Реальность или расфокусировка?

Тони Эндрюс,
Перевод Андрея Кременчугского,
mail@funktion-one.ru

Тони Эндрюс – знаменитый конструктор и производитель акустических систем высочайшего качества, основанных на принципе точечного источника. Среди его главных достижений – создание исключительно успешных громкоговорителей Turbosound Flashlight и Floodlight в конце 80-х – начале 90-х, а в недавнем прошлом –  выдающейся серии акустических систем Funktion One Resolution.
(www.funktion-one.com, mail@funktion-one.com)

Бросив учебу на геологическом отделении Лондонского университета ради работы туровым техником группы Piblokto в 1969 году, Тони очень быстро обнаружил, что его самопальная домашняя аудиосистема звучит гораздо круче систем звукоусиления, использовавшихся в то время на профессиональной сцене. Так началась его 40-летняя карьера в области аудиооборудования. Спустя 7 лет он подал заявку на первый патент. С тех пор он получил патенты на 8 изобретений в области производства акустических систем.
В поисках наиболее эффективных и чисто звучащих решений он сконцентрировал свои усилия на разработке рупорных технологий, особенно в области низких и средних частот. Подлинно новаторским шагом стали его разработки среднечастотных волноводов, обеспечивавших гораздо менее искаженное звучание по сравнению с традиционными конструкциями, которые основаны на применении компрессионных драйверов. Что же касается его умения получать чистый и мощный бас из небольших рупорных низкочастотных громкоговорителей, то оно уже давно вошло в легенду.
За свои разработки Тони заслужил немалое количество профессиональных наград. В 2007 году его персональные достижения были признаны ассоциацией PLASA, объединяющей профессионалов Великобритании в области аудио и светового оборудования. Тогда он стал первым в истории номинантом престижной премии Gottelier Award, присужденной ему, как было сказано «за 3 десятилетия инновационной работы, благодаря которой люди стали получать больше удовольствия от живой музыки и которая углубила наши знания в области  создания громкоговорителей».

Я назвал эту работу «Реальность или расфокусировка?», потому что события последних лет дают мне основание утверждать, что профессиональная аудиоиндустрия сбилась с пути. Меня беспокоит, что мы бессознательно движемся в сторону размытого, нечеткого звучания (теряем фокус), вместо того чтобы стремиться к четкому и разборчивому. Я полагаю, что есть целый ряд причин столь печального положения вещей, и постараюсь пролить на них некоторый свет.
С точки зрения звуковой системы основное отличие между «реальностью» и «расфокусировкой» заключается в качестве ее переходной характеристики. Если она (переходная характеристика) плоха, то имеет место «расфокусировка». Звучание утрачивает четкость и объемность, речь становится менее разборчивой, партии музыкальных инструментов сливаются между собой, а источник отдаляется. Звучание такой системы можно уподобить разве что аудиопюре.
Понятие «переходный процесс» (transient) в звуке обычно означает очень короткий промежуток времени, за который сигнал быстро вырастает от исходного до пикового значения. Насколько короток этот участок, хорошо видно на рисунке, где представлено временное окно звука одиночного удара малого барабана.  Несмотря на свою кратковременность, именно переходные процессы определяют индивидуальный характер звучания и, следовательно, степень его эмоционального воздействия на слушателей. Поэтому переходная характеристика системы, несомненно, является не менее важным показателем ее качества, чем амплитудно-частотная.

Рис.1. Временное окно звука удара малого барабана

В моем понимании переходная характеристика элемента звукового тракта отражает его способность точно воспроизводить начальный участок волновой формы, обеспечивая при этом требуемый динамический диапазон. Этот начальный участок волны часто называют «атакой», а временной промежуток нарастания сигнала от минимального до пикового значения – «временем атаки». Переходная характеристика усилителя мощности, например, есть ни что иное, как указываемая в спецификациях «скорость нарастания сигнала», измеряемая в В/мкс. Разумеется, переходные процессы для разных звуков сильно отличаются друг от друга. Сравните, к примеру, звучание звуков «ммм» и «т». Очень требовательными по своей природе с точки зрения переходных процессов являются ударные инструменты. Классическим примером может служить все тот же малый барабан, звук которого вырастает от нулевого до пикового уровня практически мгновенно. Очевидно, что аудиоустройства, не способные обеспечивать такое же быстрое изменение сигнала, ухудшают качество звука. Таким образом, можно сказать, что хорошая переходная характеристика должна обеспечивать быстрое ускорение. И кстати, быстрое торможение тоже. Устройства должны реагировать на спад сигнала с такой же скоростью, с какой они реагируют на его нарастание, чтобы подавить резонансные колебания и не ухудшать качество воспроизведения следующего аудиосигнала.
Качественная переходная характеристика не только обеспечивает четкость, точность и музыкальный «драйв», но также содержит много информации о расстоянии до источника и его локализации. Человеческий слуховой аппарат в состоянии извлекать эту информацию благодаря способности различать и анализировать звучание с исключительно высокой разрешающей способностью.
Доктор Питер Леннокс из университета Дерби сообщил мне, что были проведены исследования, целью которых являлось определение минимально распознаваемого смещения вектора. Или, другими словами, насколько должен сместиться источник звука, чтобы человеческий слух смог определить изменение его положения в пространстве по разнице времени прихода сигнала в левое и правое ухо. Выяснилось, что в горизонтальной плоскости эта величина составляет всего 1-2 градуса, что на временной шкале соответствует 13-18 микросекундам. То есть временное разрешение человеческого слуха составляет 13-18 миллионных долей секунды всего-навсего! Сопоставьте их с частотой 29 кадров в секунду в кино (35 миллисекунд). Иначе говоря, визуальная система примерно в 2000 раз медленнее слуховой. Нужно ли более очевидное доказательство утонченной природы человеческого слуха? По-моему, ответ очевиден. А раз так, то почему ею столь часто пренебрегают в пользу куда более грубого визуального восприятия? Почему мы с такой готовностью принимаем плохое звучание, в то время как никогда не согласимся на зернистую или расплывчатую картинку на экране? Возвращаясь к основному предмету беседы, отметим, что эта поразительная чувствительность к временной информации естественным образом сфокусирована прежде всего на граничных условиях фронта волны, или, иначе говоря, на атаке аудиосигнала. То есть там, где разворачивается основное «действие». Там, где содержится ключевая информация об источнике звука, в том числе о его локализации.
Очевидно, высокие частоты имеют короткий промежуток нарастания, что соответствует содержанию переходного процесса. Звук, прибывающий издалека, имеет естественный спад в области высоких частот, и, таким образом, переходный процесс, воспринятый и проанализированный слуховым аппаратом, указывает на удаленность источника. Кроме того, информация о переходном процессе может пострадать от эффекта «размывания» (smearing), возникающего из-за вторичных сигналов,которые немного запаздывают относительно первого. К таким сигналам относятся, например, самые ранние отражения – от поверхности земли, деревьев, иных близко расположенных объектов и т.д.,  имеющие чуть более длинный путь до слушателя по сравнению с прямым звуком. По мере увеличения расстояния от источника до слушателя влияние этих отражений возрастает. Они также играют важную роль в восприятии определении расстояния до источника на слух. Какова бы ни была причина, понятно, что искаженная передача переходного процесса  приводит к отдалению источника и нарушает его пространственные характеристики, что, в свою очередь, ослабляет ощущение вовлеченности (involvement) слушателя. Таким образом, способность оборудования звукового тракта следовать за аудиосигналом во всех его деталях является необходимым условием, которое мы должны соблюдать, если хотим достичь реальности. Эта способность очень часто начинает хромать, когда дело касается громкоговорителей.
Громкоговорители как электромеханические устройства испытывают больше трудностей в смысле точного воспроизведения волновых форм, чем прочее звуковое оборудование. Они являются традиционно узким местом звукового тракта. Именно по этой причине мои товарищи и я провели последние 30 лет, исследуя и разрабатывая быстрые динамики.

Рис.2. Влияние медленного излучателя на переходный процесс

Медленные динамики ухудшают качество воспринимаемого звучания, тормозя передачу переходного процесса вплоть до момента, когда тот завершается. При этом громкоговоритель не успевает выйти на необходимый пиковый уровень.
Из приведенной диаграммы видно, что помимо проблем, о которых мы рассуждали ранее, в данном случае страдает также и динамический диапазон сигнала.
Итак, достижение хорошей переходной характеристики требует, чтобы динамики были сами по себе достаточно быстрыми. Однако этого недостаточно, когда отдельные излучатели объединяются в большую систему. Потому что если ее конфигурация такова, что слушателя достигают сигналы, воспроизводимые несколькими компонентами этой системы (т.е. разными излучателями), то это также приводит к «размыванию» временной характеристики (time smearing) и искажению передачи переходного процесса.
Применение систем, доставляющих звук до слушателя в виде нескольких запаздывающих сигналов, приводит не только к «размыванию» атаки, но и к возникновению проблем с амплитудно-частотной характеристикой. Убедительным подтверждением тому служит звучание линейных массивов, особенно в речевом диапазоне, где ретуширование определяющих согласных звуков (obfuscation of defining consonants) приводит к потере разборчивости. Нередки случаи, когда невозможно разобрать ни единого слова, спетого солистом.

Рис.3. Влияние эффекта нескольких сигналов (multiple arrivals) на переходный процесс

Хотя в данном случае размывание временного окна вызывается не замедлением атаки, а совершенно иными причинами, тем не менее на четкость и прозрачность звучания этот эффект оказывает также разрушительное воздействие.
За последние 15 лет линейные массивы стали парадигмой* в мире профессиональных систем звукоусиления. В общем и целом они являются порождением идей Кристиана Хейля, выдвинутых им в качестве развития классического подхода к созданию линейных массивов громкоговорителей. В этих массивах применяется множество прямых излучателей, а также ВЧ устройств с широкой дисперсией, которые, в идеале, должны коллективно усиливать друг друга (collectively reinforce each other) благодаря конструктивной интерференции, хотя, разумеется, они вынуждены и страдать от деструктивной. Прямые излучатели, как известно, являются устройствами с низкой эффективностью из-за плохого согласования импеданса движущегося диффузора и воздуха. И хотя низкая эффективность компенсируется за счет суммирования, это достигается ценой создания эффекта «нескольких запаздывающих сигналов».

---

* Парадигма (в методологии науки) – совокупность ценностей, методов, технических навыков и средств, принятых в научном сообществе в рамках устоявшейся научной традиции в определенный период времени.

Рис.4. Временные задержки в линейном массиве

Как показано на рисунке, временная разница прихода сигналов от верхнего и нижнего громкоговорителей массива к слушателю легко может достигать 5 мс. Это не совсем хорошо, однако гораздо хуже то, что имеется микрозадержка между соседними громкоговорителями: для выбранной на диаграмме пары она составляет 60 микросекунд, что по крайней мере втрое превышает нижнюю границу восприятия человеческого слуха. Дело усугубляется еще и тем, что частоты, для которых полудлина волны меньше расстояния между излучателями, суммируются вблизи источника и, таким образом, будут весьма склонны к образованию боковых лепестков в виде гребенчатых фильтров. Доказательством тому служат большое количество фазовых искажений и нестабильность, проявляющиеся всякий раз, когда линейные массивы работают даже при небольшом ветре. Данное обстоятельство мне кажется очень забавным, ибо при появлении современных линейных массивов утверждалось, будто их преимущество по сравнению с точечными источниками заключается как раз в том, что при перемещении слушателя поперек озвучиваемой площадки (вдоль линии сцены) в случае линейных массивов менее заметна «гребенка». Теперь на открытых концертных площадках этим эффектом можно наслаждаться, просто оставаясь на месте! Сильно «размытая» атака не позволяет вам добиться ни глубины и объемности звучания, ни хорошей разборчивости вокала. Подливает масла в огонь то обстоятельство, что в большинстве, если не во всех линейных массивах активно используются корректирующие эквалайзеры. В некоторых случаях речь идет о применении полудюжины фильтров с коррекцией +/-18 дБ, что не может не приводить к дополнительным фазовым искажениям.

Рис.5. Фазо-временная характеристика

Фазовый сдвиг измеряется в градусах дуги, которая является частью окружности, выглядящей плоской на бумаге, но на самом деле математически это трехмерная фигура, при этом угол фазы определяется положением точки на окружности, расположенной на конце спирали в данный момент. На виде сбоку спираль отображается хорошо знакомой картинкой синусоидальной волны. Фазовый сдвиг также представляет собой небольшой временной промежуток. Поэтому применение корректирующих фильтров не только признание поражения, но и внесение дополнительных искажений в столь важный переходный процесс. Разрешающая способность линейных массивов настолько низка, что именно она является причиной появления целого поколения звукоинженеров, привыкших пользоваться очень грубыми инструментами для настройки звука. Она стала прекрасной дымовой завесой, под прикрытием которой на свет божий явился легион ужасного цифрового оборудования, шаг за шагом оккупировавший позицию FOH в туровой индустрии.
Не в том суть, что цифровое оборудование плохо по своей природе. Штука в том, что создание по-настоящему качественных цифровых устройств – дело и очень трудное, и очень дорогое. Из-за использования линейных массивов, звучание которых скрывает многие недостатки FOH оборудования, очень немногие звукоинженеры требовали от производителей повышения его качества. Цифровая обработка сигналов с нами уже более четверти века, а на передний план она вышла рука об руку с линейными массивами за последние 15 лет. Мы все помним, как ранние цифровые устройства возродили угасший было интерес к ламповым устройствам, которые стали применять для придания звуку «теплоты». Первая «цифра» была настолько ужасна, что даже характеристики ламп оказались предпочтительней безжизненного, искаженного цифрового звука. Я не берусь утверждать наверняка, что именно не так с «цифрой», но до сих пор мне удалось услышать только несколько устройств, звучание которых показалось мне естественным. Люди, создавшие эти устройства, рассказывали мне, что среди сложностей, сопровождающих разработку и производство цифрового оборудования, можно назвать следующие:
• высокая стоимость качественных конверторов;
• внутри цифрового устройства имеет место сильная интерференция в области высоких частот, и трудно предотвращать ее проникание в чувствительные области прибора;
• математические вычисления должны производиться очень точно, в противном случае потеря качества неизбежна;
• не существует такой вещи, как задающий генератор без «джиттера», а наличие «джиттера» означает наличие искажений;
• любая цифровая обработка требует затрат времени, которые определяются терминами «латентность» или «время аппаратной задержки», что само по себе не страшно. Проблема в том, что разные входные сигналы обрабатываются по-разному и имеют, соответственно, разное запаздывание, результатом которого является еще большее размывание временного окна.

Разрешающая способность цифрового оборудования реализуется полностью только при максимальном уровне на входе или 0 дБ. Так что когда вы внесете поправку на пиковые сигналы переходных процессов, средний уровень вашего микса уже потеряет больше половины разрешающей способности. И на этом неприятности не заканчиваются, потому что для воспроизведения вторых и третьих гармоник, уровень которых на 35-45 дБ ниже рабочего, цифровых битов попросту недостаточно. Это одна из причин, по которой звучанию цифрового оборудования недостает полноты и яркости и оно кажется занудным и безжизненным.
Как известно, существует масса способов заблуждаться, и как таковая «цифра» по-прежнему в процессе становления. Слава богу, что еще остались упрямые звукоинженеры, которые по-прежнему работают только на высококачественных аналоговых микшерах, таких, как XL4 или Heritage, потому что хотят получать удовольствие от того, что делают, и доставлять это удовольствие аудитории. Помимо нескольких выдающихся исключений, существующий парк цифровых микшеров не позволяет даже приблизиться к тому, что является звуковой реальностью. Некоторые из широко популярных образчиков звучат особенно плохо, но это сходит с рук их изготовителям, поскольку линейные массивы не обеспечивают достаточное разрешение, чтобы инженеры могли услышать разницу. Трудно поверить в это: элементарное стремление людей обеспечить себе более комфортные условия работы привело к тому, что аудиосообщество допустило подобное развитие событий! Впрочем, как говорится, нет худа без добра. Есть свои политические и психологические выгоды и в неразборчивом и плоском звуке, затирающем подобно несфокусированному изображению недостатки картинки. Он кардинально сокращает динамический диапазон между хорошими и плохими звукоинженерами, не позволяя первым демонстрировать свои способности в полной мере, зато обеспечивая вторым сытую и спокойную жизнь. Комбинация линейных массивов и неадекватного цифрового оборудования – вот что привело профессиональную аудиоиндустрию к ее теперешнему плачевному состоянию.



Люди способны адаптироваться к тому, что их окружает. Вот почему поколения, выросшие исключительно на MP3, даже не знают, что они теряют. Их слуховое восприятие уже изначально запрограммировано неправильно. Всякий, кто прослушивает свою систему с помощью MP3, либо работает с низкопробным оборудованием, либо не замечает разницу. В последнем случае ему есть смысл поискать себе другой род занятий! То, что звучание линейных массивов было принято за «нормальное» и лишь немногие заметили, что оно на самом деле дефективно, является очевидным доказательством упадка отрасли. Я могу с полным правом утверждать, что на Funktion One мы прикладываем все усилия, чтобы добиться чистого, полноценного, точного и быстрого воспроизведения во всем среднечастотном диапазоне. Что, кстати, очень отличается от того, что происходит в туровом мире. И вот некоторые звукоинженеры, стремясь добиться привычного для них звучания, подавляют с помощью эквалайзеров весь мидбасовый диапазон, оставляя «торчать» верхнюю середину. Другие некомпетентные, но очень решительные, несмотря на хорошую переходную характеристику системы, обеспечивающую четкость и открытость звучания, предпочитают изо всех сил тупить звук компрессией.
Остается добавить, что именно звуковые прокатные компании оказывают решающее влияние на качество концертного звука. На протяжении 35 лет работы я наблюдаю одно и то же: прокатным компаниям очень трудно достичь чего-то большего, чем финансовое равновесие. В начале 1970-х, когда туровые компании делали первые шаги, люди, вовлеченные в прокат, или были энтузиастами звука, или хотели окунуться в туровый «гламур». Зачастую и то, и другое. Их готовность выполнять работу ради удовольствия привела к тому, что денежная оценка их труда упала до уровня, далекого от честного, и в общем и целом ситуация остается таковой по сей день. Это вкупе с традиционной ценовой конкуренцией и демпингом прокатных компаний приводит к недооценке аудио в целом. Что, конечно, приятно для продакшн-менеджеров и промоутеров, но именно это породило климат, благоприятствующий недостойному поведению и тайным альянсам с взаимными интересами. Очевидно, что стремление к идеалу в аудиоиндустрии было давно похоронено в разборках из-за дележа сладких кусков. Теперь это просто аренда звука.
Подводя итог, я выражаю надежду, что мне удалось донести до читателя важность переходной характеристики и то, как пренебрежение этим важнейшим параметром привело к деградации про-аудио индустрии.
В моем понимании дух рок-н-ролла заключается в том, чтобы раздвигать горизонты, в то время как действительность – это наименьший общий знаменатель, безвкусное пюре. В сухом остатке очевиден печальный факт: качество концертного звука не только не прогрессирует, но даже деградирует на протяжении многих лет и слушателей (людей, которые на самом деле оплачивают музыкальную индустрию) откровенно надувают в вопросе качества звука. Существует много причин, но ни одного достойного оправдания посредственности. И потому я задаю вопрос тем профессионалам, которым не наплевать и которые хотят по-настоящему гордиться качеством своей работы:
«Хотим ли мы реальности или нас устраивает скучная, нетребовательная, плоская расфокусировка?»


Основные «вехи» пути Тони Эндрюса:

• Родился – 09-04-1949
• Начало работы в про аудио – 1969.
• Первый разработанный громкогворитель (рупорный субвуфер) – 1970.
• Первая разработанная система для профессиональной сцены для группы The Pink Fairies and Hawkwind – 1971.
• Открытие принципа «Turbo wave organizer», положенного в основу всех последующих разработок – 1975.
• Создание компании Turbosound в качестве прокатной фирмы совместно с Джоном Ньюшемом и Тимом Айзеком (среди клиентов фирмы были Сантана, Genesis, Status Quo, Джексон Браун и другие) – 1977.
• Разработка «Фестивальной» системы для фестиваля в Гластонбери – 1979
• Начало производства громкоговорителей – 1981. Разработанная им акустическая система TMS3,   дебютировавшая в Гластобери в 1981, стала одной из самых популярных за всю историю про-аудио бизнеса. За неполных 10 лет производства было продано более 17000 штук.
• Основание компании Precision Device – 1985.
• Система, использовавшаяся на фестивали Monsters of Rock и состоявшая из более чем 300 TMS3, попала в книгу Рекордов Гинесса – 1987.
• Разработка нового поколения акустических систем Flashlight,  премьера которых состоялась на концерте Berlin Wall – 1989.
• Уход из Turbosound и создание компании Funktion One – 1991-1992.
• Первый проект с применением нового поколения акустических систем серии Resolution «Купол тысячелетия» – 1999-2000

Профессиональные награды за период 2002-2010 годы:

• 2002 – TEC Award победитель в номинации  «Выдающиеся технические достижения в развитии  технологии громкоговорителей» за Resolution 5
• 2002 – Live Award Winner за Resolution 5
• 2003 – BEDA «Продукт года»   за the Funktion One Dance Stack
• 2004 – Best PA Manufacturer – DJ T-Scan Awards
• 2004 – Club System International   премия «Лучший аудиопродукт» за Dance Stack
• 2007 – PLASA Gottelier Award «Cущественный  вклад в продвижение технологии развлечения»
• 2009 – Club World Awards «Лучший аудиопродукт»  за Dance Stack
• 2010 – Club World Nomination  «Лучший аудиопродукт» за Resolution 1.5TT