Сабвуфер и preference score: сколько баллов колонкам даёт бас

У восьми колонок нашего каталога по два preference score: без сабвуфера и с ним. Оба считает spinorama.org по формуле Шона Олива (Harman, 2004), и отличаются они только басом. С сабом прибавляют все восемь колонок: от 1,95 балла у Neumann KH 120 II и Kali LP-6 V2 до 2,75 у Edifier MR4. Почему бас весит в формуле почти треть, сколько из этих баллов даст настоящий сабвуфер и что в формулу не попадает, ниже по порядку.

Как устроен preference score

В 2004 году Олив опубликовал модель, которая предсказывает оценку колонки в слепом тесте по её безэховым измерениям. Работа вышла двумя докладами AES: часть I и часть II. Выборка — 70 колонок от $100 до $25 000 за пару, 22 бренда из 7 стран, от однополосных до четырёхполосных, с рупорами и без, одна электростатическая. Оценки собраны в 19 двойных слепых тестах за 15 месяцев. Все тесты прошли в одной комнате Harman: колонки звучали по одной, громкость выровнена до 0,25 дБ, и каждую колонку автоматический механизм выдвигал на одно и то же место, чтобы позиция в комнате не влияла на оценку.

Preference score = 12,69 − 2,49 · NBD_ON − 2,99 · NBD_PIR − 4,31 · LFX + 2,32 · SM_PIR

• NBD_ON — средняя неровность АЧХ на оси: узкие пики и провалы в полуоктавных полосах от 100 Гц до 12 кГц.
• NBD_PIR — та же неровность у расчётного отклика в комнате (PIR), который собирается из окна прослушивания, ранних отражений и звуковой мощности.
• SM_PIR — насколько PIR близок к прямой линии от 100 Гц до 16 кГц, от 0 до 1.
• LFX — частота среза баса.

Как спинорама сворачивается в эти кривые, мы разбирали в посте про направленность колонок. Прогноз совпадает с оценками слушателей с корреляцией 0,86, остаточная ошибка 0,8 балла. Шкала относительная: якорей в тестах не было, поэтому 6 баллов показывают только место колонки среди других.

Вклад каждого слагаемого в прогноз Олив посчитал сам. Неровности АЧХ на оси дают 31,5 %, частота среза баса 30,5 %, неровности PIR 20,5 %, гладкость PIR 17,5 %. Бас идёт вторым, почти наравне с АЧХ на оси.

Та же роль баса видна и в первой части работы, где сравнивали 13 полочных колонок от $100 до $450. Слушатели оценивали баланс по шести полосам, и оценка самой низкой полосы, с центром 18 Гц, совпадала с общим предпочтением сильнее остальных: r = 0,82. Баса не хватало всем тринадцати. Во второй части Олив сначала построил модель по этим 13 колонкам. В ней бас весит 25 %, но в основном за счёт ровности АЧХ в басу (18,6 %), на частоту среза приходится 6,3 %. Флойд Тул в книге «Sound Reproduction» пересказывает работы Олива как «около 30 %» оценки за бас: протяжённость и ровность вместе.

LFX: где у колонки кончается бас

LFX ищут по двум кривым спинорамы. Сначала берут средний уровень окна прослушивания в полосе от 300 Гц до 10 кГц. Потом ищут, где звуковая мощность опускается на 6 дБ ниже этого уровня. Олив шёл сверху вниз, spinorama.org идёт снизу вверх, чтобы узкий провал в басу не сошёл за срез. Звуковую мощность Олив взял потому, что она точнее описывает отдачу баса, особенно у колонок с фазоинвертором на задней стенке. В формулу идёт десятичный логарифм этой частоты.

У Edifier MR4 бас кончается на 62 Гц, у Neumann KH 120 II на 41 Гц. У восьми колонок каталога LFX от 41 до 62 Гц.

Из-за логарифма формула считает октавы. Опустить срез на октаву, с 62 до 31 Гц или с 40 до 20 Гц, оценивается одинаково: 4,31 × lg 2 ≈ 1,3 балла.

Что значит оценка «с сабвуфером»

Второе число spinorama.org считает той же формулой, только вместо частоты среза колонки подставляет 14,5 Гц. Остальные три слагаемых не меняются. В работах Олива такой оценки нет: сабвуфер в его тестах не участвовал, играли только отдельные колонки. Это условный идеальный сабвуфер, наложенный на опубликованную формулу.

Прибавка зависит только от собственного баса колонки: чем выше срез, тем больше она получает. MR4 со срезом 62 Гц получает +2,75, KH 120 II и LP-6 V2 со срезом 41 Гц по +1,95. С сабом местами меняются две пары: Genelec 8330 обходит Kali LP-6 V2 (7,84 против 7,64), Edifier MR3 обходит Kali LP-UNF (6,52 против 6,48). MR4 с идеальным сабом набирает 6,01, KH 120 II без саба 6,58.

До 14,5 Гц реальный сабвуфер не играет. Та же формула показывает, сколько даст саб поскромнее. Если с ним звуковая мощность держится до 30 Гц (−6 дБ), MR4 прибавит 1,39 балла, KH 120 II 0,59. Если до 20 Гц, то 2,15 и 1,35. Саб, который играет только до 40 Гц, KH 120 II по формуле почти ничего не добавит: 0,05 балла.

Сколько в разнице между колонками приходится на бас

KH 120 II набирает на 3,3 балла больше MR4. По слагаемым формулы разница раскладывается так:

На бас приходится 0,80 балла, меньше четверти. Остальное дают неровности АЧХ на оси и неровности и гладкость расчётного отклика в комнате, то есть всё выше 100 Гц. Сабвуфер закрывает только басовую часть: с идеальными сабами у обеих колонок разрыв 2,52 балла (8,53 против 6,01).

Сколько баса нужно музыке

Fielder и Benjamin в 1988 году отобрали из нескольких сотен дисков 13 с самым низким басом: в них есть музыкальный сигнал в октаве от 32 до 16 Гц, местами до 12 Гц. Бас-гитара, контрабас, литавры и бас-бочка ниже 40 Гц дают мало. Слышимый бас ниже 30 Гц в записях редкость: орган, синтезаторы и шумовые эффекты.

Разницу в нижней октаве слушатели всё равно замечают. В эксперименте Søren Bech (Bang & Olufsen, 2000) опустить срез ниже 35 Гц означало заметную прибавку нижнего баса на всех четырёх программах, отобранных с глубоким басом, а поднять с 35 до 50 Гц слушатели заметили только на одной. Крутизна спада значимо не влияла. Пики АЧХ в басу на 3 дБ слушатели не отличили от ровной АЧХ, пики на 4–5 дБ уже меняли ощущение количества баса.

Ровный бас в комнате слушатели тоже не выбирают. В тесте Harman 2013 года слушатели предпочитали АЧХ в комнате с подъёмом в среднем на 6,6 дБ ниже 105 Гц. Трое нетренированных из одиннадцати выставляли баса на 6,3 дБ больше тренированных, но по трём людям выводов делать не стоит.

Бас в комнате: чего нет в формуле

Олив сам отмечает, что расчётный отклик в комнате совпадает с измеренным от 300 Гц до 10 кГц. Ниже 300 Гц комнатные моды в нём не учтены. Тул пишет, что ниже частоты перехода оценки слушателей ближе к АЧХ в комнате, чем к безэховой, и называет это пределом всех таких моделей.

Насколько комната меняет бас, измерили Benjamin и Gannon (Dolby, 2000) в восьми комнатах. В диапазоне сабвуфера АЧХ комнаты гуляет примерно на 30 дБ, частота перехода, выше которой моды сливаются, в этих комнатах от 140 до 210 Гц. Пик на одном месте прослушивания иногда оборачивается провалом на соседнем.

Против этого работает число сабвуферов. Todd Welti (Harman, 2002) посчитал на модели комнату 6,1 × 7,3 м. С одним сабом в углу уровень баса между местами прослушивания расходится на 17,6 дБ даже после эквализации. С двумя сабами на серединах противоположных стен разброс 4,6 дБ, с четырьмя на серединах всех стен 4,2 дБ, но громкости баса четыре саба в такой расстановке дают примерно столько же, сколько два. Больше четырёх смысла нет. В реальной комнате (Welti и Devantier, 2006) лучшие места для двух сабов оказались не на серединах стен, поэтому позиции подбирают по измерениям. Тул предупреждает, что просто добавить ещё один-два саба мало: нужны одинаковые сабы, поставленные на рассчитанные места и получающие одинаковый сигнал.

Что даёт саб кроме баллов

С сабвуфером колонки освобождаются от нижнего баса. Обычно частота раздела 80 Гц, и, по Тулу, громкость колонок после этого выше, а искажения ниже. Ни искажений, ни максимальной громкости в формуле Олива нет.

Для стерео бас можно сводить в один канал. В тесте Welti 2004 года пять слушателей на музыке значимо различили только одну пару конфигураций из шести: один саб по центру спереди против двух отдельных каналов на ±90°.

В опытах Benjamin и Gannon уровень саба слушатели выставляли в среднем от −1 до +2 дБ от ровной АЧХ, отдельные слушатели от −3 до +5 дБ. По розовому шуму уровень выходил завышенным, по музыке точнее.

Что это значит при выборе колонок

Больше всего саб прибавляет маленьким колонкам. У Edifier MR3 и MR4 бас кончается на 58–62 Гц, и даже саб до 30 Гц прибавит им 1,2–1,4 балла. У KH 120 II и LP-6 V2 бас до 41 Гц, и прибавку больше полубалла им даст только саб до 30 Гц и ниже.

Неровности АЧХ выше 100 Гц саб не исправляет, поэтому MR4 с сабом остаётся ниже KH 120 II без него. В тир-листе колонок Genelec 8330 с сабом Genelec 7350 стоит в S-тире, а та же 8330 без саба в B. Обе записи опираются на одно измерение 8330: 5,59 без саба и 7,84 с условным идеальным сабом. У связки на сайте показано второе число, отдельного измерения связки у spinorama.org нет.

Оценка с сабом показывает верхнюю границу того, что даст бас. Сколько из неё дойдёт до места прослушивания, решают расстановка сабов и их количество.

Preference score, частоты среза и слагаемые формулы — по данным spinorama.org (измерения Erin’s Audio Corner и Audio Science Review). Прибавки от сабвуфера до 20, 25, 30 и 40 Гц посчитаны нами той же формулой.