Cómo medir el gráfico de respuesta de frecuencia de su IEM: asequible, portátil, preciso y repetible.

El hardware y el software que necesita para realizar mediciones significativas de su IEM y trazar su gráfico de respuesta de frecuencia.

Un simulador de oído ocluido.
Un simulador de oído ocluido.

Armados con la combinación de un presupuesto limitado y expectativas realistas, compramos un dispositivo de prueba de auriculares miniDSP EARS para estandarizar nuestras mediciones de respuesta de frecuencia de auriculares.

Después de probarlo, creé un par de artículos sobre EARS para compartir mis experiencias con el uso del dispositivo. Primero, analizo qué es EARS, qué puede hacer y las limitaciones inherentes al uso de EARS para realizar mediciones. El segundo artículo es una guía paso a paso sobre cómo medir los auriculares usando EARS.

El dispositivo de medición miniDSP EARS.  Típicamente con menos ojos.
El dispositivo de medición miniDSP EARS. Típicamente con menos ojos.

“EARS es un equipo de prueba que utiliza micrófonos instalados en oídos simulados para registrar datos a través de una conexión a una computadora. Los tonos de prueba se reproducen a través de un par de auriculares instalados en el dispositivo.

Los EARS vienen preensamblados como una unidad que consta de un par de orejas de silicona moldeada con micrófonos integrados, una caja de interfaz USB rectangular que sostiene las placas de las orejas y un soporte de acero estampado. El soporte está redondeado en la parte superior para aproximarse a la parte superior de una cabeza humana y para sujetar la banda de los auriculares.

La caja de interfaz USB se conecta a una computadora con un cable de impresora USB AB estándar y no se necesita controlador para usar en Windows, Linux o Apple OS. La interfaz USB alimenta los EARS y captura la entrada de los micrófonos.

El EARS es uno de varios equipos comerciales de medición de auriculares en el mercado. Tiene la distinción de ser el más asequible (por un GRAN margen)”. – Una introducción a miniDSP EARS.

La intención original era usar EARS para medir tanto los auriculares de tamaño completo como los IEM. Desafortunadamente, aunque EARS funciona bien con auriculares de tamaño completo, se descubrieron algunas limitaciones importantes al intentar usarlo con IEM.

Me resultó bastante difícil obtener resultados repetibles al medir IEM con EARS.

La forma y el tamaño del canal auditivo en los OÍDOS son cortos, cilíndricos y simplemente no son naturales. Esto limita el rango de profundidades de inserción y no simula los efectos acústicos de la forma de la oreja. Pronto se hizo evidente que tenía que haber algo más adecuado.

Simuladores de oído ocluido

Un IEM Moondrop Starfield insertado en el simulador de oído ocluido.
Un IEM Moondrop Starfield insertado en el simulador de oído ocluido.

Los simuladores de oído son dispositivos estandarizados utilizados tradicionalmente para la calibración de auriculares. Para imitar mejor las respuestas naturales del oído, los simuladores de oído replican el efecto de oclusión. Este efecto ocurre cuando un canal auditivo se llena con un objeto extraño. Esto hace que la persona escuche un sonido hueco o retumbante al hablar o escuchar.

El sonido extraño se debe al sonido que viaja a través de la conducción ósea a la cóclea. La presión acústica aumenta en el canal auditivo ocluido a bajas frecuencias debido a la vibración de la pared del canal auditivo.

Puedes simular esta experiencia tapándote los oídos con los dedos y hablando.

La falta de un simulador de oído ocluido en el miniDSP EARS crea resultados que son bastante diferentes de las mediciones realizadas con equipos estándar de la industria y crea picos no estándar debido a la respuesta del canal.

“El pico del canal auditivo simulado todavía está presente, pero su frecuencia se redujo a aproximadamente 2,5 kHz debido a que el IEM se detuvo al final del canal. También existe la misma caída de agudos relativamente empinada… Por supuesto, diferentes profundidades de inserción o geometrías de punta cambiarán estas características en gran medida, lo que agrega otra capa de incertidumbre en la medición». – AudioXpress

Debemos recordar que el factor más importante al realizar las mediciones de los auriculares es consistencia.

Debemos ser capaces de repetir y confiar en las mediciones que hacemos. Las herramientas y los procesos que seguimos para realizar las mediciones deben ser consistentes. Esta es la única forma en que podemos comparar las medidas.

Sería mejor hacer mediciones con un dispositivo simulador de oído ocluido estándar de la industria. Lamentablemente, los dispositivos estandarizados de una empresa como GRAS Sound and Vision son demasiado caros para el consumidor medio (como yo).

Esto me llevó a echar un vistazo a las herramientas que se utilizan para crear las bases de datos de medición IEM en línea más respetadas.

Herramientas de medición de In-Ear Fidelity

La búsqueda de un estándar aceptado básicamente comenzó y terminó con la extensa base de datos de medición (aproximadamente 800 IEM en el momento de escribir este artículo) en In-Ear Fidelity. Me acerqué a Corin Ako (o Crináculo como se le conoce en línea) y tuvo la amabilidad de responder mis preguntas y orientarme en la dirección correcta en cuanto a qué equipo estaba usando para crear su base de datos.

El tipo de simulador de oído ocluido y acoplador recomendado por Crinacle.
El tipo de simulador de oído ocluido y acoplador recomendado por Crinacle.
“Estoy usando un acoplador especificado en IEC60318-4… Si bien no está construido por el trío habitual de fabricantes de HATS (Head Acoustics, GRAS y B&K), dado que está construido según el estándar, funciona básicamente de forma idéntica. Creo que este acoplador en particular se basa en el B&K Tipo 4195”. – Crinacle en un intercambio de correo electrónico personal

Resulta que con suficiente apoyo, Crinacle pudo actualizar recientemente su hardware más cerca de un estándar de la industria (mucho más caro). «… Cambiaré a una configuración GRAS KB5000/5001 con mi acoplador IEC60318-4 existente para mediciones de auriculares, así que básicamente un GRAS 43AG-4 pero con un poco de bricolaje adicional para satisfacer mis necesidades de portabilidad».

Según la publicación del 3 de septiembre de In-Ear Fidelity, el nuevo hardware consta de:

“PC portátil > Room EQ Wizard > Interfaz de audio Motu M2 > Acondicionador de señal B&K 1704-C-102 CCP (alimentación por bus USB) > Acoplador IEC603318-4 de “alta resolución” prepolarizado GRAS RA0402 > Pabellón auricular artificial GRAS KB5000/KB5001 (derecha e izquierda respectivamente)…

…la base de datos IEM seguirá usando mi acoplador 711 existente. Ciertamente, no es ideal dado que todavía está ligeramente alejado de un GRAS RA0402 (aunque todavía está bien dentro de las especificaciones IEC 60318-4), pero la base de datos es básicamente su propio estándar en estos días dado el gran volumen de entradas de todos modos. Como tal, continuar con el antiguo acoplador tiene más sentido para mantener la precisión, la repetibilidad y la comparabilidad…”

Este es el modelo de un simulador de canal auditivo ocluido (un acoplador genérico 711).  La geometría corresponde al simulador de oído tipo 4157 de Brüel & Kjær. (De comsol.com)
Este es el modelo de un simulador de canal auditivo ocluido (un acoplador genérico 711). La geometría corresponde al simulador de oído tipo 4157 de Brüel & Kjær. (De comsol.com)

Dado que este nuevo nivel de hardware representa un compromiso financiero significativo (¡el objetivo de financiación colectiva era de $9000 USD!), decidí que replicar la configuración anterior de In-Ear Fidelity, la que produjo la mayor parte de las mediciones, sería «suficientemente bueno» para mi propósitos de medición.

Un acoplador genérico 711.
Un acoplador genérico 711.

CEI 60318-4

Específicamente, IEC 60318-4 define «Electroacústica – Simuladores de cabeza y oído humanos – Parte 4: Simulador de oído ocluido para la medición de auriculares acoplados al oído mediante insertos auditivos.”

Describe un simulador de oído ocluido destinado a la medición de auriculares insertados en el rango de frecuencia de 100 Hz a 10 kHz. También es adecuado como base para una extensión destinada a simular el canal auditivo completo y el oído externo simulando la impedancia de transferencia acústica para el oído humano adulto normal ocluido.

Hay varias limitaciones para los dispositivos diseñados para cumplir con este estándar que debe entender cualquier persona que realice o interprete mediciones.

  • Se producirán grandes variaciones de rendimiento entre los oídos individuales que deben tenerse en cuenta al utilizar el simulador de oído.
  • No simula la fuga entre un molde y un canal auditivo humano.
  • Los resultados pueden diferir del rendimiento de un auricular insertado en un oído real, especialmente a bajas frecuencias.
  • Por debajo de 100 Hz, no se ha verificado que el dispositivo simule un oído humano, pero se puede usar como un acoplador acústico a frecuencias adicionales de hasta 20 Hz.
  • 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.

Como con todo, es mejor abordar las cosas con los ojos bien abiertos y comprender las limitaciones al interpretar los resultados.

Requisitos de hardware

Para crear mediciones IEM, se requiere el siguiente hardware:

  1. Acoplador de simulador de oído ocluido (cumple con IEC 60318-4) (Comprar)
  2. Adaptador de cable divisor de auriculares/micrófono de 3,5 mm (Comprar)
  3. Adaptador de auriculares Lightning a 3,5 mm de Apple (Comprar)
  4. dispositivo iOS
El dongle de audio económico Apple Lightning a 3,5 mm.  Modelo A1749.
El dongle de audio económico Apple Lightning a 3,5 mm. Modelo A1749.

Lo creas o no, eso es todo. Suponiendo que ya tiene un iPhone o iPad y el adaptador de auriculares de Apple, solo hay dos elementos de hardware adicionales para comprar. Un adaptador de cable divisor de auriculares/micrófono es barato y fácil de conseguir en Amazon. Aquí está el que compré.

El económico divisor de micrófono/auriculares de 3,5 mm que compré.  (De amazon.ca)
El económico divisor de micrófono/auriculares de 3,5 mm que compré. (De amazon.ca)

El desafío radica en comprar el simulador de oído ocluido adecuado (me referiré a él como ‘OES’ a los efectos de este artículo). Este simulador de oído interno compatible con IEC 60318-4 actualmente solo está disponible en Taobao, un sitio web chino de compras en línea, propiedad de Alibaba. Taobao es el sitio web de comercio electrónico más grande del mundo; sin embargo, no está en inglés ni está diseñado para el mercado norteamericano.

El OES en Taobao.com.
El OES en Taobao.com.

Cómo comprar en Taobao

Para comprar en Taobao, necesitará un agente externo de compras, almacenamiento y envío. Superbuy funcionó bien para mí mientras me confundía con los pasos de compra por primera vez. Terminará comprando el producto a través del sitio web de Superbuy, y ellos lo comprarán en Taobao en su nombre, y luego empaquetarán y le enviarán el artículo.

Un simulador de oído ocluido utilizado para realizar mediciones IEM.
Un simulador de oído ocluido utilizado para realizar mediciones IEM.

Superbuy ofrece servicios adicionales de embalaje y envoltura antes del envío, lo cual hice ‘por si acaso’. El paquete que llegó estaba empacado de manera tan segura que tomó aproximadamente media hora con tijeras y cuchillos para finalmente liberar el OES, que terminó empacado de manera segura en su propia caja de plástico duro forrada con espuma.

Asi que.  Mucho.  Embalaje.
Asi que. Mucho. Embalaje.

Todo el proceso de pedido se sintió un poco desconcertante y como un acto de fe, pero al final, todo salió a la perfección y el dispositivo llegó sano y salvo.

Requisitos de Software

“En cuanto al software, estoy usando el promedio de ruido periódico o la retención de picos de barrido sinusoidal en iOS AudioTools (que no debe confundirse con AudioTool en Android, que es un programa FFT muy inferior) simplemente por razones de portabilidad. En mi escritorio, uso Room EQ Wizard con ocasionales incursiones en ARTA dependiendo de las funciones que necesito”. – Crinacle en un intercambio de correo electrónico personal

La aplicación iOS AudioTools.
La aplicación iOS AudioTools.

Compré AudioTools para iOS en la App Store. Parece ser bastante completo y hace muchas cosas que probablemente nunca usaré. Pero, como dicen, es la herramienta adecuada para el trabajo.

Costos

  • Simulador de oído ocluido (OES): $71.57 USD
  • Envío (a Canadá): $32.02 USD
  • Cargos de importación de DHL: $ 23.57 USD
  • Divisor de auriculares/micrófono: $11.02 USD
  • Software iOS AudioTools: $20.60 USD

GRAN TOTAL: $158.78 USD

En comparación con las alternativas multimillonarias, esta solución es asequible y razonable para los entusiastas.

Enganchándolo todo

El OES viene con un conector de micrófono estándar de 3,5 mm. El procedimiento de conexión no podría ser más sencillo.

1. Comience conectando el adaptador Lightning de Apple a 3,5 mm en el dispositivo iOS.

2. Enchufe el conector macho del cable bifurcador de micrófono/auriculares en este adaptador.

3. Enchufe el cable IEM en el conector de 3,5 mm para auriculares marcado en el divisor.

4. Enchufe el conector macho del OES en el conector de 3,5 mm del micrófono marcado en el divisor.

5. Abra la aplicación AudioTools en el dispositivo iOS.

Simplemente conecte su iPhone o iPad y estará listo para comenzar a medir IEM.
Simplemente conecte su iPhone o iPad y estará listo para comenzar a medir IEM.

Dado que el OES no tiene un soporte (aunque se puede usar acostado sobre un escritorio o una mesa), corté un trozo corto de un flotador de piscina y encontré una maceta pequeña para colocar la pieza de espuma. Esto sujeta de forma segura el OES en una posición vertical y se puede ajustar para brindar apoyo al IEM insertado.

Esta configuración también funciona para medir IEM inalámbricos. Simplemente omita el paso 3 ‘conecte el cable IEM‘ paso y conecta los IEM normalmente a través de Bluetooth.

Configuración del software iOS AudioTools

En el software AudioTools, se deben cambiar algunas configuraciones básicas. Esta es quizás la parte más complicada del proceso, ya que no hay nada documentado. Nuevamente, apelé a Crinacle por sus configuraciones recomendadas, e hice todo lo posible para replicarlas.

Es posible que no haya interpretado todas las instrucciones de Crinacle con precisión y cualquier error es solo mío.
Seleccione el icono 'Configuración' para cambiar el rango del micrófono.
Seleccione el icono ‘Configuración’ para cambiar el rango del micrófono.

Ajustes → Configuración del micrófono

El OES debe estar conectado al dispositivo iOS para realizar este cambio.
  • Micrófono de auriculares 1: Alto rango

Acústica – Herramientas de análisis acústico → FFT – Transformada rápida de Fourier

Seleccione la configuración de 'rango alto' para el micrófono conectado.
Seleccione la configuración de ‘rango alto’ para el micrófono conectado.
Seleccione el icono Acústica - Herramientas de análisis acústico para realizar mediciones.
Seleccione el icono Acústica: herramientas de análisis acústico para realizar mediciones.

Explicación de la configuración de la aplicación (de L a R)

La pantalla de medición de gráfico FFT predeterminada.
La pantalla de medición de gráfico FFT predeterminada.
  • Suavizado de gráficos: 1/24 octava
Seleccione 1/24 de octava.
Seleccione 1/24 de octava.
  • Ícono de reproducción: presione cuando esté listo, después de que se hayan cambiado todas las configuraciones enumeradas. Presione nuevamente para hacer una pausa después de 30 segundos.
  • Icono de carpeta de archivos: Toque para ingresar un nombre de archivo (el nombre del IEM que se está midiendo). Guardar como el gráfico título de la pantalla Cuando se le solicite.
Introduzca el nombre del IEM para guardar.
Introduzca el nombre del IEM para guardar.
Utilice el nombre de IEM para el título de la pantalla.
Utilice el nombre de IEM para el título de la pantalla.
  • Icono de onda sinusoidal (generador): Rosado. -2dBFS. Haga clic en el interruptor deslizante (hágalo verde) para comenzar a jugar.
Seleccione el generador de ruido rosa y haga clic en el interruptor para comenzar a reproducir el sonido.
Seleccione el generador de ruido rosa y haga clic en el interruptor para comenzar a reproducir el sonido.
  • Llave (Configuración FFT): 32768 Puntos FFT/Octava. FFT de rango completo. Punto de cruce: 1kHz. Configuración de gráficos: Escala de dB: 30-85 dB. Escala de frecuencia: 19 Hz – 20000 Hz. Trama gruesa.
Seleccione los puntos y el rango como se muestra.
Seleccione los puntos y el rango como se muestra.
Selecciona 32768 puntos/octava.
Selecciona 32768 puntos/octava.
Establezca el punto de cruce en 1 kHz, la escala de dB de 30 a 85 dB y la escala de frecuencia de 19 Hz a 20 000 Hz.
Establezca el punto de cruce en 1 kHz, la escala de dB de 30 a 85 dB y la escala de frecuencia de 19 Hz a 20 000 Hz.
Establezca la línea de trazado en Grueso.
Establezca la línea de trazado en Grueso.
Compruebe las opciones de configuración final.
Compruebe las opciones de configuración final.
  • Deterioro gráfico: Promedio
Seleccione Promedio para el decaimiento del gráfico.
Seleccione Promedio para el decaimiento del gráfico.
El enlace de reinicio y el temporizador se encuentran en el cuadro pequeño en la parte inferior derecha de la pantalla.
El enlace de reinicio y el temporizador se encuentran en el cuadro pequeño en la parte inferior derecha de la pantalla.
  • Él foto El botón de icono en la esquina superior derecha guardará una imagen de la pantalla actual en la biblioteca de fotos del dispositivo iOS.
Esta imagen es lo que se exporta a la biblioteca de Fotos desde los datos de la pantalla anterior.
Esta imagen es lo que se exporta a la biblioteca de Fotos desde los datos de la pantalla anterior.

Toma de medidas

Una vez realizados todos los cambios de configuración anteriores, los pasos básicos para tomar medidas son:

  1. Conecte el dispositivo iOS, el adaptador Lightning, el divisor de auriculares/micrófono y OES.
  2. abre el FFT Gráfico debajo Herramientas de análisis acústico en las herramientas de audio de iOS.
  3. Inserte el IEM al final del acoplador. Dado que el tamaño de la boquilla OES es fijo (y bastante pequeño), puede que sea necesario usar una punta para el oído más pequeña de lo normal para lograr un buen ajuste. Esfuércese por lograr una inserción suave con un buen sellado. Deje una pequeña cantidad (±1 mm del extremo de la punta del auricular visible).
  4. En un entorno silencioso, coloque el OES sobre una superficie sólida no resonante que no transfiera ningún ruido externo durante las mediciones.
  5. presione el botón de play en la parte inferior de la pantalla FFT.
  6. Ajuste el volumen del teléfono hasta que la línea esté aproximadamente 65 dB a 1 kHz.
  7. presione el Restablecer promedio enlace (en el cuadro pequeño en la parte inferior derecha) después de cada cambio.
  8. Esperar 30 segundos (el temporizador contará en la parte inferior derecha de la pantalla) hasta que el gráfico se estabilice (la línea se suavizará).
  9. presione el pausa en la parte inferior de la pantalla FFT.
  10. presione el expediente botón para guardar y nombrar la medida.
  11. presione el foto botón para guardar el gráfico en la biblioteca de Fotos en el dispositivo iOS.
El tamaño fijo de la boquilla en el OES a veces hace que encontrar la punta del oído del tamaño adecuado sea un desafío.
El tamaño fijo de la boquilla en el OES a veces hace que encontrar la punta del oído del tamaño adecuado sea un desafío.

Consideraciones importantes al realizar mediciones

  1. El propósito de crear medidas de respuesta de frecuencia es poder comparar un IEM con otro. Las comparaciones solo son válidas si las herramientas y la metodología de medición son las mismas para todas las mediciones.
    1. Las variaciones de unidades entre el mismo modelo de IEM también pueden crear diferencias de medición.
  2. El gráfico de medición de la respuesta de frecuencia no es un indicador objetivo de la calidad o fidelidad del sonido. Los resultados deben interpretarse subjetivamente.
    1. Escuchar es la única forma de validar si el gráfico representa con precisión el sonido.
  3. Las mediciones realizadas con un OES tienen limitaciones.
    1. El diámetro sólido y fijo del acoplador de metal se adapta mejor a algunas puntas de los oídos que a otras. Intento encontrar el mejor ajuste con las almohadillas para los oídos que se incluyen con los IEM.
    2. La profundidad de inserción no puede ser uniforme debido a las variaciones de boquilla y punta entre los IEM.
    3. Los gráficos mostrarán un pico resonante en las frecuencias agudas superiores (típicamente cerca de 7-10kHz).

Conclusión

Recomiendo encarecidamente este método para realizar mediciones IEM. Es simple, portátil y rápido.

Sin mencionar asequible.

¿Es perfecto? Absolutamente no. Pero es una gran solución para la mayoría de los entusiastas. También es mucho más fácil obtener resultados repetibles que intentar mediciones IEM utilizando el miniDSP EARS.

Entonces, con suerte, ya no se preguntará cómo se obtienen las medidas para mis revisiones de IEM en Headphonesty. Si está buscando una forma efectiva de medir y comparar sus IEM, confío en que esta guía lo ayudará a tomar decisiones informadas sobre sus opciones.

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