Здесь находятся мои переводы лучших лекций моего учителя, специалиста по акустике с мировой известностью, вице-президента Harman International, Floyd E. Toole (Флойда Тула).

Понятие об идеальном звучании
(лекция 2002 года)

Для облегчения ориентации и соотнесения с исходным англоязычным текстом перевод дан постранично. В исходном PDF'е поначалу идут картинки-слайды, которые не содержат графически важной информации — поэтому я не копировал их сюда, а просто перевел что на них написано — эти строки немного смещены вправо относительно основного текста. В дальнейшем же возле каждого слайда дается перевод того, что на нем написано. В рамки, как всегда, вынесены наиболее важные мысли.

Стр. 1

АС можно «сделать всеядными» настолько, что они будут звучать отлично в самых разных комнатах. А контроль за отражениями может помочь оптимизировать сцену и прочие пространственные эффекты.

Многое из того, что мы думаем, что знаем про аудио, — полная хуйня.

Аудио представляет собой индустрию, которая, к великому сожалению, буквально кишит всякими «идеями» и убеждениями, которые начисто лишены всякой физической основы. Эта сфера деятельности из без того достаточно трудна, чтобы наполнять ее еще всякими полу-правдами и фольклором, передаваемым из уст в уста всякими пидорасами, заседающими на всевозможных форумах, посвященных якобы хорошему звуку, о котором пидорасы даже смутного представления не имеют. Понимание основ комнатной акустики, а также того, как комнаты и АС взаимодействуют друг с другом, способно существенно приблизить нас к нашей цели — поистине превосходному звучанию. От этого выиграют все — и потребители, и консультанты, и продавцы, и производители оборудования.

Музыка и кино — это Искусство. Аудио — это Наука. Наука на службе Искусства — это наш хлеб!

Самое главное, что следует уяснить уже прямо сейчас, это то, что аудио — это технология, которая базируется на прочной научной основе.

Чем лучше мы будем понимать и использовать настоящую науку для достижения превосходных характеристик продукции, тем чаще и мы, и потребители будем слышать настоящую художественность исполнения, настоящее звучание музыки и кинофильмов.

Появление частных аудио-исталляторов и консультантов — явление в аудиоиндустрии относительно новое. Впервые в истории аудио появляются профессионалы, чьей работой является помощь потребителю в достижении наилучшего возможного звучания в его собственном доме.

Стр. 2

Цель: обеспечение высокого качества звучания для ушей потребителя.

Проблема: Комнаты — финальный аудио-компонент.

Они влияют на качество звучания и сцену, они определяют качество баса, они делают все это как в процессе звукозаписи, так и в процессе звуковоспроизведения дома. И все они — различны!

Традиционной проблемой в аудио всегда была комната — финальный компонент аудиотракта, — полностью контролировать который мы не в состоянии.

И хотя это нахуй никому не нужно, это можно изменить. Путем выбора правильных АС, применения на практике некоторых основ комнатной акустики и, при необходимости, правильной эквализации, мы можем существенно повысить шансы в пользу потребителя и, таким образом, нас самих.

АС обязаны звучать хорошо... и это является частью проблемы.

Как узнать, что есть «хорошо»?

Кроха-сын к оцу пришел и спросила кроха... Что бы нам ни говорили измерения, АС не будут хорошими до тех пор, пока они не будут еще и «хорошо звучать», т.е. пока аудиопедофил не скажет, что ему, блядь, все нравится. Сложности с определением того, что же это такое — этот пресловутый «хороший звук» — включают в себя все разнообразие комнат и записей. Вторые почему-то постоянно упускаются из виду.

Конечно же, слушать надо...

Однако, когда мы слушаем, то...

Когда мы слушаем, мы мгновенно попадаем в сети «круга аудио-замешательства», от которого рукой подать до полного помешательства. Ведь АС оцениваются слушателем путем прослушивания через них записей. А записи создаются посредством микрофонов, которые специально отбираются, позиционируются, сигнал с них эквализуется и обрабатывается самыми разнообразными способами с использованием тонн оборудования, которым оснащены студии звукозаписи. И это при том, что прослушивание ведется через АС, находящиеся в ТОЙ комнате — звукорежиссерской или кино-дубляжа.

Аудиоиндустрия находится в «кругу аудио-замешательства»

Микрофоны, эквалайзеры, ревербераторы и прочие эффекты, которые оцениваются при помощи → АС, которые оцениваются при помощи → ЗАПИСЕЙ, которые создаются при помощи → Микрофонов... А еще записи потом используются для оценки аудиопродукции... Ахуеть.

Это примерно то же самое, что проводить измерения с неопределенным тестовым сигналом. В результате ошибка наслаивается на ошибку. Мы не можем с уверенностью сказать, является ли «хороший звук» (т.е. тот звук, который нам почему-то вдруг вштырил) следствием комбинации действительно хороших АС с хорошей комнатой или же имела место простая компенсация ошибок, т.е. скажем запись с, например, избытком баса воспроизводилась через систему с недостатком баса.

Аудиоиндустрия находится в «кругу аудио-замешательства»

Микрофоны, эквалайзеры, ревербераторы и прочие эффекты, которые оцениваются при помощи → Профессиональных мониторных АС, которые оцениваются при помощи → ЗАПИСЕЙ, которые создаются при помощи → Микрофонов... А еще записи потом прослушивают через бытовые АС... Одно слово — пидорасы.

Некоторые звукорежиссерские комнаты звучат просто супер, а некоторые все еще находятся в состоянии орущего mid-fi. Некоторые пользуются при сведении отвратительными мониторными АС, искренне полагая при этом, что то, что получится в итоге благодаря этому, будет «ближе по духу» к тому говну, что люди слышат у себя дома или в авто.

Однако плохие АС могут быть плохими неисчислимым количеством способов. Двух похожих плохих АС не найти — все они сильно различаются в своей «плохости». Как тогда, скажите на милость, возможно одной плохой мониторной АС достоверно воспроизводить бесконечное множество звуков, предназначенных для прослушивания через портативные радио, бумбоксы, мини-системы, наушники и караудио начального уровня? Да невозможно это!

Стр. 3

Аудиоиндустрия находится в «кругу аудио-замешательства»

Создание искусства ↔ Наслаждение искусством.

Все мы должны упражняться в умении делать со звучанием хоть что-то так, чтобы быть способными улучшать качество звучания где бы то ни было, в любых условиях. Тогда и только тогда у нас появится некоторая уверенность в том, что то, что мы слышим у себя дома или в авто, звучит так, как это было задумано исполнителями. Главными врагами этих усилий являются интернет-форумы, посвященные якобы хорошему звуку и невежество, насаждаемое и укореняемое ими. Большинство потребителей (в особенности всевозможные форумные гуру-пидоры) панически боятся подобных упражнений, а некоторые так прямо и говорят: «Пошел ты нахуй! Я верю только своим ушам! Оградите нас, слышащих, от образованцев!». Однако, мне еще ни разу в жизни не доводилось демонстрировать реально хорошую систему кому-нибудь, кто после этого оказывался бы не впечатлен, если не сказать «размазан по стенке».

Профессиональные мониторные АС ↔ Бытовые АС

«Круг аудио-замешательства» разорвется, если эти АС будут звучать похоже.

По иронии судьбы проблема существует как на профессиональном, так и на потребительском уровнях. И тем, и другим необходимо быть в курсе истинного прогресса в области акустики как науки, так и технологии.

Сохранение искусства

Сказать, что мы работаем на индустрию, целью которой является сохранение аудио-художественности исполнения, мы сможем только тогда, когда будет сохранен авторский замысел.

Это проблема, у которой нет единственного или простого решения.

И если мы не можем целиком и полностью положиться на наш слух, то что нам остается?

Наука подразумевает измерения

И они должны быть двух типов:

Объективные:

1. АЧХ — осевая и внеосевая, пространственное усреднение
2. ФЧХ
3. Нелинейные искажения — THD, IMD, шум
4. Компрессия мощности

Субъективные:

1. Качество звучания — тембр, ширина полосы
2. Эффекты направленности и пространственности в стерео- и многоканальных системах
3. Искажения и помехи
4. Динамические возможности

Научный метод требует данных — всевозможных данных. И чем больше, тем лучше. Поэтому мы должны использовать технические измерения, поскольку они являются первейшим инструментом для инженеров, разрабатывающих продукцию. Необходимо измерить все, что по нашему мнению может иметь отношение к тому, как что-то звучит. И этих измерений гораздо больше, чем принято думать. Однако нам нужны также и субъективные данные, соотносящиеся с мнениями слушателей относительно множества «чувственных измерений» качества звучания, а также атрибутов пространственности и направленности.

Стр. 4

Научный подход требует:

1. строго контролируемых тестов на прослушивание: субъективных измерений — в сочетании с
2. точными и исчерпывающими техническими измерениями — в сочетании со
3. знанием психоакустических взаимоотношений ощущений и измерений.

Если слушателям что-то нравится или не нравится, очень важно попытаться понять, что за это отвечает в техническом смысле. Прихватив затем с собой в лабораторию протоколы прослушиваний, вполне реально изучить связь между тем, что мы измеряем, и тем, что мы слышим. Вот это и есть Наука, имя которой — психоакустика. И чем лучше мы ее понимаем, тем больше мы сможем сделать для потребителя в плане реально хорошего звука. Технические измерения обязаны быть точными — в противном случае толку от них мало.

Что представляют собой субъективные измерения?

Прежде всего, это — тесты на прослушивание, в которых мнения слушателей базируются только на том, что они слышат, а не на том:

• Как что выглядит
• Что сколько стоит
• Что написали о той или иной модели обозреватели или пидорасы на форуме
• Что слушатель думает о производителе
• Насколько громко что играет
• Как физически оформлена комната и т.д.

Все перечисленные факторы из оценки должны быть исключены. Полностью и без оговорок.

Большинство тестов на прослушивание имеют силу только в определенное время и в определенном месте, для специальных записей, которые прослушивались, и для людей, которые выносили вердикты. Это может быть приемлемо в том случае, если вы выбираете систему самому себе у себя дома. Всем остальным подобное тестирование, равно как и чтение пидористических форумных отчетов о подобного рода онанизме, в хуй не впилось. И уж тем более это совершенно неприемлимо для производителя, который пытается создать продукт, который должен звучать хорошо для многих слушателей, во многих комнатах, на многих записях. Следовательно, если подходить к делу научно, мы должны убрать из оценки все переменные, которые не имеют никакого отношения к звучанию АС. И заставить слушателей максимально сфокусироваться на звуке и только на звуке! А не на ценниках и не на сказках продавцов. Торговцы «магией» в аудиоиндустрии срут в штаны при одном только упоминании таких двойных слепых тестов на прослушивание!

Тесты в Моно, Стерео и Многоканальном режимах

Одной из наиболее серьезных проблем в тестировании является положение АС и слушателя в комнате. Для того, чтобы разрешить ее в Harman Intl. мы создали специальную комнату с вращающимся подиумом, который физически перемещает АС по кругу, выставляя каждую новую пару строго в то же самое положение, что и предыдущую. Подиум имеет пневматический привод, который абсолютно бесшумен и управляется с компьютера таким образом, что фиксация положения происходит с предельной точностью. «Переключение» с одной пары АС на другую занимает 3 секунды!

		Пара АС готовых к прослушиванию.
		И... через три секунды уже можно слушать другую пару АС!

Стр. 5

Что видит слушатель

Слушатель (а мы предпочитаем одновременно пользоваться услугами только одного слушателя, а не гоп-компании пидорасов) разумеется не видит того, что происходит. Мы показываем ему какой-нибудь отвлеченный ролик на большом перфорированном экране. Тест контролируется самим слушателем, который слушает музыкальный фрагмент столько, сколько ему нужно для формирования мнения. Компьютер рандомизирует как музыкальный выбор, так и выбор «личности» тестируемой АС в соответствии с каждым музыкальным фрагментом — так что все мнения базируются исключительно на звучании как таковом. Слушатели выбираются по принципу нормального слуха и способностей, после чего проходят небольшой тренинг для повышения расторопности. И мнения такие слушатели выдают более, чем последовательные и непротиворечивые.

В реальности

Комната представляет собой финальный аудио-компонент, который нам неподконтролен.

В домах потребителей (т.е. аудиопедофилов) мы таких удобств лишены, а потому должны разработать продукцию и технологии таким образом, чтобы они позволяли нам добиваться хорошего звучания даже тогда, когда имеющиеся акустические условия мягко говоря неидеальные, а грубо говоря — хуёвые.

Вот тут-то и приходят на помощь осведомленные в предмете частные инсталляторы, консультанты и прочие специалисты в области аудио. Только вы все равно особо не парьтесь — это не про Россию.

Комната — прямой звук

Первый звук, который достигает ушей слушателя, это — «прямой» звук. Если АС развернуты прямо на слушателя, то это будет осевой звук, т.е. зачастую наилучший звук, который вообще способна излучить из себя АС.

Комната — ранние отражения

Однако спустя какие-то миллисекунды и лишь ненамного более тихими к ушам слушателя придут так называемые ранние отражения, т.е. звуки, отраженные только лишь одной поверхностью комнаты (например, близлежащей стеной или потолком).

Комната — реверберация

Еще позже ушей достигнет целый сонм переотражений, т.е. звуков, отраженных всевзможными поверхностями более одного раза, много раз, т.е. дохуя раз. По отдельности эти отражения намного меньше по амплитуде, но в совокупности — достаточно громки, чтобы быть реально заметным фактором, влияющим на наши ощущения от прослушивания, качество звучания, пространственность и сцену. Хотя в небольших комнатах с типичной обстановкой это звуковое поле и называют «реверберацией», на самом деле оно не является той направленно рассеянной и сложно структурированной по времени реверберацией, с какой мы имеем дело в концертном зале или других огромных акустически «живых» помещениях.

Стр. 6

Комната — резонансные моды Длина. Ширина. Высота.

У комнат тоже есть резонансы, которые определенные частоты усиливают, а определенные подавляют — все зависит от размеров и формы помещения. И, кроме того, большое значение имеет то, где именно расположены АС и слушатели в помещении. Описанные эффекты наиболее ярко выражены на низких частотах.

Проблематичная АС Басовик. Среднечастотник. Пищалка. На главной оси. В 30° в стороне от оси. В 60° в стороне от оси.

Давайте возьмем АС, о которой известно, что она сконструирована не самым оптимальным способом, и посмотрим, как она поведет себя в комнате. Рассматриваемая АС разрабатывалась на основе убеждения в том, что прямой, осевой звук — он важный самый, а на остальное можно положить с прибором. Самая верхняя кривая представляет собой осевую АЧХ, которая выглядит весьма гладкой и плоской — охуенное спасибо за это разработчикам. Вторая и третья кривые под ней представляют собой АЧХ, снятые в 30 и 60 градусах в стороне от главной оси. Очевидно, что они совсем не такие нейтральные как осевая — зависимость звукового давления от частоты имеет весьма неоднородный характер. Что же будет в комнате?

Что же будет в комнате? Предполагаемая «комнатная кривая» Прямой звук. Ранние отражения. Реверберация.

Данные представленные на этом слайде получены в результате многочисленных измерений, проведенных в большой безэховой камере. Это такая комната для проведения акустических измерений, в которой полностью отсутствует эхо. Все поверхности в такой комнате покрыты материалом с высокой поглощающей акустической способностью, с толщиной покрытия порядка 1,2м. Хотя цвет кривых на слайде неразличим, очевидно, что наиболее прямая из кривых — это осевая АЧХ, представляющая собой прямой звук. Также очевидно, что ни одна из остальных кривых даже отдаленно не напоминает прямую линию. Вывод из всего этого такой, что все остальные звуки, кроме осевого, несут в себе совершенно другую информацию о качестве звучания и его тембральном балансе. Самая верхняя кривая представляет собой расчетное предположение о том, что может наблюдаться в комнате в действительности.

Реальная и предполагаемая комнатные кривые Три «типичных» положения АС вблизи углов комнаты

АС устанавливались в достаточно типичных местах в комнате. Затем из места прослушивания проводились измерения. После этого АС переставлялись во второе и третье положение — все в радиусе 60см от предыдущего — и измерения проводились повторно. Самая верхняя кривая на рисунке — это предполагаемая комнатная кривая, обсуждавшаяся в предыдущем слайде. Совершенно очевидно, что выше 300-400Гц реальность практически не отличается от предположений. Однако ниже этого рубежа отличия весьма и весьма значительны, зависят от положения АС в комнате, а предположения оказываются неверны. В чем же причина? Причина — в комнатных резонансах и граничных эффектах, которые для каждой комнаты весьма специфичны. Таким образом выясняется, что с хорошей точностью об их влиянии можно судить только при помощи измерений, проводимых в каждой конкретной комнате.

Есть частотная область, где все определяется комнатой, а есть область, где все определяется только самой АС Комната. АС.

Однако совершенно очевидно, что

Только для этого нужно провести достаточно много измерений с разных углов по отношению к главной оси АС.

Если мы собираемся точно предсказать звучание АС в комнате, нам необходимо измерить много чего, а не только парочку кривых возле главной оси.

Стр. 7

Карусель 72 АЧХ

В Harman Intl. инженеры прозвали нашу процедуру измерения АЧХ «каруселью», поскольку она подразумевает вращение АС вокруг двух осей и снятие в общей сложности 72 АЧХ.

Прямой звук

Набор всех снимаемых кривых обрабатывается на компьютере, в результате чего получается всего несколько кривых, из которых можно четко вычленить отдельные «составляющие» звука, приходящего к ушам слушателя в типичной комнате. Для того, чтобы это стало возможным, было проведено большое количество измерений в самых различных реальных комнатах, после чего был проведен статистический анализ углов и расстояний, который и привел к алгоритму, согласно которому получаются упомянутые кривые. Все измерения выполняются с разрешением по частоте в 1/20 октавы в полосе 20Гц-20кГц.

Самая верхняя кривая представляет собой осевую АЧХ, отвечающую за прямой звук для того, кто сидит строго по центру между колонками.

Зона прослушивания

Вторая кривая представляет собой пространственное усреднение измерений внутри угла в ±30° по горизонтали и ±10° по вертикали, что соответствует прямому звуку, который слышат слушатели, сидящие несколько в стороне от строгого центра — по бокам на стульях, на большом диване, сидя или даже стоя.

Ранние отражения

Третья кривая представляет собой сумму энергий всех ранних отражений. В идеале, она должна сильно напоминать осевую АЧХ — только тогда можно будет говорить о сохранности тембральной информации.

Звуковая мощность

Четвертая кривая представляет собой расчет полной звуковой мощности, излученной АС во всех направлениях (не путать с простым усреднением или суммой всех 72 измерений). Опять же, эта кривая должна быть гладкой и более менее прямой.

Стр. 8

Коэффициент направленности

Самая верхняя из нижней группы кривых представляет собой Коэффициент Направленности (КН). КН является мерой угловой однородности излучения АС энергии в комнате в зависимости от частоты. Можно еще сказать, что КН является мерой однородности дисперсии АС как функции частоты.

КН для ранних отражений

Самая нижняя кривая представляет собой КН только для ранних отражений.

Полный набор кривых — показатель работы АС.

На этом рисунке мы видим полный набор кривых в том виде, в каком они пригодны для анализа. Суть идеи крайне проста — увидеть воочию набор характеристик, которые позволяют точно предсказать звучание АС в комнате. Кривые, представленные на рисунке, сняты с поистине отличных АС  — не идеальных в буквальном понимании, но, во всяком случае, очень близких к тому. Обратите внимание на гладкость всех кривых и их принципиальную схожесть — начиная от осевой АЧХ и заканчивая полной звуковой мощностью, излученной АС во всех направлениях.

Звучание АС в «типовой» комнате тоже можно предсказать. Разрешение по частоте — 1/20 октавы. Среднее результатов измерений в 4 различных комнатах. Предполагаемая кривая на основании безэховых измерений.

Точно таким же образом, каким был проведен расчет в предыдущем примере, мы можем сгенерировать кривую, которая попытается точно предсказать комнатную кривую. Здесь мы, правда, не учитывали все возможные тонкости, но и без этого можно получить хороший результат с точностью в ±1дБ во всем частотном диапазоне.

Звучание АС в типовой комнате тоже можно предсказать. Разрешение по частоте — 1/20 октавы. От 125Гц до 8кГц — 8 октав с нужной точностью.

Стр. 9

Все это, конечно, хорошо, но как интерпретировать измерения?

Кривые АЧХ — именно кривые, а не прямые и гладкие. Это вообще играет какую-то роль? Если да, то какую? Какая форма идеальна?

Можем ли мы слышать фазовый сдвиг?

Как насчет поведения во временнОй области? Ну, там переходная характеристика, «быстрота» и прочая пурга.

Итак, мы получили какие-то кривые. Серьезной проблемой является то, что все они — именно кривые, а не прямые линии. Какая форма кривой идеальна? Какое отклонение от идеала становится слышно? Что-нибудь кроме АЧХ еще имеет значение?

Для примера: какую информацию содержит в себе АЧХ? 0 градусов, на главной оси

Давайте начнем с наиболее базового из всех измерений — с АЧХ. Если мы говорим об АС, то начнем с того, что посмотрим, что же происходит на ее главной оси. Кстати сказать, подобные измерения должны проводиться с расстояния в 2 метра или больше. Промышленный стандарт указывает чувствительность АС на расстоянии в 1 метр, однако, этот же самый стандарт требует, чтобы измерения проводились в «дальнем поле» источника и, при необходимости, приводились к 1 метру. Многие люди ошибочно пренебрегают этим и измеряют АЧХ тоже с расстояния в 1м, что в случае достаточно габаритных АС может приводить к большим ошибкам.

Какую информацию содержит в себе АЧХ? Спектральный баланс и ширина полосы Резонансы Акустическая интерференция

Глядя на АЧХ, мы среди прочего можем, очевидно, почерпнуть из нее информацию о спектральном балансе и ширине полосы, что крайне важно. Попробуйте немного поиграть с регулировками НЧ и ВЧ — и вы поймете, что даже небольшие изменения хорошо слышны. Резонансы также крайне важны, поскольку наша система восприятия (уши и мозг) в высшей степени чувствительны к ним. Причина тому: резонансы являются «кирпичиками», из которых строятся все звуки, которые мы слушаем — звуки голосов и музыкальных инструментов. Резонансы могут служить причиной возникновения пиков и провалов в АЧХ. Однако, тот же эффект может иметь и акустическая интерференция — явление, которое на поверку оказывается намного менее заметным на слух в обычных условиях прослушивания.

Переменные необходимо разделить Спектральный баланс и ширина полосы Резонансы Акустическая интерференция

Итак, нам нужна измерительная система, которая позволила бы нам визуально разделить все те особенности кривых АЧХ, которые обусловлены каждым из описанных явлений. Только тогда мы сможем провести реальный анализ и вынести грамотные суждения о том, насколько хорошо или плохо измеряемое устройство.

Традиционное измерение АЧХ на главной оси 0 градусов, на главной оси

Когда-то давно считалось, что одной-единственной кривой вполне достаточно. Пиздатые времена были!

Стр. 10

Простое пространственное усреднение

Потом выяснилось, что пространственное усреднение позволяет четко выделять те пики и провалы, которые обусловлены акустической интерференцией. Объяснение тому крайне простое: те особенности АЧХ, которые связаны с резонансами никогда не изменяются в зависимости от изменения положения микрофона, а вот те, что обусловлены интерференцией — наоборот.

Большое количество пространственных данных

Когда мы усредняем большое число измерений, проведенных в большом количестве различных положений, и определенные визуальные особенности АЧХ при этом не исчезают, мы можем быть на 100% уверены, что это и есть резонансы, а не эффекты, обусловленные акустической интерференцией.

Пространственное усреднение в комнатах:

Помогает выявить присутствие резонансов, которые можно эквализовать.

Подавляет эффекты акустической интерференции, которые нельзя эквализовать.

Помогает исключить визуальное свидетельство наличия провалов в АЧХ и, как следствие, искушение пытаться восполнить их при помощи эквализации, чего категорически нельзя делать!

Эффектов акустической интерференции в комнатах — более, чем достаточно, что обусловлено огромным множеством переотражений. Поэтому пространственное усреднение, т.е. комбинирование измерений, проведенных в различных местах помещения, может оказать неоценимую помощь в локализации резонансов. Это важно потому, что, оказывается, резонансы мы можем успешно эквализовать (об этом позднее). А вот эффекты акустической интерференции мы эквализовать, ну, никак не можем.

Вся проблема — в резонансах!

Которые присутствуют в:

Головках громкоговорителей (стоячие волны в диафрагмах, подвесах и оформлении)

Акустическом оформлении (механические резонансы в панелях и поверхностях, акустические резонансы в полостях)

Комнатах

Итак, мы тратим массу сил на борьбу с резонансами, собственно, АС, а когда мы затаскиваем их в комнату, нам нужно еще потратить какое-то время и силы на выявление и устранение серьезных резонансных проблем в помещении.

Резонансы с различной добротностью

Резонансы различаются по добротности, Q. Высокодобротный резонанс — это такой резонанс, который ограничен узкой полосой частот, и который звенит долго. Примером высокодобротного резонанса может служить пустой бокал для вина, который мы держим за ножку, и по краю которого тюкаем ногтем. Бокал издает чистый тон, который звенит. Если к бокалу прикоснуться пальцем и снова тюкнуть, то звон будет короче, поскольку палец забирает энергию у резонирующей системы, и ее добротность снижается. Если бокал зажать в кулаке целиком и еще раз тюкнуть, то звона практически вообще не будет. Т.е. какое-то подобие звона будет слышно, но оно будет крайне низкого «качества», или, по-другому, это будет низкодобротный резонанс. Высокодобротные резонансы отличаются острыми пиками, а низкодобротные — гораздо шире, если смотреть на них в АЧХ.

Стр. 11

Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Высокодобротный резонанс, Q=50 Музматериал: вокал и джаз-банд

Шон Олив и я, когда еще работали в Национальном Совете Канады по Исследованиям, опубликовали как-то работу, в которой показали формы отклонений в АЧХ, которые соответствовали порогу заметности для резонансов с различной добротностью, на различных частотах, для различной музыки и звуков. Зависимость эффектов от частоты глубоко вторична, а потому здесь я расскажу только о том, что происходит на 500Гц — результаты на других частотах весьма схожи. Оказывается, что для многомикрофонной записи, без искуственного эха, поп-музыки или джаза порог слышимости соответствует пику на АЧХ в 10дБ. Да, выглядит это ужасно, но это едва слышно!

Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Высокодобротный резонанс, Q=50 Музматериал: симфонический оркестр

Для крупных музколлективов или симфонического оркестра (короче, для сложной оркестровки) исполняющих в реверберирующем зале, порог заметности ниже — 6дБ (т.е. тут мы более чувствительны).

Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Высокодобротный резонанс, Q=50 Музматериал: розовый шум

Из всех сигналов, которые мы протестировали, самым критическим для резонансов оказался розовый шум. Для него порог слышимости был самым низким — 3дБ. Подобные низкоамплитудные, узкие пички довольно трудно измерять с большой точностью на всех частотах.

Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Среднедобротный резонанс, Q=10 Музматериал: вокал и джаз-банд

Когда мы понизили добротность, паттерн слышимости остался практически неизменным, а вот пороги заметности понизились — 6дБ.

Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Среднедобротный резонанс, Q=10 Музматериал: симфонический оркестр 4дБ

Стр. 12

			Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Среднедобротный резонанс, Q=10 Музматериал: розовый шум 1.5дБ
			Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Низкодобротный резонанс, Q=1 Музматериал: вокал и джаз-банд

Когда же мы перешли к действительно низкодобротным резонансам, т.е. тем, что звенят несильно, выяснилось, что мы в состоянии слышать их даже при очень низких амплитудах — 2.5дБ в данном случае. Как, в таком случае, насчет аргументов, что звон высокодобротных резонансов «смазывает» звук, делая его менее артикулированным? Эти «аргументы» в основном базируются на визуальной интерпретации измерений, а совсем не на субъективном прослушивании, в котором определялась бы реальная слышимость подобных резонансов. Нет, они действительно звучат в том смысле, что реально существуют, но во всех случаях, кроме самых низких частот, услышать их практически невозможно.

		Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Низкодобротный резонанс, Q=1 Музматериал: симфонический оркестр 1.5дБ
		Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Низкодобротный резонанс, Q=1 Музматериал: розовый шум 0.3дБ

Эта «кривая» выглядит практически как прямая линия. Наши глаза говорят нам, что она практически идеальна. А вот на слух явно что-то не в порядке. Итак, в данном случае, то, что мы видим, не совпадает с тем, что мы слышим.

Отклонения в АЧХ на грани слышимости: Все эти резонансы одинаково слышны! Музматериал: симфонический оркестр

Этому есть какое-то объяснение? Вероятно, все это происходит потому, что музыка и речь постоянно меняются. Так, голоса и музыкальные инструменты исполняются с вибрато — с модуляцией основного тона. Высокодобротным резонансам нужно время, чтобы «взметнуться», а потом затухнуть. Обычно мы говорим о звоне, послезвучии или затухании резонансов после того, как, собственно, сигнал прекратился, упуская из виду эффекты на фронте сигнала. Высокодобротные резонансы — узки, частотно-локализованы, а потому звуки музыки должны «держаться» достаточно долго для того, чтобы возбудить их. А таких звуков крайе мало. Низкодобротные резонансы же достаточно широки для того, чтобы реагировать на любые «происки», а кроме того, им практически не требуется времени на «восстание во весь рост».

Стр. 13

Для того чтобы показать нам, что мы в состоянии услышать, измерения должны характеризоваться достаточным разрешением по частоте.

Для того, чтобы иметь какой-то смысл, любая АЧХ должна быть в состоянии представить нашему взору все, что может быть услышано.

Широко распространенная в аудио-индустрии убежденность в том, что мы не в состоянии измерить то, что мы слышим, уходит корнями в ситуации, когда измеренные данные были ошибочными либо неполными. А уж в производстве АС такие ситуации — сплошь и рядом.

Тест на разрешающую способность Q=50, резонансы на пороге слышимости

Давайте проведем тест. Предположим, у нас есть воображаемая система, которая характеризуется высокодобротными резонансами, равномерно распределенными по оси частот. Серьезная измерительная система должна будет показать нам их все в том виде, в каком они существуют.

Частично «слепое» измерение Истинный уровень Не можем измерить то, что мы слышим Измерение высокодобротных резонансов (Q=50) на пороге слышимости с использованием временного кадра в 17мс (соответствует 60Гц).

Однако далеко не все измерительные системы одинаковы. Большинство из наиболее распространенных «систем» подслащивают пилюлю, преподнося кривые в куда как более гладком виде, чем они есть на самом деле. А вот все системы, которые используют временнóе кадрирование (MLSSA, TEF и любая другая система на основе БПФ) могут давать правдивый результат при условии, что размер кадра достаточно велик. Здесь я покажу, что происходит в случае достаточно большого кадра (17мс), который значительно больше тех, что используются большинством производителей и обозревателей. Совершенно ясно, что измерения не выявляют существования высокодобротных резонансов в СЧ и НЧ областях, а потому они не показывают то, что мы можем там услышать.

Абсолютно «слепое» измерение Истинный уровень Не можем измерить то, что мы слышим Измерение высокодобротных резонансов (Q=50) на пороге слышимости с использованием третьоктавного анализатора спектра

Полноценная (4π) безэховая камера Клинья длиной 1.2м обеспечивают «безэховость» до 60Гц, а при калибровке — до 20Гц. Автоматическое позиционирование — моторизованная, управляемая компьютером платформа.

Для измерения АС необходимы очень большие временны′е кадры, что может быть достигнуто только в безэховых пространствах. Можно проводить измерения и на открытом воздухе, вдали от всех отражающих поверхностей, но это совершенно непрактично. Безэховые камеры типа таких, что показана на рисунке, наоборот, весьма практичны, но безумно дороги. Однако, это и есть плата за вход в мир серьезного бизнеса. Длина клиньев определяет то, насколько низко по частоте можно измерять с большой точностью. Эти клинья длиной 1.2м позволяют создать пространство без отражений до частоты в 60Гц. Мы же калибровали его еще ниже — до 20Гц — для особой точки внутри камеры. При условии достаточно большого временнóго кадра, любая измерительная система должна давать точные результаты.

Стр. 14

А наиболее часто указываемые данные по АЧХ так вообще бесполезны... если они, конечно, не сопровождаются графиком. Вот, например, такая хуета — это вообще к какому месту прикладывать нужно?

В спецификации на каждое аудио-устройство указаны данные по АЧХ. Поле допуска в ±3дБ может характеризовать что угодно — от полного кала до шедевра. Само по себе оно представляет лишь бессмыслицу. К полю допуска необходимо прикладывать кривую, а к кривой — умение ее интерпретировать. Хотя, конечно, если поле допуска мало, тогда и кривая не нужна.

Частотная и временнáя области

Связаны между собой преобразованием Фурье

Поведение в одной области сразу отражается на соответствующем поведении в другой.

Пока что мы говорили об АЧХ так, как будто только ей одной все и определяется. А как насчет такой важной характеристики, как переходная? Как насчет быстроты, напора, драйва и всего остального, что происохдит во временнóй области?

Ну, во всяком случае уже хорошо то, что обе упомянутые области связаны друг с другом, а именно — преобразованием Фурье.

Частотная и временнáя области Идеальная система

Идеально линейная система должна характеризоваться чистым переходным процессом, свободным от каких-либо помех, или, иными словами, парой плоских прямых линий, изображающих постоянную амплитуду в зависимости от частоты (это называется АЧХ) и постоянную фазу в зависимости от частоты (это называется ФЧХ). Плоская АЧХ говорит нам, что уровень сигнала на всех частотах постоянен. Плоская ФЧХ говорит нам, что все процессы протекают строго одновременно и своевременно. Сочетание плоской АЧХ и плоской ФЧХ соответствует идеальной импульсной или переходной характеристике.

Частотная и временнáя области Система, идеальная во всем, кроме высокодобротного (Q=50) резонанса на пороге слышимости.

В этом примере мы нарушили идеальность системы одним единственным высокодобротным резонансом. Узкий всплеск на АЧХ, как мы уже знаем, повторяется и на ФЧХ. Во временнОй области этот эффект проявляется как продолжительный звон (помните пустой бокал для вина?).

Если бы мы измерили АЧХ и ФЧХ, то с помощью компьютера мы могли бы выполнить преобразование Фурье и получить переходную характеристику. А если бы мы измерили только переходную характеристику, то могли бы вычислить по ней на компьютере и АЧХ, и ФЧХ. Таким образом, то, что находится в левой части слайда, — это абсолютно то же самое, что находится в правой части слайда, только показано в различной форме.

Стр. 15

Частотная и временнáя области Система, идеальная во всем, кроме среднедобротного (Q=10) резонанса на пороге слышимости.

В данном случае резонанс — средней добротности. «След», который он оставляет на АЧХ — больше (шире), а на ФЧХ — меньше.

Частотная и временнáя области Система, идеальная во всем, кроме низкодобротного (Q=1) резонанса на пороге слышимости.

И, наконец, низкодобротный резонанс. Обратите внимание на удобную взаимосвязь: по мере того, как «след» на АЧХ становится больше (расползается), «след» на ФЧХ становится все меньше (размывается).

Минимально-фазовые системы В минимально-фазовых системах ФЧХ может быть вычислена по АЧХ.

Существует класс систем, которые ведут себя как минимально-фазовые. В таких системах возможно, измерив только АЧХ, вычислить по ней и ФЧХ. Ну, а когда нам известна как АЧХ, так и ФЧХ, то можно вычислить и переходную/импульсную характеристику. Итак, в минимально-фазовой системе измерение АЧХ позволяет нам предсказать поведение во временнóй области. Горб на АЧХ означает, что система просто обязана звенеть. Плоская, гладкая АЧХ означает, что никакого звона нет и в помине. Из того, что обсуждалось нами выше, известно, что мы в состоянии получать (измерять) визузальные свидетельства слышимых резонансов на кривых АЧХ. А это крайне важно.

Какие системы харктеризуются минимально-фазовым поведением?

Большинство аналоговых и цифровых электронных устройств

Динамики АС — обычные басовики, среднечастотники и пищалки

Комнатные резонансы на низких частотах

И это дает нам огромное преимущество!

Разумеется, измерения нелинейных эффектов мы также проводим, но в общем и целом они намного менее проблематичны.

Минимально-фазовая система с проблемным резонансом

В случае, если минимально-фазовая система обладает резонансом, от слышимых последствий которого мы хотим избавиться, то мы вполне можем сделать это электронным путем.

Стр. 16

Нужно обработать резонанс точно таким же по форме, но обратным параметрическим эквализационным фильтром Правильная коррекция АЧХ автоматически приводит к правильной коррекции ФЧХ.

Нужно просто разработать минимально-фазовый фильтр — хоть аналоговый, хоть цифровой, — который в точности повторяет форму горба на АЧХ, но инвертирован. Когда два таких горба наложатся друг на друга, мы получим прямую линию. Такой фильтр, будучи минимально-фазовым, будет характеризоваться зеркальным фазовым сдвигом по отношению к резонансному, так что при наложении ФЧХ также окажется прямой.

Вам часто приходилось слышать, что эквалайзеры — страшное зло, поскольку они вносят фазовый сдвиг? А здесь мы показали вам, что они очень даже хороши, конечно, при условии, что все сделано грамотно и с надлежащей точностью.

И проблема решена!

Две плоские линии в правой части рисунка, как мы знаем, соответствуют идеальной импульсной характеристике в левой части.

То, что было описано выше, есть простейшая форма внесения предыскажений, хорошо известная технология, которая с распространением методов цифровой обработки сигнала, по идее, также должна получить широкое распространение. Если нам известно, что именно электромеханическая или акустическая система делает неправильно, то нам вполне по силам скорректировать эти недостатки путем модифицирования или предыскажения сигнала таким образом, чтобы в конечном счете АС излучала бы правильный звук.

Вот, в частности, почему активные АС являются весьма привлекательными.

Хорошая АС без эквализации может быть превращена в еще более хорошую, если эквализацию-таки применить, но применить грамотно.

Возможно, это кажется невероятным, но это так и есть на самом деле.

Комнатные резонансы можно подавить.

Однако для того, чтобы это все работало, необходимы точные АЧХ с высоким разрешением по частоте и параметрические фильтры.

Пространственное усреднение ДОБАВЛЯЕТ информацию «Окно» прослушивания ±30° по горизонтали и ±10° по вертикали. На оси Звуковая мощность Это — не резонансы и эквализовать их нельзя.

Все это приводит нас обратно к измерениям и пространственному усреднению. На этом рисунке мы видим результаты «карусели» для АС, у которой имеются горбы на осевой АЧХ. В результате пространственного усреднения эти горбы подавляются и даже вообще исчезают. А это говорит лишь о том, что горбы эти вызваны акустической интерференцией (в данном случае дифракцией на краях корпуса). Горбы эти — не свидетельства резонансов и эквализовать их не нужно.

Напротив, вот это — есть резонансы, и эквализовать их можно.

В данном примере серия горбов «пронизывает» все кривые, включая кривую звуковой мощности, полученную по результатам 72 измерений. Вот это — действительно резонансы и с ними вполне можно справиться путем применения индивидуальных параметрических фильтров.

Пространственное усреднение ДОБАВЛЯЕТ информацию (это как раз то, что делаю я в комнатах слушателей). Спектральное же усреднение (сглаживание) ее скрывает и скрадывает.

Стр. 17

Измерения это, конечно, все хорошо, но в состоянии ли люди реально слышать различия?

Протестируем-ка их (пидорасов) на примере четырех хаендовских АС!

Если все, о чем мы вели речь выше, имеет смысл, мы должны быть в состоянии доказать это пидорасам в тщательно организованных тестах на прослушивание.

Неплохие характеристики: АС стоимостью 10.000 за пару.

Для целей тестирования были взяты 4 пары дорогих и высоко ценимых аудиопедофилами АС, поставлены на наш вращающийся подиум и подвергнуты двойному слепому тестированию. Слушатели, разумеется, не имели никакой информации о том, что они вообще слушают до того, как все было окончено.

Вот это  — хорошая акустика. Отличается гладкими, плоскими кривыми, очень широкой и однородной дисперсией, прекрасным НЧ-расширением. Небольшая зарубка в области верхней середины представляет собой то, что иногда делается с целью как-то компенсировать большое количество чрезмерно ярких записей, имеющихся в продаже. Обратной стороной медали может быть то, что нормальные записи могут звучать на такой АС несколько отстраненно.

Тоже неплохие характеристики: АС стоимостью 8.000 за пару.

А вот АС, как говорится, «что надо». Потрясающе плоские, очень гладкие кривые, отличный нижний регистр — всего -5дБ на 20Гц, — направленность плавно и постепенно возрастает с частотой. Небольшой провальчик в звуковой мощности в области 2кГц едва ли может быть слышен — если только в достаточно «живых» комнатах.

Амурские волны: АС стоимостью 8.000 за пару.

Вот эти АС наверняка должны иметь характерный «звуковой почерк». Неравномерность в верхней и нижней середине присутствует повсюду, включая направленность. Скорее всего эти АС будут выделяться своим звучанием и, видимо, это — трехполосная система, в которой первая переходная частота находится в области 300Гц, а вторая — в области 3-4кГц. Откуда нам это известно? Достаточно взглянуть на кривые направленности. Самые нижние частоты — всенаправлены. Кривая идет вверх по мере того, как басовик становится все более направленным, но потом он передает свои «полномочия» среднечастотнику, и направленность снова падает. Потом все повторяется, но уже от среднечастотника к пищалке. Нижний бас у данных АС неплох, но небольшой горб чуть ниже 100Гц несколько портит дело.

Горные хребты: АС стоимостью 5.000 за пару.

А вот с этой АС чего только не происходит. Совершенно очевидно, что разработчики не придерживались мнения, что плоские АЧХ есть хорошо, либо же они просто не знали, как сделать АЧХ плоской. Кривые не просто сильно кривые — большое количество вездесущих пиков и провалов свидетельствует о наличии резонансов. Доказательством того, что это именно резонансы, служит тот факт, что один и тот же паттерн повторяется во всех кривых. Направленность тоже достаточно любопытна — отсутствует вплоть до 100Гц (басовик), а затем резко возрастает на 5дБ и остается примерно на одном и том же уровне вплоть до 20кГц. Поскольку 4.8дБ — это направленность диполя, можно предположить, что здесь мы имеем дело с гибридной системой в виде панельной АС, работающей от 100Гц. Басовик демонстрирует значительный горб и быстро «опадает» ниже 60Гц. Сабвуфера нет.

Стр. 18

Слово предоставляется слушателям.

После нескольких раундов прослушивания самой различной музыки слушатели предоставили свои субъективные впечатления, которые были обработаны программой статистического анализа. Одним из результатов является диаграмма, показывающая среднюю оценку по группе слушателей для какдой из АС в отдельности. Тоненькие столбики на вершине каждого из столбов показывают интервалы 95% достоверности. Если различия в оценках превышают эти столбики, то различия являются статистически значимыми, а не случайными. Согласно этому правилу, две АС, получившие самые высокие оценки, не сильно отличаются друг от друга. Две других же, очевидно, намного менее хороши.

Если совместить данные субъективные с данными объективными, то становится ясно, что слушатели предпочитают именно АС с наилучшими техническими характеристиками.

Ура, метод работает!

Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 2.000 за пару.

В Harman Intl. мы проводим сотни подобных прослушиваний с целью оценки конкурентной продукции, которую мы приобретаем на открытом рынке. Нам необходимо знать, какое место занимает наша собственная продукция среди конкурентов.

И результаты всегда неизменно одни и те же — АС, которые характеризуются хорошими характеристиками в измерениях на «карусели», являются теми, которым отдается субъективное предпочтение.

Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 8.000 за пару.

А вот это те самые дорогущие «хаендовские» полочные АС, в отношении которых некоторые обозреватели буквально ссали кипятком. Измерения же показывают, что звучат эти АС несколько блекло и умеренно окрашено, а настоящего баса у них и вовсе нет. И слушатели вынесли тот же вердикт — нахуй!

Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 10.000 за пару.

Зачастую непомерно высокую цену может оправдать лишь отделка, сексапильный внешний вид или просто откровенная ложь. Да, таков аудио-бизнес, а здравый смысл и законы физики, к сожалению, к нему не всегда применимы.

Стр. 19

Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 1.800 за пару.

Реально превосходный звук можно получить и за вполне умеренные деньги. Беспесды.

		Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 1.800 за пару. Нет, нет! Уберите это нахуй!
		Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 700 за пару. Да! Дайте две!
		Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 900 за пару. Вы что, охуели? Нет!
		Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью в 300 за пару. Да!

Конечно, она будет весьма скромно оформлена, и, возможно, будет играть не так громко, как более дорогая, но уж что-что, а артистическую целостность-то она сохранить вполне способна.

Стр. 20

Что, со слов слушателей, им нравится? АС стоимостью 460 за пару. Ни за что! Лучше я вообще музыку слушать не буду!

А вот такой акустики лучше избегать. Просто поразительно, что кто-то — в особенности такой широко разрекламированный бренд, как этот — допускает появления подобной продукции на рынке. За те же самые деньги они могли бы продавать и что-нибудь более приличное. Но, очевидно, на потребителя им насрать — вместо этого они продают красочную обертку и легенду к тому, что завернуто впридачу.

Заключение: слушатели не любят резонансов!

Все наиболее предпочитаемые АС характеризуются самыми плоскими и гладкими семействами кривых. Они характеризуются наименьшим числом резонансов, все из которых (если имеются) крайне низкого уровня. У них у всех — самая плоская, гладкая и широкая по полосе АЧХ, измеренная со всех углов. У них у всех — все кривые отличаются похожестью форм, т.е. характеризуются достаточно постоянной или, по меньшей мере, плавно меняющейся, направленностью как функции частоты.

Так мы можем измерить то, что мы слышим?

Нет, но вне всякого сомнения, начало у нас более, чем удачное.

Эквивалентные измерения Субъективные // Объективные

На самом деле, позиция, в которой мы находимся, замечательна — когда мы в состоянии продемонстрировать, что правильный набор точных измерений имеет четкую и недвусмысленную связь с оценками слушателей.

Мы не претендуем на то, что нам подвластно вообще все. Однако очень многое, все же, уже понятно. Во всяком случае логически непротиворечиво.

Так что можно считать, что в первом приближении мы понимаем, как разрабатывать АС, которые в любой комнате могут звучать потенциально хорошо.

Правила получения хорошего звука в комнате

На СЧ и ВЧ:

• Начните с выбора АС, которые разрабатывались с расчетом на то, чтобы нормально звучать в самых разнообразных комнатах.
• Используйте геометрию, отражения, диффузию и поглощение, чтобы добиться хорошей локализации и эффекта присутствия!

На НЧ:

• Поставьте уровень басовика (или басовиков) на максимум.
• Добейтесь однородности звучания в зоне прослушивания.
• Используйте эквалайзер для достижения хорошего звучания.

Второе правило получения хорошего звука требует, чтобы мы обратили внимание на особенности помещения для прослушивания.

Отражения изменяют как качество звучания, так и локализацию

Отраженные звуки можно контролировать:

а) АС с контролируемой направленностью

б) поглощающими или рассеивающими звук предметами, размещенными на отражающих поверхностях в комнате

в) формой комнаты

г) всем перечисленным

Стр. 21

Пугачева в правом канале

Вот своего рода мультфильм, который показывает, что происходит с отраженными звуками в комнате.

Начнем с голого пола — без стен. Пугачева, наша местная поп-дива, поет только в правом канале.

Добавим стены — правая стена достаточно далеко — и мы услышим комнату вокруг образа.

Внесение стен, в том числе справа и на некотором расстоянии от АС, дает приятное теплое ощущение «пространственности». Звук становится несколько богаче.

Придвинем стену поближе — и Пугачева толстеет на глазах.

Если придвинуть стену поближе к АС, можно заметить, что поп-дива несколько «расплывается», набирая «вес», а возможно и несколько наклоняется направо.

Придвинем стену еще ближе — и Пугачева становится просто поющей толстухой.

Если стена находится слишком близко, создается впечатление, что поет самый настоящий жир-трест.

Причина: стена представляет собой акустическое зеркало, создающее дубликат АС.

Почему? Потому что стена является акустическим зеркалом, создающим вторую виртуальную АС, которую можно было бы даже видеть, если бы стена была зеркальной буквально.

Стр. 22

Звукопоглощающий материал на стене уменьшает «размеры» отражения — и Пугачева снова худеет.

Если на стене в зоне отражения разместить некоторое количество звукопоглощающего материала (попросите кого-нибудь подержать возле стены зеркало и найдите такое его положение, когда вы сможете видеть из места прослушивания пищалку АС) то отраженные звуки будут приглушены, а поп-дива хорошо сбросит в весе.

Какой материал? Акустическая пена или же панель из жесткого стекловолокна с (или без) акустически прозрачным тканым покрытием.

Какой толщины? Не тоньше 2.5см, а лучше от 5 до 10см.

Какого размера? Для достижения настоящей эффективности необходимы размеры стороны не менее 0.9—1.2м. Всякие маленькие «прокладочки» действуют лишь психологически, а совсем не акустически. Тяжелые, бархатные шторы, плотно сборенные, тоже работают хорошо.

УЗКАЯ ДИСПЕРСИЯ Фокусирует звук на слушателях, минимизируя отражения от стен, максимизируя ясность и вовлеченность. ШИРОКАЯ ДИСПЕРСИЯ «Освещает» комнату, создавая множественные отражения, которые добавляют звучанию пространственности даже там, где того и не требуется.

Сегодня мы достаточно много знаем о рупорах так, чтобы заставить их звучать действительно хорошо, а кроме того, извлечь максимум пользы из их характеристик направленности. Дни, когда рупора звучали просто громко, как мегафоны, давно прошли — во всяком случае для хороших инженеров.

Если комната акустически «жива» (многие уебаны-дизайнеры помещений любят делать такие комнаты), то единственным вариантом является использование рупоров или волноводов, которые позволят контролировать излучение АС. В этом случае энергия будет фокусироваться на слушателях и «отводиться» от отражающих поверхностей, улучшая таким образом детальность и эффекты направленности.

Метод «созидай и разрушай» Размещение звукопоглощающего материала на боковых стенах создает во многом тот же самый эффект, что и направленные АС. Однако совершенно неразумно сначала создавать звуковую энергию, а потом превращать ее в тепловую в поглотителе.

Фильмы в особенности предназначаются для слушателей, находящихся в поле прямого звука. Некоторые люди используют АС с широкой дисперсией, а потом покрывают стены звукопоглощающим материалом. С одной стороны, конечно, это помогает, но с другой все это приводит к тому, что вся система работает с бóльшим «напряжением» — сначала звук создается, а потом превращается в тепло в поглотителях. В результате в жертву приносится динамический диапазон, что есть херня полная.

Акустически «мертвые» комнаты — тоже не самые приятные помещения для времяпрепровождения. К сожалению, многие доморощенные домашние кинотеатры очень их напоминают — рекомендовать это тоже никак нельзя.

Основополагающий тест на локализацию Сигнал: широкополосный монофонический розовый шум.

Будь то классическая двухканальная стереосистема или же многоканальная, одним из самых первых тестов, которые я провожу, это тест на проигрывание монофонического розового шума (который есть на многих тестовых КД) через фронтальную пару АС, при котором я сажусь в главное место для прослушивания и слушаю. Все, что должно быть при этом слышно — компактный шумовой образ, находящийся прямо посередине между АС. По мере отодвигания кресла назад, этот образ должен сохраняться. Если наклониться налево или направо, образ должен перемещаться, соответственно налево или направо же. Это является нормой. Это — фантомный стереообраз.

Нормальная стерео-локализация

Теперь поставим какую-нибудь музыку. Вокалист в записях поп- или джаз-музыки должен находиться строго по центру. Группа же должна быть рассредоточена по всему фронту, создавая эффект добротной сцены (успех этого существенно зависит от записи — так что обязательно попробуйте несколько разных и лучше неаудиопедофильских). На записях с «эффектом присутствия», каковыми являются большинство записей классики, вы даже можете ощутить некоторую акустическую «пространственность» вокруг себя. Это — хороший признак.

Стр. 23

«Уплотнение» образа

Некоторые приверженцы стерео предпочитают «входить в образ». Им можно предложить повесить на боковые стены звукопоглощающий материал или тяжелые шторы. Это позволит приглушить отражения от боковых стен, и как следствие «уплотнить» образ. А надоест — отодвиньте шторы, и пространство снова «раскроется».

Дайте волю отражениям

Другим нравится ощущение нахождения в концертном зале. Для таких людей комнатные отражения вовсе необязательно плохи. Более того, их можно еще и добавить путем установки в комнате специальных рассеивателей звука. Здесь главное — не перестараться. Тест все тот же — центральный образ должен оставаться по центру даже тогда, когда вы отъезжаете в кресле назад.

«Смятенные» и смятение Хорошего понемножку

С хорошим тоже не стоит перебарщивать. Мне доводилось бывать в звукорежиссерских комнатах, где искуственное рассеяние звука было настолько сильным, что центральный образ полностью разрушался! Образом шума была вся передняя стена. И в таких условиях люди занимались звукозаписью! Подобные вещи были одно время в моде — да, и в акустике бывают свои моды, а моду создают имбецилы. А эта мода выросла из другой моды того времени — моды на «живые» и «мертвые» комнаты, еще одного примера идеи, возведенной в крайнюю степень. Это, конечно, помогло плохим мониторным АС звучать несколько лучше, но это совсем не то, что можно рекомендовать для внедрения где бы то ни было, включая многоканальный звук.

«Смятенные» и смятение Особенно важным это становится тогда, когда слушатель сидит близко к стене, находящейся позади него.

Во многих домах мы лишены роскоши сидеть вдалеке от задней стены. И поэтому в таком случае худшее, что можно сделать, это установить рассеиватели прямо за головой слушателя. Даже жесткая плоская стена за спиной может разрушить фронтальную сцену. Вы без труда можете убедиться в том, что у вас что-то не так, сами — при прослушивании монофонического розового шума, приложите сзади к голове что-нибудь вроде очень большой подушки. Обычно после этого образ резко уплотняется.

Приобретение опыта прослушивания Особенно важным это становится тогда, когда слушатель сидит близко к стене, находящейся позади него. В таком случае уместно внедрение поглотителей.

Кусок звукопоглощающего материала — замечательное решение. Можно также использовать рассеиватели по краям, если угодно.

Стр. 24

Что такое рассеиватель? Им может являться специальная поверхность, расчитанная на отражение звуков, приходящих с любого направления, во всех направлениях. Такая поверхность становится так называемым «распределенным источником», который отсылает часть исходного звука обратно к слушателю.

Рассеиватели, имеющиеся в продаже, представляют собой в высшей степени специализированные устройства, разработанные с тем расчетом, чтобы принимать звуки, падающие на них под любым углом, и затем переизлучать их во всех направлениях. Такие рассеиватели должны рассматриваться как распределенные источники звука.

С точки зрения слушателя такие поверхности посылают к ушам большое количество индивидуальных отражений, отражений от всех частей устройства.

Или же это может быть просто поверхность, имеющая определенную форму. В этом случае действуют обычные законы отражения.

Классический полицилиндрический рассеиватель есть ни что иное, как кривая поверхность, предназначенная для «разбиения» больших плоских поверхностей. Такие поверхности весьма хороши в качестве рассеивателей и совершенно недороги. На их основе можно даже выполнять некоторые элементы дизайна помещений, в том числе игру с освещением, например. Короче говоря, существует масса правильных и неправильных геометрических форм, которые дают нужный эффект. Не забудьте также рассеять звук и в вертикальном направлении. Если рассеяние призвано быть эффективным на СЧ и ВЧ, то некоторые формы должны быть по меньшей мере 30см в глубину. Представление же дебилов о том, что структурная обойная краска дает какой-то слышимый эффект, является очередной «фантазией на тему».

К слушателю приходит только одно отражение от искривленных поверхностей.

Или же это могут быть элементы меблировки: книжные полки, шкафы, камины и т.д.

Если комната для прослушивания является, кроме того, обычной жилой комнатой, то, возможно, никакого спецоборудования и вовсе не потребуется. При разумном подходе, те же книжные полки, телевизоры, картины, камины и т.д. могут выполнять ту же самую работу без превращения комнаты в мастерскую.

Стр. 25

Напротив, стена...

Плоские голые стены не только выглядят безжизненно, но они еще и звучат также.

Оцениваем порхающее эхо

Если консультант по акустике помещений заходит в комнату, встает в дверном проходе, хлопает в ладоши, нахмуривается и заявляет, что в этой комнате присутствует плохое порхающее эхо, и что вам необходима его (недешевая) помощь в устранении такового, смело посылайте его нахуй.

Единственное порхающее эхо, которое важно с точки зрения воспроизводимого звука, это то, которое возбуждается самими АС. Попросите кого-нибудь похлопать в ладоши там, где установлены АС, а сами слушайте из своего места для прослушивания. Если услышите проблему — решайте ее. А то, что эхо можно услышать, стоя в прихожей, никого беспокоить не должно.

Геометрические неоднородности на стенах, мебель и рассеивающие элементы — все это является превосходным «лекарством» от порхающего эха. Все перечисленное устраняет проблему без поглощения при этом звука.

Просто поразительно, как мало нужно, чтобы вызвать к жизни слышимое порхающее эхо, и также поразительно, как мало нужно, чтобы от него избавиться. Я видел картину, повешенную под небольшим углом к стене, которая решала эту проблему. Да даже простая перестановка книжной полки или добавление выступа на стене над камином или квадратный кусок рассеивателя или звукопоглотителя со стороной 60см, повешенный на большую стену — все это может помочь решить досаждающие проблемы без поглощения важных составляющих звука.

Как выжать из АС максимум

Часть 1

Вступительное слово

Может быть это и преувеличение, но в одном можно не сомневаться — большинство людей, занятых в сфере аудиобизнеса или областях к нему примыкающих, не знают и 30% того, о чем здесь рассказывается. В стремлении получить пресловутый «хороший звук» большинство из них полагается на чисто субъективный метод проб и ошибок или того хуже — на случай или знаменитый «авось». Иногда им это удается, но чаще — нет, поскольку серьезные дела так не делаются.

С учетом того, что комната для прослушивания (в дальнейшем КдП) представляет собой конечный и едва ли не самый главный аудиокомпонент в системе, причем такой, над которым производители аудиоаппаратуры попросту не властны, любое улучшение его будет огромным подспорьем не только для производителей акустических систем (в дальнейшем АС), но и для потребителей. Те, кто знает, как добиться от АС достойного звучания в комнате вне зависимости от обстоятельств, обладает огромным преимуществом перед олухами. Такие люди могут и себе, и кому угодно дать нечто реально осязаемое — замечательный звук.

Конечно сами по себе все эти обзоры не сделают никого экспертом, но они содержат в себе всю необходимую информацию и методику, которые при определенной практике вполне могут превратить человека просто заинтересованного и неленивого в настоящего эксперта. Наиболее детальный анализ (для гурманов) взаимодействия АС и КдП опубликован в обзоре, который называется Совместная жизнь АС и помещений.

Часть 1: Почему АС звучат так, а не иначе

Во времена, когда наличие высокочастотных динамиков (т.е. пищалок) в АС было диковинкой, «больше» однозначно ассоциировалось с «лучше», и даже АС с огромными низкочастотными динамиками (т.е басовиками) требовали огромного усиления, чтобы получить от них хоть что-то напоминающее бас, производители акустики буквально ежедневно бросались из одной веры в другую. Басовики, среднечастотники и пищалки продавались сепаратно, из которых другие умельцы комплектовали потом всякую разносортицу из различных брэндов, используя при этом разделительные фильтры (в дальнейшем для простоты кроссоверы), которые разрабатывались для совершенно других вещей. Потом все это запихивалось в самопальное акустическое оформление (в дальнейшем корпус или АО), образец которого брался в соответствующем разделе одного из ежемесячных журналов, посвященных аудио или электронике. Вниманию рукодельцев предлагались даже такие «гениальные» конструкции, посредством манипуляций с дверцами и подвижными панелями которых можно было превратить АС закрытого типа во... что бы ты думал? В рупор! Одним словом, то были деньки, когда качество звучания повышалось в прямой зависимости от количества усилий, затраченных на выпиливание и ошкуривание корпуса.

Можно часто услышать, что мол то были старые добрые времена аудио... Да нихуя подобного! То были просто старые времена, по прошествии которых люди наконец научились «разрабатывать» АС. В те дни (50-е, 60-е и даже 70-е) все АС звучали по-разному, причем практически ни одна из них не звучала по-настоящему хорошо. Видимо в то время все были все еще слишком ошарашены «чудом» под названием Hi-Fi — самой возможностью записывать и воспроизводить нечто напоминающее музыку. Если попытаться охарактеризовать те времена одним словом, то лучше сказать «разношерстные», поскольку звучание тех или иных АС той поры было продуманным настолько же, насколько случайным.

Много воды утекло с тех пор, но утекала она очень медленно. От инстинктивных разработок по методу проб и ошибок люди пришли к возможности моделировать поведение динамиков на компьютере перед тем, как конструировать промышленный прототип. Сегодня у нас есть возможность глубоко исследовать различные материалы, формы, размеры и «ходовые качества» для целей оптимизации АЧХ, чувствительности и всего такого прочего, на основании чего и создается прототип. После материализации прототипа проводятся детальные акустические измерения, на основании которых выносится суждение о том, как такая АС будет звучать еще до того, как в нее поступит реальный звуковой сигнал. Если выясняется, что «окраска» звучания обещает быть слишком сильной, то проводятся дальнейшие измерения с помощью сканирующего лазерного виброметра, которые показывают, что конкретно служит причиной тембрального окрашивания. Затем переходят к следующей итерации.

После того, как АС укомплектована подходящими басовиками, среднечастотниками и пищалками можно переходить к интеграции их в подобающее АО, используя дальнейшие компьютерные средства для разработки кроссоверов, которые производятся на заказ специально для данных конкретных головок, помещенных в данное конкретное оформление. После этого шага проводятся дальнейшие акустические измерения, по результатам которых судится, насколько же далека или близка конечная цель. Разумеется, если эта цель есть. А она должна быть, поскольку цель — это главное, что отличает сегодняшние АС от АС «разношерстной» поры.

Когда же все наконец готово, можно переходить к прослушиванию. А что собственно слушать-то? Разумеется окраску — наличие окраски в звучании АС означает, что ко всем звукам, воспроизводящимся через них, АС добавляют отсебятину. Окраска должна присутствовать в музыке, в голосах, в инструментах, в виртуозности, с которой на них играют, но не в АС! Одна окраска может быть более неприятной, чем другая. Третья на некоторых записях может быть даже приятной. Однако если ты планируешь слушать самый разнообразный музыкальный материал, то крайне маловероятно, что та или иная окраска, присущая АС, будет приятна везде — скорее наоборот.

На самом деле сурово контролируемые слепые тесты на прослушивание показывают, а точнее доказывают, что подавляющее большинство слушателей предпочитает АС, у которых окраска минимальна. Среди реакций слушателей на различные АС встречаются такие описательные характеристики звучания, как бубнение, звон, гудение, гнусавость, расплывчатость, жирность, резонансность, пронзительность, ящичность и т.д., а также и более поэтические вроде «шоколадный бас». Возможно это многим покажется странным, но наивысшее предпочтение всегда отдается АС с самым коротким списком подобных характеристик, т.е. наиболее нейтральным и прозрачным. И как же этого добиться?

Прежде чем углубиться в пучины нюансов построения АС, неплохо бы отойти от них на необходимое для нормального прослушивания расстояние и постараться понять, что мы слышим? Мы слушаем музыку в помещениях, имеющих стены, пол и потолок, которые почти всегда являются достаточно хорошо отражающими поверхностями. АС излучают звук во всех направлениях и все эти звуки, многократно отразившись от различных поверхностей, в конце концов достигают наших ушей. Давайте посмотрим, что происходит в типичной комнате. Для примера возьмем АС, в отношении которых большинство слушателей сошлось во мнении, что им присущи некие проблемы с правильностью передачи тембра.

В частности измерения направленности АС (Рис. 1) показали, что основной директивой при создании данных АС явно было достижение прекрасных показателей на главной оси (т.е. оси перпендикулярной плоскости, в которой расположены динамики) — тут, надо сказать, разработчики преуспели и сделали АЧХ плавной и очень ровной — при полном игнорировании внеосевого поведения.

		Рис. 1: Семейство АЧХ АС, измеренных в безэховой камере, которые демонстрируют (сверху вниз) очень гладкое и плоское «поведение» АС на оси, которое все больше и больше ухудшается по мере удаления в сторону от главной оси.
		Рис. 2: Последовательность звуков, приходящих к месту прослушивания в комнате. Первым приходит прямой звук, представленный осевой АЧХ (толстая линия в районе 0 дБ). Вторыми приходят ранние отражения от пола, потолка и стен. Они представлены суммой энергий измеренных в безэховой камере на соответствующих углах в сторону от главной оси, с поправкой на потери на распространение (пунктирная линия). Последнее собрание звуков преставляет собой множественные отражения от границ комнаты и мебели. Они представлены измерением полной звуковой мощности, излученной АС, с поправкой на частотно-зависимое поглощение в комнате (точечная линия). Толстая кривая, начерченная над этими тремя представляет собой их сумму  — прогноз того, что может быть измерено в реальной комнате.

Измерения АЧХ АС в безэховой камере (Рис. 2) дают хорошее представление о том, как и какие звуки достигают ушей слушателя в типичной КдП. Эти звуки можно разделить на 3 категории: прямой звук, ранние отражения и все остальные призвуки. В данном примере все плоскости (т.е. границы) комнаты рассматривались как хорошо отражающие. Так вот измерения показывают, что в области низких частот (в дальнейшем НЧ) доминирующим фактором является отраженный звук. Прямой (аксиальный, осевой) звук здесь особой роли не играет. На другом конце спектра — в области высоких частот (в дальнейшем ВЧ) в том, что мы слышим, полностью доминирует аксиальный звук. В средней части спектра, т.е. в самом важном диапазоне, отвечающем за передачу наиболее важной части голосовой и инструментальной информации — от нескольких сотен Герц до нескольких тысяч КилоГерц — важно все! Все три составляющие одинаково влиятельны. Таким образом, если пытаться охарактеризовать звучание АС в комнате, используя при этом измерения АЧХ, полученные в безэховой камере, то становится ясно, что измерять в этом случае надо абсолютно все. Сведение описания АЧХ к одной единственной кривой — это ни в какие ворота. Аксиальная АЧХ, также как и полная звуковая мощность, — это лишь верхушка айсберга.

Ну хорошо, скажет кто-то, все это конечно интересно, но все это — теория. Что же происходит в комнате на самом деле? Из Рис. 3 становится понятно, что реалии сложнее — в области НЧ комнатные резонансы и отражения от смежных плоскостей доминируют в передаче басовых звуков от АС к слушателю, а различные места установки АС дают очень сильно различающиеся ощущения баса — от конкретного назойливого дын-дын-дын по мозгам до весьма неплохого собранно-умеренного баса, проходя разумеется через вялый и недостаточный. Все те же самые эффекты может дать не только перемещение АС, но и слушателя. Одним словом, вывод должен быть ясен — на НЧ, местоположение АС это ВСЕ. Даже при «идеальных» басовиках качество слышимого баса определяется комнатой, местоположением АС и слушателей в ней.

На СЧ и ВЧ ситуация радикально иная — расположение АС и слушателей не играет практически никакой роли, а конечный результат хорошо предсказуем с помощью данных, полученных в безэховой камере.

Подводя промежуточные итоги, можно с уверенность сказать, что в КдП есть две четко различимые зоны: до 400-500Гц в том, что мы слышим, доминирует комната, а после — АС. В случае данных конкретных АС из примера выше, жалобы слушателей на окраску СЧ вполне объяснимы — такова изначальная конструкция этих АС. Фокусировка на аксиальных характеристиках и невнимание ко всем остальным направлениям вошли в противоречие с тем фактом, что слышимое нами в комнате очень сильно зависит от звуков, излучаемых АС и в других направлениях помимо прямого.

Стоит отметить, что коррекция АЧХ при помощи эквалайзера (в дальнейшем просто эквализация) эту проблему не решает — изменение формы комнатной кривой разрушило бы то единственное хорошее, что у этих АС есть — прекрасную осевую АЧХ. Можно заставить АС звучать по-другому, может быть где-то даже в лучшую сторону, но сравнять их звучание со звучанием АС, сконструированных грамотно во всех отношениях — невозможно. Чтобы избежать появления окраски при взаимодействии с КдП, АС должны хорошо вести себя не только на главной оси, но и на остальных — и в 30°, и в 60° от главной тоже. Если АС сконструированы так, что их направленность как функция частоты относительно постоянна, то в этом случае точный тембральный почерк всех трех категорий звучания (прямой звук, ранние отражения и все остальные отзвуки) становится реальностью. Вот отсюда и берется хороший звук.

Рис. 3: Измерения, проведенные на опытной АС в комнате. АС помещалась в трех реалистичных точках, отвечавших левому/правому каналу. Для каждого такого положения измерения проводились в четырех возможных местах прослушивания, находившихся в окружности радиусом 60 см. Каждая из нижних кривых представляет собой усреднение по энергии каждой серии из 4 измерений. Верхняя кривая — это предсказанная комнатная кривая из Рис. 2, которая из соображений наглядности смещена на 10 дБ вверх.

Теперь, когда общая картина с АС и их взаимодействием с КдП несколько прояснилась, давайте познакомимся с главным предметом, т.е. самими АС поближе. В АС используются динамики. Динамик — это не просто забавное словечко, обозначающее нечто издающее звук (скажем тот же басовик). Этим словом описывается устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую. В данном случае — из электрической в акустическую. Электрический сигнал (утрированно) представляет собой (или должен представлять) набор звуковых колебаний, созданный исполнителями и записанный инженерами звукозаписи, которые вместе создают «Искусство». Задачей динамиков является воссоздание точного акустического аналога этих колебаний и сохранение таким образом Искусства в неприкосновенности.

Однако одному динамику такая задача не под силу по двум причинам. Во-первых, понятие «музыка» простирается от мощных НЧ до субтильных ВЧ. Хотеть от одного и того же динамика, прекрасно воспроизводящего шибающий в грудную клетку удар барабанной бочки или взрыв бомбы в кино, еще и воспроизведения утонченности обертонов скрипки — рожа не треснет? Вот поэтому-то у нас есть не только басовики, но еще и пищалки и даже среднечастотники. Большие диафрагмы приводят в движение большие массы воздуха, от которых содрогаемся мы, наш дом, а иногда и дом соседей. Хотя заставить большие диафрагмы дергаться с большой частотой физически возможно, лучше этого не делать, опять же по двум причинам.

Во-первых, из исследований поведения АС в комнатах становится ясно, что стремление к постоянству направленности в как можно более широком частотном диапазоне — отличная идея. По мере увеличения частоты звука он становится как бы «физически меньше» — длина волны уменьшается, поэтому для поддержания однородной дисперсии звука с ростом частоты необходимо постепенно уменьшать размеры излучающей диафрагмы. Сколько динамиков различного размера использовать в той или иной АС отчасти определяется требованием к постоянству направленности. Каждый динамик постепенно становится все более направленным, «предпочитая» прямое направление по мере роста частоты. Двухполосная конструкция с 30-сантиметровым басовиком неидеальна потому, что на переходе к обычно 2-3 сантиметровой пищалке (переходная частота в этом случае обычно где-то 2-3 кГц), басовик становится весьма и весьма направленным, а пищалка из-за малого ее размера вступает в игру с широкой дисперсией. Этот разрыв в направленности и есть то, что служит причиной появления внеосевых проблем, описанных выше на Рис. 1 (в том примере басовик «предавал права» среднечастотнику в районе 500Гц, а среднечастотник пищалке — в районе 2-3кГц).

Второй причиной не пытаться реализовать все на базе одного динамика является то, что диафрагмы гнутся и резонируют на определенных частотах. В идеале хорошо было бы иметь диафрагму, которая была бы идеально жесткой и двигалась бы как поршень на всех частотах. Большие басовики изъявляют желание резонировать на частотах, лежащих в самой важной части частотного диапазона, куда они и добавляют серьезные ящичные, трубные и гнусавые призвуки голосам и инструментам. В результате у нас появляется вторая причина для использования переходных фильтров (кросоверов) к динамикам с меньшей диафрагмой для передачи верхнего баса и СЧ. На еще более высоких частотах тоже самое происходит и со среднечастотниками — их диафрагмы разгоняются и резонируют на частотах, которые приводят к жесткому и резкому звучанию ВЧ. Поэтому мы и вводим в игру пищалки, которые, если сконструированы грамотно, резонируют на частотах не слышимых человеческим ухом (выше 20Кгц).

Диафрагмы самых первых динамиков конической формы делались из бумаги. Во многих случаях делаются они из нее и сейчас, хотя это уже совсем не та бумага, что была тогда, а сильно «продвинутая». Но тем не менее бумага — это адская смесь всяких ингредиентов, контролировать производство которой очень сложно, и которая кроме того подвержена изменениям в зависимости от температуры, влажности и «усталости». Как следствие разработчики выискивают более неприхотливые материалы — жесткие, легкие, прочные, хорошо поддающиеся демпфированию, недорогие и, главное, легко тиражируемые, особенно для целей массового производства.

За долгие годы мы видели конуса и купола, сделанные из всяких разновидностей пластика, включая популярный полипропилен, волокон и тканей (например, шелка, стекла, кевлара или карбона), композитные материалы с усилением и металлы вроде алюминия, титана, бериллия, а также ламинаты из различных веществ. Все из них работают, некоторые очень даже хорошо. В принципе есть два различных подхода к снижению слышимой окраски звучания, появляющейся из-за резонансов в диафрагмах.

Первый подход заключается в том, чтобы позволить диафрагме резонировать в свойственной ей полосе частот, но при этом попытаться снизить добротность этого резонанса (т.е. склонность «звенеть» и «гудеть») за счет выбора материала с хорошим механическим демпфированием. Как правило, к таким материалам относятся материалы не содержащие металла. Когда-то давно это называлось «контролируемым разгоном», а идея заключалась в том, что, позволяя большим конусам разгоняться, мы тем самым вроде как улучшаем дисперсию на ВЧ, избегая необходимости установки среднечастотника. Увы, большинство таких решений работало не очень хорошо, так что на смену им пришли многополосные системы, по крайней мере там, где это позволяла стоимость. Мы по-прежнему используем эластичные материалы в наших системах, но посредством пристального изучения свойств материалов нам удалось установить гораздо более серьезный контроль над тем, как именно и насколько сильно они резонируют.

Второй подход заключается в использовании очень жестких материалов для диафрагм, за счет применения которых резонансы сдвигаются вверх по частоте, причем настолько, чтобы выйти за пределы частотного диапазона, в котором планируется использовать тот или иной динамик. Стандартная проблема с металлическими конусами и куполами такова, что если уж они разгоняются — а они в конце концов разгоняются — то они звонят как колокола. Эти материалы обладают низкими механическими потерями и высокодобротные резонансы для них типичны, что придает их звучанию хорошо узнаваемый «металлический привкус». Однако и в этой области наметился прогресс, а отдельные разработки так и вовсе не имеют резонансов в полосе частот, на которую они рассчитаны.

Трюк состоит в том, чтобы вывести резонансы за порог слышимости — если их не слышно, значит фактически их как бы и не существует. И это справедливо для обоих подходов описанных выше. Трюк этот очень непростой, поскольку мы, люди, очень и очень чувствительны к резонансам. Если хорошенько подумать, то станет ясно почему — потому что все звуки, которые нас интересуют, звуки голосов и музыкальных инструментов, являются составляющими многих резонансов. Именно нюансы всех этих резонансов, их интенсивность и добротность позволяют нам распознавать различные голоса, когда кто-нибудь говорит нам «Привет!» в телефонной трубке. Именно различия в подборке резонансов отличают музыкальные инструменты, играющие одну и ту же ноту. Нота, сыгранная на скрипке и на виолончели имеют одну и ту же высоту тона, но совершенно разный тембр. Мы, люди, так устроены, чтобы слышать резонансы и тембральные различия. И не удивительно, что основные жалобы слушателей на АС связаны с нежелательной окраской звучания обусловленной именно резонансами.

В качестве примера того, насколько мы, люди, чувствительны (Рис. 4), можно привести 3 резонанса с различной добротностью — узкий и высокий с Q=50, визуально вдвое меньший и вдвое более широкий c Q=10, и очень пологий и пространный с Q=1, — все из которых находятся на пороге заметности при прослушивании оркестровой музыки как одного из самых показательных во всех отношениях сигналов. Хотя все они выглядят по-разному, для слуха они все равнозаметны — вот почему психоакустические исследования так важны. Они помогают нам понять зачастую нелинейные связи, которые существуют между тем, что мы слышим и тем, что мы измеряем.

Сюда же (к Рис. 4) можно добавить, что популярное словесное описание АЧХ как 20Гц-20кГц ±3дБ не значит вообще ничего, если к нему не прилагается график. Ибо цифры цифрами, но хорошо бы еще при этом иметь представление, является ли отклонение широким горбом (т.е. серьезной проблемой) или узким пичком (возможно безвредным). Впрочем разброс в ±1дБ привлек бы мое внимание и безо всяких графиков. Из Рис. 4 также следует, что для обнаружения этих слышимых резонансов измерения должны проводиться с достаточным разрешением по частоте. Большинство же данных, которые можно увидеть в документации производителей или различных журналах не отличаются сколь бы то ни было приличным разрешением, которое позволяло бы рассмотреть эти отклонения вообще или (если их и видно) интерпретировать их более или менее реалистично.

Рис. 4: Отклонения АЧХ, обусловленные резонансами с различной добротностью (Q), когда они были подобраны по уровню так, что становились едва заметны на примере симфонической музыки, взятой в качестве тестового сигнала. ВНИМАНИЕ: не обращайте внимание на положение резонансов на шкале частот  — на всех СЧ и ВЧ они практически одинаково заметны.

Итак, начав обзор с сырых начинаний в области колонкостроения, куда мы пришли по мере ее развития? Достигли ли мы нирваны полной прозрачности?

C точки зрения слуха, для того чтобы сделать это предположение верным, нам пришлось бы поверить в то, что все записи, которые мы слушаем, были сделаны без тембральных искажений. Но это явно не так, а самой главной причиной тому служит тот факт, что разнообразие студийных мониторов и самих студийных помещений столь же велико, как и разнообразие АС предназначенных для домашнего использования, и тем более КдП. Мониторы используются для подбора микрофонов и электронной обработки (если таковая необходима) которые запечатлевают и создают записанный звук. Тот факт, что записи осуществляются с окраской, — совершенно нормальное явление. Окраска добавляется в процессе самой записи и отражает состояние оборудования мониторинга — если мониторы были слишком «яркими», то при прослушивании через более-менее нейтральную акустику записи кажутся тускловато-мутноватыми и наоборот. До тех пор, пока мы не сможем быть уверены в том, что система аудиомониторинга была нейтральна настолько же, насколько и наша домашняя система, мы никогда не сможем сказать, было ли сделано то, что мы слышим, умышленно (в рамках так сказать Искусства, т.е. авторского замысла) или нет.

Тем временем разработчики постепенно овладевают наукой создания динамиков для АС, которые приближаются к идеальным. Возьмем для примера два динамика, отличающиеся только материалом диафрагм и предназначенные для воспроизведения как басов, так и СЧ (оба в корпусах) и проведем аксиальные измерения (Рис. 5). Очевидно, что при рассчитанной для данных динамиков кроссоверной частоте в 2.5-3КГц алюминиевый конус справляется со свой задачей очень хорошо. Однако когда он начинает резонировать, он делает это с присущей металлу энергией — в районе 4.5КГц получается хороший такой высокодобротный резонанс с огромной амплитудой, который находится достаточно близко к кроссоверной частоте и тем самым представляет собой слышимую угрозу. Для сравнения взглянем на такую же кривую, снятую для конуса из нового керамического материала ламинированного алюминием. Видно, что такой конус резонирует на более высокой частоте, что обусловлено повышенной жесткостью материала, но резонанс этот лучше задемпфирован (его добротность меньше) и имеет меньшую амплитуду.

Рис. 5: Измерение, проведенное на оси 16.5 сантиметрового мидбасового ГГ с конусом, сделанным из алюминия (верхняя кривая) и керамо-алюминиевого ламината (нижняя кривая).

После того, как эти динамики соединяются с кроссовером (Рис. 6), высокодобротный резонанс алюминиевого конуса по-прежнему очевиден на срезе кроссовера и следовательно все еще представляет собой определенную угрозу окрашивания. Наличие дополнительных фильтров в кроссовере могло бы помочь, но лучшим решением будет использование ламинированного конуса, резонанс которого едва виднеется в самой нижней части затухательного среза — он не только выше по частоте, но и еще примерно на 10дБ меньше по амплитуде, что как известно находится ниже порога слышимости, т.е. это уже близко к теоретическому идеалу.

Рис. 6: ГГ из предыдущего рисунка после добавления кроссоверов.

В дополнение к привычным АЧХ, только об одной конкретной части которых мы только что говорили, разработчики динамиков подтверждают работу своих разработок еще и наблюдениями того, как именно движется поверхность конусов на различных частотах. Делается это при помощи прибора, который называется сканирующим лазерным виброметром. Наблюдения за поведением ламинированного 16.5-сантиметрового конуса (Рис. 7) показывают, что все точки его поверхности на частоте 3.5 кГц (чуть ниже частоты резонансного излома первого, просто алюминиевого конуса) движутся в унисон, как поршень. На более низких частотах этот динамик ведет себя не менее хорошо.

		Рис. 7: Измерение движения 16.5 сантиметрового конуса из керамо-алюминиевого ламината на частоте 3.5 кГц, проведенное при помощи сканирующего лазерного виброметра.
		Рис. 8: Измерение движения 16.5 сантиметрового конуса из композитного материала, усиленного тканью, на частоте 3.5КГц, проведенное при помощи сканирующего лазерного виброметра.

Для сравнения можно взглянуть на работу такого же конуса, сделанного из усиленного тканью композитного материала (Рис. 8) — из-за гораздо меньшей механической жесткости он демонстрирует очень заметный резонанс на той же частоте. В одно и то же время различные части конуса движутся в различных направлениях, что на жаргоне называется «разгоном». У таких конусов тоже есть шанс звучать неплохо, но только лишь если материал рассчитан с учетом достаточных механических потерь, которые могли бы помочь задемпфировать и вывести резонансы за порог слышимости.

Целью всех этих примеров является демонстрация того, как далеко мы продвинулись с тех самых «старых добрых времен». Мы только что прочитали о динамике, модель которого была сначала разработана на компьютере, и которая была потом использована для разработки «правильного» материала для диафрагмы, а все эти усилия в результате материализовались в мидбасовом динамике, у которого в предназначенной ему полосе частот (40Гц — 3КГц) напрочь отсутствуют слышимые резонансы. Разработчик динамика хорошо постарался, но работа системного инженера еще не закончена. Именно он должен теперь добиться того, чтобы кроссоверы не нарушили целостности звучания в переходных областях между басовиками и среднечастотниками, между среднечастотниками и пищалками. Кроме того он не должен позволить резонансам АО и дифракции подпортить великолепную работу динамиков.

Теперь нам остается рассмотреть следующий большой вопрос, как резонансы КдП влияют на звучание АС. Но это уже отдельная история.

Часть 2

Акустическое оформление и акустическая коррекция

Целью нижеследующего обзора является создание контекста, в рамках которого читатель сможет применить на практике ту детальную техническую информацию, которая дается в третьей части Совместная жизнь АС и помещений. По своему опыту знаю, что многие люди полагают, что проблема с размещением АС в комнате ничуть не сложнее других, что должен же в конце концов существовать какой-то несложный способ оформить комнату акустически правильно, своего рода «Книга готовых рецептов», которую может понять даже еж. Хотелось бы конечно, чтобы это было так, поскольку это облегчило бы жизнь всем, но на практике достижение воистину хорошего звучания в комнате требует знания того, как звук ведет себя в этих самых комнатах, и определенного труда (а на самый худой конец чуть больше, чем самого настоящего везения).

Как добиться хорошего звучания в комнате?

Наука о комнатной акустике возникла преимущественно в контексте живых исполнителей, выступающих как известно в концертных залах, театрах и тому подобных помещениях. В связи с этим особых усилий понять, что же происходит в небольших комнатах при воспроизведении звука, не предпринималось. Самое смешное в этом то, что в домашних условиях музыку слушает неизмеримо больше людей, чем в концертных залах. И все же определенный прогресс имеет место быть, и мы постепенно начинаем понимать некоторые вещи, которые нам по силам сделать, чтобы добиться приличного качества звука в практически бесконечном разнообразии комнатных размеров, форм, расстановок АС и меблировки. Звучит пугающе? Нет, это конечно не ракеты строить, но и книгой готовых рецептов тут не пахнет — и поработать надо, и подумать, т.е. заняться тем видом деятельности, который у масс не в почете.

Шаг №1: Нужна хорошая комната

Это разумеется если есть выбор. В подавляющем большинстве случаев нам приходится довольствоваться тем, что есть, или тем, что строилось с учетом чего угодно, но только не акустики. Существует расхожее мнение, что определенные соотношения между размерами комнаты (длина • ширина • высота) особенно предпочтительны. Это не так и вот почему — теории и вычисления, которые приводят к этим пресловутым «предпочтительным» пропорциям, основываются на некоторых моментах, которые в реальности не существуют, а именно:

1. Во-первых, считается, что комнаты строго прямоугольны, а стены абсолютно гладкие и столь же абсолютно отражающие. На практике такого не бывает, а если бы и было, то уверяю тебя тебе бы тут же захотелось что-то с этим «сделать», поскольку такие помещения — отвратительные КдП.
2. Во-вторых, считается, что все вычисляемые резонансы помещения (или моды) одинаково важны. Это тоже не так. В плане их воздействия на слышимые характеристики достаточно очевидно, что в большинстве помещений громче всех «орут» аксиальные моды, за которыми следуют тангенциальные и косые. Из всех тех помещений, где я серьезно слушал музыку, мне попалось лишь одно с очень массивными и жесткими стенами, в котором одна или две тангенциальные моды представляли собой реальную проблему. Других таких случаев я не припомню.
3. В-третьих, считается, что все вычисляемые резонансы помещения возбуждаются источниками звука в равной степени и одинаково слышны. Это могло бы быть так только в том случае, если бы у нас был один единственный источник звука на полу в углу, и если бы мы пытались слушать его засунув голову в какой-нибудь другой угол. Понятно что это бред. На практике же источников звука НЧ как минимум два, а то и больше. Два физически разнесенных басовика, даже если они оба засунуты в углы, не возбуждают все моды в одинаковой степени, если вообще возбуждают. Если же они установлены не в углах, возбуждение мод может вообще оказаться весьма и весьма селективным. Точно также и слушатели вряд ли засовывают свои бошки в углы. В середине же комнаты сопряжение с различными модами предельно селективно, что представляет собой одну из величайших проблем, с которыми только приходится иметь дело.

Так откуда же пошли все эти «особо удачные» пропорции комнат? Началось все это несколько десятилетий тому назад и очень даже по-научному, когда вполне серьезные люди пытались оптимизировать акустические реверберационные камеры, которые предназначались для проведения точных измерений звуковой мощности — вот оттуда все и пошло и распространилось на жилые комнаты, в которых, правда, все эти теории по понятной причине работать отказались.

Это разумеется не означает, что соотношения между размерами комнат не важны. В помещениях кубической и прямоугольной формы с целочисленными соотношениями сторон, а также в длинных коридорах музыку лучше не слушать. В остальных же случаях, если хорошо понимать, что делаешь, можно добиться отменного звука даже в комнатах, которые находятся в прямом противоречии с пресловутыми «правилами». Аналогично, можно иметь «никакой» звук в комнатах, которые по знаменитому «общему» мнению являются «хорошими».

Самыми проблематичными комнатами, которые только можно встретить, являются те, что приближаются к первому из «идеалов», о которых шла речь в самом начале «Шага №1», т.е. когда стены, потолки и полы очень жесткие, очень плотные и очень плоские. В результате все моды становятся очень интенсивными, высокодобротными и очень резонансными. Как следствие, резонансные пики получаются очень высокими, провалы очень глубокими, а бубнение доводит до эпилепсии.

Для того чтобы быть реально хорошей (а не «хорошей»), комната должна обладать некоторой поглощающей способностью на НЧ, и если сама конструкция помещения этим не отличается, то ее нужно внести. Несколько сантиметров звукопоглощающего материала вроде стекловолокна, синтепона или акустической пены не дадут на НЧ вообще ничего. Поглощение на НЧ наиболее эффективно реализуется при помощи больших панелей или мембранных поглотителей. Когда большие поверхности, включая стены, пол и потолок, движутся в результате воздействия на них звуков мощного баса, они ведут себя подобно мембранам и поглощают при этом энергию звука. Эта поглощенная звуковая энергия не может вносить вклад в комнатные резонансы (моды) и как следствие резонансы ослабевают. Мембранные поглотители можно купить или сделать самому, хотя сделать поглотитель, который был бы эффективен на самых низких частотах — задачка та еще. Большинство устройств, которые можно купить, практически неэффективны на частотах ниже 100Гц, т.е. там, где начинается самое интересное. Если есть возможность, можно попробовать устроить интерьер комнаты таким образом, чтобы скажем стены в комнате были немного гибкими. Оказывается, что один слой гипсокартона на деревянных (а можно и железных) направляющих — это и неплохой компромисс, и совсем недорого. А если еще проложить гипсокартон сзади акустическими панелями (или хотя бы плотным пенопластом), то механическое демпфирование еще больше увеличится, а масса и жесткость конструкции возрастут совсем несущественно. Кроме того, можно варьировать расстояние между направляющими (обычно оно составляет 60 см) и, тем самым, «расстраивать» резонансы. Примерно такого же эффекта можно добиться периодическим дублированием направляющих, а также приданием стенам легкой (невидимой глазу) неидеальности (наклонности, например) — для диффузии это очень хорошо.

После того как этот этап будет завершен, нужно будет заняться другим, не менее важным делом, а именно улучшением однородности баса вокруг зоны прослушивания. Путем снижения добротности комнатных резонансов, пики давления снижаются, а провалы становятся не так глубоки, что позволяет получить неплохой бас более чем в одной конкретной точке.

Шаг №2: Нужны хорошие АС, которые могут ужиться с комнатой

То, что мы слышим в комнате, на разных частотах определяется различными факторами. На НЧ превалирует комната, на СЧ и ВЧ — АС, АЧХ и направленность которых определяют качество звука. Никаким эквалайзером ничего нельзя сделать в комнате с АС, которые изначально убоги. Отсюда вывод — выбирать нужно такие АС, которые сконструированы так, чтобы иметь возможность уживаться с разными комнатами. Это может показаться удивительным, но далеко не все производители это могут, а еще меньше хотят.

Настоящим решением этой проблемы как для профессионалов, так и для любителей являются АС, которые обеспечивают одинаково хорошую тембральную окраску как в прямом, так и раннеотраженном и прочих звуковых полях. Такие АС можно иначе охарактеризовать как АС с ровной и гладкой аксиальной АЧХ и постоянной направленностью, что в совокупности дает ровное и однородное звуковое давление. Тогда вопрос акустической задемпфированности комнаты становится опциональным, т.е. как бы вторичным. Если отраженные звуки поглощаются, слушатель оказывается преимущественно в прямом звуковом поле, что делает ощущения от музыки более интимными, а звуковые образы более плотными и точными. Если же отражениям позволено вносить свой вклад в сложность звучания, то общее впечатление в целом становится более объемным и открытым, а для многих слушателей — более реалистичным. Отчасти это дело вкуса, однако в любом случае АС, которые легко уживаются с комнатой, дадут более высокую тембральную точность. Итак, в области СЧ и ВЧ наилучшим решением задачи о получении хорошего качества звука будет приобретение хороших АС.

Шаг №3: Нужно улучшить бас или как работать со стоячими волнами

Как мы знаем, на НЧ ситуация совершенно иная и качество баса определяется самой комнатой, а также расположением АС и слушателей в ней. Разумеется, басовик сам по себе должен быть рассчитан на воспроизведение достаточного количества звука с малыми искажениями в необходимом диапазоне частот. Для того, чтобы иметь возможность управлять басом, необходимо несколько углубиться в технику и понять, как именно энергия басовиков сопрягается с комнатными резонансами (модами), и что именно слышат слушатели. Существует несколько компьютерных программ, которые существенно облегчают жизнь, но многого можно добиться и вручную.

Если ты действительно хочешь добиться успеха, то без измерений того, что происходит в КдП, тебе не обойтись. Однако здесь есть большое «но» — измерения должны быть правильными, т.е. куда более детальными, чем те, что можно получить при помощи обычного третьоктавного эквалайзера, работающего в режиме реального времени (в дальнейшем РРВ). Необходимо использовать системы с высоким разрешением (наподобие SpectraLab) или даже старомодные свопирующие или ступенчатые тона настроенные на, по меньшей мере, 1/10-октавное разрешение (что на частоте 20Гц соответствует разрешению в 2Гц) — и измерить, что же доходит до места слушателя.

В случае если комната представляет собой простой прямоугольник, моды вычислить несложно, аксиальные уж во всяком случае, которые как правило представляют собой наибольшую проблему. Для начала нужно вычислить частоты, на которых происходит резонанс. Затем определить, где в структуре пиков и провалов давления (т.е. среди стоячих волн) лучше всего разместить басовики (или сабвуферы), а где — место слушателя. Ты очень быстро поймешь, что максимизация удовольствия и минимизация нежелательных эффектов требует определенных компромиссов. Если воспользоваться калькулятором мод (Рис. 1), можно без особого труда избежать наихудших пиков и провалов. Лучше всего размещать басовики в областях с высоким давлением, предпочтительно возле стены, а еще лучше в углу, чтобы возбудить побольше комнатных мод.

Если измерения покажут, что на резонансной частоте энергии слишком много, можно попробовать подвинуть слушателя поближе к провалу в структуре данной конкретной стоячей волны. Если энергии окажется слишком мало — поближе к пику. Вот таким вот методом проб и ошибок зачастую удается избежать многих проблем и сделать АЧХ в зоне прослушивания более гладкой и ровной.

Рис. 1: Пример программы, которая расчитывает аксиальные моды комнаты и строит графики зависимости звукового давлении как функции расстояния, откладываемого вдоль каждой из главных осей.

Если же комната по форме не прямоугольная или в стенах имеются большие проемы, предварительные вычисления могут дать мало или не дать вообще ничего. В этом случае тебе не останется ничего другого, кроме как наугад таскать по комнате АС и слушателя — никому не пожелаю оказаться в подобной ситуации. Непрямоугольные комнаты не устраняют резонансы, а лишь не дают их вычислить.

Даже при самых лучших комнатах и намерениях совершенство может быть очень обманчивым. При всех обоснованных с точки зрения практичности ограничениях, накладываемых на местоположение АС и слушателя реальными помещениями, акустических манипуляций может оказаться недостаточно для устранения всех проблем, связанных с комнатными резонансами. По крайней мере в моей практике чаще наблюдается обратное.

Шаг №4: Нужно улучшить бас или эквалайзер может помочь!

Если ты исчерпал все акустические возможности, но так и не добился желаемого, на помощь может прийти правильная эквализация. Однако проводить ее нужно с умом, поскольку что-то она может действительно исправить, а что-то не стоит даже пытаться сделать с ее помощью.

Найдется множество людей, которые будут возражать против эквализации, обвиняя ее в «фазовом сдвиге» и прочих бедах. Неудивительно, что будучи применяемой слепо, без соответствующих знаний, она заработала дурную репутацию. Однако если все делать грамотно, то кроме пользы никакого вреда от нее не будет. И тому есть 4 причины:

1. Самые распространенные измерительные приборы представляют собой третьоктавные анализаторы, работающие в РРВ, не обладающие достаточной разрешающей способностью для того, чтобы точно описывать проблемы.
2. Самые распространенные эквалайзеры представляют собой третьоктавные «графические» эквалайзеры, не обладающие достаточным разрешением, которое позволило бы точно адресовать проблемы связанные с резонансами без нанесения побочного ущерба.
3. Попытки восполнения глубоких провалов в АЧХ («нулей») вызванных акустическим взаимогашением волн являются абсолютно пустым делом, поскольку сколько энергии в комнату ни закачивай — гашение все равно остается. Все к чему это приводит — лишь к клиппингу усилителей и искажениям, а порой и разрушению басовиков. Единственным решением проблем такого типа является перемещение АС или слушателя, в зависимости от того, кто из них сидит в «нуле».
4. Эквализация проводится на слишком высокой частоте. Низкочастотные комнатные резонансы ведут себя подобно минимально-фазовым явлениям, так что адресация конкретно их параметрическими фильтрами является истинным решением. После нескольких сотен герц (скажем после 400) ситуация резко меняется, поскольку для исследования сложной комбинации из прямых и отраженных звуков — явления «проживающего» во временной области — мы используем статические измерения. Результаты измерений могут вообще дать нечто похожее на гребенчатый фильтр — зрелище пугающее глаз, но совершенно нормальное для слуха, который слышит естественное звучание комнаты, не несущее в себе никакой проблематики. Если отражения кажутся слишком интенсивными, то решение не в эквализации, а скорее в добавлении каких-то стратегически расположенных звукопоглощающих или звукорассеивающих устройств. Как уже говорилось ранее, если ты сталкиваешься с какими-то очевидными проблемами в области СЧ или ВЧ, единственно правильным решением будут хорошо продуманные АС способные ужиться с любой комнатой.

Эквализация по-умному

Как осуществить правильную эквализацию? Прежде всего необходимо провести измерения с высоким разрешением, которые показали бы, что происходит на самом деле. Еще раз повторюсь: третьоктавные анализаторы, работающие в РРВ, здесь бессильны. Было бы совсем здорово, если бы имелась возможность усреднять измерения, проведенные в разных точках зоны для прослушивания, поскольку такое усреднение смягчает интерференционные провалы, которые никакая эквализация не исправит, но выделяет комнатные резонансы, которые адресуются эквализацией весьма эффективно. После этого задача сведется к принятию решения, что именно менять при помощи эквалайзера. Самое безопасное — убрать пики и не пытаться восполнять провалы. Широкий пологий провал еще можно попытаться поправить, но делать это нужно постепенно, слушая при этом, действительно ли есть какое-то улучшение. Не стоит давать компенсацию более чем в несколько децибел (скажем 3-6). Не забывай, что подъем на каждые 3дБ удваивает потребность в мощности, поставляемой усилителем и отдаваемой колонками, т.е. вся система будет работать с куда большей натугой. По возможности попытайся найти акустические способы восполнения провалов (т.е. обдуманное таскание по комнате), а эквалайзер используй для сглаживания пиков. Если ты видишь провал, постоянно присутствующий при любых обстоятельствах, попробуй понять, какая именно мода за него отвечает, и не находится ли одна из колонок или слушатель в нуле или около него. Сдвинь подозреваемый объект сантиметров на 20-30 и посмотри, не станет ли лучше. Программка для анализа мод тебе в этом сильно поможет, при условии, что твоя комната более-менее прямоугольна конечно. Если же все попытки убрать провалы обернутся неудачей, радуйся тому, что хоть пиков нет, а также тому, что узкие провалы сложно расслушать. Небольшой пример из жизни:

Комната с жесткими кирпичными стенами (читай: мощные высокодобротные резонансы) размером 2.40 • 3.60 • 7.20. Вдоль одной из коротких стен установлен огромный телевизор (там же и АС, и все прочее), который можно без боли смотреть метров так с 3-4, т.е. практически с самой середины комнаты. Такая дислокация помещает слушателя почти точно в самый нуль, соответствующий продольной (вдоль длины комнаты) моде первого порядка (340/2*7.20=23.6Гц). Озаботиться этим довольно сложно, ибо полезной информации на такой низкой частоте бывает немного. Тем не менее, лучше все же постараться в этой точке не сидеть, а сдвинуться малость вперед или назад. Однако на продольной моде второго порядка (47.2Гц) ценной аудиоинформации хоть отбавляй, а слушатель сидит практически в самом пике давления.

Измерения АЧХ (Рис. 2) также показали наличия пика в районе 47Гц, т.е. там, где ему и предполагалось быть по расчетам. Прослушивание же музыки обнаружило дряблый бас, бубнящий на одной «ноте» — даже киношные взрывы звучали неестественно. Для решения проблемы был применен одиночный параметрический фильтр с центральной частотой 47Гц и соответствующей полосой пропускания (т.е. добротностью), который попросту приглушил резонанс. Как уже говорилось, комнатные резонансы на НЧ ведут себя как минимально-фазовые явления, а коли так, то по мере изменения АЧХ изменяется и ФЧХ. А раз подправляются и АЧХ, и ФЧХ, то эта коррекция должна распространиться и на переходную характеристику, т.е. нудный «гул» или бубнеж тоже должен пропасть. Повторные измерения (Рис. 3) показали, что это так и есть — грамотная эквализация действительно работает и работает очень хорошо. Примечательно, что провал на 73Гц был полностью игнорирован.

		Рис. 2: Измерения АЧХ сабвуфера до и после однополосной параметрической эквализации.
		Рис. 3: Поведение сабвуфера во временной области (переходная АЧХ). До эквализации имеет место энергичный трезвон (тонкая линия). После — он по-прежнему есть, но хорошо сдемпфированный (толстая линия).

А что получилось бы, если вместо вышеописанного метода для коррекции был бы использован традиционный на основе третьоктавных анализаторов и эквалайзеров?

		Рис. 4: Третьоктавная версия неэквализованной АЧХ с высоким разрешением из Рис. 2. Обратите внимание на отсутствие даже намека на высокодобротный резонанс в районе 47Гц, а также отсутствие какого бы то ни было свидетельства интерференционного провала на 73Гц. Все как будто бы и ничего...
		Рис. 5: Кажется, что форму АЧХ можно немножко улучшить — и с помощью третьоктавного графического эквалайзера мы вносим некоторое ослабление на двух самых интенсивных пиках (нижняя кривая).
		Рис. 6: Это результаты измерений АЧХ с высоким разрешением, проведенные для сабвуфера до (верхняя кривая) и после (нижняя кривая) эквализации третьоктавным графическим эквалайзером.
		Рис. 7: Поведение системы во временной области до (тонкая линия) и после (толстая линия) эквализации третьоктавным эквалайзером.

Измерения и коррекция, которые в третьоктавном представлении выглядели очень и очень хорошо, дали ложное чувство уверенности в том, что проблема решена. Узнать из них о существовании остроконечных пика и провала, которые прекрасно видны при высоком частотном разрешении, было никак нельзя. Таким образом становится ясно, что подправить данный случай третьоктавным эквалайзером никак нельзя. Из графиков АЧХ снятых при достаточном разрешении видно, что также как третьоктавные измерения не дают никакой информации о высокодобротном резонансе в районе 47Гц, так и третьоктавная коррекция оказывается не в состоянии его убрать. Раздражающий гул/бубнение после коррекции таким способом остались почти такими же как и до того! Так что неудивительно, что эквалайзеры не любят — нужную энергию баса выкидывают, а бубнение все равно остается.

Если быть честным до конца, то следует сказать, что теоретически резонанс конечно может иметь место на частоте, являющейся центральной для одного из третьоктавных фильтров, а его добротность может быть близка к той, что заложена в эквалайзере для данной частоты. В этом случае резонанс естественно был бы заглушен также как и в первом примере.

Как скрестить АС с комнатой

Системы стереофонического и многоканального «обступающего» (surround) звука являются процессами кодирования/декодирования, в которых АС и КдП являются доминирующими факторами. Вместе они оказывают влияние на тембр, динамический диапазон, а также на эффекты направленности и пространственности — иными словами практически на все, что имеет большое значение для требовательного слушателя. Звуки, приходящие к ушам, представляют собой единственную информацию, с которой приходится работать слуховой системе. Если эти звуки в различных условиях различны, то и ощущения будут различны.

Единственным реальным решением является установление контроля над этими вариациями и в конечном счете стандартизация важнейших факторов. Проблема заключается в том, что ни для АС, ни для КдП промышленного стандарта не существует. В этой статье мы попытаемся извлечь самое лучшее из этой несовершенной системы путем выявления важнейших переменных в системе «АС-КдП» и обсуждения методов их измерений и контроля над ними.

1. Цель

Как правило, все стремятся к созданию некого подобия «реалистичности», что бы под этим ни понималось. Связь между качеством звука, ощущаемым в записи, и оным в концертном выступлении хоть и тесна, но несовершенна. В обычной комнате соображения практического характера делают создание реально впечатляющего ощущения нахождения, скажем, в концертном зале практически нереальным.

Определенная часть трудностей связана с ограничениями накладываемыми традиционными двухканальными стереосистемами. Все преимущества стереозвука могут слышать только те слушатели, которые находятся на оси симметрии АС, причем с увеличением расстояния от последних эффект имеет тенденцию пропадать. Обычные технологии стереозаписи являют собой результат проб и ошибок в стремлении извлечь максимум из системы, которая не в состоянии воссоздать все впечатления направленности, которые, возможно, являлись частью оригинального концерта. Разнообразие направленностей звуков, доходящих до ушей слушателя, значительно снижается по сравнению с любым живым выступлением.

В результате строгий реализм становится недостижимой целью, а потому мы пытаемся хотя бы приблизиться к нему настолько близко, насколько это позволяют нам ограничения накладываемые нашей аппаратурой. Однако для основной массы записанной музыки реализм как цель — попросту неуместное понятие. Например в поп или рок-музыке «оригинальное» исполнение происходит в звукостудии во время окончательного сведения (микширования). А поскольку студии звукозаписи не стандартизованы, то понять, что же действительно было в оригинале невозможно, если только конечно ты не присутствовал при записи.

В попытке привнести в процесс воспроизведения оттенок «пространственности» АС делаются с различной направленностью — начиная от обычных с фронтальным излучением, проходя через биполи (двунаправленные синфазные), диполи (двунаправленные противофазные), преимущественно отражающие и заканчивая всенаправленными. Такие АС обеспечивают слушателей сильно различающимися сочетаниями прямых и отраженных звуков, главенствующая роль в которых отводится КдП. Таким образом стерео — это по факту совсем даже не система, а скорее основа для индивидуального экспериментирования.

Многоканальные системы предлагают частичное решение, заключающееся в том, что каналов попросту больше — и как следствие больше направлений, из которых звуки могут казаться приходящими. В какой-то мере такое решение дает независимость от акустических свойств комнаты, поскольку имеется больше «реальных», а не отраженных источников звука. И все же мультидирекциональные АС, включая дипольные, опираются на отражения, поэтому есть примеры, в детали которых следует вникнуть каждому.

Стандартизация кинопромышленностью пусть даже небольшого числа из множества наиболее очевидных переменных невероятно помогла в достижении некоторого постоянства в создании многоканальных саундтреков к фильмам. Следовательно то, что мы слышим в кино, — это то же самое, что было слышно на этапе дубляжа, когда компоновался саундтрек. Хорошая инженерная практика и программа Home THX пытаются продолжить эту линию и в наши дома. Интересно посмотреть, как будет развиваться многоканальная музыка...

1.1 Причина и следствие в комбинациях «АС-КдП»

Точность воспроизведения звука АС зависит преимущественно от величины линейных (частотных и фазовых) и нелинейных (гармонических и интермодуляционных) искажений, а также от степени направленности во всем частотном диапазоне. В условиях полного отсутствия отражений, направленность АС никакой роли играть не будет, поскольку слышно будет только звук, излучаемый вдоль одной единственной оси — предпочтительно лучшей. В реальных же помещениях к слушателю в конечном счете приходят почти все звуки, излученные АС во всех направлениях.

Направленность АС, их местоположение и акустические свойства КдП определяют спектр, амплитуду, направленность и временную задержку всего того сонма звуков, которые достигают ушей слушателя. Все эти звуки сливаются и взаимодействуют физически на входе в ушную раковину, а на уровне восприятия — в слуховых системах и мозгах слушателей. В результате «под удар» может попасть (и в большинстве случаев попадает) почти каждый перцепционный аспект стереофонического воспроизведения звука.

Изменения в ощущаемом пространственном представлении или, иначе, формировании звукового образа (так называемая глубина сцены):

• Отраженные звуки изменяют «размеры» отдельных голосов или инструментов, особенно тех, что находятся в горизонтальной плоскости.
• Отраженные звуки изменяют местоположение (по ширине или по глубине сцены) отдельных звуковых образов и, наконец,
• Отраженные звуки влияют на ощущение пространственности или охвата (опять же в основном на те, что имеют место в горизонтальной плоскости)

Изменения качества звучания или, иначе, тембральная окраска, вызванные:

• Акустическим сопряжением звука с системой стоячих волн (резонансами КдП или модами, напрямую связанными с отношением длин сторон помещения).
• Нахождением слушателей на различных осях прямого звука АС, получающих в результате различные начальные звуки.
• Акустической интерференцией (гребенчатой фильтрацией), имеющей место, когда прямой звук и один или несколько наиболее интенсивных раннеотраженных накладываются возле ушей слушателя.
• Частотно-зависимыми изменениями звукопоглощающей способности границ КдП и мебели, изменяющими спектры отраженных звуков и, следовательно, суммарное звуковое поле возле ушей слушателя.
• Интенсивными отражениями низкокачественных внеосевых звуков АС, которые искажают спектр суммарного звукового поля (собственно, вариация на предыдущую тему).
• Перцепционным «усилением» незадержанных резонансов при отражениях и реверберации (т.е. когда некоторые звуки лучше слышны в сложном звуковом поле) и
• Перцепционным «подавлением» задержанных звуков при отражениях и реверберации (т.е. когда некоторые звуки хуже слышны в сложном звуковом поле).

Короче говоря, физические характеристики АС и КдП могут изменять все воспринимаемые качества звука, считающиеся фундаментальными для удовлетворительного воспроизведения звука.

2. Физические переменные

Хотя значительные зоны перекрытия аспектов и существуют, как станет ясно в дальнейшем, для разъяснительных целей будет проще разделить все переменные КдП на 3 категории:

1. Размеры и пропорции
2. Положение АС и слушателя
3. Поглощение и отражение звука

2.1 Размеры и пропорции КдП

У комнат есть акустические резонансы или, как еще говорят, моды. Соотношения, в которых находятся длина, ширина и высота комнаты, определяют распределение мод по частоте, т.е. иными словами задают местоположение пучностей и провалов в этом распределении. Размеры как таковые определяют частоты, на которых имеют место резонансы, т.е. то, будут ли отдельные, имеющие огромное значение для воспроизводимой музыки, частоты усиливаться или же подавляться. В идеально прямоугольных комнатах с идеально ровными и отражающими поверхностями (стенами, полом и потолком) эти резонансы легко могут быть вычислены по следующей, хорошо известной формуле:

где f — частота N-ной моды Nx, Ny, Nz — целые числа от 0 до, скажем, 4, выбираемые независимо Lx, Ly, Lz — размеры помещения в метрах (длина, ширина, высота) в метрах с — скорость звука в воздухе при комнатной температуре (~345 м/с)

Для вычисления всех мод необходимо перебрать все возможные комбинации из трех целых чисел N_x, N_y, N_z. На практике же достаточно вычислить только низкочастотные моды, т.е. ограничиться максимальным N=4.

Отдельные моды описываются различными комбинациями из целочисленных N_x, N_y, N_z. Например [1, 0, 0] описывает моду первого порядка вдоль стороны, принятой за «x». [0, 2, 0] описывает моду второго порядка вдоль стороны принятой за «y» и так далее. В случае, когда два из трех целых чисел равны 0, формула значительно упрощается и позволяет чуть ли не в уме вычислять частоты стоячих волн, возникающих между заданной парой противостоящих стен вдоль одного из размеров комнаты.

f [1,0,0] = c/2/L

Эти моды называются осевыми или аксиальными и как правило являются самыми интенсивными из всех (а также самыми быстро вычисляемыми). Если у тебя нет более важных дел, возьми и просчитай аксиальные моды для каждой пары противолежащих поверхностей, т.е. по длине, ширине и высоте твоей комнаты.

Тангенциальные моды возникают вследствие отражения звука от четырех поверхностей, и мечущегося по комнате параллельно двум оставшимся. Эти моды вычисляются путем приравнивания 0 только одного из целых чисел. Например [1, 1, 0] описывает моду первого порядка в плоскости «x-y». Эти стоячие волны порождаются 4-мя стенами и возникают параллельно потолку и полу.

Косые моды взаимодействуют со всеми сторонами помещения. В каждом «контуре» (сечении) комнаты происходит большое число отражений и, поскольку при каждом отражении энергия звука теряется, эти моды являются наименее интенсивными из всех. вычисляются они путем всевозможных комбинаций трех целых чисел, ни одно из которых не равно 0.

2.1.1 «Идеальная» комната

Долгое время считалось, что равномерное распределение комнатных мод по частоте — вещь хорошая. Концентрации (скопления) мод могут служить причиной искусственного подчеркивания определенных частот, а провалы в модальном распределении могут делать отдельные частоты совершенно неслышимыми.

На протяжении многих лет выдвигались предложения самых различных соотношений сторон, обеспечивающих якобы превосходное модальное распределение. Все эти исследования далеко не всегда учитывали три проблемы, возникающие в реальных КдП, которые делали предсказания ненадежными.

1. Расчеты предполагали, что комната идеально прямоугольная и построена из идеально ровных, идеально отражающих поверхностей. В реальной жизни все далеко не так просто, поскольку в большинстве комнат присутствуют неоднородности, большие поверхности, поглощающие звук (они вибрируют), меблирование и т.д. Эти отклонения от теоретического идеала приводят к ошибкам в расчетах частот.
2. Не все моды одинаково важны. В общем случае аксиальные моды являются доминирующим фактором. Оценка комнат должна поэтому включать в себя взвешивание, при котором аксиальные, тангенциальные и косые моды рассматриваются именно таком порядке значимости.
3. Расположение источников звука и слушателей в практической (реальной) обстановке не дает однородного акустического сопряжения с комнатными модами. В результате АС не поставляют энергию однородно всем существующим модам, а слушатели не сидят в местах, где они могли бы услышать эффекты даже от тех мод, что возбуждены.

Эти осложнения означают, что в практических ситуациях предсказательные схемы могут быть полезны, но вряд ли будут полностью удовлетворительны. Измерения на месте могут оказаться единственным способом определения, что же происходит на самом деле.

		Рис. 1: Размещение АС на полу в самом углу комнаты обеспечит возбуждение всех мод низких порядков (в любой точке пересечения трех плоскостей комнаты — пол, стена, потолок — все моды имеют зону высокого давления). Размещение микрофона в противоположном углу (на полу или потолке) обеспечит детектирование всех этих мод. Очевидно, АС должна быть закрытого типа или с фазоинвертером (т.е. являться источником давления), а микрофон должен быть всенаправленным с хорошей чувствительностью на НЧ (т.е. являться детектором давления).
		Рис. 2: Этот график зависимости давления от частоты полезен только для определения частот сильнейших мод в комнате. То, что данные, полученные с его помощью, будут отличаться от данных, полученных при помощи расчета — ситуация достаточно распространенная. Причиной тому служит «реальность» комнаты, отклоняющая ее параметры от «идеальных». Обратите внимание на значительное акустическое усиление, имеющее место на резонансных частотах.

Для понимания же, как поведет себя комната по отношению к реальной стерео- или многоканальной системе, это измерение бесполезно. Выдвижение АС из угла сразу же изменит характер возбуждения мод, а перенос микрофона в другое место сразу же «изменит» моды, на которые он реагирует.

Однако если комната в хорошем приближении прямоугольна, то вычисление модальных частот может оказаться очень даже полезным делом и помочь избежать очевидных проблем с размерами (пропорциями) строящихся помещений, а также выявить проблемные моды в уже готовых. На Рис. 3 показаны модальные распределения для одной комнаты, которую с большой вероятностью можно назвать проблематичной, и другой, более-менее благополучной. Обратите внимание, что в «плохой» комнате, реальных проблем всего две:

1. Распределение мод по частоте неоднородно и
2. Одни и те же комбинации мод повторяются.

Вторая комната лучше в обоих отношениях.

Такие элементарные расчеты «на салфетке» просто необходимы перед началом «заселения» комнаты. Разумеется, если комната отчаянно непрямоугольная, посчитать ничего не получится, а жизнь усложнится во сто крат.

Рис. 3 (верхний): Аксиальные моды, вычисленные для прямоугольной комнаты. «Д», «Ш» и «В» отвечают за моды по длине, ширине и высоте комнаты соответственно. Размеры комнаты состоят между собой в очень простых соотношениях и, как следствие, имеют место систематические повторения одних и тех же аксиальных мод и точно также систематических провалов. Такая комната вполне может оказаться проблематичной. Рис. 3 (нижний): Аксиальные моды, вычисленные для комнаты, размеры которой были несколько скорректированы, чтобы обеспечить более благоприятное распределение. За счет того, что эта комната несколько больше, аксиальные моды начинаются с более низких частот и расположены плотнее. За счет нецелого отношения сторон на самых низких частотах моды не совпадают совсем, а на более высоких частотах, они смешиваются в различных комбинациях.

Можно услышать мнение, что непрямоугольные комнаты имеют бóльшие преимущества перед прямоугольными. Рассуждают так: если звуки будут отражаться в направлениях иных, чем прямо навстречу параллельной стене, создание стоячих волн вроде как будет подавляться, а диффузия возрастет. В действительности же скашивание поверхностей комнаты имеет конечно огромное влияние на модальную структуру, но сами моды не исчезают. Все сводится к тому, что степень вариаций в звуковом давлении по всей комнате остается примерно такой же, но вот частоты различных мод меняются самым бессистемным образом, а узловые линии репозиционируются совершенно неочевидным образом. В результате этого предсказания, обсуждавшиеся выше, становятся невозможны, так что для того, чтобы спрогнозировать происходящее на практике, приходится прибегать к конечно-элементному анализу или моделям. Одним словом, в ряде случаев это является серьезным недостатком, как мы увидим в части 2.2.

В других случаях, таких как например реверберационных камерах, предназначенных для проведения акустических измерений, преимущества перевешивают недостатки. Если модальное смешение, сгенерированное непараллельными поверхностями, оказывается желанным, то интересно отметить отсутствие в этом случае необходимости гнуть все поверхности — в большинстве случаев оказывается более чем достаточно скосить лишь одну из стен.

2.2 Положение АС и слушателя

На НЧ только два фактора являются основополагающими в определении места положения АС и слушателя:

1. Взаимодействие с близлежащими границами комнаты и
2. Взаимодействие с комнатными модами

Хотя о первом факторе частенько вспоминают в дискуссиях о размещении АС, о месте слушателя почему-то частенько забывают. А ведь его местоположение столь же важно, как и положение АС.

Рис. 4: На этой диаграмме размеры букв, обозначающих моды, соотнесены с их важностью для слуха слушателя в реальной обстановке.

Хотя обсуждение данной темы разбито на две части, надо заметить, что независимыми они никак не являются. Возможно простейшим способом концептуально разделить две части является представление проблемы «близлежащей границы» как проблемы рассмотрения только лишь прямого звука и первых отражений от ближайших поверхностей комнаты. Комнатные моды появляются в результате множественных отражений, к которым относятся отражения и от этих поверхностей и также все прочие.

2.2.1 Взаимодействие с близлежащими границами комнаты

Этот вопрос был тщательно изучен Элисоном, Уотерхаузом и Куком. Определяющим фактором в работе АС в КдП на НЧ является именно взаимодействие с прилежащими границами комнаты. Работы Элисона наглядно, если не сказать драматическим образом демонстрируют значимость этих эффектов, как впрочем и Рис. 5.

Рис. 5: Нижняя кривая относится к АС, находящейся буквально в чистом поле, где нет отражающих поверхностей. Таким чистым полем может являться безэховая камера высокого уровня или открытое пространство, удаленное от всяких крупных объектов, включая поверхность земли. В такой ситуации звук излучается в пространственный угол, отвечающий полной сфере, или, иначе, в 4π стерадиан. Если ввести в игру пол, этот угол уменьшится вдвое, а звуковое давление на НЧ увеличится примерно на 6дБ, поскольку звук, который должен был бы распространиться прочь от источника, теперь отразится от пола. Теперь введем в игру стену, которую мы расположим за АС. Это уменьшит пространственный угол еще в два раза, т.е. до π стерадиан. Из левой части рисунка видно, что звуковое давление на НЧ вырастет приблизительно на 12дБ. Если теперь поставить третью стену, т.е. запихнуть АС в угол, то пространственный угол, в который излучается звук, уменьшится еще в два раза и составит π/2 стерадиан, а звуковое давление увеличится на очередные 6дБ, что даст итоговый выигрыш в усилении на НЧ аж в 18 дБ. Что касается мощности усилителя и нагрузки на АС, это акустическое усиление абсолютно бесплатно! И умные люди этим пользуются. В комнатах с эластичными границами это усиление будет несколько меньше, но все равно оно будет значительным.

Нежелательным побочным эффектом является внесение некоторой неоднородности в верхний бас и нижнюю середину. Если кто-то использует отдельный сабвуфер, то он с этой проблемой скорее всего не столкнется. Однако для свободностоящих полнополосных (минимум 3) АС задача нахождения приемлемого компромисса между хорошей «глубиной сцены» и хорошим басом может превратиться в досаждающую и подчас нерешаемую. Другого решения кроме как экспериментировать с расположением АС просто не существует. По-видимому это единственный наиболее убедительный довод в пользу применения сабвуферов.

Для уменьшения числа переменных некоторые производители АС интегрировали «пол» и/или «стену сзади» в дизайн АС. Это накладывает ограничения на выбор места установки АС в комнате, но зато снижает вероятность серьезного ухудшения качества звучания вследствие неудачного расположения.

В работе над этой задачей в качестве «мерного стаканчика» использовались преимущественно измерители уровня либо звуковой мощности, либо звукового давления. Пользоваться можно конечно и теми, и другими, просто в разных ситуациях их полезность также разная. Хорошее объяснение для соотношения между звуковой мощностью и звуковым давлением (а также интенсивностью звука) дано в части 1.4.3 ссылки 13. При оценке слышимости эффектов определяемых этими величинами наиболее правильно использовать SPL-метры (измерители уровня звукового давления), поскольку и слух реагирует на звуковое давление, и психоакустические связи выражаются в тех же понятиях.

Уменьшение в два раза пространственного угла, в который излучает АС, может привести к увеличению звукового давления в то же число раз, т.е. на 6 дБ, если измерять в одной и той же точке. Это полностью согласуется с тем, что звуковая мощность, излучаемая АС в уменьшенный вдвое пространственный угол, также увеличивается в два раза, т.е. на 3 дБ.

Рис. 6: Иллюстрация к «волновым эффектам» — тем явлениям, которые существуют благодаря тому, что звук распространяется как волна давления. На этом упрощенном наброске верхняя картинка показывает прямой и раннеотраженные звуки, достигающие ушей слушателя. Картинка внизу показывает стилизованные стоячие волны звукового давления между передней и задней стенами комнаты. Мода [1, 0, 0] имеет один минимум давления прямо по центру комнаты (в направлении длины), а мода [2, 0, 0] — два минимума.

В предшествующем рассказе о пространственных углах было показано, что при больших длинах волн (т.е. на НЧ) звуки отраженные от близлежащих границ складываются с усилением потому, что они приходят к точке измерения/прослушивания по существу в синхронизме друг с другом. На более высоких частотах так будет происходить не всегда, и в результате найдутся и частоты, на которых звуки складываются (усиливающая интерференция) и частоты, на которых звуки вычитаются (ослабляющая интерференция) — в зависимости от пути следования. Конечно, для того чтобы это имело место, должны одновременно присутствовать как прямой, так и отраженный звуки. В таких ситуациях мы можем наблюдать при измерениях знаменитый эффект известный как гребенчатая фильтрация (названный так из-за своей зубовидной формы повторяющихся гашений, возникающих в результате ослабляющей интерференции).

Рис. 7: Последовательность двух переходных акустических событий, например, прямой и отраженный звуки, наблюдаемые с перспективы измерительной системы, предполагающей установившийся (стационарный) режим, и с перспективы слуха, который ощущает разницу и, в дополнение, имеет преимущество опережающего (по времени) наложения (маскирования) для ослабления явной громкости второго переходного процесса. На уровне ощущений события могут и не быть настолько драматическими для слуха, как можно было бы ожидать от довольно таки неприятной картины измерений. Для звуков, длящихся долго, «гребенка», разумеется, вполне реальна, так что и по ощущениям, и по приборам картина будет примерно одной и той же.

Стоячие волны, показанные на Рис. 6, демонстрируют распределение давления по длине комнаты на тех частотах, для которых длина комнаты составляет в точности полуволну (мода [1, 0, 0]) и целую волну (мода [2, 0, 0]). Обратите внимание на то, что первый минимум всегда отстоит от каждой стены (отражающей поверхности) на расстояние равное четверти длины волны. Заметьте также, что мгновенное давление по обе стороны от минимума давления (провала) имеет противоположную полярность. Это означает, что если с одной стороны давление растет, то с другой оно падает. Помни об этом — пригодится.

2.2.2 Взаимодействие с комнатными модами

Комнаты в домах как правило прямоугольные. Однако в большинстве случаев на этом их сходство заканчивается. Никаких стандартов на жилые помещения нет, а различия в точных размерах, формах, расположении дверей, арок, окон, крупногабаритной мебели и т.д. гарантируют нам, что в каждом отдельном случае у нас будут свои особые проблемы, с которыми нам придется бороться.

Проведение анализа поведения комнаты на НЧ, соответствующего действительности, зачастую оказывается вполне возможным, но структура стоячих волн на более высоких частотах обычно покрыта мраком. Попробуем приподнять завесу мрака простенькими примерами.

Рис.8: Изображение КдП, показывающее распределение звукового давления и скорости частиц для моды первого порядка [1, 0, 0] по длине комнаты.

Заметьте, что давление достигает максимума возле отражающих поверхностей — в точке, где происходит смена направления распространения звуковой волны. А скорость частиц возле отражающих поверхностей имеет минимум, поскольку в этом месте молекулы воздуха буквально «лезут на стену». Показанная на рисунке АС представляет собой обычную закрытую систему или систему с фазоинвертером, т.е. источник давления. Такая система, будучи расположена в зоне высокого давления структуры стоячей волны, будет акустически сопрягаться с модой. На приведенном рисунке АС будет сопрягаться с модой практически с максимальной эффективностью. Уши слушателя также расположены весьма удачно для того, чтобы эту моду слышать, однако они находятся в точке не самого высокого давления, что видимо достаточно хорошо с учетом акустического усиления производимого резонансом. Если подвинуть слушателя в самый минимум давления (в провал), то сопряжение будет минимальным, и слушатель этой частоты просто не услышит несмотря на то, что АС работают как надо, а энергии на частоте 16Гц в комнате более, чем достаточно.

Если интереса ради предположить, что АС — дипольного типа, то такие АС были бы источником скорости, а не давления и как следствие сопрягались бы с модой наиболее эффективно, если бы были расположены в максимуме скорости, т.е. по центру комнаты. Это означает, что всякая компоновка КдП, которая обеспечивает чудесное звучание для АС этого типа, скорее всего, окажется совершенно непригодной для обычных АС — по крайней мере на НЧ.

Рис. 9: Изображение КдП, показывающее распределение звукового давления и скорости частиц для моды второго порядка [2, 0, 0] по длине комнаты.

На этой частоте слушатель сидит в минимуме давления и, следовательно, 32 Гц не услышит никогда. Очевидно, что если он ожидает услышать раскатистую ноту педального органа в начале «2001» (Рихард Штраусс: Also Sprach Zarathustra) его ждет жестокое разочарование.

К счастью, если чуть-чуть подумать, то становится ясно, что если передвинуть кресло немного вперед или назад, проблему можно решить. На самом деле лучше всего заранее вычислить первые 2-3 моды, изобразить рисунке соответствующие им распределения давления, и уж потом разместить кресло так, чтобы избежать «провалов».

Рис. 10: Изображение КдП, показывающее распределение звукового давления и скорости частиц для моды первого порядка [0, 1, 0] по ширине (поперек) комнаты.

На этом эскизе мы видим одновременно и проблему, и решение. Проблема заключается в том, что слушатель оказывается сидящим в провале на каждой модальной частоте нечетного порядка вдоль этой оси комнаты (т.е. 28 Гц, 84 Гц, 140 Гц и т.д.) Решение состоит в том, что два басовика АС расположены в различных половинках структуры стоячей волны.

Далее, обычно все сигналы на НЧ по сути есть моно-сигналы (т.е. в обоих каналах сигнал один и то же). Это абсолютно верно для виниловых пластинок, где неудачная попытка объединить бас привела бы к выбросу иголки из канавки вертикально вверх. Вообще, из-за проблем с моно-совместимостью это хорошая практика. В домашнем же театре имеется отдельный канал на сабвуфер, а потому никаких вариантов нет. В таком случае до тех пор, пока в каждой половинке имеется по басовику, эта конкретная мода возбуждаться не будет. Причина тому такова, что басовики работают в фазе, а половинки стоячей волны из-за их противоположной полярности «должны» раскачиваться в противофазе.

Рис. 11: Изображение КдП, показывающее распределение звукового давления и скорости частиц для моды второго порядка [0, 2, 0] по ширине (поперек) комнаты.

Не успели мы расслабиться, как тут же оказались в неприятном положении. На частоте моды второго порядка слушатель сидит зоне высокого давления, а оба басовика находятся в долях с одинаковой полярностью. Поэтому эта мода будет раскачиваться очень эффективно и как следствие будет хорошо слышна. В качестве решения можно предложить малость придвинуть басовики поближе друг к другу, в места провалов. Эта мера разумеется сузит стереобазу, что может оказаться неприемлемым. Это еще один пример, когда использование отдельного сабвуфера было бы более выгодным — его можно разместить так, чтобы добиться наилучшего баса, а сателлитами обеспечить наилучшую «глубину сцены».

Рис. 12: Изображение КдП, показывающее распределение звукового давления и скорости частиц для моды первого порядка [0, 0, 1] по высоте комнаты.

В двухканальной стереосистеме есть стерео-точка, идеальное место, в которой стереоэффект достигает максимума. Многоканальные же системы могут услаждать слух одновременно нескольких слушателей, что надо понимать так, что по крайней мере на НЧ каждый будет слышать по-разному из-за разного характера спряжения частот с горизонтальными модами КдП. Однако «по вертикали» все оказываются равны. Если есть возможность выбора, то в качестве КдП лучше не выбирать комнаты с низкими потолками, которые «поместят» твои уши прямо на половине высоты.

Рис. 13: Иллюстрация к теме, как границы комнаты, которые имеют некоторую поглощающую способность, т.е. кривизну (прогиб), могут улучшить однородность распределения звука на модальных частотах. Это бывает особенно полезно при установке домашнего театра, где схожие слуховые ощущения необходимо обеспечить сразу нескольким слушателям.

Акустическое поглощение на границах комнаты отнимает НЧ-энергию у звукового поля. Как уже говорилось при обсуждении пространственных углов, эта потеря энергии на структуру комнаты и как следствие на соседние комнаты, снижает звуковую мощность, содержащуюся в КдП. Хотя кому-то это может показаться недостатком, заставляющим басовики работать с большей нагрузкой, на самом деле это весьма благоприятный акустический фактор. Такое поглощение снижает добротность комнатных мод, что приводит к понижению максимальных и повышению минимальных тонов, как показано на примере стилизованных кривых приведенных на Рис. 13. В комнатах провалы неидеальны. Поглощение регулирует также реверберацию на НЧ, обеспечивая демпфирование комнатного «бубнения». Диафрагменное или мембранное поглощение на границах комнаты является одним из немногих практических механизмов акустического поглощения на самых-самых НЧ. Наиболее распространенные добавочные акустические приспособления, имеющиеся в продаже, оказываются в этом диапазоне, т.е. как раз там, где проблем с комнатными резонансами больше всего, просто бессильны.

2.2.3 Что делать?

Очевидно, что на количество баса выдаваемого АС можно повлиять не только выбором места их установки, но также и выбором места слушателя в одной и той же КдП. Сильные тембральные вариации на тему являются также последствиями этих различий. КдП может даже доминировать в общем впечатлении. Поскольку основные физические механизмы могут во многих случаях восходить к комбинациям комнатных резонансов и взаимодействиям на стыке поверхностей, некоторый контроль над ними все же возможен. Возможности выбора таковы:

• Изменить акустическое сопряжение АС с границами комнаты и/или комнатными модами, т.е. передвинуть АС.
• Изменить акустическое сопряжение места слушателя с границами комнаты и/или комнатными модами, т.е. передвинуть слушателя.
• Передвинуть и АС, и слушателя.
• Изменить сигнал на пути к АС, в самих АС, т.е. отэквализовать.
• Акустически изменить комнату, т.е. устранить пики и провалы.

Каждый из этих вариантов имеет свои ограничения и отрицательные побочные эффекты — визуальные, акустические и экономические.

2.2.4 Реальный пример из жизни

Нет ничего более реального, чем своя собственная жизнь, а потому приведу в пример серьезнейшую проблему, с которой мне пришлось как-то столкнуться. Речь пойдет о большой жилой комнате, столовой, которая строилась с расчетом на то, что обеденную трапезу должна акустически дополнять в основном классическая музыка (для рок-музыки и домашнего театра была отведена другая комната). По объему комната была очень большой (около 220 кубометров), с высоким потолком напоминающим соборный и множеством неоднородных поверхностей для улучшения диффузии. АС были расположены в одном конце комнаты, а слушатели — на расстоянии примерно 7.5 метров от них, ближе к другому концу комнаты. На хороших симфонических записях эффект был ничуть не хуже, чем в концертном зале, когда сидишь дальше середины зала. Казалось, КдП становилась продолжением окружающей обстановки, создававшейся при записи, но при этом она была именно продолжением, а не конкурировала с ней из-за чрезмерной контрастности. На многодорожечных записях комната также обеспечивала приличное акустическое окружение. Слух радовался, но...

Рис. 14: Измерение сигнала, приходящего от АС, из положения слушателя в очень большой КдП.

Проблемой в большой комнате был избыточный низкий бас, которого было слишком много, чтобы относиться к нему положительно. Избыток в 14дБ на 40Гц не имел абсолютно ничего общего с АС, которые кстати были очень хорошими. Субъективно, бас был «какой-то не такой» со всех точек зрения. Длительные ноты исполняемые на педальном органе и бас-гитаре были поистине подавляющими как только дело доходило до резонанса. Импульсные звуки вроде барабанной бочки были размыты и также чрезмерно резонировали.

Рис. 15: Трехмерное изображение картины, изображенной на предыдущем рисунке. В этом «водопаде» разрешение по частоте ограничено до 25Гц, т.е. каждая точка на кривой представляет собой усредненное значение в интервале 25Гц. Разрешение по времени составляет 40мс.

Кривая на Рис. 14 указывает на мощный резонанс в районе 40Гц. Высота и ширина «вздутия» говорят о том, что это — резонанс со средней добротностью, а это в свою очередь означает, что слышен он должен быть прекрасно. Чтобы убедиться в этом, даже нет особой необходимости заглядывать во временную область. Однако раз такая возможность у нас есть, сделаем и это.

Рис. 15 демонстрирует впечатляющую «водопадную» диаграмму амплитуды в зависимости как от времени, так и от частоты. Такой характер она имеет только на НЧ (см. Рис. 14) и отражает то, чего и следует ожидать — резонансный пик в окрестности 40Гц и ниспадающий резонансный хвост на той же частоте. Все детали на рисунке не видны, поскольку в подобных диаграммах приходится в какой-то мере жертвовать разрешением. Например измерения на Рис. 14, которые проводились в установившемся состоянии, показывают зависимость амплитуды от частоты с большой степенью точности. На Рис. 15 самый задний пик семейства кривых по идее должен был бы быть точно таким же, однако из-за ограничения по разрешению он довольно сильно размыт. Точно также размыта и последовательность событий во времени. Тем не менее суть дела от этого не меняется — если на АЧХ присутствует недвусмысленный резонансный пик, значит и во временной области «трезвона» не избежать — это закон.

Нехитрые вычисления привели к выводу, что проблема заключается в чрезмерно активной моде второго порядка по длине комнаты. Из практических соображений перемещение АС в другое место не представлялось возможным, поэтому не оставалось ничего другого, как поиграть с местом для прослушивания. Изначально место для прослушивания отстояло примерно на полметра от задней стены. Перемещение его вперед постепенно уменьшало избыток баса, когда на расстоянии 2м от задней стены он вдруг вообще перестал быть избыточным. Произошло это потому, что на таком расстоянии от стены уши слушателя оказываются вблизи четвертьволнового провала в структуре стоячей волны на частоте 40Гц. Пространственный угол, который «видят» уши слушателя, очевидно также увеличился, а нижний бас соответственно ослаб.

		Рис. 16: Схематическое изображение комнаты, показывающее распределение давления для моды второго порядка по длине комнаты [2, 0, 0] и новое положение слушателя.
		Рис. 17: Сравнение измерений «до» и «после», демонстрирующее драматическое улучшение, которое произошло в результате выдвижения слушателя вперед из зоны высокого давления моды второго порядка по длине комнаты.
		Рис. 18: Изображение «водопада» после перемещения места слушателя.

Из Рис. 17 ясно видно, что сразу же после начала измерения (t=0) — если двигаться в направлении передней части диаграммы — уровень звука в окрестности 40Гц падает примерно на 12дБ. После этого «трезвон» продолжается также как и раньше, но на гораздо более низком уровне. Все это более чем логично, поскольку подвинув слушателя вперед с резонансом мы ничего не сделали — он как был, так и остался, — но зато мы уменьшили степень акустического сопряжения с ним.

Субъективно улучшение оказалось реально драматическим — ноты педального органа по мере снижения частоты звучали изумительно ровно и мощно. Барабанные бочки звучали отчетливо и били в грудную клетку опять-таки самым драматическим образом. Будучи избавленными от «однонотного» влияния мощного резонанса на 40Гц, ноты струнного баса звучали отчетливо и гармонично.

Вроде как все хорошо... Однако мы живем в практическом мире, где ограничения накладываемые образом жизни и интерьером заявили, что креслу слушателя — не место посреди жилой комнаты. Если бы только можно было подвинуть АС, проблема была бы решена не менее эффективно. Однако по вышеуказанным причинам и этого делать было нельзя. И что же можно в таком случае сделать? Последнее, что можно сделать, это призвать на помощь нашего верного друга по имени параметрический эквалайзер, ввести нужную центральную частоту, ширину полосы (т.е. добротность), ослабление и... проблема снова решена!

Рис. 19: Измерения в системе, где слушатель сидит на своем изначальном месте, но работает один фильтр параметрического эквалайзера, подавляющий нежелательный резонанс.

Хотя создается впечатление, что этот метод справился с резонансом не хуже перемещения слушателя, следует заметить, что ничего другого он не сделал. Перемещение слушателя для решения проблемы с одной модой изменило «взаимоотношения» слушателя с другими модами — сравните предыдущие кривые (Рис. 17) в области 80-200 Гц. Таким образом, эти два решения не будут «звучать» в точности одинаково, хотя именно в плане подавления комнатного резонанса на 40Гц они дадут весьма схожее улучшение. Взглянем на диаграмму «водопада» и убедимся в этом.

Рис. 20: График «водопада» после параметрической эквализации.

Сравнение подкорректированных АЧХ на Рис. 17 и Рис. 19, а также подкорректированных водопадов на Рис. 18 и Рис. 20 обнаруживает больше сходства чем различий. Видно, что оба метода хорошо справляются с надоедливой комнатной модой. Но... что со звуком-то? Что лучше — естественная акустика (перемещение) или электроника (эквализация)?

После длительного сравнительного прослушивания эффектов от перемещения слушателя и коррекции с помощью эквалайзера был сделан вывод, что и то, и другое работает, причем работает одинаково хорошо. В большинстве случаев отличить одно от другого было практически невозможно. Однако были случаи, когда предпочтения одного метода перед другим становились очевидны. И в этих случаях предпочтение отдавалось эквализации. Почему? Потому что с введением в тракт эквалайзера гармонические искажения басовика снижались. Ведь в этом случае нагрузка на него существенно снижалась, поскольку отдача усилителя на НЧ снижалась более чем в 10 раз. Хотя вообще говоря слушателей больше поражало сходство, чем различия. А это очень хорошо, потому что путей решения аналогичных проблем у нас теперь несколько.

Оба эти решения адресовали специфическую проблему, а изменения в диапазоне частот, который нас не интересовал, были либо благотворны, либо пренебрежимо малы. Можно было пойти и другим путем — например, заняться вопросом поглощения — и попробовать заглушить непокорную моду всякими акустическими поглотителями. Только проблема с поглощением заключается в том, что большинство разновидностей акустических поглотителей имеют склонность распространять свое действие на довольно широкую полосу частот. Поэтому в стремлении решить проблему для одной узкой полосы частот, эти устройства будут отнимать энергию также и на частотах, где никаких проблем нет и в помине. Одним словом одно можно вылечить, а другое покалечить.

2.3 Поглощение и отражение звука

Говорить на эту тему без привлечения некоторых важных сведений об АС как таковых невозможно. Особенно это касается их направленности и самой природы системы, в особенности того, стерео ли это система или многоканальная, или и та и другая. Если ты — действительно требовательный человек, то при решении задач связанных с акустикой помещения можно еще принять во внимание и музыкальные пристрастия того, для кого ты эти задачи решаешь — классику он слушает или поп-музыку.

К этой теме мы еще вернемся ниже, а сейчас важно уяснить ряд фундаментальных понятий из области материалов и устройств используемых в нашем деле. Очень хорошей книжкой по основам предмета является «Справочник по акустике для профессионалов», 3-е издание, Олтона Эвереста.

Рис. 21: Отраженные звуки в комнате можно подразделить на три основных класса. Это разбиение основывается на количестве времени, которое им требуется для достижения ушей слушателя после одного-единственного отражения (ранние и поздние отражения), а также на пространственной и временной структуре прибытия после многочисленных отражений (реверберации). Дрожащее эхо представляет собой особый случай, когда звуки отражаются туда-сюда между двумя параллельными противолежащими поверхностями. В случае нестационарных звуков это приводит к «дрожанию» звука.

2.3.1 Резистивное поглощение

Резистивные поглотители отнимают у звука энергию за счет того, что они заставляют его производить работу по перемещению молекул воздуха туда-сюда либо «между» и «среди» тесно расположенных волокон ткани и стекловолокна, либо через отверстия в акустической пене с открытыми ячейками. Ткани непродуваемые воздухом (например качественная хлопковая простыня) бесполезны, равно как и ткани, которые настолько прозрачны, что через них можно видеть (например полиэстер двойной вязки часто используемый в качестве сетчатой накидки). Жесткая пластина из стекловолокна является превосходным поглотителем до тех пор, пока ее поверхность не покрыта какой-нибудь росписью или покрытием из непригодной для акустических целей тканью. Так мы приходим к фундаментальному понятию «сопротивление давлению» — достижение максимального акустического поглощения осуществляется путем выбора оптимального сопротивления потоку воздуха.

Материал оказывающий сопротивление должен быть также правильно расположен. Поскольку механизмом является сопротивление давлению, эти материалы очевидно окажут наиболее эффективное воздействие, если расположить их в тех местах, где молекулярное движение максимально. Рисунки в разделе 2.2.2 изображают распределение звукового давления и скорости частиц для стоячих волн возникающих в комнате. Предположим, мы хотим попытаться задемпфировать чрезмерно энергичную аксиальную моду путем использования резистивного поглотителя. Если воспользоваться примером показанным на Рис. 8, то куда следует поместить 5-сантиметровую (по толщине разумеется) стекловолоконную панель так, чтобы добиться наилучшего результата?

Приставление ее к стене не даст ровным счетом ничего, поскольку скорость частиц, т.е. движение молекул, там минимально. Нет движения — ничего и не происходит. Удаление панели от стены вносит некоторое улучшение, которое достигает максимума в центре комнаты, где происходит серьезное демпфирование. Изучение прочих НЧ-мод (т.е. мод нижних порядков) на этих рисунках приводит нас к похожим заключениям. Однако использование резистивных поглотителей на НЧ оказывается попросту непрактичным. По мере уменьшения длины волны, области максимальной скорости частиц приближаются достаточно близко к отражающим поверхностям, так что и материалы практичной толщины (например портьеры повешенные на нормальном расстоянии от стены) окажутся вполне эффективны. Так мы приходим к правилу, которое гласит: резистивные поглотители должны применяться для поглощения СЧ- и ВЧ-звуков.

2.3.2 Диафрагменное или мембранное поглощение

Самыми распространенными мембранными поглотителями, с которыми мы сталкиваемся, являются стены, полы и потолки комнат. Доказательством того, что они являются поглотителями, является тот факт, что они вибрируют под воздействием баса — акустическая энергия превращается в механическую. К счастью, обычные гипсокартонные листы на 5-сантиметровых направляющих являются весьма эффективным НЧ-поглотителем — заведи в отделанном гипсокартоном помещении какую-нибудь музыку погромче и потрогай стены. По своим поглощающим свойствам окна с двойным остеклением (не обязательно вакуумные) весьма похожи на гипсокартон, а это уже неплохое начало! Самые плохие из всех возможных комнат — те, что находятся в подвалах с бетонными полами и стенами — в таких комнатах просто необходимо воздвижение фальшстен. Чтобы добиться явного улучшения нужно положить, скажем, двойной слой гипсокартона хотя бы на некоторые стены (не обязательно на все). По возможности хорошо бы проложить листы гипсокартона «акустическими листами» (скажем той же пробкой) сантиметра 2-3 толщиной (все три слоя хорошо бы склеить, а не просто стянуть винтами).

Бетонные полы представляют собой проблему по двум причинам. Во-первых, они не поглощают звук. Во-вторых, раз они не поглощают звук, они не вибрируют, а передают тактильные ощущения от баса через подошвы ног. В таких случаях уместно построить фальшпол. Ах да, кожаная мебель — тоже мембранный поглотитель и она тоже передает ощущения вибрации возбуждающие слушателя.

Очевидно, возможно сконструировать поглотители для адресации проблем на специфических частотах на заказ. В ссылке [16] содержится расчетное пособие по диафрагменным поглотителям (стр. 172). Надо только не забыть расположить их в точках высокого давления моды, которую планируется задавить.

2.3.3 Рассеиватели, рассеяние и рассеянность

Под рассеянием понимается степень случайности в направлениях прихода звуков в заданную точку пространства. Рассеяние в звуковом поле, окружающем слушателя в концертном зале, является строго необходимым требованием. Определенный толк от рассеяния есть и в комнатах с домашним театром. В комнатах же с обычной стереосистемой толку он него мало.

В концертном зале рассеяние помогает передать все звуки от всех инструментов, находящихся на сцене, всем слушателям в аудитории. Если бы рассеяние было полным, слушатели бы не знали, откуда приходят звуки, поэтому между прямыми, отраженными и рассеянными звуками должно быть определенное равновесие.

Для того чтобы сгенерировать чувство неопределенной пространственности, в системах surround-звука Dolby ProLogic требует низкой корреляции между звуками, достигающими ушей от спикеров surround-каналов. В системах THX неплохо помогает электронная декорреляция между сигналами посылаемыми в правый и левый surround-спикеры, а если они еще и двунаправленные противофазные «дипольные», то совсем хорошо. Второй вариант является попыткой увеличить диффузию в звуковом поле. Акустически «мертвые» комнаты работают против этого стремления, а неоднородные отражающие поверхности и предметы в комнате — на это стремление. К сожалению, фронтальным каналам действительно нужно «видеть» относительно «мертвую» комнату, что порождает дилемму, удовлетворительное решение которой пока не найдено. Dolby Digital/AC3 и многоканальная музыка DTS призывают к введению пяти идентичных каналов и АС, по-видимому «призывая» таким образом к относительно мертвой комнате. С другой стороны, многоканальная музыка могла бы звучать гораздо лучше в умеренно живой комнате. Далее, есть системы вроде Logic-7 (встречаются в продукции Lexicon, JBL Synthesis и Harman Kardon) и Citation’s 6 Axis, которые нацелены прямо в самый корень проблемы — пяти каналов мало. Они добавляют каналы в задней части комнаты и так далее. Но проблема пока так и остается нерешенной.

Обычные двухканальные стереосистемы представляют собой еще одну конкретную дилемму. Здесь АС варьируются от в высшей степени унидирекциональных, проходя через мультидирекциональные, и заканчивая всенаправленными. Каждая категория требует разного подхода к КдП и размещению. Предпочтениями слушателя пренебречь нельзя — кому-то нравится иллюзия огромного пространства (относительно живая комната), кому-то — точнейшая «глубина сцены» (сравнительно мертвая комната).

Распространенным компромиссом является не принятие решения «поглощать или отражать», а выбор в пользу рассеяния звука с помощью любого из имеющихся неоднородных устройств. Рассеиватель — это тщательно продуманный отражатель в том смысле, что он отсылает всякий поступающий сигнал во многих различных направлениях. Это хорошая идея, а рассеиватели занимают важное место в ассортименте акустических инструментов. Просто помни о том, что они все равно остаются отражателями, а энергия звука попросту перенаправляется. Стерео — это такая система, в которой хрупкие призрачные образы составляют значительную часть иллюзии. Я бывал в комнатах, где тысячи долларов были потрачены на рассеиватели, которые всего-навсего разрушали стереообраз, который все остальные устройства в сигнальном пути так старались сохранить. Хорошего понемножку!

Простейшим тестом является воспроизведение монофонического розового шума при одном и том же уровне через левую и правую АС. Для слушателя на оси симметрии результатом должен быть компактный слуховой образ прямо посередине между АС. Перемещение головы слегка влево или вправо должно приводить к симметричному повышению «яркости» звучания по мере того, как меняется акустическая переходная интерференция, а стереоось должна фиксироваться с большой точностью.

3. АС

Очевидно, разработка совершенной аудиосистемы должна включать в себя КдП и то, как она оформлена. АС является важнейшей частью этого уравнения, и это как раз та самая часть, которую часто неправильно понимают. Во всех обсуждениях до настоящего момента мы фокусировались на НЧ-взаимодействии АС и слушателей. На СЧ и ВЧ комнаты и АС взаимодействуют по-разному, что нам и предстоит понять. выбор правильных АС может существенно облегчить жизнь, когда речь заходит об их позиционировании и изменении интерьера комнаты. Понимание некоторых ключевых фактов из жизни АС в целом помогает избежать многих ошибок.

3.1 Что есть хорошо? АС/Отражения/Эквализация

Субъективная оценка сама по себе является целым предметом. К счастью, имеется огромное количество проведенных и опубликованных исследований, многие из которых проводил сам автор [17, 18, 19]. Позвольте мне начать с утверждения, что если оценка звучания проводится в контролируемых условиях, т.е. когда

• тестируемая система аудитории неизвестна,
• уровни громкости точно выровнены,
• комната, обстановка и программный материал известны и не меняются на протяжении теста

то серьезные расхождения во мнениях среди людей имеют тенденцию исчезать! Оказывается, большинство людей в подавляющем большинстве случаев любят одни и те же звуки, ненавидят одни и те же звуки по, в основном, одним и тем же причинам.

Индивидуальные различия конечно же существуют. Самые серьезные из них заключаются в том, что слушатели со слуховыми отклонениями не являются хорошими слушателями. Потеря слуха приводит к противоречивым и аберрантным мнениям. Практически к тому же приводит и чрезмерная, аномальная острота, которой отличаются например многие музыканты. К счастью, по меньшей мере 80% населения имеет нормальный слух, по крайней мере в данном контексте. В остальном же основным дифференцирующим фактором является опыт. Люди, которые никогда не слушали критично, имеют проблемы с пониманием того, что собственно нужно слушать, и могут принести с собой целую кучу самых разнообразных мнений — так сказать багаж слушания систем немногим лучших, чем посредственные телевизоры, бумбоксы или авторадио. С учетом этого просто поразительно, как мало практики нужно этим людям для того чтобы они наконец начали высказывать мнения, имеющие хоть какой-то смысл. Памятуя об этом, при проведении тестов на прослушивание исследователи стараются работать с обученными слушателями, которые из практики знают, что слушать и как оценивать и комментировать то, что они слышат [20]. Дегустаторы вина учатся распознавать вкусы и запахи именно в слепом тестировании для того, чтобы формировать мнение, заслуживающее доверия. Так почему в аудио должно быть по-другому?

Важное подтверждение тому, почему поступать так более чем здраво, проистекает из исследований, в которых мнения слушателей соотносились с физическими измерениями — и взаимосвязь эта имеет глубокий смысл.

Рис. 22: Типичный результат измерения АЧХ на оси АС, которые получили различную «оценку» качества звучания в научно контролируемых тестах на прослушивание.

Смысл результатов подобного рода потрясает. Во-первых, огромное число людей оказываются едины в том, что им нравится. Во-вторых, АС, которые нравятся людям — именно те, у которых осевая АЧХ наиболее близка к идеальной, т.е. гладкая и плоская. Но и это еще не все. Наличия одной лишь хорошей осевой АЧХ недостаточно. Удивление это вызывать не должно, поскольку мы слушаем музыку не в безэховых камерах, а в реальных комнатах, у которых есть отражающие границы и мебель, которые в свою очередь перенаправляют внеосевой звук излучаемый АС обратно к слушателю — и порой после нескольких отражений. Поскольку в полном количестве энергии достигающей ушей преобладают эти самые отраженные и отражающиеся звуки, вполне закономерно возжелать, чтобы они были тембрально похожи на прямой (аксиальный) звук. А это значит, что АС должны также иметь гладкую внеосевую АЧХ. Иными словами: АС должны отличаться постоянной направленностью.

Рис. 23: Стилизованные измерения осевой и внеосевой АЧХ двухполосной АС с 20-ти сантиметровым басовиком.

Из Рис. 23 видно, что 20-сантиметровый басовик оказывается еще каким направленным задолго до того, как достигается переходная частота в 2-3КГц, после которой начинает работать 2.5-сантиметровая пищалка, которая в свою очередь становится направленной на ВЧ. Направленность АС не является постоянной, что означает лишь то, что даже если АС нацелена прямо на слушателя, идеальная работа на главной оси будет подпорчена тембрально окрашенными внеосевыми звуками, которые станут слышны после отражений в комнате. Такая конфигурация — изначально кривая. Уровня хорошо расчитанных систем с отдельным среднечастотником ей не достичь никогда.

		Рис. 24: План комнаты, на котором АС «смотрят» строго вперед — картина, которую наиболее часто можно увидеть в домах. В этом случае «наилучшая» составляющая звука полностью проходит мимо слушателя и теряется в общем звуковом поле отражений комнаты. Если АС не отличаются постоянной направленностью, система даст окраску звучания, напрямую связанную с внеосевой «кривизной» АС.
		Рис. 25: Два первых звука, достигающих слушателя от АС, описанных на Рис. 24. Зная это, мы можем заключить, что большая часть оставшихся отраженных звуков, которые дойдут позднее, будет еще хуже. Это пример АС, которые просто не могут звучать нейтрально в обычной комнате, и которые в зависимости от их расположения и акустики пространства для прослушивания будут каждый раз вносить различную тембральную отсебятину.
		Рис. 26: Расчетная цель АС, которые могут ужиться с комнатой. Практические примеры, которые приближаются к «идеалу» невероятно близко.
		Рис. 27: Дорогая 3-х полосная АС не отвечающая расчетной цели. Заметно старание производителей добиться гладкой и практически плоской осевой АЧХ. Однако не менее заметно, что разработчики не думали (или почти не думали) о внеосевом поведении. Толстая кривая в верхней части рисунка представляет собой комнатную кривую, измеренную с места слушателя в типовой комнате. Совершенно очевидно, что доминирует в ней внеосевая «кривизна» АС. АС звучат умеренно окрашено.

В связи с Рис. 27 возникает вопрос: а нельзя ли как-то пригладить эту комнатную кривую эквалайзером и придти к лучшему звучанию? Ответ: скорее всего нет. Чтобы понять почему, нам нужно вернуться к Рис. 22, на котором приводятся осевые АЧХ предпочитаемые слушателями — все они были определенно гладкими и плоскими. Если мы эквализуем АС из Рис. 27, мы разрушим ту единственную хорошую особенность, которая у нее есть — гладкую и более-менее плоскую осевую АЧХ. К несчастью для владельцев подобных АС, Исправить ситуацию можно только другими, лучшими АС.

3.2 Некоторые замечания к измерениям и эквализации

Пример приведенный на Рис. 27 говорит нам, что без некоторой основополагающей информации об АС, эквализация на СЧ и ВЧ — занятие достаточно рискованное. К несчастью, необходимая информация не является общедоступной. В действительности некоторые производители сами ее не имеют или не могут аккуратно ее измерить. Если происхождение АС не вызывает сомнений, то вероятно проще всего будет предположить, что производитель проделал всю работу добросовестно, так чтобы избежать необходимости какой-либо эквализации выше нескольких сотен Герц.

На самом деле, если производитель АС подошел к вопросу действительно компетентно, то нет ничего такого, что можно было бы измерить в КдП, что позволило бы добиться какого-либо улучшения на СЧ и ВЧ. Кому-то это может показаться слишком смелым утверждением, особенно теперь, когда в распоряжении имеются умные управляемые временными импульсами системы измерения (вроде MLSSA или TEF). Для таких людей я приведу лишь один маленький пример.

Рис. 28: Измерения проводились в очень большой комнате, в которой АС и микрофон были подвешены вблизи центра пространства, обеспечивая «безэховый» интервал в 17мс до появления первого отражения. Принимая во внимание необходимость проводить измерения с расстояния по меньшей мере двух метров, можно смело утверждать, что наличие такого большого интервала в какой бы то ни было жилой комнате крайне маловероятно. Это временное окно транслируется в частотное разрешение порядка 60Гц, а это в свою очередь приводит к невозможности выявления измерительной системой наличия слышимых высокодобротных проблем на частотах ниже 3кГц. В эксперименте высокодобротный резонанс с промежутками присутствовал повсюду вплоть до нижней границы в 20Гц, но измерительная система оказалась не в состоянии увидеть их все. Многие же производители и большинство обозревателей аудиопродукции оперируют данными измерений, которые еще слабее, чем это. Вот хотя бы поэтому безэховые камеры еще не вышли из употребления.

Мы знаем, что на НЧ мы можем, а иногда и должны проводить эквализацию и, раз мы имеем дело с измерениями в установившемся состоянии, временное кадрирование не является необходимым. В действительности нам просто нужен протяженный по времени интервал измерений. Сказанное в разделе 2.2.4 ясно показывает, что эквализация может работать очень хорошо. Однако надо быть осмотрительным. Ослабление избыточных уровней — совершенно безопасно, но вот пытаться восполнить глубокие провалы лучше не надо. Узкий провал, скорее всего, вызван провалом в структуре стоячих волн или интерференции. Как таковой он акустически эквивалентен бездонной яме, заполнить которую нельзя. Узкие провалы сложно расслушать при любом музыкальном событии и все, что произойдет, когда ты прибавишь усиление, выразится в снижении динамического диапазона усилителя и ужесточении режима работы АС с нулевой выгодой. В результате возрастут лишь искажения.

Очевидно, что измерения должны проводиться с использованием надлежащего оборудования. А это совсем не то же самое, что классический, работающий в РРВ третьоктавный анализатор с фиксированными частотами, пляшущими огоньками и перекрывающимися (т.е. дешевыми) фильтрами. Такие вещицы может быть и забавны, но в данном контексте измерительные приборы из них никудышные. На сегодняшний день существует несколько компьютерных альтернатив, таких как MLSSA, LMS, JBL SMAART или TEF, которые в состоянии выполнять куда как более серьезные задачи.

В основе всего этого лежит необходимость быть в состоянии измерять то, что мы в состоянии слышать. Эксперименты показывают, что слушатели очень чувствительны к резонансам — как в самих АС, так и в комнатах [21]. Поэтому важно быть в состоянии идентифицировать наличие и значимость резонансов всех видов. Раз мы способны слышать высокодобротные (узкая полоса частот) резонансы, измерения должны проводиться с соответствующим разрешением — в противном случае их не будет видно. Можно однозначно сказать, что третьоктавного разрешения недостаточно.

Необходимо также убедиться в том, что возможно проводить пространственное усреднение, при котором можно провести измерения в ряде точек (скажем в 4-6) в зоне прослушивания, а затем усреднить результаты. Этот полезный метод помогает идентифицировать резонансы и избежать заблуждений связанных с эффектами акустической интерференции. Он также избавляет от кучи «травы», которая выползает в измерениях с высоким разрешением. Если есть желание сгладить кривую — пожалуйста, но осторожно и после того как измерения проведены, а результаты усреднены — ни в коем случае не до того.

3.3 Сабвуферы и кроссоверы

Обычные басовики как правило заключены либо в закрытый корпус, либо в корпус с фазоинвертером (бас-рифлекс или сдвоенные полости) и на частотах ниже 100 Гц их вполне можно считать всенаправленными. Это значит, что их можно повернуть в любом направлении, а звук все равно будет доходить до слушателей также хорошо, но это не значит, что их местоположение слушатели не смогут локализовать. Ситуация, когда басовые частоты приходят из места, которое никак не ассоциируется с остальным звуком — ощущение не из приятных.

К счастью, этого нетрудно избежать. Проще всего расположить сабвуфер(ы) в той же самой плоскости что и фронтальные АС. Если же сабвуферы должны располагаться вдали от фронтальных АС, то просто необходимо добиться того, чтобы звуковая мощность на частотах выше 70-80Гц ослаблялась очень быстро. В противном случае наш острый слух будет наводиться на положение вуфера. Для этого потребуется электронный кроссовер с регулировкой крутизны (от 18 до 24дБ на октаву).

Первое требование — обеспечение достаточного количества баса. Это определит количество и размер сабвуферов. Второе требование — обеспечение того, чтобы все главные слушатели слышали бас одинаково хорошо. Для этого достаточно включить повтор различных инструментовок баса и розового шума и походить по зоне прослушивания, прислушиваясь к местам «перегрева» и провалам в зоне действия. Раз работа системы так тесно связана с комнатной акустикой, такая ситуация требует значительного экспериментирования.

Всегда начинай с того, что помещай сабвуферы настолько близко к углам, насколько это возможно — это позволит использовать преимущества «дармового» усиления пространственных углов. Если баса слишком много и в распоряжении имеется эквалайзер, то для решения проблемы достаточно провести необходимые измерения и внести правильное ослабление. В результате будет меньше искажений и больше надежности. Если избыточный бас присутствует на одной или нескольких дискретных частотах, то не исключена возможность, что все дело в комнатных модах. Вот тут-то и начинается самое интересное...

4. Заключение

Эта статья была навеяна и частично основана на другой статье, которую написал один замечательный исследователь в 1990 году, и которая называлась «АС и комнаты для стереофонического воспроизведения звука» [22]. Все, что было написано в той статье, справедливо и сегодня и пожалуй даже стоит прочтения с целью ознакомления с материалом не вошедшим сюда. И все же интересно задуматься над тем, что же изменилось в промышленности с тех пор. Цифровое многоканальное аудио стало реальностью. Устройства вроде DVD революционизируют наши представления о хранении и восстановлении данных. Не за горами видеоисточники с высоким разрешением и компьютерная «конвергенция».

И все же большие проблемы достижения хорошего звучания, существовавшие тогда, остались такими же и сегодня — это АС и комнаты. Вот что сегодня однозначно лучше, так это наш инструментарий — в нашем распоряжении имеются действительно мощные, доступные, компьютеризированные измерительные системы, позволяющие легче идентифицировать наличие проблем в данной области. То же самое справедливо и для лабораторных условий, так что в результате АС тоже становятся лучше. Микросхемы DSP могут генерировать временные задержки и сложные фильтры, которые могут адресовать остаточные проблемы как в самих АС, так и в комнате после того, как они установлены.

Мы обладаем бóльшими научными знаниями о взаимосвязи между тем, что мы измеряем, и тем, что мы слышим, так что большая часть наших усилий может быть сфокусирована на достижении результата, а не на гадании, что же мы получим в результате. Мечта о психоакустически оптимизированной адаптивной системе, можно сказать, уже появилась на горизонте. Да, прогресс имеет место быть. Но путь еще не окончен.