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El nuevo estándar en mediciones de auriculares

Hace algún tiempo anunciamos el nuevo simulador de cabeza y torso de Brüel & Kajer tipo 5128 diseñado para pruebas electroacústicas mucho más realistas pero creemos que no hay mejor promoción que la experiencia de un usuario en mediciones reales y es por eso que nos gustaría compartirles esta reseña publicada en el fórum de Head-Fi 

En MideBien nos encanta compartirte este tipo de contenidos y nos hemos dado a la tarea de traducirlo al español para que lo puedas disfrutar. 

Mediciones de auriculares: El nuevo estándar Parte 1

Cuando hablamos de mediciones en auriculares, existe un nuevo estándar, sustancialmente más parecido al humano, para medir auriculares. Y como les mostraré en breve, este nuevo estándar es un paso muy importante hacia mediciones de auriculares más realistas y significativas.

Uno de los mayores desafíos que hemos visto al realizar mediciones en auriculares es la correlación entre el análisis subjetivo y objetivo. Les mostraré, entonces, ejemplos de cómo este simulador de audición más exacto ayudará a cerrar la brecha entre los auriculares a medida que los escuchamos y las medidas de los auriculares que miramos.

En la conferencia anual de ALMA * en 2018, vi una de las primeras presentaciones públicas de Brüel & Kjær sobre la investigación y el desarrollo detrás de su nuevo Simulador de cabeza y torso de alta frecuencia (HATS) Tipo 5128. Estaba sentado entre muchos ingenieros acústicos en la audiencia que estaban asombrados por lo que Vince Rey (de Brüel & Kjær) nos acababa de mostrar, que era la respuesta a la siguiente pregunta:

* ALMA es la Asociación de Fabricación de Altavoces y Acústica, que ahora se conoce como Audio & Loudspeaker Technologies International (ALTI).

¿Cómo propondrían mejorar el estándar de 40 años de simulación de audición humana para satisfacer las necesidades de medición que han evolucionado más allá de ese estándar durante las últimas décadas (y eso seguirá evolucionando)?

La respuesta, en pocas palabras, fue empezar de cero. Y hacer eso significó finalmente establecer un estándar completamente nuevo que simula con mayor exactitud la audición humana en todo el intervalo de audio. Como veremos más adelante, lograr esto fue increíblemente complejo, tomó más de diez años e involucró tecnologías y técnicas que no estaban disponibles hace 40 años

Simulador de torso y cabeza (HATS) de alta frecuencia Tipo 5128 de Brüel & Kjær

Mediciones con simuladores de oído

Al medir auriculares, ya sea alrededor de la oreja / sobre la oreja (AE / OE) o en la oreja (IE), utilizamos un simulador de audición humana, a menudo llamado simplemente “simulador de oído”.

Los simuladores de oído típicos utilizados en nuestra industria se basan en una norma internacional llamada IEC 60318-4. Debido a que la norma IEC 60318-4 solía llamarse IEC 711 (y luego IEC 60711), los simuladores de oído basados en esta norma a menudo se denominan simplemente “simuladores 711”, “acopladores 711” o incluso simplemente “711”.

Lo que muchos no saben es que el estándar 711 tiene, nuevamente, 40 años. Lo que muchos tampoco saben es que estos simuladores de oído 711 solo simulan la audición humana de 100 Hz a 10 kHz [1]. (Como veremos más adelante, incluso ese intervalo de simulación especificado estaba sujeto a mejoras). Por debajo de 100 Hz y por encima de 10 kHz, puede usar un simulador de oído 711 como acoplador acústico, pero no está simulando la respuesta humana promedio en esos intervalos fuera del estándar. 

Intervalo de simulación de audición humana de IEC 60711 / 60318-4 (“711”) en comparación con el intervalo de audio completo.

Hace 40 años, ese intervalo era perfectamente aceptable, ya que el enfoque para este tipo de medición era probar audífonos y dispositivos de telecomunicaciones. Sin embargo, en las décadas transcurridas desde el establecimiento del 711, ha aumentado la necesidad de obtener mediciones realistas en todo el intervalo audible (20 Hz a 20 kHz). Esta necesidad ha sido particularmente evidente en nuestro segmento de la industria del audio, en el que los consumidores tienen altas expectativas en lo que respecta a la calidad de audio de los auriculares premium, expectativas muy altas.

En las últimas cuatro décadas, lo que también ha evolucionado son las tecnologías y técnicas disponibles para caracterizar la audición humana en todo el intervalo audible. 

La evolución de la simulación auditiva

Ahora, te contaré con cierto detalle cómo Brüel & Kjær fue capaz de caracterizar la audición humana en toda la banda audible para eventualmente desarrollar el simulador de cabeza y torso 5128, sus métodos fueron resumidos por ellos en un video titulado “Evolución de la simulación auditiva – Parte 2”. Si aún no ha visto ese video, hágalo ahora, ya que la información que contiene será útil a medida que avancemos en esta discusión.

Nuestra experiencia con el simulador de cabeza y torso 5128

El Brüel & Kjær 5128 llegó a Head-Fi HQ el invierno pasado y comenzamos a medir con él de inmediato, queríamos conocer este nuevo estándar, cómo medía, los resultados que proporcionaba, determinar qué novedades tenía y cómo es que representa un estándar de simulación auditiva. Incluso desde muy temprano, los hallazgos y observaciones clave comenzaron a tomar forma:

  • El 5128 representa un paso muy importante para cerrar la brecha entre las mediciones que observamos y cómo realmente escuchamos con los auriculares.
  • Si bien esperaba que la mayoría de las diferencias estuvieran por encima de los 8 kHz, con muchos auriculares también encontré que las diferencias de medición (entre el antiguo estándar y el 5128) ocurrían con frecuencia en toda la banda audible, incluso hasta el final de nuestro intervalo de audición. (Exploraremos las razones más adelante).
  • El 5128 me obligó a reconsiderar muchos de los cientos de mediciones que habíamos realizado aquí en Head-Fi HQ desde 2015 (mostraré ejemplos en nuestra discusión).
  • La medición con el 5128 me llevó a una hipótesis que puede tener un papel en la explicación de al menos algunas de las diferencias entre el objetivo Harman AE / OE (Around-Ear / On-Ear) y el objetivo Harman IE (In-Ear). (Más sobre esto también más adelante).

Cuando se trata de la correlación entre el análisis subjetivo y objetivo, un ejemplo de un auricular que he encontrado que suena bastante diferente de sus medidas 711 (que se encuentran en línea) es el monitor interno de ajuste universal Westone W60. (En cada auricular, el W60 usa seis controladores de armadura balanceada con un crossover pasivo de 3 vías). Aquí están las medidas 711 del Westone W60 que encontré en línea:

Imagen 4: Medición de respuesta de frecuencia Westone W60 utilizando un simulador de oído 711, ejemplo 1 de 4.

Imagen 5: Medición de respuesta de frecuencia Westone W60 utilizando un simulador de oído 711, ejemplo 2 de 4

Imagen 6: Medición de respuesta de frecuencia Westone W60 utilizando un simulador de oído 711, ejemplo 3 de 4

Imagen 7: Medición de respuesta de frecuencia Westone W60 usando un simulador de oído 711, ejemplo 4 de 4

Aquí están las medidas de respuesta de frecuencia Westone W60 “711” de las Figs. 4 a 7 mostrados juntos:

Imagen 8: Las medidas de respuesta de frecuencia Westone W60 “711” de las Figs. 4 a 7 mostrados juntos (normalizados a 1 kHz)

Si no había escuchado el Westone W60 antes de ver estas mediciones, lo que ve (en cada una de las mediciones en las imágenes 4 a 7 anteriores) sugeriría que, por encima de 5 kHz, el balance tonal del W60 se caracteriza en gran medida por los 10 a 18 decibeles pico centrado en 8 kHz a 10 kHz, así como los efectos del pico a través de sus periferias inferiores y superiores. Esto se debe a una resonancia que en realidad es parte de la norma 711.

¿Es esa resonancia, sin embargo, parte del intervalo de simulación de audición humana del 711? No, no es. Debido a que estos picos de resonancia a menudo se desplazarán hacia abajo y aparecerán dentro del intervalo especificado de audición humana simulada del 711 al medir auriculares [2], puedo entender cómo esto puede ser un poco confuso. Examinemos esto, entonces, mirando algunas partes clave de la norma 711 (énfasis mío):

Por encima de 10 kHz, el dispositivo no simula un oído humano, pero se puede utilizar como acoplador acústico a frecuencias adicionales de hasta 16 kHz. Por debajo de 100 Hz, no se ha verificado que el dispositivo simule un oído humano, pero se puede utilizar como acoplador acústico en frecuencias adicionales de hasta 20 Hz [1].

Nuevamente, podría parecer que la resonancia en las imágenes 4 a 8, debido a que aparece en o por debajo de 10 kHz en estas cuatro mediciones, está dentro del intervalo de simulación. Sin embargo, veamos otra parte de la norma:

La longitud de la cavidad principal debe ser tal que produzca una resonancia de media longitud de onda de la presión acústica a (13,5 ± 1,5) kHz [1].

Medida en el plano de referencia del simulador 711, esta resonancia está fuera del intervalo de simulación humana de la norma 711 y su propósito es ayudar a especificar la geometría física de la cavidad principal (el volumen primario). Sin embargo, es muy importante tener en cuenta un par de cosas sobre esta parte de la especificación:

Dependiendo del auricular que se mida (y de cómo esté acoplado al simulador de oído del 711), esta resonancia puede cambiar a frecuencias dentro del intervalo de simulación humana especificado del 711.

La norma IEC 60318-4 (711) no especifica la magnitud de este pico, por lo que puede que lo vea en cuatro niveles diferentes en las cuatro medidas diferentes en las imágenes 4 a 8, lo que puede aumentar la incertidumbre de la medición.

Por lo tanto, aunque esa resonancia no es parte de la simulación humana de un acoplador 711, define en gran medida gran parte de la región de agudos de las mediciones de Westone W60 en las imágenes 4 a 8. Estoy muy seguro de que, de aquellos que han escuchado el Westone W60, la mayoría estaría de acuerdo en que las mediciones anteriores no se correlacionan bien con las impresiones subjetivas. Y el W60 es solo uno de los muchos ejemplos de auriculares para los que no podía conciliar previamente lo que estaba escuchando con las medidas que estaba viendo.

Ahora veamos las medidas del Westone W60 con el Brüel & Kjær 5128. Aunque medimos con dos almohadillas diferentes (silicona estándar y almohadillas de espuma estándar), las puntas de silicona son las que vienen instaladas en el W60 de fábrica.

Imagen 9: Respuesta de frecuencia Westone W60 medida por Head-Fi utilizando el Brüel & Kjær Tipo 5128 HATS

Aquí (abajo) está la medición Westone W60 del Brüel & Kjær 5128 en comparación con las mediciones “711” W60 mostradas anteriormente:

Imagen 10: Respuesta de frecuencia Westone W60 medida con Head-Fi utilizando el HATS tipo 5128 de Brüel & Kjær en comparación con las mediciones W60 “711” mostradas anteriormente.

A continuación, se muestra una comparación del W60 medido en el 5128 en comparación con el intervalo de medición sombreado de las mediciones 711 que se muestran juntas:

Imagen 11: Respuesta de frecuencia Westone W60 medida con Head-Fi utilizando el HATS tipo 5128 de Brüel & Kjær en comparación con el intervalo de medición de las cuatro mediciones W60 “711” mostradas anteriormente.

Ten en cuenta también que las diferencias entre las medidas del 711 y del 5128 del W60 no se limitan al intervalo de agudos, sino que aparecen en la mayor parte de la banda de audio.

En comparación con el HATS 5128, todas las medidas 711 de las imágenes de la 4 a la 8 muestran más graves y dos de los cuatro muestran lo que razonablemente podría llamarse niveles de graves sustancialmente más altos en comparación con el HATS  5128. Nuevamente, si has escuchado el W60, creo que hay una gran probabilidad de que las mediciones de este HATS 5128 correlacionaría mucho más estrechamente con lo que escuchó en comparación con cualquiera de las mediciones del 711 mostradas.

Discutiremos en la Parte 2 qué causa estas notables diferencias de medición y también veremos la investigación que está completamente separada del trabajo detrás del simulador de cabeza y torso 5128 que ayuda a corroborar sus hallazgos.

El Brüel & Kjær 5128 fue desarrollado para finalmente simular la audición humana promedio de un adulto en todo el intervalo audible (20 Hz a 20 kHz) por primera vez, basado en la investigación y el desarrollo, utilizando tecnologías y técnicas más modernas desarrolladas en las últimas cuatro décadas y tardando 12 años en completarse.

Algunos de los nombres que verás detrás de la investigación del HATS 5128 también son nombres que verás en las referencias de la norma IEC 60318-4.

Brüel & Kjær también jugó un papel decisivo en el establecimiento de la norma 711, habiendo contribuido a su desarrollo y siendo el primero con un simulador IEC 711 disponible comercialmente con el Brüel & Kjær Tipo 4157 (que todavía se usa comúnmente en la actualidad).

Si bien, nuevamente discutiremos esa investigación y desarrollo con mayor detalle en otra publicación, el simulador de cabeza y torso de alta frecuencia (HATS) Tipo 5128 de Brüel & Kjær (y los simuladores de oído Tipo 4620) implica desarrollos muy importantes frente a todos los estándares anteriores. Para resumir esos cambios simplemente por ahora:

  • El canal auditivo anatómico utilizado en el 5128 se basa en la geometría humana promedio, desde la entrada del canal hasta el tímpano. Esto permite una conformación de respuestas, resonancias y características de amortiguación más parecidas a las humanas [3] [6]. Este canal incluso incluye una transición suave a dura más realista (que simula la transición a la condición más huesuda más cercana al tímpano) para ayudar a reproducir la amortiguación correcta y un accesorio acoplador en ángulo para simular el tímpano inclinado de un ser humano [3] [4].
      • Por el contrario, la geometría del canal del simulador de oído 711 se realiza comúnmente como un tubo de metal de 7,5 mm × 22 mm, con un micrófono de media pulgada que termina en un extremo de ese tubo, perpendicular al eje del tubo.
  • El simulador de oído medio del 5128 utiliza un modelado de impedancia de banda ancha más exacto y completo para una caracterización más detallada y exacta de la carga acústica compleja del oído humano [5] [6].
      • En comparación con el acoplador de dos ramas del simulador 711, el 5128 utiliza un tímpano de cuatro ramas mucho más complejo para una simulación de frecuencia, resonancia y amortiguación más exacta, más detallada y similar a la humana [7].
      • El 5128 utiliza un micrófono prepolarizado de nuevo desarrollo con un diafragma que simula mejor las dimensiones del tímpano humano [7].
  • El diafragma del micrófono también se encuentra en la parte frontal del conjunto de micrófono / acoplador. Esto permite que el diafragma termine el canal en una pendiente, simulando la inclinación de la membrana timpánica en relación con el canal, como en un oído humano real [3] [4].

Una nueva era de medición de auriculares llegó con la llegada de Brüel & Kjær 5128. Si bien el estándar 711 sin duda continuará con la inercia de un estándar industrial de 40 años en el futuro previsible, los ingenieros y entusiastas buscarán cada vez más el nuevo estándar para mediciones absolutas más representativas y significativas de auriculares.

Próximamente continuaremos la discusión del simulador de cabeza y torso Brüel & Kjær 5128 en la Parte 2 de esta serie, incluyendo una mirada más cercana a la investigación y desarrollo asociados, así como, por supuesto, más mediciones.

También veremos investigaciones independientes que lo corroboren, discutiremos las observaciones de medición con el 5128 y una hipótesis correspondiente que puede ayudar a explicar algunas de las diferencias clave entre Harman AE / OE Target y Harman IE Target.

Head-Fi https://www.head-fi.org/

Bibliografía

Jude Mansilla Head-Fi.org Headphone Measurements: The New Standard, Part 1

Recuperado de:

https://www.head-fi.org/threads/headphone-measurements-the-new-standard-part-1.937301/#post-15735920

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