Особо хотелось бы отметить еще один момент. Не секрет, что главный недостаток цифровых ревербераторов, в отличие от “живых” помещений - это некоторая “механистичность”, монотонность получаемого звучания. Ведь электроника будет всегда работать и звучать одинаково, будь то хоть в России, хоть в Африке. Реальный же зал - всегда “живой”, отзвук помещения - постоянно, хоть немного, хоть чуть-чуть да изменяется. Воздух движется, изменяется влажность, температура, и т.д. И плюс ко всему - происходит это в разных местах помещения неравномерно. Для имитации этих эффектов в хороших процессорах также предусматриваются различные меры. В простейших случаях осуществляется небольшая модуляция времени задержки специальным инфранизкочастотным сигналом, соответственно, с обычными параметрами модуляции - частотой “Mod Rate”, и глубиной “Depth”. Иногда для этих целей применяется особый, так называемый “псевдослучайный” НЧ-сигнал, при этом пользователь может изменять только глубину модуляции. В совсем уж “навороченных” процессорах имеются особые алгоритмы для придания “живости” звучанию - “Randomization”. Они позволяют, кроме описанной модуляции - только более “хитрой” - изменять случайным образом, но плавно, еще и тембр отдельных составляющих реверберационного процесса.

Несколько особняком от “обычных” - стоит большая группа программ для получения не существующих в природе, “ревербо-подобных” звучаний. Речь идет о “нелинейной реверберации” - эффектах, известных под названиями “Gate Reverb”, “Revers Gate”, “Non-Lin”, и некоторых других.

Почему - несуществующих? Да потому, что не может в реальных условиях процесс реверберации оборваться резко, скачком. Или и вовсе - увеличивать свою громкость с течением времени! А электронный - может...

Все программы и алгоритмы реверберации этого типа работают, естественно, без обратной связи, т.е. никакой сигнал с выхода процессора на его вход не подается, и выходной сигнал целиком и полностью состоит только из ранних отражений. Соответственно - и многие из параметров для них одинаковые, хотя есть и некоторые весьма специфичные, присущие только этому виду эффектов.

На рис.5 схематически изображены два эффекта:

“Gate Reverb” - это обычные ранние отражения, только не сопровождающиеся последующим реверберационным “хвостом”. При этом уровень этих сигналов, как и положено реверберации, с течением времени уменьшается. Если же их уровень постепенно увеличивается - то это “Revers Gate”, или “Invers Gate”.

Для обоих этих режимов основные параметры - это время длительности послезвучания “Decay” и регулировка характера огибающей, затухающей или возрастающей - “Envelope”. Иногда “Revers Gate” и “Invers Gate”.- это две различных программы, иногда - одна и та же, в последнем случае просто переключается направление огибающей “Envelope Direction”, “Normal” - обычное, или “Reverse”.

В некоторых моделях можно встретить и совсем уж экзотические режимы нелинейной работы. Такой, например, как изображенный на следующем рисунке:

Так как этот режим ни с какой стороны не похож на реверберацию, даже если его “перевернуть вверх ногами”, то он и носит “не-реверберационное” название “Non-Lin”. При этом у огибающей процесса есть все положенные гейту составляющие - “Attack”, “Hold”, и “Release”. Конечно, никакого реального гейта при этом не используется, этими регуляторами устанавливается только время нарастания или уменьшения амплитуд каждой из отдельных составляющих процесса. Или, иначе говоря, по аналогии с ленточным ревербератором - уровень сигнала, снимаемого с каждой из множества воспроизводящих головок. Например, сигнал с первой головки поступает на выход с уровнем -40дБ, со второй -30дБ, третьей -20дБ, четвертой -10дБ, пятой - “0”дБ. Если при этом временной интервал между задержанными сигналами составляет, скажем, 25мС, то время “Attack” (полного нарастания уровня выходного сигнала до номинального) будет равно 100мС. Вот именно это время и устанавливается этим параметром. Аналогично и с остальными временами.

(Естественно, это только для иллюстрации! В реальности - интервалы между задержанными сигналами различны, соответственно - и амплитуды будут разниться несколько по-другому.)

Справедливости ради следует отметить, что иногда в ревербератор встраивается и “настоящий” гейт, с полным набором положенных ему регулировок. Это в ряде случаев позволяет получать довольно интересные эффекты, но при этом процессор может использоваться только для одного инструмента одновременно, т.к. иначе гейт просто “не поймет”, на какой именно сигнал ему, бедняге, реагировать...

Однако рассмотрение всех возможных эффектов, которые можно получать с помощью цифровых процессоров - это тема для отдельного, и немалого, обзора. Здесь же упомянем лишь, что практически все эффекты, имеющиеся в том или ином современном процессоре, можно задействовать одновременно, для получения более сложных и интересных звучаний. Например, можно сочетать реверберацию с фленджером, хорусом, или питч-шифтом (“Pitch-Shift”), при этом получая просто головокружительные, неземные звучания!

Лекция 3. Распространение звука в помещениях

Вопросы: 1.Влияние помещения прослушивания. Амбиофонические системы.

2. Конструктивные особенности помещений для прослушивания стереозаписей.

3.Требования к жилым помещениям прослушивания.

Литература: А.А.Петров «Звуковая схемотехника для радиолюбителей» Москва. «Радио и связь» 2004г.

Особенности звукового материала

В музыке обычно используется 8 октав:

16...32 Гц …………. субконтроктава

32...64 Гц…………. контроктава;

64...128 Гц……….. большая октава;

128...256 Гц ………. малая октава;

256...512 Гц ………. первая октава;

512...1024 Гц ……... вторая октава;

1024...2048 Гц ……. третья октава;

2048...4096 Гц ……. четвертая октава.

Поскольку субконтроктава используется очень редко, полосы частот 30...4000 Гц достаточно для передачи мелодии. Однако количество высших гармоник и соотношение между их амплитудами у разных музыкальных инструментов неодинаково. Именно это и объясняет различие в их звучании, даже если они воспроизводят одну и ту же ноту. Аналогично и голос каждого человека имеет характерный, присущий только ему, гармонический состав, что придает голосу неповторимую тембровую окраску.

В процессе исполнения уровень акустического сигнала непрерывно изменяется. Диапазон его изменения может быть довольно широким. Для сравнения в табл. 1.1 приведены усредненные динамические диапазоны звучания отдельных инструментов и музыкальных ансамблей.

Усредненные динамические диапазоны звучания отдельных инструментов

Таблица 1.1

Источник звука	Уровень, дБ (мин/макс)	Динамический диапазон, дБ
Гитара	40/55	15
Квартет струнных инструментов	35/75	40
Орган	50/85	35
Небольшие вокально-инструментальные ансамбли	40/85	45
Рок-группа	80/11	30
Эстрадный оркестр	45/10	55
Духовой оркестр	50/10	50...100
Большой симфонический оркестр	35/11	75

Чтобы сохранить тембр звучания музыкальных инструментов и голосов певцов, микро- и макродинамику музыкального произведения, требуется полоса частот усилителя от 2...5 Гц до 60... 100 кГц и акустической системы от 20...30 Гц до 35...60 кГц, отношение сигнал/шум не менее 75 дБ, и звуковое давление в точке нахождения слушателя, превышающее уровень шумов в помещении прослушивания на величину динамического диапазона музыкального материала.

Влияние помещения прослушивания

Чтобы максимально реализовать возможности аппаратуры, помещение прослушивания должно обладать определенными свойствами. Известно, что в закрытом помещении возникает явление послезвучания, называемое реверберацией. Время реверберации -- это время, в течение которого после прекращения действия источника звуковой энергии интенсивность звука уменьшается на 60 дБ (в 1000 раз). Реверберация, в зависимости от длительности, может улучшать или ухудшать качество звучания. Оптимальное время реверберации зависит от размеров помещения.

Звучание инструмента, даже в руках большого мастера, может быть совершенно разным в зависимости от места исполнения: шумный переход метро, сквер или жилая комната объемом 25...30 м³ и совсем другое дело -- концертный зал с оптимальным временем реверберации. Именно в хорошем концертном зале, благодаря его акустическим свойствам, музыка достигает своего окончательного совершенства: звучание приобретает выразительность, мелодичность; становится богатым, тоньше нюансированным; более естественными воспринимаются тембры инструментов, звучание приобретает объёмность. Благодаря реверберации слушатель помимо прямого звука, пришедшего со сцены, получает отраженную энергию (стенами, потолком, полом, архитектурными сооружениями) -- так называемую диффузную компоненту. Но даже в зале кто-то предпочитает партер, кто-то амфитеатр, кто-то балкон, а для кого-то очень важно сочетание слухового и визуального восприятия.

Самое интересное, что в условиях свободного поля, звучание, как инструментов, так и человеческого голоса, утрачивает свою привлекательность. Таким образом, зал -- неотделимый от музыки посредник между исполнителем и слушателем. Хороший зал не «вуалирует» музыкальной фактуры сильной реверберацией и не обесцвечивает «глухотой», а окружает звук мягким и светлым ореолом, не давая пропасть ни одному обертону.

В зависимости от объема и назначения помещения требуемое время реверберации колеблется в пределах от 0,4 до 2,1 с. Например, для жилых помещений объемом 40...60 м³, оптимальное время реверберации в диапазоне частот 80... 10000 Гц составляет 0,4...0,6 с, для залов 250...300 м³ -- 0,9...1,1 с, для зала объемом 2000 м³ -- 1,2...1,5 с, а для залов размером более 5000 м³ оптимальное время реверберации мало зависит от объема и составляет в зависимости от жанра произведения: 1,48 ±0,05 с -- для современной классической музыки; 1,56 ±0,05 с -- для классической музыки; 2,1 ±0,05 с -- для симфонической музыки. Если оно мало, то не происходит известной слитности следующих друг за другом звуков, при этом мелодический рисунок музыки тяжело воспринимается, звучание становится безжизненным, глухим, ватным. При слишком большом времени реверберации помещение «гудит», звучание становится гулким, речь неразборчивой, музыка становится засоренной и быстро утомляет. Отсюда и разнообразные эпитеты, которыми часто награждают акустику залов: нейтральная, звонкая, яркая, интересная, гулкая, гудящая, и т.п.

Очень важно, чтобы время реверберации зала как можно меньше зависело от наполненности его слушателями. В пустых залах время реверберации больше, чем в заполненных в 1,5...2 раза и более, что затрудняет проведение репетиций. Мягкие кресла для слушателей, в какой-то степени решают эту проблему.

Что касается частотной характеристики времени реверберации, то в хороших с акустической точки зрения залах она имеет почти прямолинейный характер с небольшим провалом в области частот 300...400 Гц и небольшими подъемами в сторону низких частот, а также на частотах около 3 кГц.

Для оценки времени реверберации помещения используют цифровые анализаторы на базе микропроцессоров (например, анализатор 4418 фирмы «Брюль и Къер»). С его помощью время реверберации измеряется в автоматическом режиме с выдачей результатов измерения в цифровом виде.

Важной характеристикой зала является время задержки прихода первого и последующих отражений, которое напрямую связано с размерами помещения и не должно превышать 20...30 мс, что гарантирует слитное звучание. Если это время превышает 50 мс, возникает эффект «порхающего эха».

Очевидно, что любой концертный зал вносит определенную частотную коррекцию (линейные искажения) первичного звукового поля инструментов. Поэтому современные звукорежиссеры имеют в своем арсенале специальные спектроанализаторы, в состав которых входит генератор белого (или розового) шума, измерительный микрофон с усилителем и собственно спектроанализатор.

С помощью эквалайзера производят корректировку АЧХ всего тракта. Для получения звуковых эффектов, а также увеличения времени реверберации данного помещения до оптимального, звукорежиссеры вокально-инструментальных ансамблей часто используют ревербераторы (как правило, магнитные, реже пружинные). Простейший магнитный ревербератор представляет собой магнитофон со склеенной в кольцо лентой и несколькими воспроизводящими головками. Регулируя скорость ленты, а также количество используемых головок можно в широких пределах изменять время реверберации. Форма выходного сигнала носит дискретный характер. Для уменьшения заметности этого недостатка сигнал с выходной шины вновь подмешивается на входе усилителя записи (УЗ).

Пружинные ревербераторы более восприимчивы к механическим воздействиям и придают звучанию металлический оттенок. Кроме того, они не допускают оперативную регулировку времени реверберации.

Листовые ревербераторы громоздки (размер более 1x2 м), имеют ограниченный частотный диапазон и большую неравномерность задержки сигнала от частоты.

Все большее распространение получают цифровые ревербераторы, как обладающие наибольшими технологическими возможностями. В настоящее время они широко внедряются не только в профессиональной аппаратуре, но и в бытовых музыкальных центрах для получения различных эффектов.

Увеличение времени реверберации несколько больше оптимального делает погрешности в игре начинающих музыкантов менее заметными.

Амбиофонические системы

Помимо ревербераторов в залах многоцелевого назначения широко используют амбиофонические системы, предназначенные для заданного увеличения времени реверберации зрительного зала. В отличие от обычного ревербератора в амбиофонической системе (от англ. слова ambio -- окружать) сигнал реверберации смешивается с основным сигналом не в электрической цепи усиления, а непосредственно в зале, т.е. акустически с помощью дополнительных громкоговорителей, размещенных по периметру зала, что позволяет максимально приблизить искусственную реверберацию к естественной. Зал, предназначенный для оборудования амбиофонической системой, проектируется с минимальным временем реверберации. Оптимальное время реверберации в больших залах для речевого сигнала составляет 0,5...0,7 с, в то время как для музыкальных (в зависимости от жанра) -- 1,3...2,1 с.

Конструктивные особенности концертных залов и студий звукозаписи

Концертные залы проектируют для одновременного удовлетворения музыкальной потребности большого количества слушателей. Основная задача состоит в том, чтобы придать залу свойство накопления и равномерного распределения акустической энергии по пространству, занимаемому слушателями. При проектировании залов с естественной акустикой, т.е. залов, в которых не будет применяться звукоусилительная аппаратура, придерживаются следующих положений:

Зал должен быть хорошо звукоизолирован. Иногда для этой цели делают двойные стены, т.е. с воздушной прослойкой.

Длина зала не должна превышать 40...50 м. В длинных залах трудно обеспечить пространственную однородность диффузной компоненты.

Отношение длины зала к ширине и ширины к высоте должнобыть больше 1, но не более 2. В коротких (широких) залах длясидящих у стен возникают чрезмерные задержки боковых отражений при относительно невысоком уровне прямого звука.При чрезмерной высоте зала партер лишается ранних отражений, что обедняет звук, возникает ощущение затычек в ушах. Даже в самых больших залах (V> 10000 м³) высота не должна превышать 14 м. Низкий потолок также убивает звук.

4.Объем зала и оптимальное количество слушателей связаны соотношением:

N = V/ 4…8

где N - количество слушателей, V- общий объём концертного зала.

В залах, где объем, приходящийся на одного слушателя, превышает 8 м³ трудно достичь хорошего звучания.

5.В зале должны отсутствовать большие гладкие параллельные поверхности, между которыми может порождаться эффект «порхающего эха»

6.Потолок и стены должны иметь такую конфигурацию, чтобы
равномерно распределять отраженную энергию и исключить
зоны пиков и провалов.

7.Для более равномерного распределения энергии на высоте 6...8 м
над оркестром монтируют звукорассеивающие конструкции.

8.Амфитеатр и балкон должны быть наклонными (так, чтобы
удаленная часть зала и балкона были приподняты) для обеспе
чения лучшего обозрения происходящего на сцене и более
равномерного распределения акустической энергии.

Студии средних и малых размеров чаще всего имеют форму параллелепипеда, стороны которого -- длина /, ширина b и высота h -- находятся в соотношении так называемого «золотого сечения»:

L/b=b/h при I = b + h.

Откуда, учитывая, что объем зала V =й *b*h, получим:

h = 0,62; b=; й=1,62.

Требования к жилым помещениям прослушивания

Всякое помещение представляет собой достаточно сложную акустическую систему, обладающую рядом собственных резонансных частот. Звуковая энергия, приходящая к слушателю от источника сигнала составляет 15...29%, а остальные 80% -- отраженная от поверхностей помещения. Стоячие волны в помещении сильно нарушают равномерность звукового поля, т.к. появляются места с максимальным и минимальным звуковым давлением (пучности и узлы.

Экспериментально установлено, что помещение прослушивания должно быть не менее 42 м³ и хорошо заглушено: ковер на полу, на стене (причем, желательно на расстоянии 2...5 см от стены); плотные шторы, мягкая мебель. Важно не переусердствовать, иначе музыка становится «ватной», безжизненной, лишенной сочности и полетности. Для более сочного звучания помещение должно быть не столько заглушено, сколько содержать рассеивающие элементы. Наименее пригодны помещения кубической формы, т.к. в них интенсивность стоячих волн максимальна, поскольку они образуются на совпадающих частотах вследствие одинакового расстояния между противоположными стенами. Оптимальное время реверберации зависит Л размеров помещения и для наиболее распространенных помещений 40...60 м составляет 0,4...0,6 с. Причем меньшее значение соответствует меньшему помещению.

Для измерения времени реверберации любительских условиях можно воспользоваться октавными или 1/3-октавными полосовыми фильтрами в диапазоне частот 125...4000 Гц, включенными в тракте усиления сигнала с измерительного микрофона. Уровень испытательного сигнала, излучаемого ненаправленным громкоговорителем, должен превышать уровень шума в помещении не менее, чем на 40 дБ. Усиленный с микрофона сигнал принимают за 0 дБ. При выключении громкоговорителя измеряют время спада ф выходного сигнала на 30 дБ (в 31,6 раза). Время реверберации равно:

Tp = 2ф.

Для измерения времени спада можно воспользоваться пороговым компаратором (с порогом -30 дБ) и осциллографом в ждущем режиме с синхронизацией от выключателя громкоговорителя.

Настройка системы -- кропотливый труд, требующий определенного опыта и хорошего слуха. Поэтому правильно выставленный звук можно встретить далеко не у каждого обладателя Hi-End аппаратуры. Для облегчения данной задачи фирма Perpetual Technologies разработала цифровое устройство (микрокомпьютер), включаемое междуCD-транспортом и процессором. Устройство позволяет производить статическую коррекцию амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик АС в помещении прослушивания. На УМЗЧ подают сигнал от генератора белого шума, а в точке прослушивания устанавливают прецизионный микрофон. Данные измерений записываются в виде файла, который передают на интернетовский сайт фирмы, который, после обработки супермощным компьютером, отсылается обратно в виде программы динамической коррекции искажений, вносимых конкретным помещением.

Многие современные усилители оснащены автономным сервисным устройством адаптации системы «усилитель--АС» под конкретное помещение прослушивания.

Несколько слов о размещении АС. Необходимо иметь в виду, что при расположении АС у стены излучение на низких частотах увеличивается на 6 дБ, а вблизи угла -- на 9 дБ по сравнению с АС, расположенной вдали от стен.

Правило первое: АС необходимо располагать симметрично у меньшей стены. Рекомендуемое расстояние АС от стен и мебели -- не менее метра. Расстояние между АС должно быть от 1,8 до 3 м (более 3,5 м не рекомендуется).

Второе правило: не располагать АС слишком высоко, т.к. из-за отражения звука от пола может возникнуть дополнительная неравномерность АЧХ в результате взаимодействия прямых и отраженных звуковых волн. Например, при расположении АС на высоте 1,5 м и прослушивании с расстояния в 4 м отраженная от пола звуковая волна проходит путь в 5 м. Из-за разницы в 1 м звуковые волны частотой 170 Гц взаимно компенсируют друг друга. Обычно средне- и высокочастотные головки устанавливают на уровне или чуть ниже головы сидящего слушателя (с учетом подъема КИЗ).

Один из способов устранения пиков и провалов на низших частотах -- использование двух-трех сабвуферов с частотами среза 40...50 Гц и размещенных в разных точках помещения для получения однородного звукового поля. Задача таких сабвуферов -- поддерживать самые низкие частоты, а не соперничать со встроенными НЧ-головками. В случае использования двух сабов их располагают в комнате асимметрично, чтобы уменьшить резонансы.

Лекция 4. Электроакустические системы

Вопросы: 1. Стереофоническая запись. Система А-В, система Х-У, система М-S.

2. Адаптивные стереосистемы.

Литература: 1. А.В. Выходец и др. «Радиовещательная и электроакустическая аппаратура».Москва. « Радио и связь» 1989г.

2.А.С.Ефимов и др. «Акустика» Справочник. Москва. «Радио и связь» 1989 г.

3.А.А.Заикин, В.М.Карташова, Ю.А.Ружицкий «Электроакустические и усилительные устройства» Москва. «Высшая школа».1984 г.

4.А.А.Петров «Звуковая схемотехника для радиолюбителей» Москва. «Радио и связь» 2004г.

5.Г.Кинг «Руководство по звукотехнике» Ленинград «Энергия» 1980 г

СТЕРЕОФОНИЯ

Электроакустические системы -- совокупность устройств, необходимых для передачи и воспроизведения звуковых сигналов в естественной форме из первичного помещения (концертный зал, аппаратно-студииныи комплекс и т.д.) во вторичное (жилая комната, кинозал и т.д.). Основное требование, предъявляемое к системам, -- наиболее полная передача всего комплекса ощущений, свойственных естественному слушанию: пространственные впечатления, прозрачность и раздельность звучания, естественность звучания тембров музыкальных инструментов и голосов, музыкального баланса (равновесия) и т.п.

Современная бытовая аудиоаппаратура представляет собой комплекс, состоящий из ряда автономных устройств: источников сигнала (магнитофоны, различные проигрыватели, микрофоны), аппаратуры усиления и коррекции характеристик, акустических систем и т.п., каждое из которых характеризуется определенными показателями качества.

В зависимости от заметности искажений, а также технико-экономических показателей, вся бытовая аппаратура разбивается на три группы сложности (классы качества): нулевая (высшая), первая и вторая.

При экспертизе аудиоаппаратуры нулевой группы сложности искажения замечают только 20...25% высококвалифицированных экспертов (звукорежиссеры и музыканты) и только около 10% рядовых слушателей. При прослушивании аппаратуры нулевой и первой группы сложности различие в качестве звучания замечают около 50% экспертов и до 20...25% рядовых слушателей. Недостатки аудиотракта второй группы сложности уверенно замечают все высококвалифицированные эксперты и около 50% рядовых слушателей.

Характерной особенностью аппаратуры низкого класса является то, что на ней одинаково звучит и хорошая запись и плохая. Чем выше класс аппаратуры, тем отчетливей видны все недостатки записи.

Стереофоническая запись

Существует три способа стереофонической записи.

Система А-В

Способ А-В -- запись с помощью ненаправленных микрофонов небольших размеров, расположенных в ушных проходах так называемой «искусственной головы» (Kunstkopf). Эту систему еще называют бифонической, бинауральной или системой «искусственной головы». Такой способ записи хорошо имитирует условия приема звука двумя ушами и способствует наиболее достоверной локализации кажущихся источников звука в месте прослушивания, более точному восстановлению, пространственной структуры первичного реверберационного процесса. При стереовоспроизведении, благодаря особенностям бинаурального слуха, частично восстанавливается пространственность прихода отзвуков, свойственная первичному помещению, и вследствие пространственной демаскировки улучшаются условия для их восприятия.

Недостатки бифонической системы.

1.Бифоническая запись идеальна для воспроизведения через головные телефоны: КИЗ формируются не внутри головы (как это имеет место при обычной стереофонии), а оказываются вынесенными за ее пределы в место расположения реальных источников звука. Хорошие результаты дает при прослушивании с помощью переносной аппаратуры.

2. Система неэффективна для условий коллективного прослушивания, сильно ухудшается чувствительность на высоких частотах при изменении направления на источник звука. Для воспроизведения через громкоговорители сигналы должны быть обработаны бифоническим процессором. Структурная схема одного из вариантов такого процессора показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема бифонического процессора

3. Наличие реверберации, как в первичном, так и во вторичном помещении, затрудняет работу механизма дешифрации «фронт-тыл» и часто приводит к локализации «зеркальных КИЗ», особенно, если время реверберации в помещении прослушивания превышает 0,3 с. Таким образом, бифонические записи необходимо прослушивать в хорошо заглушённом помещении.

4. Звучание бифонической системы звукопередачи (благодаря минимальной обработке сигнала при записи) уверенно предпочитается обычному стереофоническому, однако правильная пеленгация пространственной информации оказывается возможной практически только в одной точке.

5. Не позволяет получить качественный моносигнал. Применение тыловых громкоговорителей по системе «трапеция», с помощью которых осуществляется компенсация перекрестных сигналов громкоговорителей, обеспечивает правильную передачу направлений во всей азимутальной плоскости, при величине поперечного смещения слушателя до 1 м.

Система X-Y

Для записи по системе X-Y применяют систему из двух микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, конструктивно размещенных в одном корпусе на одной оси друг над другом, причем акустические оси микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга. Так как микрофоны расположены практически в одной точке, они воспринимают звуковые сигналы с одинаковой фазой. Как и в системе А-В, выходные напряжения микрофонов подают на входы правого и левого каналов стереофонической системы.

Система M-S

При записи по системе M-S также используют 2 микрофона -- один с круговой диаграммой направленности (или в виде кардиоиды), а второй -- с косинусоидальной (дипольная в виде восьмерки), минимум которой направлен на источник звука. С помощью специального дифференциального трансформатора (суммарно-разностный преобразователь) на одной из вторичных обмоток получают суммарный сигнал обоих микрофонов, а на другой -- разностный. Сумму напряжений подают на вход одного канала, а их разность -- на вход другого.

Все рассмотренные способы записи относят к мономикрофонным. Некоторые звукорежиссеры по сей день остаются сторонниками мономикрофонной записи даже больших исполнительских коллективов. При этом в большинстве случаев трудно добиться удовлетворительного музыкального баланса, который при этом в значительной степени зависит, как от акустики студии, так и от аранжировки конкретного музыкального произведения.

Чтобы иметь возможность активно влиять на уровни сигналов различных инструментов, в студии звукозаписи устанавливают несколько микрофонов. Во избежание «пиков» и «провалов» осуществляют акустическое разделение с помощью специального размещения исполнителей, использования односторонне направленных микрофонов, имеющих кардиоидную диаграмму направленности, а также отделение одной группы исполнителей со своими микрофонами от другой с помощью установки в студии щитов. Чтобы идеально чисто записать звуки каждого инструмента в отдельности, все микропроявления их фактуры без снижающих детальность реверберационных наложений, фонограммы часто пишут в хорошо заглушённых и изолированных студиях. Современный звукорежиссерский пульт представляет собой совокупность следующих устройств: коммутаторы, регуляторы уровня (индивидуальные, групповые, общие), панорамно-кодирующие устройства для синтеза стереопанорамы, корректоры АЧХ, ревербераторы, линии задержки и др. Функции регуляторов направления и ширины панорамы в панорамно-кодирующем устройстве разделены. В зависимости от изменяемого параметра полезного сигнала различают обработку по спектру (частотная обработка), по уровням (динамическая обработка), шумоподавление и спецэффекты -- с помощью шумоподавителей, ревербераторов, линий задержки и др. устройств. Звучание музыкальных инструментов и певцов согласует между собой по громкости (в соответствии с замыслом композитора и руководителя ансамбля) звукорежиссер. Такую технику записи называют полимикрофонной. К недостаткам этого способа можно отнести то, что местоположение КИЗ зависит не только от замысла звукорежиссера, но и от его опыта и мастерства.

Широкое внедрение эквалайзеров (особенно на гираторах), электронных и цифровых регуляторов громкости и тембра, электронных коммутаторов, различных шумоподавителей с внесением каждым устройством специфических искажений только увеличило тракт записи--воспроизведения и ухудшило достоверность, музыкальность и комфортность звучания. Чтобы сделать вывод о допустимости использования гираторных эквалайзеров в высококачественной звукозаписи, достаточно обработать им сигнал типа «меандр». Возникающий при этом «звон» красноречиво говорит сам за себя.

С целью дальнейшего повышения качества звучания в начале 70-х годов была разработана и внедрена псевдоквадрофоническая система CD-4 (патент фирм JVC/Victor), а также ряд матричных систем: SQ (патент фирм CBS/Sony), QS (патент фирмы Sunsui), Dynaco (патент фирм Dynaco/Gately), RM (Pioneer), QR (Kenwood), QM (Toshiba), UMX, UD-4 и другие. В 80-е годы была разработана и отечественная матричная система ABC. Однако из-за ряда недостатков (матричные системы очень чувствительны к фазовым искажениям тракта передачи сигнала) ни одна из этих систем так и не прижилась.

Аналоговая система многоканального звука Dolby Surround (начало 90-х) была разработана для повышения качества звука в киноиндустрии. При записи формируются 4 звуковых канала: левый фронтальный LF, центральный С, правый фронтальный RF и тыловой S. С помощью кодера они преобразуются в 2 сигнальных канала L и R.

Алгоритм кодирования при записи (на стороне передачи) следующий:

L =LF -0,5С- 0.5S

R =RF -0,5С-0,5S

Алгоритм декодирования на стороне приема (при воспроизведении):

LF= L, RF = R, S= 0,7- (L - R).

На тыловые AC подают сигнал S в противофазе:

LS = S, RS= ^-S.

Все четыре АС располагают на одинаковом расстоянии от слушателя. Основной недостаток -- в слабом разделении каналов -- всего 3 дБ.

Адаптивные стереофонические системы

Основная цель адаптации -- повышение качества звучания (по сравнению с обычной стереофонией), расширение зоны стереофонического эффекта с высоким уровнем предпочтительности и, как следствие этого, -- возможность успешного применения в помещениях как малого (жилая комната), так и большого объема (кино- и видеозалы). В пределе -- повышение качества звуковоспроизведения до многоканальной (5...9 каналов) системы.

Суть адаптации заключается в оперативном изменении коэффициентов передачи каналов воспроизведения в зависимости от текущего состояния сигналов стереопары L и R. После декодирования сигналов каналов, сигналы обрабатываются схемой повышения заметности стереоэффекта путем увеличения коэффициента передачи в канале, уровень сигнала в котором превышает уровни в остальных каналах. С помощью специальных критериев оценки происходит разделение сигнала на группы, для каждой из которых в блоке управления формируется свой сигнал управления. В случае совместимости систем кодирования на стороне передачи (при записи) и на стороне приема (при воспроизведении) каждый первичный сигнал при воспроизведении формирует свой определенным образом расположенный в пространстве звуковой образ (КИЗ). Его место однозначно определяется вариантом расположения громкоговорителей.

Характерным представителем этого класса аппаратуры является усовершенствованный вариант системы Dolby Surround -- система Dolby Pro Logic, которая имеет разделение каналов 20...25 дБ.

В декодере Dolby Pro Logic помимо обработки сигналов для подчеркивания стереоэффектов производится задержка сигналов тыловых АС на 20...50 мс. Так же как и в предыдущих версиях декодера, полоса частот тылового и центрального каналов ограничена частотой 7 кГц.

Следует отметить, что любая динамическая обработка сигнала увеличивает тракт звуковоспроизведения и вносит дополнительные искажения. Например, работа шумоподавителя «Маяк» заметна на слух даже если, порог срабатывания отрегулирован на уровне --50...55 дБ. Расширение динамического диапазона с помощью динамических шумоподавителей часто приводит к характерной тембральной модуляции, заметной на слух. В итоге имеем нарушение заложенной изначально гармонии.

Ни для кого не секрет, что любой тракт усиления и обработки сигнала вносит определенные искажения, проявляющиеся как в потере определенной информации (например, обертонов за счет сужения полосы частот до 18...20 кГц), так и во внесении разного рода искажений: линейных (АЧХ, фазовых, нарушение баланса, сужение динамического диапазона), нелинейных (высшие гармоники, субгармоники, интермодуляционные искажения оказывают существенное влияние на тембр звучания). Чем длиннее тракт усиления и обработки сигнала при записи, тем больше «соавторов» у музыки.

Лекция 5. Признаки качества звучания

Вопросы: 1.Признаки качества звучания. Оценка качества звучания.

2.Методы тестирования.

Литература: А.А.Петров «Звуковая схемотехника для радиолюбителей» Москва. «Радио и связь» 2004г.

Признаки качества звучания

В основе эстетического восприятия музыки как звуковой картины лежит два противоположных по своей природе процесса: объединение составляющих сложного звучания (ощущений, признаков качества) в единое целое и разъединение его на компоненты (например, объемность, прозрачность, естественность и богатство тембров, гулкость, локализация КИЗ, их протяженность и т.д.). Замечено, что фонограммы с винила звучат более естественно, легко и глубоко. В то же время компакт-диск играет плотнее, площе и напряженнее. Основная причина, как выяснилось -- искусственное сужение динамического диапазона при записи. Кроме того, спектр частот с винила достигает 25...28 кГц, в то время как с CD только 20 кГц, причем сигналы частотой 5 кГц и выше воспроизводятся с недостоверной амплитудой и фазой.

Важным достоинством стереосистем является ощущение объемности (звуковой перспективы в глубину и ширину), оказывающее на слушателя большое психологическое воздействие. Решающее значение при воспроизведении стереофонического эффекта играют механизмы образования КИЗ, их пространственной локализации и демаскировки.

Сразу оговоримся, что никогда в домашних условиях не удастся в полной мере воссоздать атмосферу концертного зала (даже если запись выполнена способом «искусственной головы»), которая к тому же существенно зависит как от самого зала, так и от места нахождения слушателя в нем -- партер (наибольшая детализованность, вплоть до вдохов саксофониста и т.п.), амфитеатр (на формирование музыкального образа оказывают сильное влияние реверберационные компоненты) или балкон (звучание упрощается, становится менее выразительным из-за обеднения ВЧ-составляющими и дополнения посторонними шумами типа шепота, шуршания фантиками от конфет и т.п.). По аналогии с живописью это все равно, что рассматривать картину с близкого расстояния, когда видны все мельчайшие подробности изображения или издалека, когда мелкие детали сливаются.

«Прозрачность» звучания (подразумевается разрешающая способность аудиосистемы) -- одна из высших оценок качества. Под «прозрачностью» звучания подразумевают ясность музыкальной фактуры (четкость мелодии, аккордов, сохранение естественного тембра), разборчивость текста у вокалистов и солистов хора. Важным фактором, определяющим качество звучания, является баланс -- правильное соотношение громкости между разными музыкальными инструментами и их группами.

Всегда надо помнить, что мозг легко реставрирует звуковое изображение, пользуясь базой данных, накопленных при посещениях концертов (вокально-инструментальные ансамбли не в счет, т.к. работают через микрофоны и усилители, а то и под «фанеру»), позволяя достичь нужной меры совершенства эстетического переживания. Причем, предпочтительней ситуация, когда часть информации утрачена, нежели когда нечто привнесено трактом. Слуховая система легче адаптируется к потерям.

По мнению А. Лихницкого, музыкальное удовлетворение слушателей складывается из трех составляющих: достоверности, комфортности и музыкальности .

ДОСТОВЕРНОСТЬ звучания означает ощущение акустической атмосферы концертного зала, реальности вступления музыкальных инструментов и голосов певцов, их материализации в пространстве (звук четко сфокусирован и тембрально точен; кажется, что все инструменты просто физически «осязаемы» -- звучат максимально натурально). Звук большой, масштабный, динамичный, яркий и очень детальный, воспроизводится без усилия. Высокие -- чисты, звонки и прозрачны (без какой-либо вуали); средние -- ярко выразительны, низкие -- сдержанно могущественны и упруги. Это ощущение неограниченной глубины баса, а также тонкости и филигранности деталей верха. Это прекрасная передача нюансов (сложного по спектру сигнала при малой громкости). Звук рождается легко и не умирает в паузах. При этом прозрачность пауз не менее значима. При воспроизведении легкой оркестровой музыки звук саксофона воспроизводится настолько реалистично, что отчетливо слышно движение воздуха в саксофоне и дыхание исполнителя.

КОМФОРТНОСТЬ звучания означает, что при прослушивании музыки ничто вас не беспокоит и не раздражает, например шум, фон, треск, искажения, а также всякого рода несбалансированность (тональная, музыкальная или акустическая). Бубнение и гудение часто бывает следствием высокого выходного сопротивления усилителя.

МУЗЫКАЛЬНОСТЬ звучания означает, что сама музыка вовлекает слушателя в процесс прослушивания, вызывая наслаждение.

Для характеристики звучания применяется около двухсот описательных прилагательных, в большинстве своем существующих в виде полярных пар .

Основное назначение аудиоаппаратуры -- как можно более достоверно и естественно воссоздать с помощью аудиосистемы не только живое звучание музыкальных инструментов и человеческого голоса, но и объемно-пространственной атмосферы, заложенной в носителе звукорежиссером (например, с помощью панорамно-кодирующего устройства). Аудиосистема представляет собой два или несколько громкоговорителей, расставленных определенным образом, и предназначена для создания виртуальных слуховых объектов (soundstage). Чем выше разрешающая способность тракта звуковоспроизведения, тем сконцентрированнее точечность источников звука, их целостность, и тем выше иллюзия их осязаемости. Хотя этот параметр и не поддается измерениям (в отличие от разрешающей способности объектива фотоаппарата), многие эксперты на нем заостряют внимание.

Слух имеет три взаимосвязанных одновременно действующих разрешающих способности:

по интенсивности (громкости);

по частоте (тональности);

по времени прихода звука до ушей (синфазности).

Разрешающая способность тракта звуковоспроизведения в целом, и в первую очередь аудиосистемы, должна превосходить разрешающую способность слуха по каждому из трех перечисленных параметров. Для этого аудиосистема должна, в первую очередь, обладать хорошей микродинамикой -- способностью правильно воспроизводить тихие звуки и нюансы звуковой картины, способностью четко разделять громкости нескольких звуковых сигналов в пределах разрешающей способности слуха.

Качество стереовоспроизведения настолько велико, что оно уверенно опознается и предпочитается подавляющим большинством слушателей -- более 85%. При этом стереофоническое звучание с полосой частот 50... 10000 Гц предпочитается монофоническому с полосой частот 30... 15000 Гц. Предпочтительность стереовоспроизведения сохраняется даже при сокращении полосы частот до 100...6300 Гц. Стереофоническое звучание при коэффициенте гармоник до 20% предпочитается большинством слушателей монофоническому неискаженному звучанию.

Методы тестирования

Тестирования делают в закрытых помещениях, где энергия звукового поля около ушей слушателя на 70% состоит из отраженных звуков и только на 30% -- из энергии прямого звука. Таким образом, мы в основном слушаем поле реверберации. Известно, что помещение прослушивания в большей степени, чем другие звенья тракта, изменяют характер звучания. Только расстановка АС может изменить АЧХ на низких частотах в пределах ±12 дБ. Рекомендуемые требования к помещению прослушивания изложены в МЭК268-13. Существует два метода тестирования качества аудиосистемы:

Субъективный: с одной стороны, у микрофонов музыканты, с другой стороны, у громкоговорителей -- слушатели.

Объективный: с одной стороны -- генераторы, с другой --измерители нелинейных искажений, спектроанализаторы, осциллографы и прочие приборы.

На оценку качества звучания влияют как объективные факторы (качество исходного звукового материала, наличие мешающих посторонних внешних воздействий, влияние организации и условий проведения экспертизы), так и субъективные (уровень подготовки и квалификации эксперта, его типохарактер, эмоциональный настрой; особенности музыкального вкуса, слуховой памяти, привычек эксперта и т.д.). Одни слушатели предпочитают звучания, богатые низкочастотными составляющими, другие -- с явно выраженными ВЧ-составляющими. Рядовые слушатели на первый план ставят объемность звучания, пространственное разделение звуковых образов стереопанорамы. На них и рассчитаны адаптивные стереосистемы. Объемность более доступна для осознания, но вовсе не характеризует способность аппаратуры передавать музыку.

Квалифицированные эксперты (особенно музыканты) в первую очередь обращают внимание на правильность исполнения партии, на тембральные особенности звучания инструментов, на «прозрачность» звучания.

В соответствии с МЭК543 в качестве эталонного образца при тестировании необходимо использовать либо живое звучание, либо звучание эталонного аппарата, имеющего наивысшее (из имеющихся в распоряжении экспертов) качество звучания. Поскольку в силу вышеперечисленных причин тракт записи на носитель вносит ряд специфических искажений, то сегодня не имеет смысла сравнивать несравнимое (поскольку звучание живых инструментов не идет ни в какое сравнение с «консервированной» музыкой), а ограничиться абсолютной оценкой сравнения с эталонным образцом, пользуясь специально отобранными носителями. В качестве тестов, как правило, используют специально отобранные фрагменты разнообразных жанров: классической (симфонической и инструментальной), оперной музыки, джаза, поп-музыки с применением современных электронных инструментов, в отношении которых у слушателя заранее не сформированы эстетические эталоны звучания. Причем, громкоговорители желательно тестировать совместно с УМЗЧ, с которыми они будут эксплуатироваться, и наоборот. При тестировании следует руководствоваться следующими положениями:

1. Тестирование должно быть «слепым». Это значит, что акустические системы должны находиться за тонким «прозрачным» для звука и не прозрачным для глаза занавесом.

Следует помнить, что расстояние между громкоговорителями, а также их расстояние от пола, от задней и боковых стен комнаты влияют на характер воспроизведения НЧ-составляющих.

Время реверберации в помещении тестирования, начиная с частоты 200 Гц и выше, должно составлять около 0,5 с.

Место слушателя выбирают в точке, в которой угол между направлениями на громкоговорители составляет около 60°.

Перед тестированием аудиокомпоненты должны прогреваться на музыкальном сигнале не менее одного часа.

Оценку качества звучания проводят при громкости, соответствующей уровню звукового давления 86 дБ. Требуемый уровень звукового давления устанавливают по пиковым показаниям индикатора шумомера (взвешенная кривая А в режиме «медленно»). Микрофоны шумомера устанавливают в центре зоны прослушивания (в месте нахождения слушателя).

При сравнении УМЗЧ с выходом по напряжению (подавляющее большинство транзисторных усилителей) и ламповых усилителей, у которых чаще всего промежуточный режим между выходом по напряжению и выходом по току, следует с помощью высококачественного эквалайзера и измерительного микрофона привести АЧХ лампового усилителя в точке прослушивания к АЧХ транзисторного УМЗЧ.

8.Уровни громкости аудиосистем (эталонной и тестируемой) не должны отличаться более, чем на 0,3...0,5 дБ.

Длительность прослушивания музыкальных фрагментов должна быть не менее 1 минуты.

Рекомендуется четырехкратное прослушивание одного и того же фрагмента (по два раза каждой аудиосистемы). Причем, очередность воспроизведения должна определяться жребием, а длины пауз должны быть строго одинаковыми.

В качестве эстетических эталонов обычно принимают звучание регистров рояля, джазовых тарелок, литавр, ксилофона, виолончели, гитары, контрабаса, скрипки, духовых инструментов и др., а также звучание хора и певческих голосов. Щетки -- хороший тест для проверки микродинамики и разрешения.

Основные причины тональных отличий в звучании громкоговорителей по отношению к эталону:

особенности неравномерности АЧХ, т.е. наличие пиков и провалов шириной менее 1/8 октавы (их глубина, количество и распределение в полосе пропускания), которые не учитываются, но могут вырезать ряд гармоник или «вносить» их;

особенности разделительных фильтров (количество частот раздела, порядок и тип фильтров, расположение частот раздела в полосе) могут сказываться на локализации КИЗ, а значит и создавать различные пространственные впечатления;

особенности переходных искажений, которые на стационарном синусоидальном сигнале не проявляются (послезвучание, его длительность и спектр);

особенности фазочастотных характеристик (зависит как от примененных головок громкоговорителей, так и от разделительных фильтров);

наличие фазоинвертора, правильность его расчета и настройки, его форма и расположение.

Основные причины тональных отличий в звучании УМЗЧ:

особенности реакции УМЗЧ на реактивность громкоговорителя;

выходное сопротивление усилителя, характер его изменения по частоте;

уровень и спектр гармоник усилителя, характер их изменения от уровня сигнала и его частоты;

уровень интермодуляционных искажений.

Линейность АЧХ можно оценить с помощью сигнала «розовый» шум. При плоской АЧХ шум будет нейтральным, и напротив, окрашенным, в случае угадывания в шуме тонов определенной частоты.

Основные причины различий пространственных впечатлений:

четкость локализации КИЗ, их протяженность (зависит от разделения каналов проигрывателя, магнитофона, УМЗЧ, от диаграммы направленности громкоговорителей, особенно в горизонтальной плоскости);

значительные фазочастотные искажения громкоговорителей;

протяженность зоны стереоэффекта (зависит от особенностей проникания канала в канал и ряда др. факторов).

Предлагается 4-уровневый метод тестирования, где первый уровень -- звуковая точность (тональный баланс, тональная чистота, пространственное впечатление, стереофоническое разрешение, ясность, разборчивость, разделение голосов, детальность, характер звукоизвлечения, передача интонации, разделенность, связанность звуков, динамические контрасты, динамические оттенки); второй -- передача тембров (ненатуральность, индивидуальность, красота); третий -- передача эмоционального содержания (энергичность, полнота передачи эмоций, точность передачи эмоций) и четвертый уровень -- эстетическая организованность эмоционального содержания (целесообразность всех элементов звучания, связанность во времени всех элементов звучания).

Первые два уровня ничем не отличаются от обычной экспертизы. Что касается уровней тестирования передачи эмоционального содержания, то это больше экспертиза не аудиоаппаратуры, а фонограмм. Нелепо ожидать передачи эмоций от исполнения музыкального произведения даже на всемирно известном инструменте, если на нем играет плохой музыкант. Если аппаратура звучит достаточно живо, то она автоматически передаст и эмоциональное содержание, заложенное в фонограмме

Лекция 6. Параметры аудиоаппаратуры определяющие качество звучания

Вопросы: 1.Переходные затухания. Полоса эффективно воспроизводимых частот. Разбалансировка амплитудных и фазовых характеристик каналов. Динамический диапазон.

2.Виды искажений.

3. Пути повышения качества воспроизведения.

Литература: 1. А.В. Выходец и др. «Радиовещательная и электроакустическая аппаратура».Москва. « Радио и связь» 1989г.

2. А.С.Ефимов и др. «Акустика» Справочник. Москва. «Радио и связь» 1989 г.

3.А.А.Заикин, В.М.Карташова, Ю.А.Ружицкий «Электроакустические и усилительные устройства» Москва. «Высшая школа».1984 г.

4.А.А.Петров «Звуковая схемотехника для радиолюбителей» Москва. «Радио и связь» 2004г.

5.Г.Кинг «Руководство по звукотехнике Ленинград «Энергия» 1980 г

Параметры аудиоаппаратуры, определяющие качество звучания

К важнейшим характеристикам тракта звуковоспроизведения (от микрофона в студии до громкоговорителей в месте прослушивания), определяющим качество восприятия, относят:

- переходное затухание между каналами, характеризующее их
разделение,

- полоса эффективно воспроизводимых частот,

- неравномерность АЧХ,

- разбалансировка амплитудных и фазовых характеристик каналов,

- отношение сигнал/шум (сигнал/помеха).

Переходное затухание

Переходное затухание на частотах ниже 150 Гц не играет роли, т.к. эта область частот не влияет на локализацию кажущихся источников звука (КИЗ). На частотах 300...8000 Гц разделение должно быть не менее 30 дБ. На частотах ниже 300 Гц и выше 8 кГц допускается плавное уменьшение переходного затухания со скоростью 6 дБ/окт.

Полоса эффективно воспроизводимых частот