Филип Ньюэлл: Мониторинг. Урок 14. Мониторные системы: взгляд на упущенное из виду

Фи­лип Нью­элл
Перевод Олега Науменко
Техническое редактирование
Александра Кравченко,
компания Sound Consulting
www.sound-consulting.net

1. Потребность в децибеллах

Со времени моего знакомства с индустрией звукозаписи в середине 1960-х,
важность адекватного запаса мощности всегда играла важную роль в моем
мышлении. Вспоминаю, что это пришло с пониманием необходимости точной
передачи кратковременных всплесков сигнала (переходных процессов), а это
справедливо как для электрического, так и для электро-механического
звеньев звукозаписывающей цепи. Ввиду все растущих размеров контрольных
комнат потребность в высокой выходной мощности мониторных систем
тревожно возросла. Это результат двух основных влияний: во-первых,
цифровая запись практически расширила нижнюю границу аудиозаписи на
целую октаву, при этом улучшая переходные характеристики передачи
носителя записи, что налагает беспрецедентные требования на переходные
характеристики мониторных систем; во-вторых, так называемое правило
«удвоения расстояния» гласит, что звуковое давление обратно
пропорционально квадрату расстояния. Другими словами, чтобы звуковое
давление возле ушей осталось на том же уровне, а расстояние до источника
удвоилось, выходную мощность источника нужно увеличить в квадрате
приращения расстояния (22 = 4), т.е. на 6 дБ. «Правило удвоения»
относится к свободному полю и не совсем применимо к помещениям с
реверберацией, но оно остается верным по отношению к прямым звуковым
волнам в реверберирующих помещениях.

Берем 6 дБ из-за увеличения размеров контрольных комнат и, скажем, 12 дБ
дополнительного запаса для беспроблемной «отработки» предельных верхов и
низов цифровой звукозаписывающей технологии; это превращается в 20 дБ
дополнительного усиления в выходной мощности мониторной системы по
сравнению с требованиями обычной аналоговой студии недавнего прошлого.
Что касается мощности, то меня несколько расстраивает то количество
звукоинженеров, которые спрашивают меня о мониторных системах: «А какую
мощность они потянут?» Они пытаются спросить меня об относительном,
воспринимаемом на слух уровне громкости, который могут воспроизвести
системы, но он же зависит от акустических ваттов, излучаемых в комнату, а
не электрических ваттов, подводимых к громкоговорителю. И соотношение
это зависит от коэффициента полезного действия громкоговорителей –
соотношения излучаемых акустических ватт к подводимым электрическим. 100
Вт, подводимая к громкоговорителю с кпд 20%, даст вдвое больше звука в
помещении по сравнению с 400 Вт, подводимыми к громкоговорителю с кпд
2,5%. На примере, электрический 1 Вт на мониторе UREI 815, имеющем
чувствительность в 103 дБ на 1 Вт на расстоянии 1 м, произведет такую же
акустическую мощность как и электрических 200 Вт, подведенных к системе
ATC SCM10, имеющей чувствительность 81 дБ/Вт/м.

Сделать мониторную систему громче особенно трудно на средних частотах,
где все конструкторские решения должны четко уживаться с
соответствующими длинами волн. На частоте 5 кГц длина волны составляет
всего 2,5 дюйма, так что первым правилом будет стремиться к малым
размерам излучателя, чтобы избежать возможных фазовых искажений. Такие
искажения могут возникнуть из-за существования нескольких путей
прохождения звука от излучателя к уху. Если генерировать сигнал частотой
5 кГц из 12-дюймового громкоговорителя, то слушателю достаточно
сдвинуться лишь на 3-4 дюйма от его оси, чтобы обнаружить разницу в
расстоянии до ближнего и дальнего краев диффузора, составляющую около
1,25 дюйма. На частоте 5 кГц это расстояние (1,25 дюйма) является длиной
полуволны, дающей взаимный сдвиг фаз в 180 градусов, так что в этой
точке пространства происходит практически полная компенсация. Это и есть
причина проявления «лепестков» в характеристике направленности
громкоговорителей прямого излучения поршневого типа.

Итак, источник средних частот должен быть достаточно мал. Говоря
практически, он еще должен быть достаточно легок, чтобы быстро
ускоряться и замедляться, застывать на месте, ускоряться, замедляться и
останавливаться опять – и так десятки тысяч раз в секунду с достаточно
большой амплитудой. Этим требованиям вполне удовлетворил бы
громкоговоритель или купол диаметром 4-5 дюймов, но как раз именно для
этого типа преобразователей типичным является кпд всего лишь в 1-2%.
Подведя 1 Вт электрической энергии, мы получим акустический выход
порядка 96 дБ на расстоянии 1 м. В отдельных случаях этот показатель
может достигать 100 дБ, но он также может быть и в районе 80 дБ или даже
ниже. Некоторые виды купольных среднечастотников в свое время были в
моде, но при использовании в составе больших систем они показывали
абсолютный предел своих возможностей. Это привело к появлению лимитеров
на некоторых видах мониторов, что лично я считаю нежелательным
добавлением в мониторных системах.

Ведь если вы собираетесь слушать «залимитированный» звук, пусть даже на
высоких уровнях громкости, то вы уже не «мониторите» входной сигнал.
Конечно, в рабочем порядке многие люди работают и на таких системах, но
мне кажется, что это похоже на отчаянную попытку вытянуть последнюю
унцию громкости из данной системной философии. Бесконечно увеличивать
максимальную подводимую мощность к громкоговорителям прямого излучения
или купольным драйверам нельзя; ведь чем больше диффузор, тем больше
вес, а это противоречит нашему требованию легкости системы для
достижения эффективности и точности характеристик воспроизведения. Но
даже если бы этих ограничений не существовало, то высокие подводимые
мощности к прибору любых размеров означают большое рассеивание тепла.
Каждое увеличение акустической мощности на 10 дБ будет приводить к
десятикратному увеличению подводимой мощности; так, увеличение на 20 дБ
потребует уже 100-кратного увеличения подводимой мощности. Если задаться
целью получить прирост акустической мощности в 20 дБ на обычной
мониторной системе с громкоговорителями прямого излучения, то получится,
что нам нужны десятикиловаттные четырех- либо пятидюймовые
громкоговорители. А если учесть, что их кпд составляет лишь около 1%, то
перед нами сразу же возникает задача рассеивания 9900 Вт тепла,
выделяемых на максимальной мощности. Рассеивание такого количества тепла
в малом объеме – это практически неразрешимая задача, что ограничивает
максимальные уровни, которые позволено развивать среднечастотным
преобразователям прямого излучения.

Другой путь получения прироста желаемых 20 дБ в выходной мощности – это
поиск путей увеличения чувствительности (или кпд) излучателя примерно на
такую же цифру. Для этого потребуется обеспечить более тесное
согласование между преобразователем и окружающим миром, то есть
разместить между ними акустический трансформатор, другими словами,
рупор! Чувствительность типичного среднечастотного конструктива
рупор/драйвер составляет от 105 дБ до 111 дБ на 1 Вт на 1 м. Эта цифра
сама по себе представляет увеличение на 20 дБ по сравнению с 91 дБ/Вт/м
обычных среднечастотных прямых излучателей, то есть это тот прирост,
который мы искали. Несмотря на то, что некоторые прямые излучатели
сегодня достигают чувствительности в 100 дБ/Вт/м, разница в 10 дБ все
еще обеспечивает неоспоримое преимущество 10:1 в выходной мощности.

2. Скрытые проблемы

В конце 1985-го мне довелось устанавливать 4-полосные мониторы Reflexion Arts 235 в Firehouse Studios на севере Лондона. Посылка с необходимыми компонентами – среднечастотными десятидюймовыми громкоговорителями JBL, которые должны были обеспечить диапазон от 300 Гц до 1200 Гц, задерживалась. В качестве временного решения мы решили установить громкоговорители Electro-Voice EVM10M. Сами по себе эти громкоговорители были по-своему хорошими и правильными, и система показывала довольно ровную амплитудно-частотную характеристику, но звучание казалось немного «хрупким» на самой верхушке. Помогло некоторое ослабление высших частот – как временное решение инженеры использовали кусочки туалетной бумаги перед слотами твиттеров. Твиттеры работали в диапазоне от 6 кГц и выше, и у всех было немало предположений относительно причин возникновения проблемы. Не успев ее разрешить, мы получили требуемые JBL 2122, и как только они были установлены, проблема исчезла, что привело в некоторое замешательство всех задействованных лиц. Была убрана туалетная бумага с твиттеров, которые работали на две с половиной октавы выше верхней рабочей частоты подменных громкоговорителей. Исследования показали, что частотные характеристики громкоговорителей EV и JBL в используемом диапазоне частот были по сути одинаковыми в пределах очень малых допусков точности. Проблема, очевидно, возникшая из-за различия гармонических искажений двух среднечастотников, оказалась совсем не в том и не там, где предполагалось. Точно так же многие другие «проблемы громкоговорителей» на самом деле оказываются проблемами усилителей, кроссоверов или микшерных пультов. Так что нужно быть очень осторожным, прежде чем делать казалось бы очевидные выводы.
В вышеописанной проблеме решением для многих представлялась коррекция амплитудно-частотной характеристики, но как раз АЧХ и не являлась причиной проблемы. Это один из моих аргументов против использования 1/3-октавных графических эквалайзеров в мониторных системах. Они часто используются как универсальная панацея от всех мониторных проблем – бесконечное двиганье ползунков в безуспешной попытке найти то самое иллюзорное «правильное» звучание. Существует такое множество проблем, искажающих характеристики звучания, которым ошибочно приписывают «амплитудно-частотное» происхождение, что с эквализацией стоит быть очень осторожным. Во многих случаях это «решение» только переносит проблему куда-то в другое место, где она остается незамеченной до более позднего времени из-за облегчения, связанного с кажущимся решением проблемы.

3. Фаза

В 1986 году в институте ISVR профессор Тейлор провел демонстрацию звуков различных инструментов с предварительно удаленным передним краем (т.е. без атаки). Без этой переходной информации, которая содержится во «фронте» ноты, различные инструменты – от гобоя и до скрипки – звучали почти неотличимо друг от друга. Именно атака ноты является фундаментальной информационной компонентой, абсолютно различающей один инструмент от другого. Этот факт уже давно известен разработчикам синтезаторов. Скудная фазовая характеристика передающего тракта автоматически приводит к неточности его переходных характеристик. Несмотря на то, что, строго говоря, сдвиг фазы применим как понятие только к симметричным, «установившимся» сигналам, его коренные причины невозможно отделить и от переходных характеристик. Наверное, именно поэтому существует некоторая путаница в терминологии. Поскольку музыка в значительной степени состоит из пульсирующих переходных и несимметричных процессов, утверждение из учебников о том, что слышимый эффект от фазового сдвига очень мал, является не совсем правильным. Какие-то фазовые различия в продолжительных и установившихся сигналах могут быть и неразличимыми, но установившиеся симметричные сигналы имеют очень далекое отношение к музыке, ну разве что вспомнить старое исключение: «флейта, в которую подули слегка».
Есть много других учебников, причем очень ценных учебников, которые в прошлом утверждали что неразличимость фазового сдвига на частотах выше сильно заметных «провалов» вследствие гребенчатого фильтрования. Однако здесь нужно помнить, что большинство таких книг написано до того, как стереоформат стал неотделимой составляющей всех музыкальных воспроизводящих систем, и до того, как появились хоть какие-то записи с точным соблюдением фазового согласования. Поэтому им не довелось затронуть проблему искажения стереообраза, да и соответствующих точных в фазовом смысле записей, какие дает нам сегодняшний цифровой мир, чтобы на них сослаться, в те дни просто не существовало. Эти работы справедливы для своего времени и своих обстоятельств, но теперь многое изменилось. Также следует помнить, что большинство исследований в те дни проводились с помощью синусоидальных или других «тестовых» сигналов и большая часть испытаний производилась в сравнительно «живых» акустически помещениях. В наши дни всерьез следует воспринимать только такие тесты слышимости фазовых сдвигов, как описанный в Уроке 6 эксперимент с «фазовым органом» Шредера*. Этот пример хорошо согласуется с прослушиванием музыки в современных мониторных условиях, ведь он проведен в акустически более «мертвых» комнатах, на более точных в фазовом смысле мониторах и с использованием современных цифровых записывающих систем.

---

* См. «Шоу-Мастер» № 2-2006 (45)

4. Абсолютная фаза

Рис.1. (а) Электрический сигнал на входе; (b) низкочастотный выход

Насколько мне известно, осталось всего три известных производителя, которые все еще придерживаются принципа «абсолютной фазы». Принцип этот строится на том, что вокалист, находящийся в студии и смотрящий в сторону контролькой комнаты и звукоинженера, при произнесении звуков «п» или «б» вызывает движение диафрагмы микрофона вовнутрь как реакцию на положительный перепад давления, вызванный волной изо рта. Из этого следует, что громкоговорители в контрольной комнате должны двинуться вперед, наружу, чтобы создать положительный перепад давления в контрольной комнате. Чтобы добиться этого, предполагается, что все электронные компоненты системы находятся «в фазе», а диффузор громкоговорителя всегда двигается наружу, если диафрагма микрофона движется вовнутрь. Эти три компании по производству громкоговорителей, которые, насколько я понимаю, следуют этому принципу, – JBL, Tannoy и Quad. 

Рис. 2. Высокочастотный выход

И если продукцию Tannoy и Quad редко встретишь в одной системе с громкоговорителями других производителей, то о JBL этого не скажешь. Громкоговорители JBL встречаются в мониторных системах многих специализирующихся в этой области производителей: Eastlake, Westlake, Urei, Reflexion Arts и многих других. Эти компании используют громкоговорители JBL вместе с громкоговорителями других производителей, таких, как Altec, Emilar, Gauss, TAD, ElectroVoice. Я встречал случаи, когда студийные инженеры пытались заменить, скажем, компрессионный драйвер JBL на TAD или низкочастотный динамик Gauss на JBL. Причем в большинстве случаев не было осознания того факта, что такая замена должна сопровождаться сменой полярности подключения громкоговорителя, чтобы не допустить сильного отклонения от паспортных характеристик системы в области частоты деления. Положительное напряжение на красной клемме динамика JBL производит движение диффузора вовнутрь, или движение мембраны от фазирующей вставки. Что касается Gauss, ElectroVoice и большинства других производителей, то тут все наоборот – положительное напряжение на красном контакте вызывает положительный перепад давления, или движение диффузора наружу.

Рис. 3. Суммированный выход – в фазе

Являются ли последствия таких замен со скрытой сменой полярности катастрофическими? К удивлению многих, не обязательно! Хотя система громкоговорителей и не функционирует так, как предусмотрено разработчиками, это же можно сказать о любой замене компонентов независимо от того, в фазе или в противофазе они находятся. Похоже, ответ на вопрос следует искать в типе используемого кроссовера, но перед тем как взглянуть на проблему кроссоверов, давайте перечислим аргументы в пользу концепции «абсолютной фазы».
Человеческое ухо реагирует в основном на полуцикл разрежения звуковой волны. Это очень нелинейный орган. Довольно долго существовало мнение, что звуки барабанов звучат по-разному в зависимости от того, куда направлен начальный скачок давления – в положительном направлении или в отрицательном – иными словами, двигает ли атака звука диффузор вовнутрь или наружу. Это принцип «абсолютной фазы», который свойственен компаниям Tannoy, JBL и Quad. Если вам приходится иногда прибегать к перемотке катушек громкоговорителей, будьте осторожны! Всегда проверяйте, в правильном ли направлении перемотана катушка. Последователи этого принципа считают, что фазовая полярность должна соблюдаться во всем тракте звукозаписывающей или звуковоспроизводящей системы, начиная с инструмента и заканчивая ушами слушателя.

Рис. 4. Сумма выходов – в фазе

Возвратимся к теме потенциальной угрозы для звука после таких замен компонентов и к зависимости от кроссовера. Многое зависит от крутизны спада. На рис.1 показана переходная характеристика низкочастотного отклика громкоговорителя JBL 5234 с электронным кроссовером с крутизной спада 12 дБ на октаву. Верхняя шкала – это входной шаговый импульс, нижняя – отклик. JBL 5234, прибор очень высокого уровня, высокого качества и типичный в своем классе громкоговорителей, определенно показывает достойные характеристики. На рис.2 показан высокочастотный выход того же кроссовера с откликом на тот же шаговый импульс. На рис. 3 показана сумма двух выходов – приемлемое приближение входного сигнала. На рис. 4 показана амплитуда давления или АЧХ просуммированных выходов, а также фазовая характеристика. Амплитудно-частотная характеристика показывает различимый провал в точке деления кроссовера, что говорит о некотором скачке в фазовой характеристике вблизи частоты деления. При простом суммировании выходы кроссовера, развернутые на 180 градусов один относительно другого, приводят к провалу амплитудно-частотной характеристики вследствие взаимного фазового компенсирования. Причем не зависимо от того, суммируем ли мы сигналы электрически на выходе кроссовера или акустически перед динамиками; эффект тот же – взаимная компенсация и провал.

Рис. 5. Сумма выходов – в противофазе

За многолетний период развития индустрии и энтузиасты hi-fi, и студийные инженеры привыкли оценивать оборудование по «ровной частотной характеристике» в буклете или журнальном обзоре. Реагируя на эту тенденцию, маркетинговые отделы компаний по производству громкоговорителей чувствовали бы себя нелегко при взгляде на характеристику вроде изображенной на рис.4. Рис.5 идентичен рис.4 во всем, за исключением одного: на одном из выходов сменили полярность. Ура, мечта маркетинговых отделов стала явью – «ровная частотная характеристика»! Такой метод получения приемлемой с точки зрения маркетинга частотной характеристики – это стандартная практика очень широкого круга производителей акустических систем. Вы можете сказать: «Но ведь громкоговорители в противофазе!» Да, это правда, но вам навстречу тут же выдвигается аргумент, что любая взаимная компенсация вследствие фазового сдвига была бы заметна только при удалении от частоты деления вверх или вниз. Смещаемся на одну октаву выше частоты деления, и низкочастотный громкоговоритель уже производит давление на 15-18 дБ меньше, чем высокочастотный, и наоборот. Получается, что взаимная компенсация из-за фазового сдвига получается очень малой, но за эту цену мы получаем ровную амплитудно-частотную характеристику. В общем смысле два громкоговорителя находятся в противофазе только на тех частотах, на которых работает лишь один из них. Поэтому считается, что они вовсе и не в противофазе.

Рис.6. Сумма выходов – в противофазе

На рис.6 показана переходная характеристика системы, созданной по такому принципу. Ясно видно, что в то время как один громкоговоритель откликается на воздействие на входе в одном направлении, другой откликается в совершенно противоположном. Очевидно, что в таких условиях мы не можем говорить о соблюдении каких-либо условий «абсолютной фазы». Я просто не смогу принять, что характеристика на рис.6 на слух такая же, как и на рис.3. Но как это работает на практике? Рис.7 – это переходная характеристика, измеренная на расстоянии 4 фута от популярной акустической системы небольшого размера. Подобие с рис.6 является безошибочным и подтверждается «ровными амплитудно-частотными характеристиками» на графиках, прилагаемых к этим системам: она действительно ровная. Многие системы работают подобным образом, и это распространенная практика при использовании короссовера с фильтрами, имеющими крутизну спада 12 дБ/окт.
Много раз при прослушивании студийных мониторов люди замечали, что при переключении между главной мониторной системой и мониторами ближнего поля барабаны меняют свою субъективную высоту звучания. Изменения в тембре можно частично отнести к тому, что именно на случайных сигналах, таких, как ненастроенная перкуссия или розовый шум, даже маленькие изменения неравномерности амплитудно-частотной характеристики очень заметны. Однако нет и тени сомнения в том, что фазовые искажения тоже играют важную роль. Если различия являются фазовыми по своей природе – никакая «амплитудно-частотная» коррекция не сравняет две акустические системы между собой.

Рис.7. Кроссовер небольшой акустической системы с крутизной спада 12 дБ/окт

Совершенно очевидно, что переходный процесс на рис.7 не похож на переходный процесс на рис.3. Поэтому смена тембра при переключении между разными системами, скорее всего, продиктована тем, что мы переключаем не только мониторные системы, но и меняем форму волны с рис.2 на форму волны с рис.7. Проводилось много тестов прослушивания с подключением таких систем «в фазе». На сегодняшний момент подавляющее число принявших участие в этом прослушивании предпочли подключение «в фазе», несмотря на провал амплитудной частотной характеристики на частоте деления. Общее впечатление о звучании выражалось словами «более открытое», «прозрачное», «естественное», несмотря на то, что провал явно был слышим, хотя это было не критично. К сожалению, никто еще не публикует графики того, как это звучит!
Таким образом, мы имеем ситуацию, когда требования к точности амплитудной и фазовой характеристик противоположны. Это что касается обычных кроссоверов с фильтрами 12 дБ/окт. Для пассивных кроссоверов характеристика спада фильтра 12 дБ/окт – это практичный компромисс между акустическими качествами, защитой громкоговорителя вне номинальных рабочих частот, потерей тепла в самом кроссовере, ценой и множеством других факторов. Такие кроссоверы широко используются из-за своей практичности и во многих случаях приемлемы. Использование кроссовера с фильтрами 24 дБ/окт в системах с двумя усилителями (каждый на свою полосу, биампинг) обычно позволяет создать более точную систему. Однако и такую систему нельзя назвать заветным непревзойденным эталоном. Сколь «усовершенствованной» бы она ни казалась, из-за своей нестандартной природы она не может использоваться для референс-мониторинга.
Итак, что получает человек, заменяющий свой динамик JBL на Gauss и не осознающий последствий смены полярности? С кроссоверными фильтрами 6 дБ/окт катастрофа неизбежна, хотя сегодня вряд ли есть большие системы с фильтрами 6 дБ/окт. Если используются фильтры 24 дБ/окт, катастрофа имеет меньшие масштабы. Вблизи частоты деления и вдалеке от нее относительная полярность громкоговорителей будет неправильной как в смысле амплитуды, так и фазы, но область кроссовера сравнительно узка и провал сравнительно узок. Но все равно фазовая точность передачи переходных процессов будет сильно понижена. В случае с кроссоверами 12 и 18 дБ/окт ответ не столь очевиден. Эти кроссоверы вообще невозможно просуммировать и получить исходный сигнал независимо от фазового режима. Здесь играют важную роль ваши приоритеты и ваши собственные уши. Только одно понятно до конца: ни одно из решений нельзя считать абсолютно правильным.

5. Пища для размышлений

1. В 1971 году Ричард Хейзер (Richard Heyser) из лаборатории Jet Propulsion компании Cal Tech опубликовал в жунале AES серию далеко идущих статей на тему прихода импульсов во времени. Прошли десятилетия, и я удивлен, что эта работа не более известна среди студийных работников, чем тогда. В сентябре 1982 года то же издание публикует документ Липшица (Lipshitz), Попкока (Pocock) и Вандеркоя (Vanderkooy) под названием «Слышимость среднечастотных фазовых искажений в аудиосистемах». В выводах они подчеркивают свое непонимание: почему все еще встречаются доклады, утверждающие, что ухо «глухо» к нелинейным фазовым изменениям? К этому я могу только добавить и свое недоумение; лишь около 1% студийного персонала, с кем я обсуждал мониторные системы, могут с какой-то степенью просвещенности говорить о природе и слышимых артефактах установившейся фазовой характеристики и фазовых особенностях импульсных характеристик.
Почти все ведущие производители профессиональных мониторных систем имеют приемлемо прямую АЧХ звукового давления. Очевидно, что причину серьезных различий в звучании разных систем следует искать где-то еще.
2. Может ли быть такое, что многие попытки оценить слышимость фазовых искажений в прошлом проводились на оборудовании, которому свойственны фазовые искажения? Такое оборудование могло бы маскировать любые потенциально слышимые различия, вносимые исследователями. Наверное, единственный коммерчески доступный излучатель звука с действительно замечательными осевыми фазовыми характеристиками – это электростатический громкоговоритель. Хотя он и не пригоден для студийного использования, электростатики надолго завоевали репутацию «ясных», «приятных», «мягких» и «прозрачных». Эти качества, без сомнения, нужно отнести к высокой степени линейности как амплитудной, так и фазовой осевых характеристик. Это свидетельство находится рядом с нами вот уже на протяжении более 40 лет.
3. Принимая во внимание то влияние, которое оказывают кроссоверы со спадом 12 дБ/окт на переходную характеристику, я не могу понять, как любая компания может исповедовать принцип «абсолютной фазы», а потом использовать кроссоверы со спадом 12 дБ/окт в своих системах. По отношению к какой части спектра они называют фазу абсолютной: к нижним или верхним частотам? Определенно, не к обеим частям!
4. Целесообразно заметить, что аналоговые магнитофоны страдают значительными фазовыми искажениями. Возможно, именно из-за этого многие попытки прошлого определить необходимость фазовой точности оказались замаскированными, особенно ввиду того, что именно магнитная мастер-лента была источником большинства воспроизводимых аудио-сигналов. Субъективная слышимость фазовой точности хорошей аналоговой магнитофонной записи находится как раз вблизи порога восприятия. Следовательно, каждую следующую копию можно считать похожей на предыдущую, с которой она сделана. Однако, гораздо красноречивее сравнивать не копию и оригинал, а напрямую сравнивать оригинал и копию через несколько поколений копирования – тогда различия действительно заметны. Изобретение цифровой записи сегодня убрало это маскирование и придало новое значение фазовой точности.

6. Характеристики краев спектра

в одной и той же комнате, что и большая система"> Рис.8. – отклик большой встроенной мониторной системы; и – отклики двух различных маленьких свободностоящих акустических систем в одной и той же комнате, что и большая система

Недавно меня пригласили в студию, где только что свели музыкальный материал для телевидения, но результаты сведения оказались бедными на низкие частоты. Один из владельцев интересовался, в чем я вижу причину проблемы, поэтому я захватил с собой несколько хорошо знакомых мне записей – все они прозвучали довольно близко к тому, что я ожидал услышать. Мы послушали тот микс, который вызывал вопросы, – его мне прислали заблаговременно для ознакомления, и в нем действительно было маловато басов. Конечно же, в студии, где он был создан, общий тональный баланс микса был хорошим, так что речь идет не о простой ошибке или недостатке опыта. Во время беседы меня довольно настойчиво спрашивали, возможно ли такое, чтобы одна и та же комната давала много басов при прослушивании одной музыки и мало – другой, на что я ответил «да».
Рис.8 показывает характеристики трех громкоговорителей в одной контрольной комнате: сплошная линия – это типичная характеристика встроенной во фронтальную стену мониторной системы с 15-дюймовым НЧ-громкоговорителем, графики точками и пунктиром – это два разных типа маленьких акустических систем, установленных на стойках перед микшерным пультом. Большие мониторы, встроенные во фронтальную стену, показывают гораздо более высокую линейность на низких частотах вследствие большой и массивной передней панели в виде фронтальной стены. Более того, им не присущ эффект отражения тылового излучения от фронтальной стены с последующим возвратом в центр комнаты, где отражения создают сильные неравномерности в общем звучании.
Ясно, что характеристики маленьких систем не полностью совпадают с характеристикой большой системы, но означает ли это, что системы несовместимы? Сложно сказать. Это, скорее, зависит от опыта пользователя и от того, как он интерпретирует то, что слышит. Большая система дает более-менее равномерную и прямую характеристику от 50 Гц до 10 кГц. Маленькие системы, частично из-за своих собственных частотных характеристик, а частично из-за своего расположения в комнате, демонстрируют тенденцию к росту давления в районе 125 Гц и провалу около 80 Гц; при этом характеристика возвращается почти к уровню «0» при приближении к 50 Гц, а потом спадает совсем. На высокочастотном краю спектра линия, помеченная точками, в общем повторяет сплошную, но продлевает свою характеристику еще примерно на треть октавы вверх по частоте. Пунктирная линия продолжается до 20 кГц и имеет несколько более «ровную» характеристику.
Сплошная линия типична для многих хороших мониторных систем, она имеет плавный, но значительный спад на частотах более 8-10 кГц и ниже 50 Гц. Линия точками – это небольшой монитор, сделанный широко известным производителем для студийной работы, и его спад на высоких частотах напоминает вышеуказанный. Пунктиром обозначена домашняя hi-fi акустическая система достаточно высокого качества. Говоря в терминах амплитудной частотной характеристики, они практически звучат одинаково в диапазоне от 160 Гц до 8 кГц с некоторыми неизбежными различиями в тональности и прозрачности: с точки зрения баланса, инженеры, использующие эти три системы, будут принимать похожие решения, касающиеся этого диапазона частот. Сначала давайте посмотрим на решения, принимаемые относительно верхних и нижних частот, и потом – относительно всего частотного диапазона.

(а) спектральный баланс фрагмента произведения, сыгранного в тональности до мажор; (b) спектральный баланс того же фрагмента произведения, сыгранного через большие мониторы в тональности ми мажор; (с) спектральный баланс фрагмента произведения с рис.9(а), сыгранного через помеченную точками систему в тональности до мажор; (d) спектральный баланс фрагмента произведения, сыгранного через помеченную точками систему в тональности ми мажор;"> Рис. 9. (а) спектральный баланс фрагмента произведения, сыгранного в тональности до мажор; (b) спектральный баланс того же фрагмента произведения, сыгранного через большие мониторы в тональности ми мажор; (с) спектральный баланс фрагмента произведения с рис.9(а), сыгранного через помеченную точками систему в тональности до мажор; (d) спектральный баланс фрагмента произведения, сыгранного через помеченную точками систему в тональности ми мажор;

6.1. Низкие частоты

На рис. 9(а) показан спектральный баланс воспроизводимого большими мониторами отрезка музыкальной программы в тональности до мажор, у которого имеются сильные основные составляющие на частотах около 63 и 125 Гц. На рис. 9(b) показан спектральный баланс того же отрезка, но уже транспонированного вниз в тональность ми мажор, с основными составляющими на частотах 40 Гц и 80 Гц. При проигрывании через большие мониторы картинка смещается влево, но в целом остается неизменной в размере и форме. Это отражает равномерность отклика большой мониторной системы в хорошей комнате. Неравномерности двух маленьких систем довольно схожи, что наводит на мысль, что происхождение этой неравномерности скорее в особенностях расположения, чем в качестве самих громкоговорителей. Характеристики обеих систем уходят из видимости на частотах ниже 40 Гц. Рис. 9(с) и (d) показывают тот же музыкальный фрагмент, но теперь сыгранный в тональностях до и ми соответственно через систему, чей график изображен точками на рис.8. (характеристика на пунктирном графике похожа на него). Теперь при проигрывании в до мажор одна из фундаментальных частот спектра (рис. 9(с) совпадает с пиком амплитудно-частотной характеристики системы на частоте 125 Гц на точечном графике рис.8. При проигрывании же в тональности ми мажор две основные частоты спектра совпадают с провалами на частотах 40 и 80 Гц, и можно четко увидеть, что в отличие от сравнения характеристик на рис.9(а) и 9(b) форма и распределение мощности характеристик на графиках на рис.9(с) и 9(d) довольно различны. Ни одна из них не совпадает с характеристиками на рис.9(а) и (b); тогда как (с) показывает усиленную отдачу на низких частотах, (d) показывает ослабленную.
Выводом из вышеприведенного может быть то, что микширование на мониторах со сплошной линией (рис.8) даст субъективно сбалансированные результаты независимо от тональности, в которой играется произведение. Микширование же на громкоговорителях с характеристиками, обозначенными точечной и пунктирной линиями, приведет к различному балансу в зависимости от тональности. Микширование в тональности до мажор приведет к появлению микса с меньшим количеством низких частот, чем в тональности ми мажор, где ослабление отклика системы будет заставлять инженера прибавлять низкие частоты к записи. Итак, из вышеприведенного можно заключить, что степень нехватки или излишка басов в записи может зависеть от тональности, но даже различение этой нехватки или излишка в миксах, сделанных на маленьких системах, при прослушивании через большие системы несет в себе еще больше вопросов.

Рис. 10. Если использовать затемненную область ниже сплошной линии а для заполнения провала b, то вся сплошная линия между 40 и 250 Гц располагалась бы на или выше линии 0 дБ. Затемненную область с ниже точечной линии можно использовать для примерного заполнения провала d, чем точечная линия приподнимется до пунктирной. Даже если сделать так, новая штрих-пунктирная линия будет находиться на или ниже оси 0 дБ, что доказывает меньшее количество звука в диапазоне от 40 до 250 Гц, чем у громкоговорителя с характеристикой в виде сплошной линии

На рис.10 показаны два графика с рис.8 в этот раз на бумаге в клетку. Если убрать все клетки ниже 200 Гц, которые ограничены точечной линией и осью 0 дБ и находятся выше последней, и заполнить ими провал в районе 80 Гц, это даст нам точечную линию ниже сплошной линии на всех этих частотах. Это означает, что в абсолютном смысле при сравнении на одинаковых уровнях средних частот большие мониторы (сплошная линия) производят гораздо больше мощности на низких частотах. Например, на розовом шуме, который имеет равномерное распределение мощности во всех треть-октавных полосах, звук будет гораздо богаче на низкие частоты при прослушивании больших мониторов. Неудивительно, что музыка с хорошим распределением низкочастотной энергии по частоте будет казаться бедной на басы на маленьких системах по сравнению с прослушиванием той же музыки на больших мониторах при той же громкости средних частот.
Теперь давайте представим, что в музыкальном материале слишком мало составляющих ниже 100 Гц. В диапазоне от 100 до 160 Гц маленькие системы в той же комнате, где их измеряли, захватывают больше клеток выше оси 0 дБ, чем большие системы. В этом случае бедные низкими частотами маленькие системы будут иметь более сильную басовую отдачу, чем большие. Здесь при микшировании на маленьких, «слабых басами» системах мы рискуем уже получить запись с недостатком низких частот по сравнению с использованием больших мониторов. Обычно бедная басами мониторная система приводит к созданию записи с излишком низких частот, ведь инженер вынужден их усиливать, чтобы возместить недостаток отдачи мониторных систем, но выше приведен случай, когда все как раз наоборот.
Нам свойственно усреднять субъективный частотный баланс примерно в 1/3-октавные полосы и затем группировать их вместе в бас, низкую середину, середину, верхнюю середину и верх или в другие подразделения субъективного восприятия. На рис.11 можно увидеть басовый диапазон, разделенный на верхнюю и нижнюю часть. Все три графика показывают среднее распределение равномерной басовой энергии от 20 до 200 Гц в сравнении со средним среднечастотным уровнем. Здесь излучатель с басовой характеристикой (а), которая начинает затухать на более высоких частотах, зато заметно простирается до более низких частот, может давать субъективно то же количество баса, что и другой излучатель (b), который остается «линейным» вплоть до более низких частот, но потом резко «умирает» при достижении частоты среза. Третий излучатель (с) имеет усиленный верхний бас как попытку субъективно компенсировать недостаток нижнего баса. Несмотря на это, очевидно, что тональное качество звучания громкоговорителя (с) не сравнится со звучанием громкоговорителей (а) и (b) при воспроизведении любого программного материала с любым количеством низких частот. Однако все три системы на большинстве музыкальных миксов дадут довольно близкие количественные балансы басовых и средних частот.
Принимая во внимание сегодняшние реалии, большая часть музыкальных произведений, скорее всего, микшируется на маленьких системах, чьи характеристики близки к графикам на рис.12(а). Здесь частотная характеристика выдержана линейной вниз вплоть до частоты, диктуемой размерами корпуса системы. При сравнении с любым из графиков на рисунке 11 эта система показывает меньшее количество басов, чем любая из вышеприведенных. Учитывая широкое распространение таких систем, в определенных обстоятельствах может возникнуть желание настроить большую мониторную систему так, как показано на рис.12(b). Субъективно при проигрывании широкого диапазона музыкальных произведений общее количество низких частот систем на рис.12(а) и (b) будет практически одинаковым, хотя по сравнению с технически более корректными характеристиками, представленными на рис.11(а) и (b), общая отдача на низких частотах громкоговорителей с характеристиками, показанными на рис.12(а), будет недостаточной. С другой стороны, большие системы зачастую используются на большей громкости, когда характеристики самого уха начинают давать заметное усиление басов; отсюда вероятность произведения похожих миксов при тихом использовании 11(а) и при громком использовании 12(b).
Здесь мы столкнулись с ужасно неприятным вопросом: для кого мы микшируем? Для 95% людей, которые будут покупать и слушать музыку на бюджетных домашних музыкальных системах, при этом жертвуя достижимым удовольствием для тех, кто купил дорогую hi-end систему? Или мы микшируем по самым высоким возможным стандартам, а домашние слушатели получают то, за что заплатили? Одного общепринятого ответа на этот вопрос не существует, но зато есть общая тенденция в сторону первого подхода для «одноразовой» музыки и второго – для «серьезной» музыки (говоря о «серьезной» музыке, я имею ввиду музыку, которая претендует на существование вне времени в отличие от музыки «для раскрутки», которую, скорее всего, забудут уже через год после выпуска; я не имею в виду здесь какие-либо конкретные жанры.) Несмотря на то, что все вышеприведенные факторы приняты во внимание, все еще существует это «маленькое чудо» непонимания и противоречивости по теме студийного мониторинга. 

Рис. 11. Графики на этом рисунке показывают три очень разные характеристики на низких частотах, которые, несмотря на различие в тональности или тембре музыкального звучания, тем не менее в большинстве случаев будут звучать с примерно одинаковым количеством басов по сравнению с серединой, в случае, если бы их характеристики выше 500 Гц были одинаковыми. Это, однако, будет сильно зависеть от природы музыкального сигнала. В общем, рок тяготеет к чему-то вроде кривой b, классика – это линия a, а многие дешевые бытовые системы звучат как c

6.2. Высокие частоты

Разные философии сосуществуют и в отношении верхнего края спектра, в частности, «последней» октавы, в диапазоне от 8 до 20 кГц. Большой процент от всех специально разработанных для мониторинга систем имеет сознательно внесенный спад на частоте около 8 кГц, который идет вниз по плавной траектории на 4-10 дБ на частоте 20 кГц. Громкоговорители, графики которых показаны на рис.8, определенно были разработаны именно по этой философии. Как уже отмечалось, акустические системы для домашнего использования типично имеют продолжающиеся более ровно до 20 кГц характеристики, но существует несколько причин, по которым большие студийные мониторные системы имеют тенденцию именно к высокочастотному спаду. Только что в предыдущем параграфе я сослался на характеристики из рис.11(а) и 12(b) как дающие субъективно близкие уровни басов при использовании низкого и высокого уровней громкости соответственно. Людям свойственно более чувствительно воспринимать высокие и низкие частоты по сравнению со средними частотами при увеличении общего уровня громкости. Когда большие мониторы используются на довольно большой громкости, может создаваться впечатление, что они звучат слишком «ярко» на высоких частотах. К тому же высокие частоты на высоких уровнях громкости быстрее приводят к усталости, особенно если человек подвергается им длительное время. Долгие годы работы привели многих опытных инженеров к выводу, что плавный спад высоких частот в больших студийных мониторах необходим и что такая частотная характеристика дает наиболее естественные результаты звучания записей, покидающих студию.
Однако, существуют и другие факторы, влияющие на выбор характеристик в области высоких частот. Во-первых, слегка «затемненная» мониторная система, способствующая появлению «ярковатого» микса, намного лучше, чем «ярковатая» мониторная система, приводящая к появлению на рынке «глуховатых» записей. В этом существует практически глобальное соглашение. Во-вторых, если рассуждать о производителях домашних акустических систем для массового использования, здесь есть своя особенность: существует нереально большое количество потенциальных покупателей, ассоциирующих именно «верхушку» и «яркость» с качеством. Как результат – неимоверное количество «цыкающих» бытовых акустических систем. Как следствие – многие бытовые системы, переделанные под мониторинг, наследуют эту продиктованную рынком характеристику вместо той, которая рассчитана на длительный мониторинг, но они все же могут являться ярчайшими представителями среди тьмы-тмущей других бытовых систем. В-третьих, Гилберт Бриггз из Wharfedale в одной из своих книг в 1950-х годах сказал, что «сбалансированная» относительно центральной частоты 1 кГц характеристика субъективно дает более-менее натуральное звучание. Другими словами, можно подниматься вверх до 20 кГц ровной прямой линией, но только при условии, что на другом краю спектра вы спускаетесь до 20 или 30 Гц. Но если ровная характеристика достижима только до 40 или 50 Гц вниз, тогда, с учетом нормальных бытовых уровней громкости, будет честным ограничивать частотный диапазон с 12-15 кГц и выше.

Рис. 12. График a типичен для многих маленьких высококачественных систем свободной установки, которые часто используются в качестве мониторов ближнего поля, наверху или непосредственно возле микшерного пульта. График b типичен для больших и высококачественных встроенных мониторных систем. Очевидно, на музыкальном материале с наличием широкополосных басовых составляющих, эта система будет давать больше общей низкочастотной энергии

Продлевая характеристику вверх до 20 кГц и теряя низкие частоты ниже 70 Гц, мы замечаем не только недостаток низких частот, но и излишек «верха», даже несмотря на то, что уровень высоких частот не поднимается выше уровня средних, если рассматривать усредненно в абсолютных единицах. Мне кажется, этот факт редко получает достаточного внимания и многие люди, даже люди с большим опытом, могли бы чаще о нем задумываться. Помните, вся музыка – это субъективный чувственный опыт восприятия, а не точная наука.
Что касается этих рассуждений о верхних частотах и естественности их восприятия и ввиду того факта, что никто из нас не имеет теоретически «средней» человеческой характеристики восприятия, есть еще один заслуживающий внимания момент, который я хотел бы осветить. В последнее время я стал просить многих академиков посмотреть на эту проблему с точки зрения аудиологии, и мне все больше кажется, что мы воспринимаем интенсивное и направленное излучение высоких частот громкоговорителями в количественной форме совсем не так, как мы воспринимаем его от других, распределенных источников.
К примеру, если взять звук, происходящий от акустической гитары или виолончели, звучание верхних октав производится многими частями инструмента и, конечно же, с множества точек на струнах. Как только мы собрали полную сумму этих высоких частот при помощи микрофона или пары микрофонов, потом воспроизвели ее через «пищалку» акустической системы, эти частоты переизлучаются уже в концентрированной форме, и ухо фиксирует уже тонкий луч высоких частот, исходящий по прямой линии от ВЧ-излучателя. И хотя другой микрофон, помещенный в позицию уха, измерит то же количество высоких частот (измеряем ли мы звук непосредственно инструмента или громкоговорителя с линейной характеристикой, работающего на той же громкости), я уверен, что субъективный уровень высоких частот, воспринимаемый ушами, различен в этих случаях. Несомненно, что ушная раковина (внешнее ухо) по-иному собирает входящие сигналы, а то, что частотный баланс входящего в ухо сигнала зависит от направления, признанный факт. Здесь я могу говорить только на основании своего собственного опыта, но мне кажется, в таких тестах легкий спад частотной характеристики на высоких частотах дает типичному громкоговорителю более натуральное звучание по сравнению с многими реальными инструментами.
Принимая во внимание все вышеизложенное, осознаешь, до чего же трудно делать какие-либо громкие заявления о том, что абсолютно правильно в мониторинге. В реальности мы можем полагаться хоть на какие-то абсолютные показатели только тогда, когда мониторы специальной разработки установлены в искусно сделанной акустической контрольной комнате. Почти во всех других случаях мы находимся в путанице компромиссов, но именно здесь важную роль приобретают мастерство и опыт инженеров. Только более полное понимание ловушек и проблем, подстерегающих нас в менее чем оптимальных условиях мониторинга, дает надежду периодически достигать «сбалансированных» результатов при работе с широким спектром музыкального материала. Без этого знания мы можем лишь продолжать бесконечные «разговоры загадками» и распространять фальшивые факты, что становится все более популярным занятием в стремительно развивающейся индустрии звукозаписи.

Редакция благодарит автора
за любезно предоставленные материалы