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什么是哈曼曲线(Harman Target Curve)

什么是哈曼曲线(Harman Target Curve)

什么是哈曼曲线?或者说哈曼曲线是怎样得来的?再或者,说的更广一点,目前的一些标准曲线是怎样得来的?

其实以上这些我都写过不止一遍,还在B站上出过视频讲解。但奈何总是有人看不见,所以还是单独再写一篇文章吧。

首先,哈曼曲线有两种,一种是房间曲线,一种是耳机曲线。

先说房间曲线。

在之前的关于音箱频响曲线的一篇文章中就提到过。对于消声室内频响曲线平直的音箱,在日常听音的房间内的稳态曲线应该是一个从低频到高频缓降的曲线。

鬼斧神工119:详解音箱频响曲线中的一些误区zhuanlan.zhihu.com图标
仅为示意图

那么这个房间曲线的低频部分的能量到底该多多少,高频部分的能量到底该少多少。由如下实验获得。

首先把音箱在哈曼参考听音室内的稳态曲线调平(房间稳态曲线不等于音箱本身的频响曲线),此时音箱本身的频响曲线或者说直达声的频响曲线是低频低于高频的。

平直房间稳态曲线 1/12 OCT精度

分别采用可调的f为105Hz和2.5kHz的shelf滤波器调节低频和高频部分的能量分布(shelf滤波器不止影响f以下的频段,如果想具体了解什么是shelf滤波器建议先学习一下数字信号处理)。听众总共完成了27次试验(3个音乐项目x 9个节目观察)五个不同的听力任务。每个听众总共完成了270次测试(27个测试x 5个任务x 2个播放条件=270个测试)。

The frequency (105 Hz) of the bass filter was chosen for several reasons. First, the majority of subwoofers are crossed over to the main speaker near (or slightly below) this frequency, so there are practical reasons to start from here. Secondly, variations in bass level due to acoustical interactions between loudspeakers and rooms occur near and below near this frequency. Thirdly, informal investigations by the authors found that extending the bass shelf frequency to above 105 Hz had an adverse affect on the timbre of vocals and other instruments whose fundamental pitches fall within this frequency region. On the other hand, boosting the bass below 150-200 Hz tends to enhance bass instruments without impacting the sound quality of the higher pitched instruments.
The treble filter frequency of 2.5 kHz was chosen because this is a common midrange-tweeter crossover frequency where the directivity of the loudspeaker begins to increase, and the in-room response of the loudspeaker begins to fall downwards (see Fig. 2). The exact amount of high frequency drop will depend on directivity of the loudspeaker, the ratio of direct reflected sounds at the listening seat, and the absorption characteristics of the room.

更详细的原理请看推荐HiFi书籍中的Sound Reproduction

对于音乐项目对听音实验结果可靠性的验证试验,AES上有很多相关论文,篇幅有限,在此不赘述。

关于音乐材料选择的可靠性,从1994年开始有一系列论文进行验证

通过主观听音,最终可以获得哈曼曲线。

图中黑色曲线为哈曼曲线

对于耳机而言,首先在哈曼参考听音室内(哈曼参考听音室已经成为美国标准编号CTA2034A,顺便吹个牛,我参与了哈曼在中国的参考听音室设计和调试)播放平直的稳态曲线的测试信号。再重复一遍,房间稳态曲线不等于音箱频响曲线,如果音箱本身的频响是平直的,那么只有在消声室才能得到平直的稳态曲线。

对应的,G.R.A.S人工接收到的信号为:

图中绿色虚线为此时人工耳的对房间中测试信号的频响曲线。经过滤波器把虚拟耳机加载为绿色虚线。再通过听音者主观调节shelf滤波器,最终确定哈曼曲线。

当然,这个曲线是一直在修正的。并且对于入耳式耳机和头戴式耳机而言是有所不同的。最新的哈曼曲线基于世界不同国家的500人以上的样本,采用受控盲听和MOA方法。

Sean Olive explained the evolution of the circumaural/supra-aural target response to me as follows: “The AE-OE target curve evolved over the past four to five years. The first iteration was based on measurements of an accurate loudspeaker calibrated in our reference listening room. It was slightly modified with some method of adjustment (MOA) experiments where listeners modified the bass and treble, and also feedback from various tests with over 500 listeners from USA, Canada, Germany and China.
2015年的样本数量

在入耳式耳机的预测模型和头戴式耳机的预测模型两个实验中,在所有耳机中均混入了哈曼曲线的耳机。哈曼曲线耳机在入耳式耳机的盲听主观评分平均分是最高的,高于其他所有型号参与实验的耳机。在头戴式耳机中,高于31款被测头戴耳机中的27款,有三款耳机主观评分

Listeners (130 trained and untrained) rated 8 headphones in each trial (31 total) that included high (the new Harman AE/OE target curve) and low anchors. On average, both trained and untrained listeners preferred the high anchor to 31 other choices.
鬼斧神工119:一个可以预测头戴式耳机主观听感评分的统计模型zhuanlan.zhihu.com图标
The results revealed both trained and untrained listeners preferred the hidden reference, which was the replicator headphone equalized to our new IE headphone target response curve.

但值得注意的是,通过频响曲线预测耳机音质的方法中,是选择性的拟合特定频段的频响曲线而非20~20k,头戴式耳机与入耳式耳机所需要的方法也是不同的。

如何通过频响曲线看耳机的音质好坏?www.zhihu.com图标

与哈曼曲线不同的是,现存的一种耳机目标曲线是基于diffuse field下等效的人工耳曲线。实验表明,这种目标曲线的主观听感不如哈曼曲线。

不过,不论是何种目标曲线,耳机的曲线是可以转换为对应的房间稳态曲线的。而如果耳机本身的曲线存在缺陷,在某些频段(通常是10kHz左右以下,10k左右的高频会牵扯到PRTF声源定位,但耳机没有反射声,所以对于空间印象来说是无法等效的),就可以一定程度上等效为对应稳态曲线的缺陷。比如说某个耳机在200~300Hz有个凹陷,并且200~1kHz整体也是凹陷的。可以认为对应了一个200~1k存在凹陷的房间稳态曲线的音色表现。

而对于200~300的凹陷,因为300Hz通常处于小房间的房间传输频率以下,所以直达声和反射声影响的总声能带来的主观听感是等效的。因此可以认为听音者在听一个200~300Hz凹陷的音箱,也可以认为是在听一个200~300Hz存在梳状滤波器的总声能。

如何定义小房间,梳状滤波器有什么危害,请看之前我推荐过的入门书籍。

鬼斧神工119:HiFi入门书籍推荐zhuanlan.zhihu.com图标

最后,不论是主观preference rating还是预测模型的预测分数(预测分数与真实主观听感在一定范围内浮动),相同分数的耳机不代表一模一样的听感,具体听感如何比如说三频表现如何还是要通过主观评价和具体曲线去分析(比如说如何看曲线的变化趋势)。怎么去看曲线需要经验并结合心理声学的知识。比如说人对音乐信号在不同频段的敏感程度和纯音等响曲线是不同的。

再比如说局部趋势与整体曲线的混淆。有一种观点是大部分频段波动不超过±2dB频响就算不错,先不说这个观点本身对与错,用着宽频带的结论套用到局部频段,局部凹陷4dB觉得符合±2dB,而不看其他频段凸起4dB,实际上宽频段波动已经±4dB了。还有就是,很多人只看dB不看Q值,这种窒息操作。。。

而关于掩蔽效应本身,之前也做过介绍。

鬼斧神工119:解析力和声音的清晰度到底是怎么回事zhuanlan.zhihu.com图标

而对于主观评价而言,我建议感兴趣的人买一对监听音箱,然后在近场监听的环境下听一下“How to listen”听力测试软件。这样你会对什么样的频段变化会导致什么样的声音有一个全新的认识。


其实我之前一直没有单独写这样一篇关于目标曲线的文章,一是因为我在其他文章中写过很多遍了,二是因为我懒,更多的则是因为这实在是太基础了。。。即便我推荐过无数次入门书籍,还是有人会因为分不清消声室和录音室有什么区别而杠我一整天。有时候我感觉真的很无奈,感觉再这样写下去迟早有一天要写到中学数学。。。

而关于哈曼曲线本身以及相关的预测模型、虚拟耳机方法、主观听音偏好、测试音乐项目的有效性、耳机音质与价格关系、耳机音质与失真关系以及泄露因素的影响等内容其实是环环相扣的,并且有着几十篇相关的论文和实验。有兴趣的人,我建议还是去AES官网上注册个会员仔细了解一下。

AES2019年爱尔兰 都柏林 最新会议

编辑于 04-02

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