Sluchátkové procesory

Autor článku: Daniel Zajíc, stereomag.cz (listopad 2003)

Sluchátkové procesory, aneb jak docílit toho, aby sluchátka hrála jako reprobedny

Poslech hudby přes sluchátka bývá obvykle považován za určitou méně hodnotnou alternativu k poslechu přes reproduktorové soustavy. Mnozí lidé sluchátka používají jen na cestách, eventuelně doma v době, kdy hlasitou reprodukcí hudby z reprosoustav nechtějí rušit spolubydlící nebo sousedy. Existují však i audiofilové, kteří považují kvalitní sluchátkový systém za „svou první volbu“, jež za určitých okolností plnohodnotně nahradí či dokonce předčí špičkový systém založený na reprobednách.      
 
Sluchátka jsou oblíbená především u těch spotřebitelů, kteří používají přenosné kapesní audio přehrávače na cestách mimo domov. Těm nezáleží příliš na kvalitě zvuku, ocení spíše kompaktnost a vysokou mobilitu s možností pustit si svou oblíbenou muziku v autobuse, metru apod. Jinou skupinou uživatelů, kteří naopak vyžadují vysoce kvalitní zvuk s výborným detailem, transparencí a separací od okolí, jsou profesionální zvukaři používající sluchátka pro studiový monitoring nahrávek. Pro některé hi-fi nadšence dokonce může sluchátkový systém sloužit i jako plnohodnotný domácí audio systém, který za určitých podmínek může plně nahradit kombinaci vysoce kvalitního zesilovače a odpovídajících reproduktorových soustav. Výborný sluchátkový systém, ať už pro profesionální či domácí použití, se obvykle neobejde bez tzv. sluchátkového procesoru. Než si některé takové procesory představíme, podívejme se nejdříve na trochu teorie týkající se sluchátkové reprodukce...
Domácí poslech přes sluchátka má oproti poslechu prostřednictvím reproduktorových soustav řadu výhod, ale také trpí řadou nedostatků. Mezi výhody patří především nízká pořizovací cena sluchátek, kdy obvykle „za málo peněz dostaneme hodně muziky“. Zkusili jste si někdy poslechnout např. „obyčejná“ dvoutisícová sluchátka Koss Porta Pro? Pokud ano, jistě víte o čem mluvím. Jejich „neobyčejný“ zvuk je v řadě parametrů, jako je např. detailnost, naprosto nedosažitelný systémy založenými na reprosoustavách v cenové hladině dokonce i mnohonásobně vyšší. Další výhodou sluchátek je fakt, že při poslechu nerušíte spolubydlící, ani sousedy. Můžete tak klidně pozdě v noci a nebo naopak po ránu vychutnávat své oblíbené interprety v plné parádě s vědomím, že nevzbudíte vaše malé děti ani věčně nevrlou paní odvedle. Nespornou výhodou sluchátek je také fakt, že zvuková reprodukce není negativně ovlivněna zpravidla nepříliš ideální akustikou poslechové místnosti a mnohdy stísněnými prostorovými možnostmi domácnosti vůbec.
 
Naopak nevýhodou sluchátkové reprodukce je určitý diskomfort daný tím, že měniče, u lepších sluchátek většinou zabudované do mušlí, musíme mít trvale nasazeny na uších a ke sluchátkům také většinou vede kabel, který určitým způsobem omezuje náš pohyb v prostoru. Kabelu se dá sice vyhnout použitím bezdrátové technologie (infra přenos nebo RF přenos), avšak kvalita zvuku tím vždy poněkud utrpí. Zdaleka největší nevýhodou sluchátek je však to, že stručně řečeno hrají „jinak“ než reprobedny. Tento „jiný“ zvuk je daný již samotným principem sluchátek, kdy se levý a pravý kanál stereo nahrávky reprodukuje zcela odděleně tak, že do levého ucha se skrze levou mušli dostane pouze levý kanál, zatímco do pravého ucha zase pouze pravý kanál. Naproti tomu u reprosoustav zvuk linoucí se z levé reprobedny vnímáme vždy oběma ušima a stejně tak zvuk z pravé reprobedny vnímáme oběma ušima. Za předpokladu, že máme reprobedny umístěny před sebou v rovnostranném trojúhelníku (ideální stav), z levé reprobedny zvuk přichází dříve do levého ucha a teprve potom s malým zpožděním a kvůli stínění, různým odrazům a ohybům kolem hlavy posluchače a dalších objektů v prostoru také mírně utlumený a pozměněný do pravého ucha. Obdobně zvuk z pravé reprobedny dorazí nejprve do pravého ucha a teprve následně modifikovaný do levého ucha. 
 
Mozek je schopen takto přijatý signál prostorově vyhodnotit a správně určit, z jakého místa pochází zdroj zvuku. U sluchátkového poslechu mozek možnost takovéhoto prostorového vyhodnocení nemá. Proto se takto vnímaný zvuk jeví spíše jako plochý s omezenou možností lokalizace, kdy se obvykle reprodukované nástroje či hlasy objevují buď vlevo nebo vpravo a nebo podivně uprostřed hlavy. Nové moderní nahrávky se mohou jevit sice prostorově lepší a přirozenější než ty staré pocházející z dob samotného vzniku stereofonního záznamu, jisté však je, že dlouhodobější sluchátkový poslech bude vždy únavný a může způsobovat nepříjemné pocity.
Zkuste si praktický test na porovnání rozdílu prostorového vnímání u reprosoustav versus sluchátek: máte-li doma klasický poslechový řetězec CD přehrávač --> zesilovač --> reprobedny a váš zesilovač má i možnost příposlechu na sluchátka (tedy má konektor pro připojení sluchátek), pak mezi CD přehrávačem a zesilovačem nechejte kabelem propojený pouze levý kanál (kabel pro pravý kanál odpojte). Pusťte si nějaké CDčko a poslouchejte zvuk z reprobeden. Uslyšíte pochopitelně pouze levou bednu. Zvuk bude monofonní, polovičatý, ale budete jasně vnímat, že přichází z levé reprobedny umístěné před vámi. Nyní ztlumte reprobedny a pusťte si pouze výstup na sluchátka. Co uslyšíte? Bude to velmi zvláštní plochý zvuk úplně zleva a budete mít značně nepříjemný pocit, jako byste právě ohluchli na pravé ucho a hlava by se vám měla brzo rozskočit. Dlouho se to nedá vydržet. Touto demonstrací jasně pochopíte, že u sluchátkového poslechu chybí ona příslušná informace pro druhé ucho, která mozku umožňuje prostorově lokalizovat.
A pojďme ještě dál... Je nutné si uvědomit, že prakticky každá konvenční sluchátka trpí oproti reprosoustavám ještě dvěma neduhy, které doplňují výše popsaný problém neexistence prostorové informace. Těmi jsou zvláštní nepřirozené zabarvení zvuku a nemožnost vnímání zvuku i ostatními částmi těla posluchače mimo uši samé. Hudební nástroje jaksi nezní „hmotně“, nemají ty správné kontury a správné tělo. Ani lidské hlasy nezní příliš plasticky a reálně. Jsou sice obvykle velmi dobře srozumitelné, ale jakoby neskutečné. Výšky bývají sice dosti výrazné a detailní, ale přesto nepřirozené, tenké. Činel ze sluchátek těžko bude znít jako opravdový činel. Zvláštní problém nastává při reprodukci basů, které mají opět jiný charakter a pozbývají jakéhosi zhmotnění, jež je při vyšších hlasitostech při reproduktorovém poslechu možno vnímat i jinými částmi těla než ušima, a sice jako určité chvění odpovídající reprodukovaným frekvencím.
Výše popsaných nectností sluchátek jsou si vědomi vývojáři a odborníci na akustiku v mnoha předních světových firmách a snaží se je nějakým způsobem eliminovat (alespoň některé). Existuje řada řešení, z nichž za nejzajímavější lze asi považovat tzv. sluchátkové procesory. Jejich primárním účelem je provést korekci zvuku tak, aby při jeho reprodukci pomocí konvenčních sluchátek měl posluchač co možná nejvěrnější vjem, velice podobný tomu, jaký poskytují špičkové reproduktorové systémy v dokonale akusticky upravených místnostech. Jinými slovy, zařadíte-li doma při poslechu na sluchátka do signálové cesty sluchátkový procesor, měli byste mít z poslechu rázem stejný zážitek, jako z reproduktorových soustav odpovídající kvality. 
Sluchátkové procesory většinou se zvukovým signálem provádějí několik základních operací: vezmou levý kanál, zpozdí ho, frekvenčně upraví respektive v závislosti na frekvenci příslušně utlumí a výsledek následně smíchají s kanálem pravým. U pravého kanálu provedou stejnou operaci vice versa. Některé procesory též na oba kanály aplikují speciální korekční křivku, která má za úkol zajistit přirozenější reprodukci přes sluchátka a potlačit zvuková zabarvení pro sluchátka typická.
Sluchátkové procesory mohou fungovat na analogové či digitální bázi. Princip digitálního procesoru spočívá v tom, že zpracovává zdrojová zvuková data (např. 16-bitová data se vzorkovací frekvencí 44.1 kHz jako standard záznamu na CD či DAT), poměrně složitým přepočtem je upraví a poté poskytuje digitálně-analogovému (D/A) převodníku k dalšímu zpracování. Naproti tomu analogové procesory zpracovávají na svém vstupu analogový signál a po jeho úpravě v analogové doméně poskytují dále opět analogový signál. Poslední variantou jsou procesory, které vstupující analogový signál převedou na signál digitální (např. pomocí 24-bitového A/D převodníku) a po provedení úprav opět inverzním D/A převodníkem převedou na signál analogový.
Sluchátkový procesor může fungovat jako plně samostatný komponent a nebo může být implementován do nějakého dalšího zařízení, jako je třeba sluchátkový zesilovač, řídící zesilovač se sluchátkovým příposlechem apod.
Jak vypadá špičkový audiofilský sluchátkový systém? Samozřejmě na začátku je zdroj zvuku, kupříkladu CD přehrávač nebo SACD přehrávač. Z něj je signál veden prostřednictvím symetrického nebo nesymetrického propojení do sluchátkového procesoru a z něj dále do sluchátkového zesilovače. Jak již bylo řečeno, někdy může být sluchátkový procesor a zesilovač integrován do jednoho komponentu. Sluchátkový zesilovač dodává zvuk do špičkových sluchátek, která máme nasazena na uších, přičemž jeho stavba se zcela odlišuje v případě, kdy používáme dynamická sluchátka, a v případě, kdy používáme sluchátka elektrostatická. Nepočetná skupina elektrostatických sluchátek dostupných na našem trhu je reprezentována značkou STAX, po jednom modelu jsou nabízena i od výrobců jako je Sennheiser, Koss apod. Tato sluchátka se obvykle přímo prodávají se speciálním sluchátkovým zesilovačem stejné značky. Složitá konstrukce a jedinečnost u každého výrobce obvykle neumožňuje záměnu zesilovače za komponent jiného výrobce.
 
Jiná situace je na trhu dynamických sluchátek.Ta jsou zdaleka nejrozšířenější a k dispozici jsou tisíce různých modelů různých značek. Pro ně existují univerzální standardizované sluchátkové zesilovače. 
Možná se ptáte, proč vlastně u dynamických sluchátek používat zvláštního sluchátkového zesilovače, když sluchátkový výstup je instalován téměř v každém CD-přehrávači a mnoha zesilovačích či receiverech. Důvod je prostý: dosáhneme lepší kvality zvuku. Sluchátkové výstupy např. u zesilovačů jsou považovány pouze za doplněk a výrobci ve snaze ušetřit na celkové ceně přístroje používají u nich levné součástky: nepříliš kvalitní integrované obvody, potenciometry a konektory. Obvody bývají často chráněny proti zkratu při zasunování a vysunování sluchátek do konektoru, což není příliš audiofilské řešení. Oproti tomu dedikované sluchátkové zesilovače nejsou pouhým doplňkem, ale plnohodnotným přístrojem – mají jediný úkol a tím je dodání co nejkvalitnějšího zvuku do připojených sluchátek. Jejich koncepce odpovídá většinou miniaturnímu výkonovému zesilovači osazenému kvalitními operačními zesilovači a kvalitními potenciometry či krokovými regulátory úrovně. Jejich výstupní impedance se blíží nule a činitel tlumení (damping factor) daný jako poměr impedance připojených sluchátek (která by se většinou neměla kvůli možnému zkratu odpojovat v zapnutém stavu) a výstupní impedance zesilovače, je proto dosti vysoký, což minimalizuje negativní zpětnou vazbu a má kladný vliv na výslednou kvalitu reprodukovaného zvuku. Nespornou výhodou samostatného sluchátkového zesilovače je též fakt, že právě umožňuje, oproti sluchátkovému výstupu na CD-přehrávači nebo zesilovači, zařadit signálu do cesty sluchátkový procesor.
 
Pawel Acoustics Headphone Processor HP-1
 
Produkt švýcarského výrobce Pawel Acoustics (u nás prodává firma ALTEI – www.altei.cz, cena cca 44.000,- Kč) je svým způsobem výjimečný. Jedná se o samostatný komponent, který provádí na analogové bázi korekci stereofonního signálu pro poslech přes sluchátka a lze předřadit prakticky každému sluchátkovému zesilovači. Obsahuje symetrický XLR a nesymetrický RCA vstup pro analogový signál, na výstupu lze odebírat upravený signál (pouze) přes nesymetrický RCA výstup. V současnosti jsou nabízeny dvě varianty, přičemž varianta HP-1/a je odladěna speciálně pro použití se sluchátkovými zesilovači a elektrostatickými sluchátky STAX řady Basic, Classic a Signature a varianta HP-1/b je odladěna pro STAX řady Omega. Varianta HP-1/a byla dále odzkoušena a poměrně úspěšně funguje i s některými dynamickými sluchátky „poháněnými“ odpovídajícími sluchátkovými zesilovači. Procesor je předurčen jak pro profesionální užití ve zvukových studiích, tak pro doplnění špičkového domácího hi-fi řetězce.
 
Přístroj nabízí dvě základní úpravy zvuku: korekci pro difúzní pole a tzv. binaurální funkci. Korekce pro difúzní pole spočívá v aplikaci speciální korekční křivky na oba kanály, aby došlo ke kompenzaci (narovnání) kmitočtové charakteristiky v difúzním zvukovém poli. Užitečná je především pro profesionální zvukaře ve studiích při tvorbě a úpravách míchaných stereofonních záznamů. Binaurální funkce není nic jiného než korekce signálu detailně vysvětlená v první části tohoto článku, která má za úkol zajistit, aby se poslech přes sluchátka co nejvíce podobal poslechu přes reproduktorové soustavy.
Tato korekce je u HP-1/a vyladěna tak, aby byla co nejúčinnější na zesilovačích/sluchátkách STAX. Použitím jiných zesilovačů/sluchátek může dojít ke snížení jejího účinku. Osobně jsem ověřil, že např. na dynamických sluchátkách Sennheiser HD 600 tato korekce funguje znamenitě, zatímco na sluchátkách Beyerdynamic DT 931 její efekt není až zas tak výrazný. Jisté však je, že je vždy nutné si na účinek korekce určitou dobu zvykat (dle některých materiálů až desítky hodin). Lidský mozek si musí přivyknout na to, že procesor se zjednodušeně snaží nasimulovat „virtuální poslechovou místnost“ s omezenými dozvuky, v níž se nacházejí „virtuální reprobedny“, produkující hudbu. Nahrávka produkovaná těmito virtuálními reprobednami navozuje dojem vlastního „virtuálního prostoru“, např. koncertního sálu u nahrávek vážné hudby apod. Očima bohužel onu virtuální poslechovou místnost vnímat nemůžeme, není skutečná, a tak si ji můžeme pouze představit. Mozek každého jednotlivce vyhodnocuje za standardních podmínek v reálném životě prostorové zvukové informace mírně odlišně. Každý máme jiný tvar vlasů, uší atd., a tak se zvukové vlny u každého jinak ohýbají, odrážejí, tlumí a přicházejí dovnitř ucha různě modifikované – na což si náš mozek v průběhu života již zvyknul. Nyní si musíme zvyknout na novou vygenerovanou poslechovou místnost s jinak modifikovanými zvukovými informacemi, potažmo na virtuální prostor každé reprodukované nahrávky, což někomu půjde lépe a někomu hůře.
Změnu, kterou přinese aplikace binaurální funkce, lze jednoduše popsat tak, že ze sluchátek uslyšíme přesně to, co zamýšlel zvukař při tvorbě nahrávky. Jedná-li se o nahrávku z koncertu, ocitneme se rázem v koncertním sále, chrámové varhany budeme vnímat, jako bychom byli v kostele, kde se záznam pořizoval. Lidské hlasy a nástroje dříve lokalizované divně uprostřed hlavy se předsunou před nás a jsme schopni určit jejich umístění v prostoru, jak v horizontální, tak i, a to zejména, ve vertikální rovině. Zabarvení zvuku se stane více přirozené, zvýrazní se kontury hlasů, nástroje získají „tělo“. Dojde také ke zvýraznění a přesnějšímu vnímání basů v prostoru. Celkový efekt této korekce je skvělý a vysoce návykový – po několika hodinách jejího používání pochopíte, že poslech ze sluchátek s aplikací procesoru je jako sledování filmu, který má nový mnohem hlubší a „oduševnělejší“ příběh.
 
 
HeadRoom Audio Image Processor jako integrální součást sluchátkového zesilovače HeadRoom Home
 
Firma HeadRoom sídlící v americkém Bozemanu (viz www.headphone.com) se specializuje na sluchátkové zesilovače pro dynamická sluchátka a na různé další sluchátkové doplňky. Má ve výrobním programu více než 10 modelů zesilovačů od jednoduchých přenosných typů až po špičkový model BlockHead nabízený za cenu přes 3.800 USD, který je koncipován jako dual-mono, je v symetrickém (balanced) provedení a s regulací úrovně signálu prostřednictvím krokových regulátorů (odporových řadičů).
Model HeadRoom Home je svou konstrukcí a cenou 699 USD přibližně uprostřed firemní nabídky. Má analogový nesymetrický vstup s konektory RCA. Aktivní zesilovací část je postavena na oblíbených operačních zesilovačích Burr Brown 604. K zesilovači je možné připojit dva páry prakticky jakýchkoli dynamických sluchátek, firma však doporučuje použití špičkových sluchátek Sennheiser HD 580/600, eventuelně Grado RS2/1.
 
Všechny sluchátkové zesilovače HeadRoom mají vestavěný tzv. Audio Image Processor (AIP). Jedná se o patentovaný firemní obvod pracující v čistě analogové doméně postavený na sluchátkovém kompenzačním obvodu vyvinutém v minulosti chlapíkem jménem Ben Bauer. Korekce signálu, kterou provádí tento procesor, je opět na stejném principu, jaký jsem popisoval v první části článku, a je dosti podobná korekci, kterou provádí sluchátkový procesor Pawel Acoustics, s tím rozdílem, že není tolik dokonalá a účinná. Zařazením této korekce se stane reprodukce více přirozená, zvýrazní se basový základ a zvukové pole získá dokonalou levou-pravou kontinuitu. Zabarvení zvuku však oproti Pawel Acoustics zůstane téměř beze změn, hudbu stále lokalizujeme víceméně uvnitř naší hlavy. Předozadní vnímání prostoru je však možné mnohem lépe než bez použití této korekce. A co je důležité, nenašel jsem žádnou nahrávku, kde by korekce způsobila degradaci kvality, tj. s AIP zní zvuk vždy lépe, než bez něj.
Oba výrobky, HP-1/a i HeadRoom Home, mám k dispozici, a tak jsem odzkoušel, jak bude znít hudba, pokud zapnu obě korekce najednou, tj. nejprve bude zvuk upraven korekcí v HP-1/a a potom znovu v zesilovači korekcí AIP. Použil jsem doporučovaná a mnou velmi oblíbená sluchátka Sennheiser HD 600. K mému velkému překvapení a potěšení nepůsobí tyto korekce proti sobě, nýbrž se vzájemně perfektně doplňují a vytvářejí společně synergický efekt v podobě špičkové velice prostorové a přirozené reprodukce s možností dokonalé prostorové lokalizace. Odpovědně mohu prohlásit, že většina nahrávek (ne úplně všechny) reprodukovaná tímto způsobem, zní stejně dobře jako při použití high-endového zesilovače a high-endových reproduktorových soustav. Hudebním fajnšmekrům vřele doporučuji.
 
 
Není záznam jako záznam...
 
Je třeba poznamenat, že doposud jsme v textu uvažovali pouze poslech běžných stereofonních záznamů, které jsou primárně určeny pro reprodukci přes reproduktorové soustavy. Těch je naprostá většina a troufnu si tvrdit, že téměř každé CDčko, které si koupíte a nebo překopírujete, bude obsahovat právě takový záznam. Když ve zvukovém studiu vzniká nová nahrávka, je vždy snímána a mixována tak, aby při přehrávání přes reprosoustavy měl posluchač co nejlepší hudební zážitek a pokud možno pocit homogenního prostoru, v němž se nacházejí jednotliví interpreti, nástroje a další zvuky. Pro odpovídající přirozenou reprodukci na sluchátkách se musí provést korekce signálu pomocí sluchátkového procesoru. Existují ale i další speciální stereofonní záznamy tvořené již při svém vzniku výhradně pro poslech přes sluchátka. Říká se jim binaurální záznamy. Ty obvykle bývají zaznamenány prostřednictvím tzv. umělé hlavy, tj. speciálního objektu ve tvaru lidské hlavy (dummy head), který má v každém uchu zabudovaný vysoce kvalitní mikrofon. Takovou umělou hlavu umístíme např. před orchestr do koncertního sálu a oběma mikrofony zaznamenáváme přesně ty zvuky, které by slyšel živý posluchač, kdyby v sále seděl. Příkladem umělé hlavy může být model Neumann KU-81 či KU-100 (viz www.neumann.com). Binaurální záznamy, aby zněly skutečně autenticky, je nutno reprodukovat bez úprav jen a pouze přes sluchátka. To, co sejmul mikrofon v levém uchu umělé hlavy, se nám dostane do levého ucha prostřednictvím levého sluchátkového měniče a stejně tak je tomu u pravé strany. Reprodukce přes reprobedny je sice také možná, ale logicky nemůže přinést kýžený efekt. Pro zájemce o binaurální poslech odkazuji na www.binaural.com, odkud lze stáhnout i několik zvukových binaurálních ukázek.
 
Na závěr bych rád uvedl, že vedle dvoukanálových (stereofonních) záznamů, kterým byly věnovány obě části tohoto článku, nesmíme zapomínat ani na vícekanálové záznamy, které se v současnosti stále více prosazují, zejména u domácího kina. U filmů na DVD-video se běžně vyskytuje ozvučení 5.1, ať už ve formátu Dolby Digital či DTS. Takový zvuk by měl být reprodukován pěti nezávislými přesně rozmístěnými reprobednami a subwooferem. Ne všichni uživatelé však vlastní takové vybavení a řada z nich touží slyšet odpovídající prostorový zvuk pomocí pouze dvou reprosoustav, nebo i prostřednictvím sluchátek. Proto vzniká řada nových technologií, které mají za úkol uživatelům toto umožnit. Špičkovým produktem v této oblasti je např. AKG Hearo 999 Audiosphere Digital Surround Processor (www.akg-acoustics.com), s ambicemi pro profesionální použití, který v sobě spojuje funkce sluchátkového zesilovače a klasického sluchátkového procesoru korigujícího stereofonní nahrávky pro přirozený poslech na sluchátkách, tak jak jsme jej rozebírali výše (firemní technologie se tentokráte nazývá IVA), technologii VMAx pro poslech prostorového zvuku Dolby Digital 5.1 prostřednictvím pouze jednoho páru reproduktorů a řadu dalších vymožeností. O tom ale zase možná někdy příště.
Doprava ZDARMA

Doprava zdarma

Váš košík

Košík je prázdný

Napište nám

... nebo na email: hifimarket (zavináč) hifimarket.cz

Novinky v Hi-Fi marketu

  •  Sledujte Novinky, Zprávy & Tipy na našem Facebooku!

Sledujte naše Novinky na Facebooku

Přihlášení zákazníka

Newsletter - odběr novinek

Doprava na Slovensko