Как начать измерять, анализировать и исправлять влияние комнаты с помощью REW
Небольшая пошаговая инструкция по использованию микрофона и программы REW. С помощью нее можно узнать, как ваша комната влияет на звучание аудиосистемы. Посмотрим по шагам, как легко начать измерять звук в вашей комнате, анализировать результаты измерений в REW и улучшать звучание.
Введение
Предупреждение. Моя пошаговая инструкция REW для совсем новичков. Я многое сильно упростил. В сети можно найти множество обучающих видео, которые более полно раскрывают процесс. Но для самого первого погружения, думаю, будет полезно.
REW на первый взгляд кажется сильно перегруженной разными кнопками и настройками. Только на одном экране измерений более 30 разных полей ввода, кнопок и других управляющих элементов. У новичка сразу возникает законный вопрос, как во всем этом разобраться? На самом деле в большинстве случаев достаточно минимальных настроек. Моя цель показать вам основные и самые важные.
Итак, мы хотим проверить качество звучания аудиосистемы и влияние комнаты на него в точке прослушивания. Что для этого нужно?
1. Программа REW (Room EQ Wizard), скачивается бесплатно.
https://www.roomeqwizard.com
2. Измерительный USB микрофон. Например, популярный Umik-1 стоит примерно 15 тыс.
3. Файлы калибровки для микрофона. Для Umik скачивается с сайта производителя по серийнику.
4. Стойка для микрофона. Тут разброс от тысячи рублей до бесконечности.
5. Проигрыватель, подключенный к усилителю, который умеет воспроизводить FLAC в Hi-Res с флэшки или по локальной сети.
6. Компьютер (Mac или Windows) с USB входом для подключение микрофона и запуска REW.
Устанавливаем микрофон в точке прослушивания. Капсюль микрофона должен находиться точно между вашими ушами, если бы вы сидели на месте прослушивания. Дальше два варианта:
1. Капсюль смотрит вперед. Он должен быть строго параллелен плоскости между двумя колонками и направлен строго на динамики акустики. Очень тщательно проверяем, чтобы не было перекосов.
2. Капсюль смотрит перпендикулярно вверх. Тоже ставим максимально ровно.
Что лучше - 1 или 2? Для свиптона мне больше нравится первый вариант. Результаты измерения лучше соответствуют ощущениям на слух. Но тут дело вкуса и вашей комнаты. Можно поэкспериментировать и выбрать предпочтительный для вас.
Создание измерительного сигнала
Подключаем микрофон и запускаем REW. Первым делом надо создать файл с сигналом для измерения (свиптон). Нажимаем кнопку Generator.
В окне генерации выбираем Sweeps. Далее указываем тип Measurement и диапазон 20 - 20000 Гц. Длительность от 3 до 10 секунд. Я особой точности с длинным сигналом не увидел, поэтому выбрал 3 с. Так быстрее и меньше действует на нервы мне и соседям.
Жмем кнопку Save to file. Выбираем левый и правый канал одновременно. Формат 24/96. Можно и меньше. Обязательно ставим галочку Add Timing Ref. Это нужно, чтобы в начало и конец свиптона добавился спецсигнал для начала/окончания измерения. Дальше жмем Wav и сохраняем файл на флешку или на сетевой диск.
Настройка REW
Далее делаем общие настройки. На закладке Soundcard указываем частоту дискретизации Sample Rate. Она должна совпадать с частотой свиптона из предыдущего шага. В списке Input Device выбираем наш микрофон (например, у меня Umik-2).
Все. Остальное не трогаем.
На закладке Cal Files выбираем калибровочный файл для вашего микрофона. Их можно скачать с сайта производителя. Если будете измерять горизонтально, то один файл. Если вертикально, то другой. Он обычно имеет пометку 90deg. В моем примере выбран файл для 90 градусов, т.е. для вертикального положения.
Калибровочные файлы обязательны! Без них все получится криво-косо, особенно на высоких частотах.
Измерение свиптоном
Вот и все настройки REW. Правда, элементарно? Теперь можно приступать к измерениям. Жмем кнопку Measure.
Выбираем наш файл со свиптоном по кнопке Browse. Указываем в поле Input микрофон. Загружаем калибровочный файл. Я буду измерять горизонтально, поэтому выбрал файл для этого положения микрофона. Дальше нажимаем Start.
Теперь осталось проиграть наш файл на проигрывателе. Но перед этим убедитесь, что в комнате абсолютная тишина. Скажем, если во время измерений под окном проехала машина, то перемеряем заново. В общем, плотно закрываем окна, выключаем холодильник, кондиционер и т.д.
Главный вопрос, какую громкость выбрать? Должно быть достаточно громко, громче ваше обычного прослушивания. Но и на максимум выкручивать не стоит, можно повредить акустику или ваши уши. Сам REW рекомендует 75 дБ. Я обычно измеряю на 80 дБ. Это 40% громкости моего 120 ваттного на 8 Ом усилителя. Слушаю я обычно на 30% и даже тише.
Анализ АЧХ в REW после измерения
Виууу, 3 секунды и готово! Сейчас мы узнаем как звучит наша система, и как все портит на нее влияет комната. Сразу переключаемся с первой закладки SPL & Phase на просто All SPL. Т.е. фазу для первого раза пропустим и переключимся сразу на АЧХ. Так, и что эта расческа на All SPL значит?
А ничего не значит. Нам надо сгладить кривую АЧХ. Заходим в настройки Actions. Выбираем сглаживание. Тут два самых ходовых вариант. 1/12 - для более детального представления. Полезно при анализе баса, там нужна точность.
Psychoacoustic - примерно соответствует тому, как мы слышим кривую. Полезно для анализа средних и высоких частот. Также полезный вариант - Var smoothing. Он показывает бас с большим разрешением, а СЧ и ВЧ с психоакустическим сглаживанием.
Вот так звучит моя система (Arcam SA30 + JBL 4309). Сразу видна большая комнатная мода на 40 Гц. Бас сильно неравномерный. На нижней середине провал, а район 1 кГц наоборот с подъемом. Кроссовер дает яму как раз на области типичного вокала. ВЧ выше 8 кГц явно завалены. Продаю систему!
Как же так получается? Ведь мой источник и усилитель абсолютно линейны, да и акустика относительно ровная? Ну, вот так работает комната без акустической обработки, точнее отражения и поглощения от ее стен, пола, мебели и т.п. Так в любой, не только моей. В общем, каждая неподготовленная комната - это эквалайзер, только слегка сошедший с ума.
Но главное, благодаря REW, мы теперь понимаем, где у нас проблемы. Конечно, на слух это тоже можно определить. Звучит глуховато, самый нижний бас явно раздут, середина слишком подсвеченная, а нижняя провалена. Но точно по частотам картину можно увидеть только в REW. А дальше уже думать, как с этим бороться.
Как должна выглядеть идеальная домашняя кривая АЧХ? Единого варианта здесь не существует. Важно, что абсолютно плоская АЧХ для нашего слуха звучит слишком худосочно на НЧ и ярко на ВЧ. Поэтому исследования Хармана, Bruel and Kjaer и других компаний и институтов показывают, что нашему слуху наиболее приятен подъем на НЧ, затем относительной ровный участок на середине и плавный спуск на ВЧ.
Известно, что наш слух "приглушает" ВЧ и НЧ при тихой громкости. Про это тоже надо помнить. Домашняя кривая, которая отлично звучит на 70-75 дБ, может казаться слишком глухой при тихом прослушивании и наоборот - слишком яркой и басовитой при громком уровне 80 дБ и выше.
Анализ других характеристик аудиосистемы и комнаты в REW
Но оставим пока АЧХ и пройдемся по другим графикам. Будем смотреть представления по умолчанию. Но надо понимать, что многие графики в REW можно и нужно настраивать, чтобы получить из них максимум информации.
Смотрим нелинейные искажения. Белый график общий уровень (THD), красный - вторая гармоника, оранжевый - третья. Видим, что сильные искажения коррелируют с провалами АЧХ. Что-то там комната мутит на этих частотах. Например, большой пик в зоне сшивки вуфера и твитера около 2 кГц.
Вторая гармоника считается "лучше" третьей. Как минимум, она лучше маскируется под основной тон, и мы ее меньше замечаем. А вот третью и вообще нечетные слышно гораздо лучше, они могут вносить некоторый неприятный оттенок в звучание. Видно, что в моем случае четная (оранжевая) выше на низах и диапазоне от 1.5 кГц. Но искажения на середине в основном из-за нечетной (красная) гармоники, что не совсем хорошо.
Стандарт Hi-Fi - это про низкие искажения. На эту тему есть разные исследования. Обычно 0,1-0,5% на СЧ и ВЧ - это нормальный уровень. Для баса требования пониже. Считают, что до 3% (-30 дБ) терпимо, но чем меньше, тем лучше. Качественная акустика умеет играть очень громко с низкими искажениями на низах.
У меня кроме некоторых пиков 0,5 - 1% THD держится в районе 0,2 %. Это неплохо для громкости, на которой я измерял. Из явного криминала - пик на частоте кроссовера почти 1%. Эта частота (2 кГц), на которой наш слух очень разборчив.
Также в этом окне можно посмотреть уровень шума. Я убрал этот график для упрощения. Конечо, если у вас шум выше уровня искажений, то смотреть THD в таких областях не имеет смысла.
Импульс. Здесь можно посмотреть, какими порциями до вас долетает звук. На импульс могут влиять паразитные колебания динамика, комнатные отражения, резонансы кабинетов акустики и т.д. У меня что-то мощное в 40% от исходного звука прилетает в первые 2 мс. Чем больше размазня на этом графике, тем менее четкий у вас звук. Ранние отражения делают из звука кашу, портят фазу, смазывают сцену.
У импульса много представлений графика. Это мощный инструмент. Но для начала ограничимся картинкой по умолчанию. REW позволяет узнать расстояние, которое прошел отраженный сигнал. Надо зажать Cntrl, правую кнопку мыши и провести линию от нуля до нужного пика. Так вы можете вычислить, что портит импульс.
Групповые задержки (GD). График показывает, с какой задержкой доходит до микрофона звук на разных частотах. У меня явно тормозит нижний бас на 40 Гц. Он опаздывает почти на 50 мс. Полезный график, если используете саб. Он может давать большие задержки, которые тут будет видно.
RT60 показывает, как быстро у вас в комнате затухает звук. Менее 200 мс - у вас очень заглушенная комната. Более 500 мс - слишком гулкая. По графику видно, что у меня скорее гулкая. Особенно на средних частотах. Надо прикупить ковер и больше мебели!
Clarity - четкость звучания. Здесь лучше переключиться на дефиницию (D50). Считается, что Hi-Fi - это, когда D50 выше 90%. Т.е. у вас 90% энергии звука должны выстреливаться в первые 50 мс. Если сильно ниже, то звук кажется размазанным, слишком мягким. У меня провальчик на низах. Но в целом терпимо для неподготовленной комнаты.
Один из самых полезных после АЧХ графиков REW - это спектрограмма. Особенно для анализа низких частот. По ней сразу видно на каких частотах у вас гул. У меня бас на 40 Гц чуть ли не полсекунды затухает. В остальном более-менее, явных хвостов нет.
Спектрограмма имеет множество представлений. Для первого измерения сильно погружаться не будем. Но рекомендую изучить вопрос. Покажу только вид с нормировкой пиков по частотам. Тут хорошо видно, как выгибается график на 40 Гц. Т.е. нижний бас мало того, что гудит, так еще и тормозит. Ну, и видно, что середина довольно гулкая. Экспериментальным путем я установил, что это отражения от голого пола без ковра.
Что делать после анализа измерений в REW
Ну, ОК. Получили мы эти графики, и что с ними делать? Дальше двигаем колонки, вешаем поглощающие панели, ставим ловушки, меняем точку прослушивания и т.д. Каждое изменение проверяем по новым измерениям.
А если, как мне, не повезло и нет возможности изменить расстановку и акустически обработать комнату? Здесь могут помочь системы румкоррекции и параметрический эквалайзер. Например, у усилителей Lyngdorf 1120 и 3400, NAD M10 и M33, Arcam SA30 и др. есть встроенные системы коррекции помещения. Хороший параметрик есть в Roon или Audirvana. Ну и т.п.
Один из самых простых и при этом действенных способов улучшить звучание системы в комнате - это эквализация. Выше мы получили АЧХ по свиптону, идем настраивать эквалайзер? Нет. Измерения в одной точке для эквализации недостаточно. Сейчас покажу, почему. Сдвигаем микрофон на 1 см. Упс, ВЧ уехали, картина поменялась.
Да, из-за отражений и малой длины волны картина на ВЧ и где-то до 1 кГц сильно меняется при малейших сдвигах микрофона. А вы же не сидите ровно в одном положении. Да, и уши у нас не в центре головы.
Вот, кстати, научное объяснение, почему люди реально слышат разницу в звучании разных силовых или USB кабелях и при прочих сомнительных "улучшениях". Переставил кабель, сел на пару см левее или ближе - все, уже объективно звучит по-другому из-за интерференции на ВЧ.
Внеклассное чтение на тему мифов и реальности в Hi-Fi:
Можно ли измерить качество звука или кто такие объективисты
Так что для эквализации надо проводить несколько измерений в разных точка вокруг идеального центра прослушивания. Затем все это усреднять в REW. Сколько надо измерений? Например, Dirac рекомендует минимум 9. Одно в центре условного куба. И 8 по его углам. Но это только один из подходов, тут есть только одно правило, больше - лучше. Но это же очень долго и сложно?
Измерение методом MMM
К счастью есть более быстрый способ узнать точную картину в районе ваших ушей, одним измерением. Называется такой подход Moving Mic Method (MMM) - метод двигающегося микрофона. Расскажу коротко о нем.
Проигрываем розовый шум. В это время медленно водим микрофоном в зоне прослушивания и записываем RTA в REW. Затем REW строит усредненную кривую АЧХ по результатам записи. Посмотрите, как известный специалист по акустике Эрин делает это. Примерно на 8:30. Он сидит в точке прослушивания, немного отклонившись, и водит микрофоном между ушами, даже чуть шире. Но техники есть разные. Еще раз рекомендую посмотреть видео.
Click to viewПопробуем МММ в моей комнате. Первым делом нам снова нужен файл с периодичным (важно) розовым шумом. Создаем его в REW через генератор с настройками, как у меня на экране. Сохраняем Wav и передаем его на проигрыватель (через флешку или по сети).
Затем настраиваем RTA. Я использую такие настройки. Mode 1/48, без сглаживания, FFT 64K, усреднение Forever, окно Rectangular.
Запускаем на проигрывателе наш файл с розовым шумом. Не забываем выставить в настройках правильный калибровочный файл в зависимости, как вы будете держать микрофон вперед или вверх. Дальше включаем запись в окне RTA. Сколько времени нужно? Сами увидите. Когда кривая почти перестанет меняться, значит прошло достаточно усреднений. Я трачу на это секунд 30.
Останавливаем запись, выключаем розовый шум, жмем кнопку Current. Дальше кривая АЧХ появляется в основном окне. И, как и свиптон, ее нада сгладить. См. выше. Увы, Moving mic позволяет анализировать только частотный отклик. Все остальные графики REW можно получить только свиптоном.
Эквализация на основе REW
Можно провести несколько измерений и убедиться, что результаты очень точно совпадают. В этом сила MMM. А теперь-то, после усреднения тем или иным методом можно крутить эквалайзер, исправляя свою кривую комнату? Можно, но осторожно. Дело в том, что комната по-разном влияет на звук на разных частотах, а значит и с разной длиной волны. Упрощенно, на басу звук ведет себя, как волна, выше - как луч. Частота, на которой происходит переход, зависит от размера комнаты и называется частота Шредера. Для типовых комнат она в районе 300 Гц.
Ниже этой частоты комната доминирует, а наш слух с трудом отличает, где звук от колонок, а где отражения. Волны складываются в единое целое, как будто волна от колонок суммируется с пиками и спадами отражений от стен. И наш слух эту подмену не замечает. Слишком большая тут длина волны по сравнению с расстоянием между ушами.
На картинке видим, что если отражение попало в противофазу с прямым звуком, то бас будет "обнуляться" (голубой график). Пик прямой волны наложиться на спад отражения. И наоборот. Если отражения попали в фазу, то будет усиления баса. Мы можем смело эквализовать низы по REW, т.к. микрофон и наши уши "слышат" этот диапазон одинаково.
На СЧ и ВЧ наш слух уже уже лучше локализует источник звука. Расстояние между нашими ушами уже сопоставимо с длиной волны на этих частотах. Мозг понимает, откуда прилетело: напрямую от динамика или это отраженный луч от мебели или стен. На картинке видно, что прямой и отраженный звук проходят разные расстояния, т.е. отражения приходят на милисекунды позже, "смазывая" звучание. Проблема в том, что в REW по умолчанию прямой и отраженный звуки представлены одной точкой на графике. Почему это плохо для эквализации?
Потому что идеальной акустики не бывает. Прямой луч и луч на 45 градусов могут иметь разную АЧХ! Отражения дают как раз лучи "под градусом". Т.е. у отражений уже другая исходная АЧХ. Именно поэтому ценятся колонки с ровной направленностью. На примере моих JBL. Видно, что на 50 градусах ниже оси твитера 1 кГц уже значительно громче, чем 10 кГц. Хотя по прямой они будут равны. Т.е. отражения от пола будут с большим подъемом на 1 кГц, чем прямой звук из динамика.
Таким образом, уменьшая горб или выравнивая провал по REW на условных 1 кГц, мы можем сильно занизить/завысить амплитуду прямого звука. И это будет не сильно приятно на слух. Хотя формально по REW получим прямую линию.
Отсюда вывод. До 300, максимум 500 Гц можно смело эквализовать по REW. Дальше надо еще подсматривать в безэховую АЧХ и диаграмму направленности нашей акустики. Их можно загуглить, если у вас не слишком экзотическая акустика. Например, для моих JBL 4309 АЧХ, как на картинке ниже. Видно, что хорошо бы понизить 1 кГц и прибавить 2 кГц для ровности на середине.
Получить АЧХ именно акустики без учета комнаты на СЧ и ВЧ можно и в домашних условиях. Для этого в REW есть механизм гейтирования. По кнопке IR windows можно игнорировать все звуки позже определенной отсечки по времени. На закладке импульса смотрим, когда к нам прилетает первое отражение и режем измерения чуть раньше, избавляясь от отражений, который прилетают в микрофон на милисекунды позже прямого звука. Но это уже выходит за рамки нашего начального курса.
Итак, общие рекомендации по эквализации примерно такие:
1. Чем меньше точек коррекции АЧХ, тем лучше
2. Не делайте высокую добротность (Q). Максимум 5, на ВЧ не больше 1-2. Т.е. не рисуйте очень острых и высоких пиков или провалов.
3. В идеале ограничьте коррекцию по данным REW диапазоном 20 - 300 Гц, максимум 500 Гц. "Насилие" в эквалайзере над комнатой на средних и высоких частотах может привести к неестественному звучанию.
4. Выше этой граничной частоты Шредера лучше эквализовать не по REW, а по АЧХ и направленности акустики в безэховой камере.
5. Не исправляйте глубокие и узкие провалы в кривой.
6. Явные горбы и пики, наоборот, лучше срезать. Особенно на НЧ, где они лучше слышны.
7. Плоская АЧХ на краях обычно плохо звучит, т.е. в линейку не надо. Будет слишком ярко на ВЧ и худосочно на НЧ. Подъем на НЧ, ровная середина и небольшой плавный завал на ВЧ - ОК.
8. Выслушивайте, сравнивайте разные результаты, особенно на СЧ и ВЧ. В конечном итоге мы занимаемся эквализацией не ради абстрактной ровной кривой, а ради хорошего звука, т.е. приятного нашему слуху.
9. Не забываем про кривые равной громкости. Наш слух по разному реагирует на частоты при разном уровне громкости. Упрощенно, для тихого прослушивания нужно прибавлять ВЧ и НЧ. Т.е. в идеале хорошо иметь несколько настроек эквалайзера для определенного уровня громкости.
REW умеет автоматом выдавать настройки эквалайзера для заданного измерения и выбранной целевой кривой (кнопка EQ). Но, пожалуй, уже не будем в это погружаться. Это немного за рамками введения в REW.
Так что здесь я закончу свой краткий обзор возможностей REW. Я показал только верхушку айсберга, сильно все упрощая. Но для начала, надеюсь, будет полезно.
(c) kolllak.livejournal.com