Аналоговый стереопроцессор для наушников (crossfeed)

[Teoretic]

Известно, что при прямом подключении стереотелефонов (наушников) к стереоканалам восприятие стерео искажено: все звуки находятся в голове на линии между ушами.
Предлагаемая схема - попытка улучшить воспроизведение через наушники по аналогии с тем, как это сделано в [1].
Такие схемы известны (английское название "crossfeed"), но обычно они выполнены цепями невысокого порядка, поэтому достижение хорошего результата заведомо невозможно.
Прикидка показывает, что при выполнении линии задержки фазовращателями первого порядка на ОУ для достижения линейности фазы до 10% в полосе частот до 5-7 кГц необходимо около 15-20 фазовращателей. Автор для начала решил ограничиться восемью. Если эффект будет получен, тогда можно задуматься о большем.



crossfeed1.cir (Файл Micro-Cap11)

Счетверенные ОУ - LM224N (низковольтные для батарейного питания приставки).

Макет собрал на такой плате:



crossfid.lay.zip (Файл Sprint Layout6)

Прослушивание.
Вау-эффекта не получилось. Вначале показалось, что разница трудноуловима. Звуки все равно слышны возле головы, правда, по-другому. Чем дольше слушал, тем заметнее было изменение в звучании. Эффект сильно зависит от записи. Есть записи, на которых разница мала, а есть - где хорошо заметна. Надо слушать дольше. Постепенно стал стереопанораму локализовать по дуге от уха до уха примерно в полуметре от головы. Некоторые источники переместились выше горизонта, почти над головой. А когда переключил обратно на "байпасс", стереопанорама мгновенно ужалась и "впрыгнула" обратно в пространство между ушами!
В общем, разница есть, и изменения, на мой слух, в лучшую сторону. Звуки обретают пространство.

Может, добавить еще 8 фазовращателей? Полоса частот линии задержки расширится вдвое. Даст ли это эффект? Схема расползется.
А вообще все это надо делать в цифре. Источник звука у нас - цифра, линию задержки сделать на 300 мкс - проще некуда, фильтры для имитаци дифракции на голове - не очень сложные... Жаль, я пока не умею.

Литература.
1. В. Грязнов, "Воспроизведение звука через стереотелефоны", ж. Радио, №9, 1979 г.

[Teoretic]

Итак, проверено предположение о том, как это могло быть в цифре.

Спасибо наводке, Игорь Гапонов, я нашел снятые импульсные характеристики
искусственной головы, наскоро набросал программку для преобразования, ну и послушал, что получилось.

Ну что, звучит весьма и весьма похоже на построенный мною аналоговый процессор. Есть небольшие отличия в тембре, и, на мой вкус, не в пользу цифры (наверное, у меня голова не такая ).
А так, все одинаково. Так же появляется пространство, убирается эффект "заложенного уха". В общем, в аналоговом процессоре можно немножко поработать над АЧХ (будут ли изменения?), но тем, кому важен стереоэффект в наушниках, такой процессор настоятельно рекомендутется.
Тройку отрывков, преобразованных в цифре по передаточным функциям головы можно послушать отсюда. Файлы с префиксом phone_ - преобразованные, без него - оригинал.

[Игорь Гапонов]

У меня (изодинамика) этот обработанный виш ю вэ хиа (phone) внутри головы.

Думаю, что не только "голова не подходит" (это влияние индивидуальных антропологических параметров тела и головы).. Есть ещё два момента

+
2. Влияние ЧХ телефонов/наушников (комплексного коэфф. передачи от мембраны до сечения входа слухового канала) как самих излучателей в оголовье/чашке, так и для конкретной посадки на уши/голову.
3. Влияние акустического импеданса и приёмника/микрофона и самого входа в слуховой канал.

Эти два параметра довольно нелегко измерить. п.2 из-за нестабильности посадки, а п.3 из-за влияния размеров и ак. свойств ("акустическая непрозрачность") самого микрофона: или мик должен быть размером 0,5-1,5мм, или измерять/учитывать комплексные акустические импедансы входа в слуховой канал и в сторону среднего уха и в сторону мембраны.

[straus]

Кстати можно сделать интересное наблюдение. Полному сдвигу вбок (90 градусов) соответствует задержка 0.73 мс. Небольшому сдвигу будут соответствовать сотни или даже несколько десятков микросекунд. Так что временнОе разрешение человеческого слуха довольно неплохое. Надо будет замерить, какой временнОй сдвиг я слышу отчётливо. По опыту знаем, что направление на щелок мы определяем неплохо.

[Игорь Гапонов]

У Блауэрта в книжке про пространственный слух : по бинауральной задержке (только "задержка", ЧХ в ушах когерентна/одинакова, динамики) как порог восприятия азимутального смещения источника (щелчки) - порядка 2-5мкс (!!!).

[Teoretic]

У меня (изодинамика) этот обработанный виш ю вэ хиа (phone) внутри головы.

А необработанный слушал? Четкий эффект "заложенного уха" (лучще всего разница в стерео слышна при переключениях кроссфид/нет).
На мой слух звуки выходят в пространство около головы.
По п.2, надо снимать импульсный отклик наушников и строить обратную передаточную функцию.
Теперь уже я и не знаю, будет ли эффект. Уши-то у всех разные.
А вот п.3 - влияние слухового канала - увы!
Но даже текущий вариант после нескольких минут прослушивания отбивает желание возвращаться назад.

[Игорь Гапонов]

Я много бинауральных процессоров и записей слышал (начиная с конца 80-х) на очень разных наушниках. Отличия слышны и на примитивных процессорах+дешёвые уши. Но задача-то добиться надёжного и стабильного "вылета" стереообраза из головы на метр-другой при сохранении пропорций "колоночной сцены" или даже лучше (3Д сюрраунд, включая вертикаль и глубину). Такого ещё не попадалось, колонки лучше. Что в разрезе с "лучшей АЧХ и НИ" наушков.

По п.2 самое неприятное не индивидуальность, а нестабильность функции передачи мембрана-вход в ухо, которая и на НЧ (от нуля! объективно, не зависимо "слышим или нет") и на СЧ и на ВЧ. По моим измерениям (5мм электреты вставлены в ухо, без учёта имеданса акустического сечения, полноразмерные наушки) девиация 2-3дБ (50% ошибка) от посадки к посадкеи лучше не получалось. Самый лучший в смысле стабильности вариант (в том числе и касающийся п.3 при подробном рассмотрении ситуации) - затычки. Предположительно, общая ошибка в хедтрансфере по всем трём пунктам при использовании "табличной функции" порядка 6-8 дБ (100-150%) не меньше.

[Teoretic]

общая ошибка в хедтрансфере по всем трём пунктам при использовании "табличной функции" порядка 6-8 дБ (100-150%) не меньше.

В твоем изложении задача выглядит безнадежной...

[Игорь Гапонов]

Скорее изложена задача с обоснованными предостережениями, но без сопровождающего решения. Однако, если "вот и все трудности" (которые конкретизированы открытым текстом), то 51% дела сделано.

[Teoretic]

Игорь Гапонов, а у тебя сохранились данные по измерениям слухового канала?

[Игорь Гапонов]

Я измерял ЧХ наушников прямо на голове примитивным электретом вставленным в ухо, а не характеристики уха.