Филип Ньюэлл: Мастеринг. Урок 11. Мониторы и низкочастотные характеристики

Филип Ньюэлл
Перевод Александра Кравченко,
компания Sound Consulting
vita46@yandex.ru
www.sound-consulting.net

1. Исходные данные

Рис.1.1. Характеристики затухания 38 мониторов в безэховой камере

В какой-то мере удивительным выглядит тот факт, что все интервьюируемые в наших уроках мастеринг-инженеры в большей или меньшей степени стремились к достижению практически одних и тех же задач, но при этом среди них практически нет консенсуса в отношении выбора мониторных систем. Кстати, когда я прослушивал записанные пленки с этими интервью, то обратил внимание на то, что мой голос в каждом из них звучал по-разному, хотя расстояние от меня до диктофона практически всегда было одинаковым. Это говорит о том, что в действительности мастеринг-инженеры не только используют самые разнообразные мониторные системы, но и работают в самых различных акустических условиях.
Однако в отличие от большинства музыкантов, звукоинженеров и продюсеров мастеринг-инженеры не переходят от студии к студии. Их индивидуальные помещения являются их точкой отсчета, именно в своем помещении они привыкли воспринимать все многообразие музыкальных жанров. Они в совершенстве изучили свою индивидуальную среду мониторинга и подобрали тот комплект оборудования, который работает на них, а не на кого-либо еще. Мастеринг-инженеры сами создают себе ту среду, к которой их клиенты относятся с доверием, и это не какой-то умозрительный абсолютный эталон. В самом деле, если попросить десяток лучших мастеринг-инженеров на один день поменяться друг с другом местом работы, то практически каждого из них такая перспектива не обрадует; ведь в этом случае они остаются без тех своих «маячков», без которых они не могут быть уверенными в своих оценочных суждениях. Тем не менее во взглядах на мониторные системы прослеживаются определенные тенденции, и было бы интересно рассмотреть не только их, но и причины их существования.
Большинство мастеринг-инженеров склонны использовать мониторы средних размеров и работать в таких помещениях, акустические свойства которых находятся где-то посередине между акустикой «мертвых» комнат современных студий и более оживленной акустикой домашних помещений. В этом нет ничего странного, так как по сути эти помещения и должны быть связующим звеном между студийным миром и средой нашего обитания. Мастеринг-инженерам необходимо лучшее восприятие деталей, свойственных обстоятельствам прослушивания в домашних условиях. У них нет нужды приподнять или «поджать» бас-гитару или бас-бочку в отдельно взятом треке, они не прислушиваются к степени вовлеченности музыканта в исполнение, поскольку все это должно быть сделано еще на студии звукозаписи.

Рис.1.2. Характеристики затухания 38 мониторов в безэховой камере

В свое время существовала тенденция использовать в комнатах для нарезки дисков те же мониторные системы, которые использовались во время записи и сведения. Это объяснялось тем, что инженеры звукозаписи и продюсеры хотели слышать звучание мастер-лент таким же, каким оно было им знакомо, ведь в сущности работа здесь заключалась лишь в переносе на диск и к музыкальному мастерингу подход был скорее техническим. Сейчас же на мастеринг-студии поступает огромное количество самого разнообразного материала, который сводился на самых различных мониторах в любых акустических условиях — от хорошо контролируемых до поистине ужасных. Чтобы частично осознать глубину этой проблемы, взгляните на рис.1, на котором представлены трехмерные графики затухания 38 различных пар мониторов, которые сейчас наиболее часто используются при записи и сведении музыки. Данные графики показывают взаимозависимость время/амплитуда/частота, и при этом вы не найдете двух похожих графиков характеристик даже при том, что все они измерены в безэховой камере. А если принять во внимание увеличение беспорядочности в характеристиках, которое вызвано акустикой помещений, в которых эти мониторы обычно используются, то становится ясно, что это все только усиливает потенциальные противоречия в миксах, поступающих потом в мастеринг-студии.
Поэтому неудивительно, что отдельные мастеринг-инженеры приходят к своим выводам относительно уместности тех или иных компромиссов и в этом вопросе руководствуются иерархией своих собственных приоритетов. Определенные характеристики мониторов могут значительно облегчить вашу жизнь, в то время как другие характеристики могут лишь осложнить процесс принятия решений. Но прежде, чем мы приступим к более детальному обсуждению этих вопросов, нам следует рассмотреть некоторые важные общие аспекты характеристик громкоговорителей, которые недостаточно принимаются во внимание как персоналом студий звукозаписи, так и некоторых мастеринг-студий.
Как правило, подбор мониторной системы является уделом мечтаний многих звукоинженеров, но немногие из них осознают, что их мечты и представления попросту не могут быть реализованы в действительности. В самом деле, характеристики небольших мониторов могут служить хорошим подспорьем для начала обсуждения, потому что во многом «благодаря» им на мастеринг-студии поступает такое большое количество работ с искаженным и неуместным балансом инструментов, особенно в низкочастотном диапазоне. Казалось бы, что очевидным является тот факт, что для полноценного выполнения задач по сведению либо мастерингу необходимо быть уверенным в том, что именно вы слышите. Но правда жизни состоит в том, что многие из нас не знают, что они слышат на самом деле, и не могут отличить записываемый звук от того звучания, которое было изменено мониторами и тем помещением, в котором происходило прослушивание.

2. Великий низкочастотный обман

«Фантастически правдивая передача басов: эти маленькие мониторы действительно говорят правду о том, насколько качественно сделана запись». Всем известно, что такое типичное уверение из разряда тех, которые встречаются во многих рекламных материалах, чаще всего оказывается далеким от истины. На самом деле оно и не может быть правдой просто-напросто потому, что при сегодняшнем развитии технологий законы физики и электроакустики не позволят этому произойти. На требуемых для студийного мониторинга уровнях громкости низкочастотные свойства малогабаритных акустических систем не могут быть столь же точны в смысле частотной характеристики и переходной характеристики, как свойства хорошей большой мониторной системы, заподлицо вмонтированной во фронтальную стену хорошо акустически оформленной комнаты.

2.1. Упругость воздуха

Акустические системы с динамическими головками в корпусах являются излучателями типа «объем-скорость». Акустическая отдача является произведением площади диффузора и скорости его смещения, поэтому для любой заведомо заданной излучаемой мощности можно либо передвигать медленно большой объем воздуха, либо передвигать быстро малый объем воздуха. Для фиксированной частоты и фиксированного звукового давления большой диффузор не придется передвигать с такой же быстротой, как маленький. Меньшему громкоговорителю потребуется большее смещение и более быстрое перемещение диффузора, но из-за ограниченного объема воздуха внутри маленького корпуса акустической системы (что обычно присуще акустическим системам с небольшими громкоговорителями) разница в давлении при крайних положениях диффузора будет куда заметней, чем у акустических систем с большим корпусом. Все это неизбежно приводит к нелинейным искажениям.
Предположим, что диффузор 15-дюймового громкоговорителя, установленного в корпус объемом 500 л, имеет пиковое смещение 2 мм (от одного крайнего положения к другому). Принимая во внимание эффективный радиус диффузора, равный 6,5 дюймов или 160 мм, излучающая площадь будет равна 80000 кв. мм. Пиковое смещение в 2 мм означает смещение на 1 мм от состояния покоя в любом направлении. Значит, однонаправленный сдвиг будет составлять: 80000 мм х 1 мм3, или 80000 мм3. Это равно объему 0,08 л, поэтому статическое давление в 500-литровом корпусе монитора будет увеличено (если диффузор сдвинулся вовнутрь) на 0,08 л, или на 1/6250 долю объема всего корпуса.
Для достижения такого же уровня звукового давления 6-дюймовый громкоговоритель в 10-литровом корпусе должен перемещать тот же объем воздуха (80000 мм3). Но теперь, имея в виду эффективный радиус диффузора в 2,5 дюйма или в 65 мм, его пиковое смещение необходимо увеличить до 12 мм, так что он вынужден будет передвигаться в шесть раз быстрее, чем диффузор у 15-дюймового громкоговорителя (то есть 6 мм вместо 1 мм в заданный период времени на заданной частоте). Более того, толкание 80000 мм3 воздуха (0,08 литра) акустической системой, внутренний объем корпуса которой составляет лишь 10 л, вызовет в ней изменение давления в 1/125 долю от ее первоначального объема в сравнении с 1/6250 долей от 500-литрового корпуса большой акустической системы. Поэтому-то и степень сжатия воздуха внутри небольшой акустической системы окажется в 50 раз выше, чем у акустической системы с 500-литровым корпусом, и это различие приводит к нескольким вполне определенным последствиям.
Каждый, кто попробует остановить поток воздуха у отверстия велосипедного насоса в момент его сжатия, поймет силу упругих свойств воздуха. Этот эксперимент также помогает осознать следующее: чем больше мы сжимаем воздух, тем больше он сопротивляется этому сжатию, и велосипедный насос с перекрытым выходным отверстием практически невозможно сжать вручную более чем наполовину. Сила, необходимая для сжатия воздуха на каждый следующий кубический сантиметр возрастает со сжатием, поэтому этот процесс носит нелинейный характер. Возвращаясь к упомянутому выше случаю с 15 и 6-дюймовыми громкоговорителями, мы увидим, что маленькому диффузору в маленьком корпусе будет намного труднее сжимать воздушный объем на 1/125 своего первоначального состояния, чем большому диффузору в его большом корпусе всего лишь на 1/6250 первоначального объема (размеры диффузора здесь не имеют значения, речь идет только об объеме перемещаемого воздуха). Поэтому большие корпуса акустических систем, как правило, производят меньше искажений на низких частотах, так как в этом случае нелинейное сжатие пренебрежимо мало. Данная концепция продемонстрирована на рис. 2.

"> Рис. 2. Из рисунка видно, что чем больше газ сжимается, тем больше он сопротивляется дальнейшему сжатию. Проходящая сквозь цилиндры линия является кривой, а не прямой. Это приводит к росту нелинейных (в основном, гармонических) искажений из-за давления на заднюю часть диффузоров низкочастотных громкоговорителей. В большом боксе такое давление намного меньше, поэтому намного меньше будет и нелинейных искажений, обусловленных этим

Нелинейные свойства упругости воздуха можно также понять, если учесть, что для сжатия одного литра воздуха в нулевой объем потребуется бесконечно большая сила сжатия, в то время как для разрежения того же объема до двух литров потребуется вполне реальная, умеренная сила. Таким образом, силы, необходимые для изменения объема на определенную величину в разные стороны (для разрежения и сжатия, в этом случае — ±1 л) не равны. А это значит, что не равны и возвращающие упругие силы, порождаемые воздухом как реакция на его сжатие и разрежение во время полуциклов движения диффузора. Таким образом, нелинейные силы упругости, возникающие в сжимаемом/разжимаемом объеме воздуха, изменяются не только в зависимости от величины смещения, но и от его направления. Изменения температуры воздуха внутри корпуса способны создавать большие сложности сами по себе, а тепловые потери от обмотки звуковой катушки громкоговорителя при работе на музыкальных сигналах приводят к постоянному ее изменению во время использования. Поэтому — для любого заданного уровня звукового давления — громкоговорители в небольших корпусах более склонны к нелинейным искажениям, чем те же громкоговорители, которые установлены в больших корпусах.

2.2. Размеры, вес и чувствительность

Решающим фактором в расширении низкочастотной границы акустической системы является ее резонансная частота, так как амплитудно-частотная характеристика традиционных систем начинает довольно круто убывать ниже этой частоты. Таковы законы физики, действующие при звукоизлучении таких устройств. Резонанс зависит от жесткости воздушной пружины, сформированной объемом воздуха внутри корпуса, сопряженной с движущейся массой подвижной системы «диффузор-катушка». Тот факт, что при фиксированной величине смещения воздух в небольшом корпусе монитора оказывает более жесткое сопротивление, чем воздух в большом корпусе, приводит к повышению резонансной частоты любого помещенного в такой корпус громкоговорителя по сравнению с тем же громкоговорителем, размещенным в корпусе большего размера (т.е. нагруженного на более мягкую воздушную «пружину»). Единственный способ противостоять этому эффекту и понизить резонансную частоту до той, что была у этого громкоговорителя в большем корпусе, – это увеличить массу подвижной системы «диффузор-катушка». [Представьте себе гитарную струну: если ее подтянуть, то высота тона возрастет. Если удерживать силу натяжения (стало быть, силу упругости, – А.К.) одной и той же, то единственный способ понизить ноту – сделать струну толще, т.е. тяжелее.]
Теперь сталкиваемся со следующей проблемой: чтобы передвигать тяжелую подвижную систему на то же расстояние, какое достигалось с легкой подвижной системой в большом корпусе, потребуется выполнить больше работы – соответственно, больше затраты мощности от усилителя. При одинаковой резонансной частоте и нижней границе амплитудно-частотной характеристики более тяжелая подвижная система будет иметь меньшую чувствительность по сравнению с легкой, работающей в большем корпусе. Следовательно, для любого отдельно взятого громкоговорителя по мере уменьшения размеров его корпуса просто обязана уменьшаться и отдача на низких частотах. Как ранее замечено, увеличением массы подвижной конструкции можно восстановить необходимое расширение басовых частот, но при этом уменьшится чувствительность. На сегодняшний день выхода из этой дилеммы не существует.
Корпуса большего объема позволяют использовать громкоговорители большего размера. Конечно же, большой диффузор наверняка будет тяжелее маленького, что необходимо хотя бы для поддержания его механической надежности. Это приводит к уменьшению чувствительности в свободном поле, но зато повысить значение чувствительности в этом случае можно увеличением размеров магнитной системы. Если перенести этот пример на акустические системы с маленькими корпусами, то мы увидим, что из-за значительного изменения давления внутри них опять-таки требуется утяжеление подвески, чтобы она не деформировалась под действием больших нагрузок, а эффективность (чувствительность) акустической системы опять снижается. Здесь тоже весьма полезной могла бы быть увеличенная магнитная система, но это весьма непростая задача — вместить большой магнит в небольшой корпус, ведь тогда уменьшится воздушный объем, что приведет к увеличению жесткости внутренней упругой воздушной среды («пружины») и, как следствие, к повышению резонансной частоты. А ее, в свою очередь, возможно понизить снова дальнейшим утяжелением подвижной системы. И опять излишек массы подвески придется компенсировать увеличением подводимой мощности с усилителя, чем еще более понижается чувствительность. Увеличение подводимой мощности означает, что нам нужна катушка больше (и тяжелее), чтобы воспринимать эту мощность, что приводит к дальнейшему увеличению подводимой мощности в погоне за выходным уровнем громкости. Так что становится вполне очевидным, что существует достаточно много вещей, которые будто сговорились против эффективного воспроизведения низких частот акустическими системами небольших размеров.
Рассмотрим две акустические системы с похожими амплитудно-частотными характеристиками, но сильно отличающиеся по размерам. Большая система, такая, как UREI 815 с двумя 15-дюймовыми низкочастотными громкоговорителями, при подводимой мощности 1 Вт развивает то же звуковое давление, что и малогабаритная система типа ATC SCM10, в которую вкачивается почти 200 Вт! Существует незыблемая связь между размерами корпуса акустической системы, расширением частотного диапазона в области нижних частот и чувствительностью. Уменьшение корпуса неотвратимо ведет к ухудшению отдачи на низких частотах или падению чувствительности. Если надо повысить чувствительность, то нужно либо увеличить размеры корпуса, либо уменьшить расширение в области низких частот. Высокая чувствительность и хорошая низкочастотная отдача достижимы лишь в акустических системах с большими корпусами. Если для монитора ATC необходимо получить хорошее расширение низкочастотного диапазона, то нужно смириться с его низкой чувствительностью; этого требует физика упругости воздуха. ATC SCM10 имеет объем корпуса примерно 10 л; UREI 815 имеет объем почти 500 л. Принимая во внимание, что обе системы покрывают один и тот же диапазон частот, разность их чувствительности в результате составляет 22 дБ. Другими словами, при подаче на монитор АТС мощности в 200 Вт мы получим ту же громкость, что и при подведении на монитор UREI мощности всего лишь в 1 Вт.
Маленькие диффузоры при быстром и сильном перемещении склонны к образованию еще одного вида искажений – искажений Доплера (или частотной модуляции). Эта проблема часто обостряется в силу того, что небольшие по размерам громкоговорители используются для работы, как правило, вплоть до более высоких частот, чем большие, а это делает Доплеровы искажения более заметными. Длинный ход диффузора также означает больше движения в подвижной системе (гофры и «пауки»), а эти системы также склонны к нелинейности по своей природе. Дело в том, что силы, возвращающие в исходное положение подвижную систему, редко когда равномерны при смещении диффузора. Это приводит к усилению интермодуляционных и гармонических искажений по сравнению с тем, как ведут себя большие диффузоры сравнимого качества, двигающиеся с малой амплитудой. Чем большей амплитуды смещения мы добиваемся, тем больше смещение потребуется в статическом магнитном поле магнитной системы, что приводит к увеличению непостоянства магнитного потока и к еще более заметным искажениям профиля Вl (коэффициента магнитной индукции).
Вдобавок к этому пониженная чувствительность акустических систем с малыми корпусами означает, что на катушке выделяется большее количество тепла по сравнению с тем, которое выделяется обмотками больших громкоговорителей при том же звуковом давлении. Эта проблема усугубляется и тем фактом, что меньшие по размерам акустические системы имеют больше проблем с рассеиванием тепла, что приводит к температурной компрессии мощности: чем горячее становится магнитная катушка, тем больше возрастает ее сопротивление и тем меньше мощности она потребляет от усилителя при фиксированном значении подводимого напряжения. Получаемая при этом компрессия мощности добавляет свою долю искажений. Таким образом, отчетливо видно, что механизмы формирования искажений в малых акустических системах намного сильнее, чем в аналогичных системах больших размеров. Но даже и это еще не все. Ускоренно толкающие воздушный слой малые диффузоры могут образовывать турбулентность, которую можно услышать в виде странных шумов: происходит срезание воздушного потока на краях диффузора. Как видим, есть достаточно причин, почему при одном и том же качестве исполнения диффузоры больших размеров, двигающиеся с меньшей амплитудой, менее склонны вызывать искажения, чем меньшие диффузоры, имеющие большую амплитуду смещения.

2.3. Коммерческие решения

На производителей и разработчиков акустических систем оказывается сильное давление с коммерческим оттенком со стороны определенной группы людей, абсолютно невежественных в отношении вышеописанных проблем. Рынок требует от мониторов и акустических систем роста выходной мощности, расширения частотного диапазона и уменьшения размеров корпусов этих систем, поэтому их разработчики и производители лезут из кожи вон в попытке наиболее полно соответствовать этим требованиям. Одним из способов расширения отдачи на низких частотах является использование фазоинверторного решения с одним или несколькими портами. В таких системах масса воздуха внутри трубы (фазоинвертора) резонирует с «пружиной», образуемой упругостью заключенного в корпусе воздуха. Если выбрать резонансную частоту чуть ниже частоты, где начинает «заваливаться» амплитудно-частотная характеристика громкоговорителя, то общую амплитудно-частотную характеристику можно расширить. Тогда резонанс в трубе принимает работу на себя на тех частотах, где громкоговоритель начинает терять свою силу излучения.
По мере приближения частоты сигнала к резонансной, эффективное расширение низкочастотной отдачи посредством фазоинвертора увеличивает нагрузку на тыльную сторону диффузора громкоговорителя. Это помогает ограничивать передвижение подвижной системы и предохранять громкоговорители от перегрузок. К сожалению, как только частота становится ниже резонансной, воздух начинает бесполезно вкачиваться и выкачиваться через отверстия и контроль над перемещениями диффузора полностью теряется. Во многих активных мониторных системах для того, чтобы резко ограничить мощность подаваемого на диффузор сигнала на частотах ниже резонансной частоты фазоинвертора, используются электронные фильтры. Этим обеспечивается более высокая выходная мощность системы в пределах ее расчетного диапазона частот, причем без риска перегрузки или механического повреждения из-за высоких уровней сигнала ниже резонансной частоты. Таким способом получают более ровную амплитудно-частотную характеристику системы на более низких частотах, чем у систем с закрытым корпусом того же размера, и добиваются более высоких уровней звукового давления (SPL) без риска для целостности громкоговорителей, но за эти преимущества приходится платить слишком дорогой ценой. Под угрозу ставится фазовая характеристика системы, а значит, и ее временные (импульсные) характеристики.

Рис. 3. График затухания импульсной характеристики малогабаритной акустической системы с корпусом «закрытого» типа. В данном случае — Yamaha NS-10M

2.4. Испытание временем

Нужно понимать, что резонансная система (а фазоинверторная система по своей природе является резонансной, – А.К.) не может запускаться и останавливаться мгновенно. Временная характеристика фазоинверторных систем, как правило, длиннее, чем у похожих моделей с закрытым корпусом. Это означает, что переходные процессы, пропускаемые через данную систему, будут «размыты» ею во времени. Импульсная характеристика будет длиннее. Более того, присутствие электрических фильтров высших частот еще более «растянет» импульсную характеристику, ведь электронные фильтры – те же самые настроенные резонансные цепи. Как правило, чем круче характеристика фильтра для данной частоты, тем дольше он будет «звенеть». Отсюда следует, что более эффективная защита обычно приводит к большему «размыванию» переходных процессов. На рис.3 показано затухание низших частот акустической системы с корпусом «закрытого» типа с типичным для таких систем «завалом» на низших частотах. На рис.4 показана низкочастотная характеристика акустической системы с подобными габаритами, но с корпусом фазоинверторного типа и с электронной защитой (фильтром высших частот, – А.К.). Очевидно, что характеристика на рис. 4 является более прямой на низших частотах, но прямая амплитудно-частотная характеристика – это еще не залог высокого качества звучания акустических систем. Посмотрите, как временная характеристика «звенит» в диапазоне 20-100 Гц еще долго после того, как звуки на более высоких частотах уже затухли.

Рис. 4. График затухания импульсной характеристики акустической системы с фазоинверторным оформлением корпуса такого же размера, как у системы на рис.3

На рис. 5 показаны соответствующие переходные характеристики, а на рис. 6 – графики удаления акустического центра. Из графиков отчетливо видно, насколько проигрывают акустические системы с фазоинверторным оформлением корпуса по сравнению с акустическими системами с «закрытым» корпусом. Низкие частоты у фазоинверторных систем медленнее нарастают (как можно увидеть на рис. 6) и дольше затухают (как можно увидеть на рис. 5), а этим приносится в жертву т.н. «низкочастотный пробой». На рис. 7 даны для сравнения два графика из рис.6 и график акустического источника большой полнодиапазонной мониторной системы, которая вмонтирована во фронтальную стену в акустически подготовленном помещении. Из этого сравнения становится ясно, почему монитор Yamaha NS-10M (а до него и Auratone 5C) заслужил репутацию «большого монитора» небольших размеров с рок-н-ролльным «пробоем».

Рис. 5. Переходная функция акустических систем, чьи графики затухания изображены на рисунках 3 и 4 в сравнении с электрическим входным сигналом, воздействующим на систему. а) и b) — переходная функция громкоговорителей, которые были показаны на рисунках 3 и 4. График с) показывает электрический входной сигнал, подаваемый к каждому из громкоговорителей. Переходная функция также известна, как функция Хевисайда. Заметьте, как быстро отклик системы NS-10M возвращается в нулевое положение относительно оси амплитуд

Спад амплитудно-частотной характеристики у акустических систем с «закрытым» корпусом ниже частоты резонанса составит 12 дБ на октаву, в то время как фазоинверторная конструкция покажет спад 24 дБ на октаву, ведь ниже частоты резонанса колебания у отверстий резонаторов уже не совпадают по фазе с колебаниями диффузора. Поскольку крутизну спада амплитудно-частотной характеристики на нижних частотах зачастую еще более увеличивают добавлением электрических защитных фильтров ниже частоты резонанса, то вполне типичными оказываются спады шестого и даже восьмого порядка (36 дБ и 48 дБ на октаву соответственно). Обладающие такими методами защиты, некоторые маленькие системы могут производить высокие уровни звукового давления на сравнительно низких частотах, но от этого страдает временная (т.е. переходная) точность характеристик таких систем. Мы вернемся к обсуждению этой темы в 12-м уроке.
Неизбежным следствием такого положения вещей является тот факт, что разные резонансы, присутствующие в разных системах, способствуют возникновению разных «характеров» у акустических систем, разной окраски воспроизводимого ими музыкального материала. В условиях домашнего прослушивания это может и не быть проблемой, но в студиях звукозаписи такое непостоянство окраски звучания не добавляет уверенности в работе. Если сведенная запись по-разному звучит на разных системах, то как можно понять, какая же система является наиболее правильной, какой баланс инструментов при сведении является корректным? Чтобы было более понятно, отметим следующую тенденцию: хорошо спроектированные акустические системы с корпусами «закрытого» типа звучат более-менее похоже, чего не скажешь о маленьких фазоинверторных моделях. Резонансы «закрытых» систем, как правило, легче поддаются контролю и являются обычно лучше демпфированными, чем резонансы их фазоинверторных аналогов. Поэтому, амплитуда частотной характеристики остается наиважнейшей характеристикой звучания акустических систем с корпусами «закрытого» типа, в то время как именно временная характеристика фазоинверторных систем обуславливает различные характеры их звучания. Существует достоверные основания полагать, что долгими годами использования мониторы Auratone и Yamaha NS-10M обязаны быстрому затуханию своих временных характеристик. Посмотрите, как их характеристики (графики №9 и №36 на рис.1) демонстрируют одинаковое затухание на всех частотах. На всех остальных графиках такого нет, а нижние частоты явно «зависают».

Рис. 6. Графики углубления акустического центра (или источника), соответствующие характеристикам затухания на рисунках 3 и 4. Графики углубления акустического центра соответствуют переходной функции графиков на рис. 5. На этих графиках отображается задержка сигнала в зависимости от частоты: с какого кажущегося расстояния за акустической системой излучаются низкие частоты. Поскольку каждый метр соответствует примерно трем миллисекундам, то можно оценить, как низкие частоты, воспроизводимые акустическими системами с «закрытыми» корпусами, приходят более «плотно» вместе со всеми остальными частотами – по сравнению с фазоинверторными системами

«Завал» низких частот системы, используемой для микширования (сведения), не является большой проблемой сам по себе, потому что все неверные решения по балансу в этом случае можно будет исправить при помощи эквализации позже, скажем, во время мастеринга. С другой стороны, ошибки, спровоцированные неточностями во временных характеристиках, обусловленных добавлением в мониторы фазоинверторов либо резонансных фильтров, могут привести к просчетам, особенно в балансе перкусионных и тоно-образующих инструментов, таких, как бас-бочки и бас-гитары, баланс которых после сведения исправить уже практически нереально. Ошибки, спровоцированные неточностями во временных характеристиках мониторов, будут приводить к неправильным решениям и ошибкам при сведении, которые уже не исправить. Интересно отметить, что большинство мастеринг-инженеров, даже из числа не обладающих специальными техническими знаниями, все-таки не выбрали себе для работы вялозатухающие резонансные фазоинверторные мониторы. Накопленный опыт сам привел их к этому решению.

2.5 «Переходной» компромисс

Когда речь идет об
акустических системах с 10-литровыми корпусами, возникает вопрос о
достижении «линейного», неокрашенного мониторинга в наиболее широкой
полосе частот на сравнительно высоких уровнях звукового давления. На
данный момент общий ответ один: мы этого достичь не можем. Известно, что
существует компромисс между расширением низких частот, звуковым
давлением на низших частотах и размерами корпуса монитора. Точно так же
при попытке преодоления проблем малых корпусов введением фазоинверторов и
электрической защиты неизбежно возникает и компромисс между звуковым
давлением на низших частотах, расширением границы басов и точностью
переходной характеристики.
Итак, мы имеем ситуацию, когда при низких
уровнях звукового давления возможно получить хорошее расширение на
низких частотах даже у акустических систем с маленькими корпусами; но
как только смещение диффузора — а значит, и изменение внутреннего
давления в корпусе — начинает изменяться весьма существенно, тогда
нелинейные свойства упругости внутреннего воздушного объема приводят к
высокому уровню искажений. Помните, что для небольших акустических
систем с корпусами «закрытого» типа еще существует и проблема отвода
тепла от обмотки громкоговорителя. Из-за низкой эффективности системы
приходится повышать подводимую мощность, поэтому перегрузки и
перегорание обмоток подвижных систем громкоговорителей – частые случаи
при увеличении уровня развиваемой громкости. Нагревание обмотки приводит
к термической компрессии, которая ограничивает динамику движения
диффузора, не позволяя ему двигаться точно в такт с изменением входного
сигнала. Этот процесс также добавляет гармонических искажений на выходе.
И, конечно, цена всего этого — ухудшение импульсных характеристик, о
чем мы поговорим в следующем уроке.
На графиках на рис. 3 и 4 можно
увидеть, что вне зависимости от типа корпуса затухание не бывает
мгновенным и наблюдается некоторый спад во времени. Часто задается
вопрос: неизбежно ли увеличение продолжительности импульсной
характеристики при попытке эквализации (выравнивания)
амплитудно-частотной характеристики на низших частотах, особенно для
«закрытых» корпусов? На самом деле, выравнивание амплитудно-частотной
характеристики должно приводить к укорачиванию временной характеристики
посредством корректировки ошибок фазово-частотной характеристики,
возникающих в месте «завала» на низких частотах. Это означает, что
независимо от того, мал корпус или велик, эквализирована система или
нет, акустическая система с «закрытым» корпусом все равно будет давать
более короткую временную характеристику, чем фазоинверторная. На рис. 8
приведены сравнительные данные. Стоит обратить внимание, что огромное
количество специалистов звукозаписи явно отдают предпочтение точной
временной характеристике перед линейной амплитудно-частотной
характеристикой, выбирая себе для работы такие модели мониторов, как
NS-10М и Auratone (и другие с подобными характеристиками). Как сказал в
1-м уроке Майк Браун, очень хорошо, когда вы можете достичь ровной
частотной характеристики, однако для мастеринга существуют и более
важные характеристики. Многие мастеринг-инженеры поддерживают это
мнение, называя низкий уровень искажений и точность импульсных
характеристик более важными параметрами мониторинга. Как уже
упоминалось, ошибки сведения, обусловленные неравномерностью частотных
характеристик, поддаются коррекции путем эквализации, и в этом
утверждении есть своя логика. (Строго говоря, нам следовало бы
использовать термин «амплитуда давления в зависимости от частоты» или
«амплитудно-частотная характеристика» ведь понятие «частотная
характеристика», с технической точки зрения, включает в себя еще и
фазовую частотную характеристику. Но поскольку это не академический
труд, будем пользоваться популярным термином.)
Представляется весьма
разумным, что «расширенные» фазоинверторами басы вполне подходят для
того, чтобы «завести» музыкантов во время процесса записи, когда
необходимо создать подходящую атмосферу для записи выступления, а не
рассматривать тонкости каждого отдельного звука. Однако в процессе
микширования потребуется другой, более критический взгляд и,
следовательно, другой набор мониторов. На стадии же мастеринга
требования к звуковой прозрачности становятся еще более высокими.
Кое-кто
заявляет, что быстрые временные характеристики у маленьких мониторных
систем не так уж важны, потому что их время затухания все равно короче,
чем у большинства помещений, в которых они будут использоваться. Но при
этом такие люди не осознают, что маленькие мониторные системы обычно
используются в ближнем поле, то есть в пределах критического расстояния,
где прямой звук и отзвук помещения одинаковы по громкости.
Следовательно, если слушать в ближнем поле, то характеристики
акустической системы доминируют над общими характеристиками. Это и есть
одна из принципиальных причин использования мониторинга ближнего поля.

центра: мониторы, упоминавшиеся в графиках на рис. 6, и вмонтированная заподлицо в стену студийная мониторная система. а) 700-литровая широкополосная мониторная система, вмонтированная заподлицо в стену. b) Yamaha NS-10M. с) популярный фазоинверторный монитор ближнего поля. Обратите внимание, как соответствующий график системы NS-10M повторяет эту же характеристику большого монитора, Поэтому и неудивительно, что NS-10M имеет репутацию монитора с «рок-н-рольным пробоем»"> Рис. 7. Сравнение графиков углубления акустического центра: мониторы, упоминавшиеся в графиках на рис. 6, и вмонтированная заподлицо в стену студийная мониторная система. а) 700-литровая широкополосная мониторная система, вмонтированная заподлицо в стену. b) Yamaha NS-10M. с) популярный фазоинверторный монитор ближнего поля. Обратите внимание, как соответствующий график системы NS-10M повторяет эту же характеристику большого монитора, Поэтому и неудивительно, что NS-10M имеет репутацию монитора с «рок-н-рольным пробоем»

2.6. Последствия

Нелогичность мышления, недостаток фактических данных, привычка упорно следовать традиционным измеряемым характеристикам при разработке акустических систем привели в итоге к производству продуктов, которые и соответствуют этим традиционно признанным нормам. И это даже несмотря на то, что многие специалисты предпочли иные мониторные системы, чьи характеристики не соответствовали общепринятым техническим требованиям. Другими словами, специалисты нашли ту акустическую систему, которая дает надежный результат в работе, хотя зачастую они находились в полном неведении относительно того, какой вид имеют графики частотных характеристик этих систем, а иногда и попросту игнорируя эти графики.
Нужно добавить, что значительная доля невежества относительно этих фактов присутствует и во многих компаниях-производителях, где люди, которые диктуют что и как производить, очень часто не являются ни разработчиками акустических систем, ни инженерами звукозаписи. Во многих случаях это просто бизнесмены. Так что без ясных и внятных сигналов от звукозаписывающей индустрии о ее потребностях бизнесмены производят лишь то, что они надеются продать в больших количествах. Если это означает борьбу за улучшение каких-либо не относящихся к делу характеристик, то это именно тот путь, которым они и будут идти. Все это и привело к такому положению дел, когда низкочастотными характеристиками маленьких «мониторных» систем правит хаос. Приоритетное улучшение временных характеристик многих малогабаритных мониторов, наметившееся в последнее время, является сильно запоздалым. А маркетологи продолжают битву за расширение и выравнивание низкочастотного диапазона в небольших акустических системах.

3. Выбор для мастеринга

с «закрытым» корпусом. а) График затухания, показывающий последствия электронного «выпрямления» амплитудно-частотной характеристики на примере временной характеристики системы Auratone. Хотя амплитудно-частотная характеристика прямая на более низких частотах по сравнению с фазоинверторной системой на рис. 4, временная характеристика все еще намного короче, а затухание — намного быстрее. К сожалению, такая эквализация не является практическим решением, т.к. система будет сильно перегруженной даже на очень низких уровнях звукового давления. Тем не менее, сравните этот график с характеристикой без эквализации (b), из чего можно заметить, что временная характеристика не была ни малейшим образом удлинена при корректирующей эквализации"> Рис. 8. Время/частота: эффект эквализации в мониторах с «закрытым» корпусом. а) График затухания, показывающий последствия электронного «выпрямления» амплитудно-частотной характеристики на примере временной характеристики системы Auratone. Хотя амплитудно-частотная характеристика прямая на более низких частотах по сравнению с фазоинверторной системой на рис. 4, временная характеристика все еще намного короче, а затухание — намного быстрее. К сожалению, такая эквализация не является практическим решением, т.к. система будет сильно перегруженной даже на очень низких уровнях звукового давления. Тем не менее, сравните этот график с характеристикой без эквализации (b), из чего можно заметить, что временная характеристика не была ни малейшим образом удлинена при корректирующей эквализации

Немногие из опрошенных мастеринг-инженеров используют в своей работе небольшие фазоинверторные мониторы. Мастеринг-инженеры нуждаются в системах с низким уровнем искажений на всех частотах и точными импульсными характеристиками, поэтому они преимущественно используют мониторы с достаточно большими корпусами. Как уже говорилось, импульсные характеристики большинства фазоинверторных мониторов могут привести к неточностям в балансе, например, бас-бочки и бас-гитары. Поэтому большинство мастеринг-инженеров предпочитают мониторы с закрытыми корпусами. И хотя эти мониторы не имеют таких низкочастотных амплитудных характеристик, как фазоинверторные мониторы, тем не менее их звучание является куда менее резонансным. По изложенным выше причинам мастеринг-инженеры практически не используют в своих системах и электроакустических ограничителей.
Дальше мы рассмотрим концепцию временных (импульсных) характеристик, поскольку они имеют определяющее влияние на точность мониторинга, хотя их недооценивают в мире звукозаписи.


Редакция благодарит автора
за любезно предоставленные материалы