Как в условиях домашних реалий выжать из АС максимум? (Часть 1)

Вступительное слово.

Начну с безапелляционного заявления: после прочтения, и, самое главное, усвоения серии обзоров на вышеозначенную тему Вы, уважаемый читатель, вполне сможете считать себя экспертом в области комнатной акустики

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 третьей части того, о чем Вам предстоит прочесть. В стремлении получить «хороший» звук большинство их 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 так дела 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 эти обзоры (а их будет в общей сложности 3) не сделают никого экспертом, но зато они содержат в себе всю необходимую информацию и методику, которые при определенной практике вполне могут превратить человека просто заинтересованного и не ленивого в настоящего эксперта. Это ХОРОШЕЕ начало. Наиболее детальный анализ (для гурманов) взаимодействия АС и КдП будет опубликован в самой последнем (третьем) обзоре на эту тему, который пока находится в стадии приготовления. Называться он будет «Совместная жизнь АС и помещений».

Часть 1: Почему АС звучат так, а не иначе

В дни, когда наличие головок громкоговорителя (в дальнейшем ГГ) высокочастотных (в дальнейшем просто пищалок) в АС было диковинкой, наречие «больше» однозначно ассоциировалось с «лучше», и даже АС с огромными басовиками (головка ГГ низкочастотная) требовали огромного усиления, чтобы расслушать хоть что-нибудь, отдаленно напоминающее бас, производители таковых буквально ежедневно бросались из одной веры в другую. Басовики, среднечастотники (головка ГГ среднечастотная) 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 Вы думали? 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, дескать, эх, то были «старые добрые времена» аудио... Ни фига 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. Наверное, в то время все были всё еще слишком ошарашены «чудом» под названием «хай-фай», самой возможностью записывать и воспроизводить нечто, напоминающее музыку. Если попытаться охарактеризовать те времена одним словом, я бы сказал «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 ГГ (или динамиков, если хотите) на компьютере, прежде чем 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» обещает быть слишком сильной, то проводятся дальнейшие измерения с помощью сканирующего лазерного виброметра (есть такая фигняция), которые показывают, что конкретно служит причиной тембрального окрашивания. Так 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, засунутых 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 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 Вы планируете 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 навроде «шоколадного баса». Возможно, это многим покажется странным, но наивысшее предпочтение отдавалось АС с самым коротким списком подобных характеристик, т.е. наиболее нейтральным и прозрачным. Так 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: прямые, ранние отражения и все остальные отзвуки. 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 (или звуковая мощность). Прямой (аксиальный) звук особой роли НЕ играет. На другом конце спектра, в области высоких частот (в дальнейшем ВЧ), в том, что мы слышим, ПОЛНОСТЬЮ доминирует прямой (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, становится ясно, что измерять в этом случае надо абсолютно все. Сведение описания АЧХ к одной единственной кривой – чересчур упрощенческий подход. Аксиальная АЧХ, также как и полная звуковая мощность, – это лишь верхушка айсберга.

Хорошо, скажете Вы, все это, конечно,  интересно, но все это – теория. Что же происходит в комнате на самом деле? Из Рис. 3 становится понятно, что реалии гораздо 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 рокенрольного «панча» (дын-дын-дын...) до весьма неплохого собранно-умеренного, проходя, разумеется, через вялый и недостаточный. Не только перемещение АС, но также и слушателя, может дать все те же самые эффекты. Одним словом, вывод должен быть ясен – на НЧ местоположение АС это ВСЁ. 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. Что ж, уже неплохо.

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, 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 (кроме 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 на 30°, и на 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 откуда 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 ГГ. ГГ - это не просто забавное словечко, обозначающее динамик АС, 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 ГГ является воссоздание точного акустического аналога этих колебаний и сохранение, таким образом, Искусства в неприкосновенности.

Однако одному ГГ (в дальнейшем ГГ) 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 ГГ, прекрасно воспроизводящего шибающий в грудную клетку удар барабанной бочки или взрыв бомбы в кино, еще и воспроизведения утонченности обертонов скрипки – слишком жирно! 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 и мы и наш дом. Хотя заставить большие диафрагмы дергаться с большой частотой физически и 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 на как можно более широком частотном диапазоне – отличная идея. По мере увеличения частоты звука он становится «физически меньше» – длина волны уменьшается. Поэтому для поддержания однородной дисперсии звука с ростом частоты необходимо постепенно уменьшать размеры излучающей диафрагмы. Сколько ГГ различного размера использовать в той или иной АС отчасти определяется требованием к постоянству направленности. Каждый ГГ постепенно становится 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 размера «запускается» 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 ГГ является то, что диафрагмы гнутся и резонируют на определенных частотах. В идеале хорошо было бы заиметь 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 (в дальнейшем ЧД), куда они и добавляют серьезные ящичные, трубные и гнусавые призвуки голосам и инструментам. В результате у нас появляется вторая причина для использования переходов (или кросоверов) к ГГ 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, будучи сконструированы грамотно, резонируют на частотах, не слышимых человеческим ухом.

Диафрагмы самых первых ГГ, 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 из всяких ингредиентов, контролировать производство которой невероятно сложно, и которая, кроме того, подвержена изменениям в зависимости от температуры, влажности и «усталости». Как следствие разработчики выискивают более совершенные материалы: жесткие, легкие, прочные, хорошо поддающиеся демпфированию, недорогие и, главное, легко тиражируемые, особенно для целей массового производства.

За все эти 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 предназначенной ей полосе частот, но при этом попытаться снизить добротность резонанса (или, иными словами, склонности «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, и на смену им пришли многополосные системы, по крайней мере, там, где это позволяли стоимостные соображения. Мы и 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 выпасть за пределы ЧД, в котором планируется использовать тот или иной ГГ.  Стандартная проблема с металлическими конусами и куполами такова, что уж если они «разгоняются» – а они в конце концов «разгоняются» – они звонят как колокола. Эти материалы обладают низкими механическими потерями и высокодобротные резонансы для них типичны, что придает их звучанию неподражаемый «металлический» тембр. Однако и в этой области наметился прогресс, а отдельные разработки так и вовсе свободны от 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 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 же 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 – 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. Поскольку цифры цифрами, но хорошо бы еще при этом иметь представление, является ли отклонение широким горбом (т.е. серьезной проблемой) или узким пичком (возможно безвредным). Разброс в +/-1дБ, впрочем, привлек бы мое внимание и без 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 же мы пришли в ее конце? Достигли ли мы нирваны полной прозрачности?

Для того чтобы с точки зрения слуха сделать это предположение верным, нам пришлось бы поверить в то, что все записи, которые мы слушаем, были сделаны без тембральных искажений. Это явно не так и 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 самих 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», записи имеют тенденцию выходить «тускловатыми» 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» или нет. Удручающе, не так ли?

Тем временем разработчики АС постепенно овладевают наукой создания ГГ для АС и систем, которые приближаются к ИДЕАЛЬНЫМ. Возьмем для примера два ГГ, 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 – 3 кГц, алюминиевый конус справляется со свой задачей очень хорошо. Однако когда он начинает резонировать, он делает это с присущей металлу энергией – в районе 4.5 кГц получается хороший высокодобротный резонанс с огромной амплитудой, который достаточно близок к кроссоверной частоте, чтобы представлять 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 ГГ 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. Вот это уже рискованно 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 ГГ 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 ГГ 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 3.5 кГц, 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». Вы только что прочитали о ГГ, 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 ГГ 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 же резонансы КдП влияют на звучание АС. Но это уже отдельная история.

 

Часть 2: Акустическое оформление и акустическая коррекция

Целью обзора, который Вы прочтете ниже, является создание контекста, в рамках которого читатель сможет применить на практике ту детальную техническую информацию, которая будет дана несколько позже в третьей части, озаглавленной «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 ёж. Хотелось бы, конечно, чтобы это было так, поскольку это облегчило бы жизнь всем. На практике же 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 или, так сказать, пёра).

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 несколько пугающе, не так ли? Ну, 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 нас не особо почитается...

Шаг №1: Нужна хорошая комната

Ну, 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 х ширина х 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:
 


Так откуда же пошли все эти «особые» пропорции комнат? В общем-то, началось все это несколько десятилетий тому назад, очень 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 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 «правилами». Точно также можно иметь «никакой» звук в комнатах, которые по знаменитому «общему» мнению являются «хорошими».

Откровенно говоря, 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 продолжается бесконечно.

Для того чтобы быть 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 на НЧ НЕ дадут 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. И это здорово! 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. Вам может это показаться удивительным, но далеко не все производители это могут (а точнее 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 Вы действительно хотите добиться успеха, то без измерений того, что происходит в КдП, НЕ обойтись никак. Однако здесь есть большое «но» - измерения эти должны быть «правильные», т.е. куда более детальные, чем 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 померить, что же доходит до места слушателя.

В случае если комната представляет собой простой прямоугольник, моды вычислить несложно, уж во всяком случае, аксиальные, которые, как правило, являют собой наибольшие проблемы. 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. Вы очень быстро поймете, что максимизация удовольствия и минимизация нежелательных эффектов требует определенных компромиссов. Если воспользоваться калькулятором мод (Рис. 1), который я могу Вам выслать по почте (по мылу, разумеется), 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 Вам не останется НИЧЕГО иного, кроме как смотреть на экран компьютера и наугад таскать по комнате АС и слушателя. Никому не пожелаю оказаться в подобной ситуации. Непрямоугольные комнаты НЕ устраняют резонансы, а лишь НЕ дают вычислить их простым путем.

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 Вы исчерпали все акустические возможности, но так и не добились желаемого, на помощь может прийти «правильная» эквализация. Однако проводить ее нужно с умом, поскольку что-то она может действительно исправить, а что-то даже и не стоит пытаться сделать с ее помощью.

Найдется много людей, которые будут возражать против эквализации, обвиняя ее в «фазовом сдвиге» и прочих бедах. Не удивительно, что, будучи применяемой слепо, без соответствующих знаний, она заработала себе дурную репутацию. Однако если все делать грамотно, то кроме пользы, никакого другого 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 конкретно адресовать проблемы, связанные с резонансами, без нанесения побочного ущерба.
  3. Попытки восполнения глубоких провалов в АЧХ, вызванных акустическим взаимопогашением волн, или нулей являются АБСОЛЮТНО пустым делом, поскольку сколько энергии в комнату не закачивай, а гашение все равно остается. Все, к чему это приводит, так это 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 Вы сталкиваетесь с какими-то очевидными проблемами в области СЧ или ВЧ, ЕДИНСТВЕННО правильным решением будут хорошо продуманные, способные ужиться с любой комнатой АС.

Эквализация по-умному

Итак, как же осуществить правильную эквализацию? Прежде всего, необходимо провести измерения с высоким разрешением, которые показали бы, что же 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 смягчит интерференционные провалы, которые никакая эквализация не исправит, но выделит комнатные резонансы, которые эквализацией весьма эффективно адресуются. 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 (скажем от 3 до 6) децибел. Не забывайте, что подъем на каждые 3дБ удваивает потребность в мощности, поставляемой усилителем и отдаваемой колонками. Вся система будет работать с куда большей натугой. По возможности попытайтесь найти акустические способы восполнения провалов (т.е. обдуманное таскание по комнате, кто забыл), а эквалайзер используйте для сглаживания пиков. Если Вы видите постоянно присутствующий при любых обстоятельствах провал, попробуйте понять, какая именно мода за него отвечает, и не находится ли одна из колонок или слушатель в нуле или около него. Сдвиньте подозреваемый объект сантиметров на 20-30 и посмотрите, не лучше ли стало. Программка для анализа мод Вам в этом сильно поможет. При условии, что Ваша комната более или менее прямоугольна, конечно. Если же все попытки убрать провалы обернутся неудачей, радуйтесь тому, что хоть пиков нет, а также тому, что узкие провалы сложнее расслушать.

Небольшой пример из жизни:

Комната с жесткими кирпичными стенами (читай, мощные, высокодобротные резонансы) размером 2.40 х 3.60 х 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). Ну, этим озаботиться довольно-таки сложно, поскольку 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 продемонстрировало дряблый и бубнящий бас с «однотонным» качеством. Даже киношные взрывы звучали искусственно. 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 раз так, то по мере изменения АЧХ изменяется и ФЧХ. А коли подправляется и АЧХ, и ФЧХ, то эта коррекция должна распространиться и на переходную характеристику, т.е. «гул» или бубнеж тоже должен пропасть. Повторные измерения (Рис. 3) показали, что это так и есть – грамотная эквализация работает и работает очень ХОРОШО. Примечательно, что провал на 73Гц был просто 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).

Так, а что получилось бы, если бы вместо вышеописанного метода для коррекции был 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 47 Гц, а также отсутствие какого бы то ни было свидетельства интерференционного провала на 73 Гц. Все как будто бы и ничего...

 

Рис. 5
Нам 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.

Дальнейшие измерения, аналогичные приведенным выше, прекрасно иллюстрируют это (жалко не могу показать картинку). 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, стало ясно, что подправить данный случай третьоктавным эквалайзером никак нельзя. Из графиков АЧХ, снятых при достаточном разрешении, явствует, 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 или бубнение после коррекции таким способом остались практически такими же, как и до того! Так что неудивительно, что после этого эквалайзеры не любят – нужную энергию баса выкидывают, а бубнение все равно остается.

Если быть до конца честным, то следует сказать, что резонанс, конечно, может происходить 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, конечно, был бы заглушен также как и в первом примере.

 

Совместная жизнь АС и помещений

Системы стереофонического и многоканального «обступающего» (или, как у нас порой говорят, сурраундного [от англ. 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 мы стремимся 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 в, скажем, 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. В популярной музыке, например, оригинальное «исполнение» происходит в звукостудии во время окончательного сведения (микширования). Поскольку студии звукозаписи не стандартизованы, то понять, что же действительно было в оригинале невозможно, если конечно, Вы не присутствовали 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 фактически 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 комнатной акустики, 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 всём 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):
 


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

 


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 Nx, Ny, Nz. На практике же достаточно вычислить только низкочастотные моды, т.е. ограничиться максимальным N=4.

Отдельные моды описываются различными комбинациями из целочисленных Nx, Ny, Nz. 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 Вас нет более важных дел, возьмите и просчитайте аксиальные моды для каждой пары противолежащих поверхностей, т.е. по длине, ширине и высоте Вашей 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.
 


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 2:

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


Вторая комната лучше в обоих отношениях.

Вот такие вот элементарные расчеты «на салфетке» просто необходимы перед началом «заселения» комнаты. Разумеется, если комната отчаянно непрямоугольная, просто так 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 мнения, что непрямоугольные комнаты имеют бОльшие преимущества перед прямоугольными. При этом 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 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 необходимости в этом случае 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 и 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 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 4p 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 p 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 p/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, скорее всего, с этой проблемой 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. Конечно, пользоваться можно 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 пространственного угла, в который излучает АС, в два раза может привести к увеличению звукового давления в то же число раз, т.е. на 6 дБ, если мерить 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 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, из-за своей зубовидной формы повторяющихся гашений, возникающих в результате ослабляющей интерференции, известный как гребенчатая фильтрация.

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, с другой оно падает. Помните об этом, это Вам пригодится.

2.2.2 Взаимодействие с комнатными модами

Комнаты в домах, как правило, прямоугольные. Однако в большинстве случаев на этом их сходство и 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 (-ов) было бы более выгодным – их 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 у Вас есть возможность выбора, то в качестве КдП лучше не выбирать комнаты с низкими потолками, которые «поместят» Ваши 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, производимого 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:
 


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 14 дБ 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. Импульсивные 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 25 Гц, т.е. каждая точка на кривой представляет собой усредненное значение в интервале 25 Гц. Разрешение по времени составляет 40 мс.

Кривая на Рис. 14 указывает на мощный резонанс в районе 40 Гц. 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 2 м 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 ослабился.

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 40 Гц 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 самым, опять же, драматическим образом. Будучи избавленными от «однонотного» влияния мощного 40-кагерцового резонанса, 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. Так, а что же можно в таком случае сделать? Последнее, что можно сделать, это призвать на помощь нашего верного друга параметрический эквалайзер, ввести нужную центральную частоту, ширину полосы (т.е. добротность), ослабление и, опля, 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 40-кагерцового комнатного резонанса они дадут весьма схожее улучшение. Давайте 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 Вы – действительно требовательный человек, то при решении задач, связанных с акустикой помещения, можно еще принять во внимание и музыкальные пристрастия того, для кого Вы эти задачи решаете – 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, не продуваемые 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 «сопротивления давлению»: достижение максимального акустического поглощения осуществляется путем выбора оптимального сопротивления потоку воздуха.

Материал, оказывающий сопротивление, также должен быть правильно расположен. Поскольку механизмом является сопротивление давлению, эти материалы, очевидно, окажут наиболее эффективное воздействие, если их расположить 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, куда следует поместить пятисантиметровую (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, что 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 – заведите в отделанном гипсокартоном помещении какую-нибудь музыку погромче и потрогайте 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 – это 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. Нда...

Очевидно, возможно сконструировать поглотители для адресации проблем на специфических частотах на заказ. В ссылке [16] содержится расчетное пособие по диафрагменным поглотителям (стр. 172). Не забудьте 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.

В системах сурраундного звука Dolby ProLogic требует низкой корреляции между звуками, достигающими ушей от спикеров сурраундных каналов, для того, чтобы сгенерировать чувство неопределенной пространственности. В системах THX электронная декорреляция между сигналами, посылаемыми в правый и левый сурраунд-спикеры, неплохо помогает, а если оные еще и двунаправленные противофазные «дипольные», то тогда 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 него. 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. Ну и так далее. А 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 помните 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


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.

Очевидно, что 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, нормальный в данном контексте. В остальном же основным дифференцирующим фактором является ОПЫТ. Люди, которые никогда не слушали критично, имеют проблемы со знанием того, что собственно 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, в разумном контексте, для того чтобы они, наконец, начали высказывать мнения, имеющие 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, и полагаться при этом на СЛЕПОЕ тестирование для того, чтобы сформировать заслуживающее доверия мнение. Так почему же 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 пожелать, чтобы они были тембрально похожи на прямой (аксиальный) звук. 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-ти 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 рассчитанных 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 прийти 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 отэквализуем АС из Рис. 27, мы разрушим ту единственную хорошую особенность, которая у нее есть – гладкую и более-менее плоскую осевую АЧХ. Исправить ситуацию, к несчастью для владельцев данных АС, 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 в высшей степени 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 огульным утверждением, особенно теперь, когда в распоряжении имеются умные управляемые временными импульсами системы измерения (вроде MLSSA или TEF). Для таких людей я приведу 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 17 мс 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, почему 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 стоячей волны или интерференции. Как таковой он акустически эквивалентен бездонной яме, которую заполнить нельзя. Узкие провалы сложно расслушать при любом музыкальном событии и все, что произойдет, когда Вы прибавите усиления, выразится в снижении динамического диапазона усилителя и ужесточении режима работы АС с нулевой выгодой. В результате возрастут лишь искажения.

Очевидно, 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. Даже недорогие системы вполне адекватны.

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 или 5, 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, исполнены либо в закрытом корпусе, либо в корпусе 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 будет 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 24 дБ 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 начинайте с того, что помещайте сабвуферы настолько близко в углы, 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, тогда не исключена возможность, что все дело в комнатных модах. Вот тут-то и начинается самое интересное...

4. Заключение

Эта статья была инспирирована и частично основана на другой статье, которую написал один замечательный исследователь(Dr.F. Toole - прим. Benny) 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. Более того, есть из чего выбирать. Запоминающие устройства, такие как DVD, революционизируют наши представления о хранении и восстановлении данных. Не за горами видеоисточники с высоким разрешением и компьютерная «конвергенция». И это важно.

И все же большие проблемы достижения хорошего звучания, существовавшие тогда, остались такими же и сегодня – АС и комнаты. Вот что сегодня лучше, так это наш инструментарий. В нашем распоряжении имеются действительно мощные, доступные, компьютеризированные измерительные системы, позволяющие нам 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 бОльшими 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. Продолжение следует.

 



Hosted by uCoz