Dlatego w takich sytuacjach warto być ostrożnym i trzymać się literatury faktów, nie dając się ponosić emocjom.
Podsumowanie pragmatyczne
Rzetelna analityka słuchawkowa wymaga łączenia wielu płaszczyzn. Od prawidłowo znormalizowanego wykresu FR, przez zniekształcenia THD i znajomość fizyki przetwornika oraz ograniczeń produkcyjnych, po biomechanikę ludzkiego ucha.
Wyciąganie wniosków na podstawie powierzchownego spoglądania na nieznormalizowane linie na wykresie – z jednoczesnym ignorowaniem zniekształceń harmonicznych i innych danych – jest równie adekwatne, co twierdzenie, że słyszy się zmianę w dźwięku po zastosowaniu złotego kabla i wetknięciu kabla USB na odwrót (zakładając, że to USB-C). Prowadzi to potem nie tylko do błędnych wniosków i tworzenia mitycznych teorii, które nie wytrzymują zderzenia z faktami laboratoryjnymi. Naraża to takie osoby też w najlepszym wypadku na śmieszność, a w najgorszym – nawet na nieprzyjemności, gdy w ferworze „walki o swoje” przekracza się pewne granice i daje się ponieść emocjom.
Finalnie jednak chodzi o zachowanie dwóch praw: do zadowolenia oraz krytyki. Pomiar nie neguje czyjegoś prawa do bycia zadowolonym ze swoich słuchawek i ogólnie posiadanego systemu audio. Nawet jeśli dane wskazują na duże problemy techniczne i akustyczne. Tak samo czyjeś zadowolenie nie neguje pomiarów, nie wskazuje na błąd pomiarowy i brak podstaw merytorycznych do krytyki. Myślę, że w momencie, gdy merytoryczna krytyka danych słuchawek przestanie być odbierana jako atak ad personam na ich właściciela, tudzież hejt wymierzony w daną markę, wiele dyskusji o sprzęcie audio stanie się znacznie zdrowszych. I jednocześnie mniej zabawnych. No ale cóż, nie można mieć wszystkiego.
Tak więc mówiąc krótko: Aparatura pomiarowa pokazuje wyniki i każe oceniać te właśnie wyniki. Nie starania, ilość posiadanych patentów, użytych technologii czy przyświecające im intencje.
