Студийный мониторинг: громкоговорители, помещения и фазочастотные характеристики



Филип Ньюэлл,
перевод Александра Кравченко,
vita46@yandex.ru



Eдинство системы

С точки зрения истинного студийного мониторинга, громкоговорители и студийные помещения, в которых они устанавливаются, не могут проектироваться по отдельности. Они являются частью одной системы. Это справедливо с точки зрения фазочастотных характеристик, характеристик направленности, местоположения мониторов, да и многих других параметров.

Условия тестирования и нагрузка на громкоговорители
Часто обходят вниманием тот факт, что помещения, в которых прослушивается музыка, оказывают колоссальное влияние на громкоговорители в плане нагрузки. Такая нагрузка, в свою очередь, влияет на электромеханические сопротивления, противодействующие электродвижущие силы, резонансы и прочее.
Похоже, что сейчас существует нарастающая тенденция записывать и сводить современную музыку в помещениях со сниженным до минимума временем реверберации. Тем не менее даже помещения с очень малым временем реверберации какой-то реверберацией все-таки обладают – по крайней мере, на очень низких частотах. Стало уже доброй традицией измерять характеристики громкоговорителей в безэховых камерах. Это делается не только в угоду относительной стабильности обстановки (поскольку, невзирая на все надежды и чаяния, одна безэховая камера звучит не так или, правильнее, не звучит так, как другая), но и потому, что в обычных помещениях всегда существовали большие трудности в том, чтобы измерить характеристики громкоговорителей без наложения на них отражений со стороны помещения. Альтернативой безэховой камере было использование “свободного” поля, когда громкоговорители устанавливались снаружи на участке, где не было зданий, на шесте на высоте 30 футов (10 м) над землей – желательно в месте, покрытом травой, снегом или другим относительно неотражающим покровом земли. Этот метод работал хорошо, правда, случались проколы в виде дождя, снега, ветра и общих посторонних шумов.
К счастью, современные компьютеризованные методы с их “временными окнами” для фильтрования измерений позволяют проводить большинство измерений в обычных помещениях. Да и сама современная система во многом, по-видимому, тоже является одним из самых эффективных методов, поскольку позволяет размежевывать по отдельности характеристики громкоговорителей и характеристики помещений, измеряя к тому же громкоговоритель в условиях “нагрузки” со стороны обычного помещения. Это важно потому, что комната, в которой помещен громкоговоритель, уже сама по себе является как бы “кабинетом” для громкоговорителя. Если большую колонку с громкоговорителем (скажем, низкочастотную колонку) пометить в контрольной комнате, то логично будет предположить, что кабинет создает нагрузку на громкоговоритель (и). С другой стороны, если снять громкоговоритель и оказаться внутри кабинета акустической системы, а затем снова поставить громкоговоритель на место, то в конечном итоге именно кабинет превратится в “комнату”, в которой находится слушатель, а контрольная комната станет “кабинетом” – естественно, с точки зрения слушателя. Эти два пространства взаимосвязаны, и изменения в реальном помещении, рассматриваемом изнутри реального кабинета, станут как бы изменениями внутри нового большого кабинета, оказывающего, в свою очередь, влияние на нагрузку громкоговорителей. По этой причине характеристики, измеряемые на открытом воздухе, не всегда в точности совпадают с характеристиками громкоговорителя в данной конкретной комнате. Такое видение позволяет более четко вырисовать концепцию системы, состоящей как из помещения, так и из громкоговорителя, который, в свою очередь, связан с усилителем и кроссовером – тоже составными частями системы как единого целого.


1) Фурье (Fourier) – французский математик XVIII века, который разработал математический метод преобразования временных данных в частотные данные и наоборот. Аналитические возможности этого метода были очень велики, но поскольку метод требовал проведения расчетов по каждой частоте, что занимало слишком много времени, он оказался слишком неудобным. Однако с появлением компьютеров появились и технические возможности для того, чтобы реализовать “быстрое преобразование Фурье” как очень удобный метод временного/частотного анализа, который приобрел сейчас очень широкое распространение.

2) Pi–пространство и минимальная фаза. Когда всенаправленный источник звука излучает звук в свободное пространство, говорят, что он излучает его в 4pi-пространство. На самом же деле, диаграмма его направленности состоит из сферических расширяющихся волн, а звуковое давление падает со скоростью 6 дБ на каждое удвоение расстояния от источника сигнала с тех пор, как звуковая волна выходит за пределы акустического ближнего поля. Если сферу излучения разрезать стеной пополам, а по центру стены установить громкоговоритель, излучающий звук в полусферу, то о нем можно сказать, что он излучает звук в 2pi-пространство. Если под громкоговорителем установить пол, он будет излучать звук в четверть сферы, иначе говоря , – в pi-пространство. Если же затем вдоль громкоговорителя соорудить стену, то имеющееся пространство излучения будет составлять только одну восьмую сферы или половину pi-пространства.
Всякий раз, когда пространство излучения уменьшается наполовину, число “pi” этого пространства делится пополам, но в то же время – ввиду того, что имеющаяся мощность излучения концентрируется только на половине прежнего пространства – излучаемая мощность в этом пространстве удваивается (возрастает на 3 дБ). Следовательно, если при данной входной мощности громкоговоритель излучает один акустический ватт в свободное поле, то, если его затем переместить в угол комнаты, где он будет ограничен двумя стенами и полом, он будет излучать звук уже в 1/2 pi-пространства, или в одну восьмую пространства свободного поля. Весь акустический ватт, который прежде расходился сферически, будет ограничиваться одной восьмой 4pi-пространства, поэтому вместо одной восьмой пространства, получающего одну восьмую излучаемого ватта, это же пространство будет получать весь ватт – другими словами, в 8 раз большую мощность. В децибелах усиление звука, излучаемого в 1/2 pi-пространства по сравнению 4pi-пространством (пространством свободного поля) составит 9 дБ (по 3 дБ на каждое удвоение мощности).
Громкоговоритель, излучающий звук из угла комнаты, может рассматриваться как источник звука, работающий в волноводе, который нагружает его, подобно рупору. Дополнительное сопротивление движению диафрагмы, вызванное ограничением пространства излучения, заставляет громкоговоритель выполнять большую работу а, следовательно, КПД его излучения возрастает, давая на выходе еще большее усиление излучаемого звука.
Такие “комнатные” эффекты не меняются с частотой и в равной степени относятся к измеряемым характеристикам импульсных и статичных (длительных) сигналов. О таких эффектах говорят, что они “минимальны по фазе”, и коррекция амплитудных характеристик этих эффектов при перестановке громкоговорителей в комнате также, как правило, влечет за собой коррекцию любых изменений фазовых характеристик (звучания громкоговорителей). И наоборот, комнатные эффекты, вызванные отражениями, модами и резонансами, зависят от частоты из-за временных задержек, причиной которых является разность длины расстояний, которые проходят прямые и отраженные сигналы. На некоторых частотах такие эффекты усиливают сигнал, на других – ослабляют. Любые коррекции как таковые, сделанные в отношении объединенных амплитудных характеристик громкоговорителя и комнаты, которые являются функцией вышеназванных эффектов, не приведут к коррекции фазовых характеристик. О таких эффектах говорят, что они обладают “неминимально-фазовыми” свойствами, а поэтому нельзя применять эквализацию для одновременной коррекции как импульсных, так и статичных (длительных) сигналов.


Рис 1. (а) Один и тот же громкоговоритель, характеристики которого измерялись в трех разных комнатах при установки на трех разных микшерных пультах. Обратите внимание на то, как изменяются высокочастотные характеристики ввиду изменяющейся конфигурации отражений.
Рис 1. (а) Один и тот же громкоговоритель, характеристики которого измерялись в трех разных комнатах при установки на трех разных микшерных пультах. Обратите внимание на то, как изменяются высокочастотные характеристики ввиду изменяющейся конфигурации отражений.

Естественный звук против звука воспроизводимого
Если по большому гонгу ударить битой, то мы получим звук с большим частотным диапазоном. Часть частот далее накапливается, становясь резонансами, но большинство в той или иной степени присутствуют только в момент удара. Низкие частоты излучаются с большой площади, причем движущиеся волны пульсируют по всей площади поверхности инструмента. Высокие частоты проходят с соответствующей скоростью звука сквозь металл инструмента и излучаются в воздух очень сложным образом. И впрямь, диаграмма направленности данного инструмента чрезвычайно сложна, и умение воплотить эту сложность в инструменте – важнейшая часть ремесла изготовителей гонгов. И если, находясь перед инструментом, человек будет перемещаться, скажем, по дуге 20-25 градусов, то звук будет меняться очень незначительно, несмотря на то, что фазовое взаимодействие различных частот претерпело самые хаотические изменения. Эффект такого рода, несомненно, в некоторой степени сказался на том, что в течение стольких лет многие моменты фазового взаимодействия и огибающие волн считались неслышимыми, а первостепенное внимание в плане точности воспроизведения звука уделялось общим амплитудно-частотным характеристикам.
И все же, возможно, как раз изменение фазового взаимодействия и оказывает наибольшее влияние на любое изменение тембра при перемещении слушателя перед инструментом. Ведь при перемещении позиции слушателя изменяется форма волны, тогда как амплитудно-частотные характеристики и мощностный спектр инструмента остаются, в основном, постоянными. И вот такое-то изменение формы волны при изменении позиции слушателя никак нельзя в точности записать – а затем и воспроизвести – через громкоговоритель.
Как только мы беремся за запись гонга, мы тут же сталкиваемся с определенными трудностями. Физические требования к громкоговорителям, использующимся для воспроизведения низких и высоких частот, почти диаметрально противоположны: от низкочастотных громкоговорителей требуется большая площадь распространения звука и большая масса, а от высокочастотных – точечный источник звука и "сжатость" рабочих амплитудно-частотных характеристик. По этой причине до сего дня так и не удается решить практически проблему получения от одного-единственного громкоговорителя достаточно линейных характеристик в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. И неизбежно мы прибегаем к использованию многоэлементных систем и оказываемся в ситуации, при которой источник происхождения любого компонента звучания полностью зависит от его частоты. Так, например, звук частотой 10 кГц излучается очень малым источником – высокочастотным драйвером и ничем более. А это никак не стыкуется с происхождением звука, исходящего от гонга. И человек, проходящий перед громкоговорителем, не будет ощущать столь узнаваемый хаос, присущий переднему фронту волны звука гонга. Ведь время прибытия высоких частот в позицию слушателя отличается в зависимости от относительного местоположения громкоговорителей; а частоты не исходят в хаотическом беспорядке – так, как это характерно для самого инструмента. Даже в соосной системе громкоговорителей центр распространения звука применительно к высоким частотам будет находиться немного спереди или сзади по отношению к излучателю низких частот. Это происходит из-за того, что расположение диафрагмы высокочастотного драйвера не совпадает с центром распространения звука от низкочастотного громкоговорителя. И в самом деле, такое совпадение невозможно, поскольку точный центр распространения звука от практически любого электромагнитного громкоговорителя сдвигается то вперед, то назад в зависимости от частоты звука. Конечно, если пользоваться кроссоверами, которые синхронизируются во времени, то центры распространения звука можно совместить на частоте кроссовера, но только на этой частоте. На других же частотах будет по-прежнему наблюдаться временной сдвиг. Даже если бы в систему были включены цифровые дилеи, то и тогда сдвиги в распространении звука, зависящие от частоты, дали бы результаты, далекие от идеальных.
Как мы видим из примера с гонгом, абсолютно выдержанная форма волны не является обязательным требованием для того, чтобы мы могли распознавать звук как “естественный”. Мы уже углубились в характер распределения наших звуковых источников в громкоговорителе с учетом частоты. Тот факт, что большие расхождения по относительной фазе разных частотных компонентов не делают гонг не похожим на гонг, вовсе не значит, что мы можем игнорировать эффект от разности по времени прибытия звука от звуковоспроиз- водящих громкоговорителей: ведь существуют большие различия в способе распространения естественных и воспроизво- димых звуков. Что касается громкоговорителей, то опережение или отставание по времени всех высоких частот, вызванное относительным несовпадением расположения громкоговорителей, при перемещении слушателя перед громкоговорителем воспринимается им совсем не так, как хаотическое взаимодействие фаз, когда слушатель перемещается перед гонгом.
Рис. 1 (б) Графики низкочастотных характеристик двух одинаковых громкоговорителей в двух разных контрольных комнатах. Измерения проводились в позиции инжинера.
Рис. 1 (б) Графики низкочастотных характеристик двух одинаковых громкоговорителей в двух разных контрольных комнатах. Измерения проводились в позиции инжинера.

Временная четкость
Время прибытия до уха слушателя различных частот по переднему фронту волны короткого переходного сигнала оказывает большое влияние на воспринимаемый тембр звука. Когда низкочастотные компоненты переднего фронта волны доходят до нас прежде высокочастотных компонентов, то, невзирая на то, что у системы может быть совершенно “плоская” общая амплитудно-частотная характеристика, звук может восприниматься мозгом как тяжелый басовый сигнал. То же происходит и в противном случае, независимо от того, что амплитуда давления в статичном состоянии имеет совершенно “плоскую” характеристику. У кратковременных сигналов с низкочастотной составляющей эффект будет не настолько заметным. Поэтому пусть даже у нас есть разные громкоговорители с “плоскими” частотными характеристиками, которые звучат примерно одинаково при воспроизведении достаточно продолжительных статичных сигналов, тем не менее, воспроизведение ими переходных сигналов будет иметь значительные различия. Переднее или заднее позиционирование высокочастотных драйверов может “утяжелить” верхние или нижние характеристики звука в зависимости только от расположения громкоговорителей.
В некоторых образцах дизайна для достижения отлаженных временных характеристик проектировщики пускаются во все тяжкие, чтобы добиться синфазности и соосности сигналов на частотах раздела кроссовера, но очень часто на всех остальных частотах царит невообразимый хаос. Таков один из эффектов фазового смещения или временной задержки будь то с помощью электронных средств, будь то путем физического позиционирования, где главным критерием выступает влияние настройки по фазе на амплитуду давления сигнала в установившемся состоянии, характерную для системы в целом. Компенсация фазы в точках работы кроссовера, обладающего крутизной спада 24 дБ на октаву или 18 дБ на октаву ограничивается относительно резким завалом на частоте раздела кроссовера. Его, конечно, можно обнаружить путем измерений, но вот ухо практически неспособно обнаружить умеренное падение по амплитуде с высоким Q (фильтре с высокой добротностью – А.К.). Отсюда правило первое: “Не жертвуйте фазочастотными характеристиками всей вашей системы ради того, чтобы добиться совершенно “плоских” амплитудно-частотных характеристик!”. Я глубоко убежден, что соблюдение принципа минимального временного сдвига применительно ко всей системе в целом гораздо важнее, чем абсолютное совпадение по фазе в рабочих точках кроссовера. С учетом того, что звучание импульсного сигнала зависит как от амплитуды, так и от фазы, я считаю, что точность воспроизведения формы волны импульсного сигнала должна быть поставлена во главу угла.
Но здесь возникает препятствие со стороны некоторых рупоров. Во многих конструкциях сталкиваешься с тем, что расстояние от крепежного фланца громкоговорителя до горловины рупора составляет восемнадцать дюймов в придачу к шестидюймовому “раскрыву” самого громкоговорителя. В округленных цифрах мы имеем скорость звука в воздухе над уровнем моря, равную примерно тысяче футов в секунду, то есть каждый фут звук проходит примерно за одну миллисекунду! А если учесть, что диафрагма в вышеупомянутой комбинации рупора и громкоговорителя находится в двух футах от горловины, то задержка по времени составляет 2 мс, если горловина рупора установлена на одной звукоотражающей плите (дефлекторе) с другими громкоговорителями.
Чтобы исправить эту ситуацию, конечно же, не нужно выдвигать рупор на два фута из фронтальной панели монитора. Если бы мы это сделали, то лишились бы целостной плоскости звукоотражающей плиты (дефлектора), которая минимизирует отражения, и к тому же получили бы “штуковину”, о которую может разбить голову каждый, кто проходит мимо. Пока что у нас нет средств, чтобы сдвигать время вперед, а поэтому мы не можем сдвинуть сигнал по времени, чтобы “выровнять” его по отношению к диафрагме рупора. Мы могли бы сдвинуть по фазе кроссовер, обеспечив для рупора эквивалентное 2 мс опережение по фазе в точке кроссовера, но это, по большому счету, только выпрямит график отношения частоты к амплитуде сигнала в статичном состоянии. Поднявшись же на две октавы, мы снова можем оказаться в состоянии рассогласования синхронизации на два фута. Мы могли бы на выходах кроссовера на усилители предусмотреть аналоговую или цифровую задержку по времени на 2 мс для других громкоговорителей, но тогда бы нам пришлось задействовать больше электроники, больше фильтров и потенциально столкнуться с большим количеством проблем. Думаю, если мы будем использовать комбинацию рупора и громкоговорителей с расстоянием 2 фута между диафрагмой и горловиной рупора, то нам никак не избежать большой проблемы.
Вместе с тем при хорошем позиционировании громкоговорителей вкупе с умело подобранными параметрами кроссовера мы можем добиться того, что системы громкоговорителей с общим минимальным сдвигом фазы будут звучать даже более естественно, чем те системы, в которых чересчур большое внимание уделялось исключительно выравненности фазы в точке кроссовера. Ведь именно выровненность по времени переднего фронта сигналов как раз зачастую дает больше пользы для нейтральности звука, чем точность амплитудных характеристик.
Рис. 2 Характеристики одного и того же громкоговорителя в трех разных позициях одной и той же комнаты. Различия целиком связаны с изменением позиции.
Рис. 2 Характеристики одного и того же громкоговорителя в трех разных позициях одной и той же комнаты. Различия целиком связаны с изменением позиции.

Кроссоверы, “лепестковый” эффект и направленность
Так уж повелось, что часто одному-единственному аспекту уделяется слишком большое внимание. Вот и постоянная направленность звука зачастую является главной целью фазовой настройки. Временные расхождения в рабочей области кроссовера часто являются причиной перекоса в звучании вертикально установленных громкоговорителей. При использовании фильтров, обеспечивающих срез 18 дБ и 24 дБ на октаву и фильтров более высокого порядка область совместного перекрытия звучания двух громкоговорителей значительно сужается и поэтому в системах с такими кроссоверами “лепестковый” эффект и эффект перекоса проявляются в значительно меньшей степени. “Лепестковость” – это результат фазовых сдвигов в кроссоверах только в кроссоверных точках, и ею нужно заниматься именно там. А первостепенным приоритетом следует считать общие временные/частотные характеристики системы в целом для того, чтобы система могла звучать на переходных (кратковременных) сигналах столь же нейтрально, как она звучит на постоянных статичных сигналах.
Эти кажущиеся запутанными и порой противоречивыми комплексы обстоятельств обычно проистекают из попыток создать громкоговорители для использования в неких усредненных помещениях. И поэтому компромиссы, к которым прибегают отдельные разработчики, основываются на их же собственной шкале критериев. Время реверберации помещений и наличие ранних отражений оказывают огромнейшее влияние на приоритеты в отношении разработки любого громкоговорителя. Если помещение отличается большой реверберацией и имеет проблемы, связанные с ранними отражениями, то общая мощность звучания и даже направленность и частотные характеристики будут иметь особую значимость, возможно, даже большую, чем абсолютная выровненность звучания в осевом направлении. Если же помещение обладает кратковременной реверберацией, и в нем нет ранних отражений, то осевое импульсное звучание будет именно той приоритетной целью, к которой нужно стремиться.
Взаимодействие помещения и громкоговорителя
Учитывая широкое разнообразие характеристик направленности разных инструментов вместе с фиксированной диаграммой направленности/частот любой отдельно взятой мониторной системы, мы можем пока что только надеяться на то, что нам удастся приблизиться к характеристикам звукового поля изначального звука. Однако все громкоговорители в той или иной мере страдают от одних и тех же недостатков. Они, по сути, более или менее полно повторяют друг друга, а вот что имеет чрезвычайное влияние на работу громкоговорителя, так это взаимодействие с помещением. Абсолютно несправедливо критиковать любую более или менее приличную систему громкоговорителей за ее звучание только в одном помещении! На рис. 1, 2, 3 и 4 четко видно влияние помещений и позиций в помещениях на характеристики различных громкоговорителей. Стоит внимательно рассмотреть эти рисунки, и можно заметить, насколько совпадают характеристики двух разных громкоговорителей, показанных на рис. 4, которые располагались на одной и той же позиции одной и той же комнаты, в отличие от рис. 1-3, на которых показана разница в работе одинаковых громкоговорителей, но установленных в разных позициях и в разных помещениях. Это придает еще больший вес точке зрения, что комната и мониторная система должны рассматриваються как части одного целого.
Ввиду различных характеристик направленности громкоговорителей рабочее пространство, в которое они излучают звук, изменяется в зависимости от частоты. Это, в свою очередь, влияет на осевую мощность звучания и на субъективный частотный баланс в комнате. От расстояния до близлежащих граничных поверхностей комнаты зависит еще и время в том смысле, что чем ближе граничные поверхности комнаты расположены к громкоговорителям, тем быстрее дойдут ранние отражения от этих поверхностей до позиции слушателя (см. рис. 5). А чем быстрее доходят ранние отражения, тем менее отчетливыми становятся звуковые образы, то бишь страдает вся звуковая картина в целом. Именно по этой причине помещения большего размера часто имеют менее окрашенное звучание, чем их меньшие собратья, поскольку первые отражения доходят позже из-за большего расстояния, которое проходит звук в больших по размеру помещениях.
Рис. 3 (a) Один громкоговоритель в одной позиции комнаты. Нижняя кривая – измерение на расстоянии 5 футов; верхняя кривая – на расстоянии 15 футов. Обратите внимание на преобладание акустики комнаты на нижних частотах и на эффект гребенчатого фильтрования, вызванный комнатными отражениями.
Рис. 3 (a) Один громкоговоритель в одной позиции комнаты. Нижняя кривая – измерение на расстоянии 5 футов; верхняя кривая – на расстоянии 15 футов. Обратите внимание на преобладание акустики комнаты на нижних частотах и на эффект гребенчатого фильтрования, вызванный комнатными отражениями.

Нагрузка
На низких частотах, где велика длина волн, диаграмма излучения громкоговорителями будет практически всенаправленной. Если громкоговоритель – это отдельно стоящая звуковая колонка, оптимизированная под условия “свободного поля”, то низкие частоты возрастают, когда громко- говоритель вмонтирован в стену или размещен вплотную к ней. Частоты ниже 200 Гц уже не могут излучаться во всех направлениях и концентрируются в задней части комнаты. Боковые стены, потолки и полы – все они тоже создают подобный эффект, который зависит от их близости к громкоговорителям. Система, настроенная для работы в условиях “свободного поля”, может испытывать все, что угодно, вплоть до усиления на 18 дБ на частотах ниже 200 Гц, в зависимости от ее местоположения в помещении. Что же касается самого громко- говорителя, то он остается точно таким же громкоговорителем, но с точки зрения слушателя в нем произойдут сильнейшие изменения в плане воспринимаемого частотного баланса и общего характера звучания. Как мы уже видели на рис. 1–4, звучание двух совершенно различных громко- говорителей на одной и той же позиции одного и того же помещения может быть более похожим, чем звук одного и того же громкоговорителя в двух разных местах. Это может хоть как-то объяснить, почему многие разные громкоговорители при измерении характеристик могут оказаться, в общем-то, одинаковыми, но имеют мало общего при воспроизведении музыки в различных бытовых условиях.
Спектроанализатор, установленный в помещении, показывает нам только сумму распределения частот прямой и реверберационной звуковой мощности в данной комнате и, более того, в данной позиции микрофона. Причем на реальных рабочих расстояниях, как правило, доминирует влияние акустики помещения! К тому же потребуется рассчитать и усреднить до сотни различных микрофонных позиций, прежде чем у нас появится хоть какая-то надежда получить более или менее реалистичную картину на частотах ниже 100 Гц. Стоячие волны и резонансные моды помещения могут подавить звук самого громкоговорителя, а поэтому такая измерительная система расскажет нам очень мало о том, что собой представляют сами громкоговорители.

Стандарты-ориентиры

Рис. 3 (b) Графики низкочастотных характеристик одного и того же громкоговорителя в одной и той же контрольной комнате, но в двух разных позициях.
Рис. 3 (b) Графики низкочастотных характеристик одного и того же громкоговорителя в одной и той же контрольной комнате, но в двух разных позициях.

Только с помощью измерений или реконструкции импульсных характеристик можно более или менее точно оценить рабочие параметры громкоговорителя. Несмотря на то, что мы не можем проконтро- лировать, как громкоговорители размещаются у людей дома, мы должны стремиться к какому-то стандарту точности в студиях, иначе все ориентиры будут в конечном итоге потеряны. Любые же стандарты-ориентиры должны опираться на то, что мы в действительности слышим в контрольной комнате. По рис. 1-4 можно убедиться, что никакой “эталонный” стандарт не может быть предписан как для какого-то конкретного комплекта громкоговорителей, так и для отдельно взятой комнаты. Вся работа любой мониторной системы должна рассматриваться во взаимодействии громкоговорителей, кроссоверов, усилителей и помещений. И абсолютно бессмысленно делать какие-то заявления на предмет того, что, дескать, какой-то усилитель – “самый лучший”, а какой-то кроссовер – “самый подходящий”, не соотнося их с системой, частями которой они являются.
Есть, по-видимому, какая-то врожденная, присущая людям тяга к тому, чтобы все разложить по полочкам, чтобы, однажды привыкнув к одному какому-то громкоговорителю или усилителю, держаться за него и дальше. К сожалению, в реальной жизни все иначе. Никакие громкоговорители не могут создать хороший стереообраз или “пробивной” бас, если они расположены в ванной комнате, отделанной кафелем. Это крайний пример, но он показывает, какое решающее значение может иметь реверберационное поле. Правда, уже разрабатываются системы с активным управлением, работающие по нескольким точкам и обладающие цифровыми инверсными фильтрами, которые увяжут вместе как комнату, так и все прочие компоненты мониторной системы. Эти системы должны убрать из интерфейса всю его непредсказуемость, но такая компьютеризированная цифровая технология вряд ли станет повсеместной в ближайшем будущем. А в отсутствие такой цифровой реконструкционной технологии баланса как импульсных характеристик, так и реверберационных характеристик можно добиться путем очень тщательного согласования характеристик компонентов мониторной системы и комнаты. В любом случае нынешние цифровые системы обработки звука с частотным диапазоном только 20 кГц будут становиться все более неприемлемыми по мере роста требований к расширению частотного диапазона в средствах звукозаписи.
Изменяющиеся критерии
Весь облик индустрии звукозаписи постоянно меняется непредсказуемым образом. Но рано или поздно станет ясно, что требуется более упорядоченный подход. И когда настанет это время, то больше всего шансов выжить будет именно у тех студий, которые обеспечивают наибольшую повторяемость и устойчивость результатов и укомплектованы самым передовым и знающим персоналом. В недалеком будущем должно сформироваться более широкое понимание и развернуться более открытое обсуждение поистине важных аспектов мониторинга. Уже при той технологии, которая есть сейчас, использование традиционных третьоктавных анализаторов спектра и графических эквалайзеров попахивает архаикой. Более того, если они оказываются в неумелых руках, то конечный результат настолько же точен, как контрольная комната, построенная при помощи молотка и разводного ключа!
Рис. 4 Низкочастотные характеристики двух совершенно разных громкоговорителей в одной и той же позиции одной и той же комнаты. Обратите внимание на большее сходство графиков, чем на рисунках 1, 2 и 3.
Рис. 4 Низкочастотные характеристики двух совершенно разных громкоговорителей в одной и той же позиции одной и той же комнаты. Обратите внимание на большее сходство графиков, чем на рисунках 1, 2 и 3.

Комнатные отражения
Метод быстрого преобразования Фурье (fast Fourier` analysis)1 импульсных характеристик дает верное и легко интерпре- тируемое представление как об амплитудных, так и о фазовых характеристиках мониторной системы. Системный анализ последовательностей максимальной длины (Maximum Length Sequence System Analysis -MLSSA) тоже способен давать отличные результаты в данной области применения. Анализ розового шума обеспечивает анализ реверберации самих помещений. Так вот, хотя эти два параметра должны рассматриваться параллельно, измеряться они должны по отдельности. И опять-таки, столь много путаницы в мониторинге проистекает из усилий тех “деятелей”, которые при проведении измерений исходят из своих личных представлений о правильности своих действий, а на самом деле измеряют не то, что нужно, или неверно истолковывают полученные результаты. Изменение температуры и влажности может оказывать большее влияние на звучание мониторов, чем “гуляние” электромеханических параметров, которое наблюдается все чаще. Поэтому нет абсолютно никакой причины до бесконечности отлаживать систему, работающую в нормальных условиях. Стабильный хороший показатель точности фазово-импульсной отлаженности системы – это когда достаточно редко появляется желание “отладить” систему. Люди, пришедшие в контрольную комнату, и доставленное в нее оборудование, по всей видимости, в значительной степени повлияют на реверберационные характеристики комнаты. Однако если они не будут находиться между мониторами и слушателями, то не будут оказывать влияния на амплитудные характеристики системы. Стереофоническое пространственное форми- рование образов несет в себе импульсно-фазовые характеристики. Они-то, в конечном счете, и могут быть либо “размыты” комнатными отражениями, прибывающими где-то в течение первых 15 мс с момента прямого сигнала, либо, наоборот, поглощены высоким уровнем реверберации, когда уровень прямого сигнала составляет примерно 10 дБ.
Рис. 5 (a) Относительно “живая” комната с громкоговорителями, установленными в “узком” ее конце. Отражения могут доходить до инженера после прохождения ими относительно дополнительного пути по сравнению с прямыми волнами.(b) Относительно “мертвая” комната, поглощающая отражения своими граничными поверхностями. Это может создать неестественную внутреннюю акустику, а ниже нескольких сотен Гц, звукопоглощающие свойства комнаты вновь становятся такими же, как у “живой” комнаты (a). Это может привести к неровности общего звучания.(c) Если переместить боковые стены подальше от громкоговорителей и установить экран-поглотитель низких частот позади позиции слушателя, то этим можно предотвратить формирование ранних отражений. Если задержать первые отражения на 15-20 мсек. после прибытия прямой волны, то мозг будет воспринимать их как отдельные сигналы, а не как “размытый” первоначальный сигнал.
Рис. 5 (a) Относительно “живая” комната с громкоговорителями, установленными в “узком” ее конце. Отражения могут доходить до инженера после прохождения ими относительно дополнительного пути по сравнению с прямыми волнами.(b) Относительно “мертвая” комната, поглощающая отражения своими граничными поверхностями. Это может создать неестественную внутреннюю акустику, а ниже нескольких сотен Гц, звукопоглощающие свойства комнаты вновь становятся такими же, как у “живой” комнаты (a). Это может привести к неровности общего звучания.(c) Если переместить боковые стены подальше от громкоговорителей и установить экран-поглотитель низких частот позади позиции слушателя, то этим можно предотвратить формирование ранних отражений. Если задержать первые отражения на 15-20 мсек. после прибытия прямой волны, то мозг будет воспринимать их как отдельные сигналы, а не как “размытый” первоначальный сигнал.

Точность импульсных характеристик
Важность точности импульсных характеристик нельзя переоценить, но на практике добиться ее трудно. Хорошо было бы иметь всего один универсальный широкополосный громкоговоритель, однако на практике десять октав для одного громкоговорителя – планка недосягаемая. Да и кроссоверы, и физическое разделение громкоговорителей уже прочно вошли в жизнь. Не нужно говорить и о “синхронно работающих сдвоенных концентрических громкоговорителях” – у них на практике такие же проблемы. Так вот, не стоит считать, что все эти устройства позволят решить проблему, ведь во многих случаях они представляют собой не что иное, как шаг вперед – два шага назад. Практически невозможно создать предназначенные для мониторинга универсальные кроссоверы с минимально-фазовыми свойствами, если только не делать их чрезвычайно сложными устройствами. А вот если кроссоверы аккуратно подогнать под какие-то конкретные громкоговорители, на которые они рассчитаны, то в результате можно получить мониторные системы с приемлемо точными фазовыми характеристиками. Кроссоверы должны конструироваться в свете полного понимания физической раскладки фазово-частотных характеристик громкоговорителей акустических систем. Ни один элемент в мониторной цепочке, начиная с микшера и заканчивая ушами слушателя, не может анализироваться сам по себе. Вся система должна на деле рассматриваться как единое целое, включая к тому же и пространство комнаты!
Вот четыре основных параметра, которые влияют на звучание любой мониторной системы:
1. характеристика амплитуды (частоты) давления;
2. фазовая характеристика;
3. нелинейные искажения;
4. отражения и реверберация.
N.B. Резонансы можно рассматривать в фазово-амплитудной области.
Хотя третий параметр зависит в основном от системы громкоговорителей и усилителя, первый, второй и четвертый параметры также зависят от комбинации “помещение-громкоговорители-усилитель-кроссовер”. Если комнате свойственно неровное время реверберации, пики в отклике будут “нависать” и окрашивать или “загрязнять” звук на самих пиковых частотах и вблизи них. Это нельзя выровнять графическими эквалайзерами, поскольку любое понижение энергии громкоговорителей в попытке ограничить реверберационные пики акустики комнаты даст искажение импульсных характеристик, а следовательно, и прямого переходного (импульсного) сигнала, который доносит до ушей слушателя основную массу информации, способствующей локализации источников звука. Проблемы реверберации комнаты нужно решать в самой комнате. Любые комнатные отражения как усиливают, так и ослабляют прямой сигнал в зависимости от их амплитуды и отношения фазы к частоте. И здесь мы имеем два возможных варианта: поставить под контроль направленность громкоговорителей или взять под контроль акустику комнаты. Одно из преимуществ контроля акустики комнаты состоит в том, что громкоговорители можно подбирать по их звучанию, мощностным характеристикам и другим параметрами, не обращая особого внимания на направленность, которую мы вынуждены учитывать, если в какой-то комнате существуют проблемы с повышенной реверберацией или ранними отражениями. Тем не менее нужно избегать и резкой перемены в направленности громкоговорителей, поскольку тогда могут возникнуть другие проблемы, связанные с окрашенностью звучания.
Специализированные громкоговорители
Отражения также вызывают сумятицу фаз, которая во многих случаях смазывает многие нюансы пространственного и позиционного восприятия, не говоря уже об общем звучании. Если дизайнер способен управлять акустикой комнаты, намного упрощается задача оптимизации системы “усилитель–кроссовер–громкоговоритель” в плане “точности” звучания. Производители, которые разрабатывают и поставляют на рынок общецелевые системы громкоговорителей без учета среды, в которой они будут эксплуатироваться, взвалили на себя неблагодарную работу. Говоря об этом, я не предлагаю таким производителям “собрать манатки и убираться с миром”. Я лишь говорю о том, что пользователи должны обращать больше внимания на заданные условия монтажа, которые такие производители могут указать в паспортах на изделия. Ведь громкоговорители просто не могут звучать “здорово” в любом помещении, а поэтому без тесного сотрудничества с производителями пользователи не могут реально надеяться на то, что им удастся добиться той или иной степени точности звучания, если им по чистой случайности не повезет с акустикой помещения.
Чтобы подвести итог вышесказанному, привожу отрывок из своего письма, некогда отправленного мною дизайнеру студий, которого я знал много лет. Хотел бы только пояснить, что в письме изначально предполагается, что и комнаты, и громкоговорители разрабатываются с учетом друг друга, а заголовок я придумал просто “для прикола” – я не претендую на абсолютную оригинальность!

Закон Ньюэлла

Проблемы мониторов должны решаться на самих мониторах, а проблемы помещений должны решаться в самих помещениях!
Задача мониторной системы – озвучить комнату посредством желаемого сигнала. Желаемый сигнал – это сумма мгновенно действующих элементов. Я считаю, что “прозрачность” и “нейтральность” воспринимаемого звука почти полностью являются следствием сохранности прямых фронтов сигнала, что означает абсолютно минимальные амплитудные или фазовые искажения. Проблемы комнат – это прежде всего проблемы резонансов и проблемы времени реверберации. Поэтому нужно, чтобы мониторная система была точной в передаче импульсов, а комната – в передаче статичных сигналов большой длительности. Если в акустике комнаты есть пик или провал, то вариант усиления или уменьшения возбуждения акустики комнаты посредством эквализации мониторов неприемлем. Конечно, пик в акустике комнаты будет менее неприятен, если его понизить до какой-то степени благодаря соответствующей настройке эквалайзера системы, но тем не менее резонансный потенциал сверху или снизу будет по-прежнему присутствовать, пусть и в несколько меньшей степени. А поскольку для верной реконструкции (воссоздания) импульса требуется абсолютная достоверность как по амплитуде, так и по фазе, то, по определению, он (импульс) не может быть точно воспроизведен, если используется в той или иной форме эквализация мониторов для коррекции проблемы акустики комнаты, имеющей неминимально-фазовую природу2.
Мониторная эквализация может, впрочем, применяться, когда по каким-то причинам сама мониторная система выказывает небольшие пики или провалы. Если по своей природе эти отклонения являются “минимально-фазовыми”, то эквалайзер, обладающий минимально-фазовыми свойствами, может при определенных обстоятельствах восстановить как амплитудную, так и фазовую точность работы всей системы. Большие же отклонения редко по своей природе являются минимально-фазовыми. Поэтому если амплитудную точность еще можно как-то восстановить, то фазовую точность – никогда! Мониторная эквализация может использоваться только для компенсации недостатков мониторов минимально-фазового характера, но она никогда не должна применяться для коррекции проблем, относящихся ко времени реверберации помещений. Все эти годы мы были невеждами. Если импульс в точности сохраняется на момент прибытия на позицию слушателя, то, опять-таки по определению, амплитудная и фазовая его характеристики должны быть правильными. Добейтесь этого, а все остальное само уляжется на место – нейтральность, прозрачность, формирование стереообразов, удовольствие от прослушивания...
Надеюсь, что вышеописанный подход в недалеком будущем будет работать с новой, более высокой степенью повторяемости в плане чистоты звука мониторных систем в контрольных комнатах. Возможно, тогда вернется всеобщее доверие к понятию целостности системы. Однако все это ни в коей мере не зависит от студийных дизайнеров, равно как и не является виной одних только производителей громкоговорителей. Требования к мониторным системам контрольных комнат становятся все изощреннее. Они, дескать, должны обеспечивать до чрезвычайности точную, прецизионную точность звукопередачи на фантастически высоких уровнях звукового давления. Должны учитывать “средние бытовые условия”, которые, если бы их даже удалось просчитать, все равно оказываются непостоянными, меняясь с модой. Должны еще и вдохновлять музыкантов на большую творческую самоотдачу, что порой означает создание “сценической” акустической среды. В реальности для всего этого потребуется три-четыре мониторные системы, однако в неопытных руках чем больше систем, тем больше вероятность неразберихи. Такие требования в одной системе реализовать нельзя, а поэтому в современных контрольных комнатах все чаще встречаются две системы – ближнего и дальнего поля.
Искусство, по определению, выше, чем наука. Бизнес звукозаписи динамично развивается, что характеризуется все большей широтой точек зрения и во многих случаях, пропорционально этому, все меньшей необходимостью в “глубинных” знаниях. Давно прошло то время, когда операторы ленточных магнитофонов ожидали пять лет, пока представится возможность усесться за микшер. Такое расширение знаний при меньшей глубине понимания предъявляет довольно тяжкие требования к науке на нынешнем этапе ее развития. Нельзя и надеяться на то, что какая-то комната или какая-то мониторная система сможет во всем удовлетворить всех, однако мы можем работать на то, чтобы сформировать какие-то более жесткие ориентиры. Согласившись с тем, что конечный результат – музыка в домах у людей – это результат художественной интерпретации, мы можем по-прежнему стремиться к еще большей последовательности в реализации этой цели. Однако на настоящий момент (1990 г.), похоже, мы все еще во власти хаоса!!

Коктебель
ESTO ES TANGO (DAS IST TANGO)

ESTO ES TANGO (DAS IST TANGO)

TANGO — новая серия акустических систем торговой марки ЕСО, разработанная для широкого круга пользователей и применения в самом широком спектре случаев. TANGO характеризуется выверенными техническими характеристиками, стильным дизайном, продуманностью всех элементов конструкции и универсальностью.

НК Audio. Путеводитель. Часть I

НК Audio. Путеводитель. Часть I

Что значит бренд НК Audio? Прежде всего – безукоризненная надежность изделий в целом и каждого компонента в отдельности. Это продуманность и законченность технологических и функциональных решений. И, конечно, работа дистрибьютора.

КУС. Комплекс управления спектаклем. Пульт помощника режиссера (ППР)

КУС. Комплекс управления спектаклем. Пульт помощника режиссера (ППР)

Термин «комплекс управления спектаклем» введен в обиход всего несколько лет назад. Это произошло естественным образом, когда стало понятно, что название «пульт помощника режиссера» не отражает действительной ситуации.

ESTO ES TANGO (DAS IST TANGO)

ESTO ES TANGO (DAS IST TANGO)

TANGO — новая серия акустических систем торговой марки ЕСО, разработанная для широкого круга пользователей и применения в самом широком спектре случаев. TANGO характеризуется выверенными техническими характеристиками, стильным дизайном, продуманностью всех элементов конструкции и универсальностью.

НК Audio. Путеводитель. Часть I

НК Audio. Путеводитель. Часть I

Что значит бренд НК Audio? Прежде всего – безукоризненная надежность изделий в целом и каждого компонента в отдельности. Это продуманность и законченность технологических и функциональных решений. И, конечно, работа дистрибьютора.

AKG LYRA. Лира вдохновения для видеоблогеров

AKG LYRA. Лира вдохновения для видеоблогеров

Компания AKG, ведущий производитель профессиональных микрофонов, также решила обратиться к теме интернет-вещания и выпустила модель с названием LYRA, в первую очередь ориентированную на видеоблогеров.

«Торнадо» в день «Нептуна»

«Торнадо» в день «Нептуна»

2019 год стал для компании Guangzhou Yajiang Photoelectric Equipment CO.,Ltd очень богатым на новинки световых приборов. В их числе всепогодные светодиодные поворотные головы высокой мощности: серии Neptune, выпускаемые под брендом Silver Star, и Tornado – под брендом Arctik.

Matrex – здание для производства идей

Matrex – здание для производства идей

Общественно-деловой центр Matrex в Сколково по праву станет одним из новых символов Москвы, причем не только в архитектурном, но и в техническом аспекте. Новейшие мультимедийные системы и решения, опережающие время, делают Matrex уникальным.

Matrex – здание для производства идей

Matrex – здание для производства идей

Общественно-деловой центр Matrex в Сколково по праву станет одним из новых символов Москвы, причем не только в архитектурном, но и в техническом аспекте. Новейшие мультимедийные системы и решения, опережающие время, делают Matrex уникальным.

«Квартирник у Маргулиса». Невозможно попасть, нельзя не увидеть

«Квартирник у Маргулиса». Невозможно попасть, нельзя не увидеть

Квартирник у Маргулиса» – уникальный проект на российском телевидении. Вход только для своих, но увидеть его может каждый. «Квартирник» доступен для всех любителей качественной хорошей музыки благодаря еженедельному эфиру на федеральном канале и интернет-трансляции.

Большой сет «Маленького человека»

Большой сет «Маленького человека»

Всему, что знаю, я научился самостоятельно. Читал, наблюдал, пробовал, экспериментировал, совершал ошибки, переделывал заново. Никто меня не учил. В то время в Литве не было никаких специальных учебных заведений, в которых обучали бы работе со световым оборудованием. Вообще, я считаю, что научиться этому нельзя. Чтобы стать художником по свету, нужно иметь что-то такое «внутри» изначально. Можно научиться работать с пультом, программированию, можно выучить все технические характеристики, но вот научиться творить нельзя.

Matrex – здание для производства идей

Matrex – здание для производства идей

Общественно-деловой центр Matrex в Сколково по праву станет одним из новых символов Москвы, причем не только в архитектурном, но и в техническом аспекте. Новейшие мультимедийные системы и решения, опережающие время, делают Matrex уникальным.

Мониторинг. Урок 18. Активные контрольные комнаты

Мониторинг. Урок 18. Активные контрольные комнаты

Не следует путать новые возможности дизайна активных помещений с «поддерживаемой реверберацией», которая с 1950-х годов использовалась в Королевском фестивальном зале (Royal Festival Hall), а позже в студиях «Лаймхаус» (Limehouse Studios). Это были системы, использующие настраиваемые резонаторы и многоканальные усилители для распределения естественных резонансов до нужной части помещения.

Синхронизация. Часть VIII RTP-MIDI (Apple MIDI)

Синхронизация. Часть VIII RTP-MIDI (Apple MIDI)

RTP (Real-time Transport Protocol) – протокол высокого уровня, который базируется на UDP, но при этом имеет свои особенности, которые были специально разработаны для стриминга аудио и видео.

Прокат как бизнес. Попробуем разобраться

Прокат как бизнес. Попробуем разобраться

Андрей Шилов: "Выступая на 12 зимней конференции прокатных компаний в Самаре, в своем докладе я поделился с аудиторией проблемой, которая меня сильно беспокоит последние 3-4 года. Мои эмпирические исследования рынка проката привели к неутешительным выводам о катастрофическом падении производительности труда в этой отрасли. И в своем докладе я обратил внимание владельцев компаний на эту проблему как на самую важную угрозу их бизнесу. Мои тезисы вызвали большое количество вопросов и длительную дискуссию на форумах в соцсетях."

«Квартирник у Маргулиса». Невозможно попасть, нельзя не увидеть

«Квартирник у Маргулиса». Невозможно попасть, нельзя не увидеть

Квартирник у Маргулиса» – уникальный проект на российском телевидении. Вход только для своих, но увидеть его может каждый. «Квартирник» доступен для всех любителей качественной хорошей музыки благодаря еженедельному эфиру на федеральном канале и интернет-трансляции.

Кто формирует райдер?

Кто формирует райдер?


Тема нашей сегодняшней публикации «Как и кто формирует райдерность оборудования».
Это совместный проект «Клуба прокатчиков шоу-технологий» (см. страницу на Фейсбуке)
и сайта www.show-master.ru. На этих ресурсах, а также в сети Colisium были проведены опросы,
их результаты – ниже. Участники «Клуба прокатчиков шоу-технологий» активно обсуждали эту тему.
Мы предложили ответить на несколько вопросов специалистам, которые уже не один годв нашем бизнесе,
и их мнение, безусловно, будет интересно нашим читателям. 

Прокат как бизнес. Попробуем разобраться

Прокат как бизнес. Попробуем разобраться

Андрей Шилов: "Выступая на 12 зимней конференции прокатных компаний в Самаре, в своем докладе я поделился с аудиторией проблемой, которая меня сильно беспокоит последние 3-4 года. Мои эмпирические исследования рынка проката привели к неутешительным выводам о катастрофическом падении производительности труда в этой отрасли. И в своем докладе я обратил внимание владельцев компаний на эту проблему как на самую важную угрозу их бизнесу. Мои тезисы вызвали большое количество вопросов и длительную дискуссию на форумах в соцсетях."

Форум

Словарь

Обрезной фильтр HPF

(high pass filter) - устройство, подавляющее сигнал низкочастотного диапазона и не влияющее на высокочастотный

Подробнее