Мониторинг Урок 19. Мониторные системы для «бессредных» помещений

Филип Ньюэлл

Перевод и техническое редактирование

Александра Кравченко, компания Sound Consulting

www.sound-consulting.net

vita46@yandex.ru

«Всеядная» акустическая система для любых обстоятельств и условий размещения включала бы в себя все те технологии, о которых мы могли бы только мечтать, поэтому с учетом реальностей нашего мира мы в большинстве случаев занимаемся поиском наилучшего компромисса для конкретных задач. Появление бессредных помещений с «мертвым» мониторингом принесло с собой новые требования в отношении достижения компромиссов при разработке мониторных систем для использования в этих помещениях. Поскольку сами по себе эти помещения не создают для громкоговорителей никакой среды, эффективно приближая ее к состоянию безэховости, восприятие этих громкоговорителей будет таким же, как если бы они находились в безэховой камере. Что же до направленности акустики этих помещений, то она нужна лишь для создания акустического комфорта для находящихся там людей.

То, к чему мы всегда прислушиваемся, – даже в безэховых камерах (которые никогда не бывают абсолютно безэховыми во всем частотном диапазоне) – является комбинацией громкоговорителя и помещения, а поскольку реверберационный и/или рефлективный характер помещения в этом случае стремится к нулю, то определяющим фактором того, что мы слышим, становится собственно мониторная система. В действительности в этом-то и состоит смысл всей концепции: мы удаляем из уравнения фактор изменчивости акустических свойств помещения, и в результате у нас появляется намного больше шансов добиться совместимости условий мониторинга при переходе из одной студии в другую.

Сидя за микшерной консолью в кресле звукоинженера, мы, конечно же, контролируем осевой отклик мониторной системы, характеристики которого предоставляются большинством респектабельных производителей мониторов. Так что большинство различий между мониторными системами можно было найти в их внеосевых характеристиках, обусловленных особенностями проектирования и различиями в выборе приоритетов; кто-то во главу угла ставил фундаментальные аспекты дизайна, а кто-то практически не обращал на них внимания. При установке мониторных систем в изменчивых условиях разных контрольных комнат должен был присутствовать и элемент удачи, так как великолепное звучание мониторной системы в одном помещении могло оказаться разочаровывающим в другом.

Когда помещения являются достаточно рефлективными либо реверберирующими, они будут отражать обратно в позицию прослушивания энергию со спектральной характеристикой отразивших звук поверхностей вдобавок к осевой и внеосевой характеристикам мониторов, возбуждающих различные реверберационные и рефлективные поля. Хороший проект контрольной комнаты должен был способствовать достижению равномерной и гладкой характеристики распределения суммарной мощности; под суммарной мощностью подразумевается энергия, излучаемая непосредственно мониторной системой, а также энергия отражений внутри помещения. Взаимодействие этих характеристик мы уже подробно обсуждали в 9-м Уроке: в этом случае не существует возможности простой электронной балансировки этих характеристик, тем более если они не линейны сами по себе. Исправить положение можно разве что методом активного цифрового адаптивного сигнал-процессинга, который был описан в 18-м Уроке, но вполне очевидно, что лучше было бы добиться корректного баланса еще на стадии проектирования.

Короче говоря, хорошо спроектированные рефлективные комнаты с однородным временем реверберации будут показывать очень ясно любые отклонения во внеосевом отклике любых мониторных систем. Мониторные системы с широкой направленностью и с относительно равномерными осевыми и внеосевыми характеристиками проявят все недостатки в реверберационной характеристике помещения. Находясь между этими крайностями, проектировщики по-разному подходили к решению проблемы трудных» помещений, в одних случаях применялись технологии их акустической обработки, в других – предпринимались попытки контролировать направленность излучения мониторов, чтобы минимизировать проявление акустических проблем этих помещений.

Однако если принять во внимание чувствительность нашего слухового аппарата, то вряд ли кто-то удивится, что при существовании значительного неминимально-фазового контента при всей его изменчивости все эти подходы приведут к разному звучанию, причем не только друг от друга, но и в пределах своих групп. Действительно, во всех подходах – за исключением «бессредного» – существует проблема в том, что любая реверберационная энергия либо энергия отражений будет стремиться к маскировке большинства низкоуровневых деталей, присутствующих в прямом сигнале. Эта маскировка зачастую оказывает больший эффект, чем можно было бы ожидать от реверберационной энергии, поскольку она в отличие от маскировки шумом концентрируется вокруг тех же частот, что присутствуют в прямом сигнале, а также поддерживается им.

Итак, в «бессредной» среде у нас мало обусловленных отражениями проблем, поэтому на первый взгляд очевидным выбором мониторной системы была бы система с широкой и равномерной характеристикой давления. Конечно, подобная система скорее всего хорошо бы показала себя в таком помещении, однако для больших помещений подобного типа было бы очень трудно или, может быть, даже невозможно спроектировать мониторную систему, которая была бы способной выдавать достаточное количество высокочастотной энергии без ущерба для самой системы. Поскольку в таких помещениях громкоговорители не получают в плане громкости дополнительной акустической поддержки, то уровень громкости в каждой части помещения определяется исключительно прямым откликом мониторной системы. Следовательно, в большом помещении от 12 до 15 дБ мощности мониторов (а это около 90%) могут быть потрачены впустую – на озвучивание неиспользуемых в работе частей помещения. Поэтому, если подходить с точки зрения эффективности, проектировщик должен сосредоточиться на обеспечении максимально гладкой характеристики лишь в той области помещения, где и будет происходить основная работа. Если достижению этой цели препятствуют аномалии, которые возникают из-за слишком широкой направленности мониторов (к примеру, свыше 50°), то такая направленность просто не нужна, ведь вряд ли кто-то будет всерьез вслушиваться в музыку на таком большом угловом расстоянии от оси излучения мониторов. После этого нежелательный звук будет просто поглощаться внутри помещения; он не будет отражаться обратно в позицию прослушивания и наслаиваться на прямой звук мониторной системы. Важно помнить, что при перемещении в стороны – к границам позиции прослушивания и за них – изменения в звучании для слушателя должны быть плавными и незначительными.

В «бессредных» комнатах, имеющих высокий уровень звукопоглощения, любая изменчивость характеристик недопустима, поскольку в этом случае изменение позиции при прослушивании означает изменение тонального баланса, что приведет к большой неразберихе. Желаемая спектральная характеристика будет достигнута лишь в одной точке; и если в жилищах многих меломанов это допустимо, то в рабочей среде контрольных комнат – где персонал неизбежно должен перемещаться, в том числе и при обсуждении того же тонального баланса – этого допускать нельзя. В них не допускается смазывание характеристик однородностью реверберации. Звук проходит сквозь уши один раз, и только лишь один.

1.1. Фазовая характеристика

В свободных от отражений помещениях стали заметными и намного более очевидными различия в переходной и фазовой характеристиках громкоговорителей. Точная фазовая характеристика необходима в силу ее влияния на атаку сигнала, которая во многом определяет характер тембра, а также из-за ее влияния на детализацию сигналов низкого уровня, в которых заключена большая часть пространственной информации. Я решил обратиться к эксперименту с фазовым «органом» Манфреда Шредера, который состоял из серии импульсов, имеющих 31 гармонику на частотах от 100 Гц до 3 кГц с нулевым относительным фазовым сдвигом. При изменении фазы определенных гармоник – причем одной лишь только фазы – воспроизводились определенные ноты, которые были ясно слышимыми на частотах выше 100-герцового гудения серии импульсов; амплитуда этих гармоник никоим образом не изменялась. Наиболее эффективно этот «орган» проявлял себя при прослушивании в наушниках либо в безэховой камере. Любые отражения звука внутри помещения для прослушивания вносят изменения в этот «орган»: от состояния, когда он способен проигрывать мелодии, до состояния полной неслышимости нот. В этом месте следует повторить еще раз, насколько важными для нашего восприятия являются низкоуровневые детали.

Быстрая и точная шаговая функция (импульсная характеристика) уже давно была основной целью в моем подходе к проектированию, и опыт проектирования многих «бессредных» помещений лишь укрепил мое убеждение в том, что фазовая характеристика, выпрямленная насколько это возможно, является одним из основных ключей к достижению нейтрального мониторинга.

2. Практическая компоновка

Конечно, в подобных помещениях, имеющих большие размеры, от мониторов требуются значительно более высокие уровни звукового давления – примерно в 2-4 раза выше по сравнению с традиционными помещениями; это часто приводит к перегрузке нагруженных рупорами драйверов, которые находятся во встроенных мониторных системах и работают в средне- и высокочастотном диапазонах. Такая философия проектирования также поощряет минималистический подход к конструированию систем с высокой выходной мощностью и низким уровнем искажений, к примеру, двухполосных систем. Единственная точка пересечения кроссовера позволяет уменьшить фазовые аномалии, которые создаются либо относительным позиционированием громкоговорителей, либо артефактами кроссовера.

Рис.1. Расположение мониторов по Киношите: 16-дюймовые низкочастотные громкоговорители находятся над и под средне-высокочастотным рупором.

До сих пор в подобных комнатах прослеживалась тенденция к тому, чтобы драйверы в мониторах располагались на вертикальной оси, когда низкочастотный громкоговоритель расположен сразу под рупором, или – если речь шла о больших помещениях – на все той же вертикальной оси устанавливались два низкочастотных громкоговорителя с рупором между ними. Такая система изображена на рис.1; эта компоновка опубликована Шозо Киношитой в 1980-х годах. Такое расположение громкоговорителей гарантирует слушателям, которые перемещаются по помещению, что относительное расстояние между ними и каждым громкоговорителем мониторной системы будет одним и тем же.

Рис.2. Установка мониторной системы, показанной на рис.1, горизонтально. В позиции А все хорошо, и симметричность позиционирования низкочастотных громкоговорителей предполагает одинаковое время прибытия звуковой волны к ушам слушателя. Однако для позиции В расстояние – а, следовательно, и время прихода сигнала от левого низкочастотного громкоговорителя – короче, чем из рупора, не говоря уже о правом низкочастотном громкоговорителе

С другой стороны, на рис.2 показано, как будет отличаться длина пути от каждого из драйверов (равно как и их относительные фазовые отклики и, следовательно, окраска сигнала), если кабинет мониторной системы уложить на бок. При горизонтальном расположении любое перемещение по комнате будет сопровождаться постоянно изменяющейся окраской звучания, а также приведет к неточности и неоднозначности стереообраза, что обусловлено разным расстоянием и разным временем прибытия звука от разных драйверов.

Это было бы некорректно по отношению к любому положению в помещении, за исключением разве что центральной линии между мониторами (позиция «А» на рис.2).

Мониторы устанавливаются во фронтальную стену заподлицо таким образом, чтобы центр рупора находился на расстоянии примерно полутора метров от пола. Эта высота является усредненным значением для различных вариантов прослушивания – как для слушателя невысокого роста, сидящего на стуле, так и для высокого человека, который стоит здесь же. Это также хороший компромисс для нормальной ежедневной работы персонала студии.

2.1. Психо-акустические соображения

Хотя – в зависимости от того, стоим мы или сидим – имеет место перемещение относительно трех драйверов, как изображено на Рис.2, происходит это под углом в 90° к той плоскости, в которой существует обсуждаемый нами сейчас эффект. Тем не менее перемещение в вертикальной плоскости не оказывает практически никакого влияния на стереообраз; более того, большинство людей относительно нечувствительны к окраске, вызываемой аномалиями в вертикальной плоскости.

Рис.3. При вертикальной установке прямые пути к уху весьма схожи, но расстояния при отражениях по-вертикали значительно отличаются. Если бы эти отражения были в горизонтальной плоскости, то это наверняка бы привело к смазыванию стереокартины; но, к счастью, для большинства людей вертикальные отражения абсолютно безвредны в плане определения образов и их стабильности

На Рис.3 показаны типичные отражения звука от твердого пола. Когда я прочитал оригинал доклада Киношиты на эту тему, то сначала у меня возникло много замечаний. И правда, когда мне уже сейчас приходится обсуждать этот вопрос с другими проектировщиками, то многие из них тут же указывают на проблему отражений от пола и их влияния на характеристики в позиции прослушивания, однако на практике этот эффект обнаружить на слух очень трудно. Были случаи, когда в определенных местах пола, где прямой звук отражается прямо в уши инженеров, располагали звукопоглощающие конструкции. В худшем случае этот эффект производил острое подавление низкочастотных громкоговорителей (обычно в диапазоне 100-200 Гц), а результаты прослушивания при этом практически не изменялись. Направленность среднечастотной секции в вертикальной плоскости, по-видимому, будет достаточной, чтобы излучаемая волна не ударялась в пол в том месте, откуда отражение от пола может направиться в уши звукоинженеру, а затем к системе звукопоглотителей.

Вспомним, о чем говорилось в 17-м Уроке, когда мы установили громкоговоритель и всенаправленный микрофон в большой безэховой камере, а затем на расстоянии нескольких футов от них внизу разместили большую отражающую поверхность; мы измеряли эффект от влияния отражающей поверхности на общую характеристику. Если бы затем мы развернули всю безэховую камеру на 90° таким образом, что отражающая поверхность установилась вертикально (фактически это то же самое, что поставить безэховую камеру на бок), то никаких изменений в результатах измерений мы бы не обнаружили.

В то же время если мы встанем на место измерительного микрофона, то наши слуховые ощущения будут радикально отличаться в зависимости от того, где – снизу или сбоку – будет находиться отражающая поверхность. Если сравнивать со звуком от громкоговорителя напрямую, то добавление отражающей поверхности сбоку вызывало намного большие расстройства, чем ее расположение под слушателем.

Существует два механизма, которые не всегда имеют равное значение для разных слушателей. Во-первых, что более очевидно: отражения от расположенной внизу отражающей поверхности приходят к слушателю с того же горизонтального направления, что и прямой сигнал, поэтому нет ничего удивительного в том, что изменения горизонтальной стереокартины будут минимальными.

Во-вторых, отражения с боков будут поступать совсем с других направлений, результатом чего станет размытость пространственных образов. Временная размытость будет одинаковой по времени и интенсивности в обоих случаях – как при вертикальных, так и при боковых отражениях.

Однако существуют доказательства того, что последующее восприятие слушателями данных типов окраски воспринимается по-разному: большинству людей окраска из-за боковых отражений в горизонтальной плоскости не нравится больше, чем проявления отражений от пола в вертикальной плоскости.

Кроме того, особенности восприятия различных людей тоже не облегчают жизнь проектировщику. Однако в целом отражения от пола рассматриваются как относительно безобидные.

На основании утверждения, что отражения от пола большинством людей игнорируются, несмотря на замеченные при измерениях отклонения, концепция Киношиты послужила основой для моих размышлений о предполагаемых мониторах для разработанных мной вариантов помещений нового стиля.

3. Выбор компонентов

После того, как был выбран необходимый порядок расположения громкоговорителей в кабинете, решено было – из практических соображений – остановиться на двухполосной системе. Чтобы легче было в общих чертах обрисовать реальные решения, принимаемые разработчиком, я предлагаю в качестве образца использовать мониторную систему Reflexion Arts 234, что поможет проследить мыслительные процессы, которые привели к единому подходу и поиску практических решений существующих проблем.

Проектирование двухполосных систем предполагает наличие точки раздела кроссовера примерно в пределах одной октавы – от 600 до 1200 Гц. Любой драйвер с размерами, меньшими, чем 15” в качестве низкочастотного громкоговорителя не имел бы шансов воспроизводить низкие частоты на требуемых уровнях звукового давления.

Существует очень мало 15” громкоговорителей, способных воспроизводить звук на частоте 20 Гц и в то же время демонстрировать гладкую и линейную характеристику на частотах около 600 Гц и выше. JBL 2235H является одним из немногих громкоговорителей, кому это удается, причем его осевой отклик является вполне приличным вплоть до 2 кГц, однако физика громкоговорителей с конусным диффузором предсказывает появление серьезных проблем, как только диаметр подвижной системы драйвера приближается к длине волны наиболее высокой воспроизводимой частоты. Для 15” громкоговорителя такой частотой является приблизительно 1 кГц.

Окончательно и точно определиться с выбором 15” громкоговорителя могли бы помочь тестовые прослушивания, но из своего раннего опыта разработки акустических систем, когда мы уже проводили подобные обширные прослушивания, я знал, что вряд ли мы сможем найти громкоговоритель с такой «открытостью» и гладкостью характеристик, как JBL 2235H.

Я знал о существовании других 15” громкоговорителей, звучание которых субъективно глубже, чем у JBL, но ни один из них не обладал способностью столь же эффективно работать в диапазоне от 20 Гц до 1 кГц. До этого я уже использовал 2235Н в трехполосных системах с нижней точкой раздела кроссовера на частоте 800 Гц, но в некоторых ранних инсталляциях при настройке кроссовера частота раздела повышалась до 1 кГц, что, по мнению многих людей, давало наилучший результат.

Таким образом, я имел непосредственный опыт работы с этим громкоговорителем, и у меня не возникало вопросов, какой драйвер использовать вплоть до частоты в 1 кГц. Для лучшей низкочастотной поддержки можно было использовать два подключенных параллельно 15” громкоговорителя, установленных в бокс объемом почти 600 литров и настроенных на частоту резонанса 17 Гц.

Можно было бы обеспечить лучшую поддержку отклика системы в районе 30 Гц за счет более высокой настройки кабинета, но в итоге была выбрана частота 17 Гц как наилучший компромисс в достижении гладкости амплитудной и фазовой характеристик и как вариант удержания резонансной частоты в стороне от большинства естественных музыкальных частот.

Если бы использовались два 12” громкоговорителя да еще и сабвуфер на частотах ниже 60-70 Гц, то это в какой-то мере могло бы стать своего рода трехполосной альтернативой, однако в поиске нейтральности звучания одним из ключевых приоритетов была определена простота конструкции.

От средне-высокочастотного громкоговорителя требуется способность развивать свыше 120 дБ на расстоянии в 1 метр. От него также требуется иметь такую желаемую осевую частотную характеристику, при которой не понадобится никакой эквализации; внеосевая его характеристика должна соотноситься с критериями, которые мы обсуждали в предыдущих разделах для «бессредных» помещений.

Особенности разработки подобных систем громкоговорителей подробно рассматривались в 10-м и 12-м Уроках. Сочетание компрессионного драйвера с бериллиевой диафрагмой TAD TD2001 с осесимметричным рупором АХ2 практически идеально соответствовало этим требованиям.

Само собой, его осевая характеристика амплитуды давления подпадала под проектные критерии для задач мониторинга, а характеристики его направленности в свое время были темой для доклада «Осесимметричные рупоры для студийных мониторных систем», представленного в 1990 году на конференции в Институте акустики.

Использование этого рупора окончательно определило частоту раздела кроссовера, поскольку рупор уже сам по себе характеризуется спадом с крутизной 12 дБ на октаву с частотой среза чуть ниже, чем 1 кГц. Эта комбинация привлекла меня тем, что обе ее составляющие обнаружили естественный спад в необходимом диапазоне, а также своей простотой.

В общем и целом получалась двухполосная система, громкоговорители которой в рамках проектной спецификации обеспечивали частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц без каких-либо электронных корректировок. Основными ее элементами были громкоговорители, известные своим естественным и натуральным звучанием.

Система звукоусиления базировалась на моей давней и испытанной концепции, которая была описана в 7-м, а также будет представлена в 20-м и 21-м Уроках, где говорится о низкоуровневых кроссоверах и многоканальном усилении. От электронной системы требовалась отменная работа от 0 Гц до 100 кГц, точная переходная и фазовая характеристика в слышимом диапазоне.

Единственным интересным отличием здесь было то, что, несмотря на выбор для кроссовера фильтров Линквица-Рэйли (Linkwitz-Riley) с крутизной спада 24 дБ на октаву, 12 дБ на октаву уже и так обеспечивалось естественным спадом в характеристике рупора (несколько ниже частоты 1 кГц); поэтому в кроссовере фильтр низших частот обеспечивал спад 24 дБ на октаву, а фильтр высших частот – 12 дБ на октаву, так как «недостающие» 12 дБ обеспечивались естественным спадом рупора.

Размер корпусов мог составлять приблизительно 60х90х120 см с размерами лицевой панели 122х91 см. Конструкция корпусов изготавливалась из двух слоев ДСП толщиной 18-20 мм с зажатым между ними «мертвым» слоем плотностью 5 кг/м2. Крепление в трех осях помогало в защите панелей от сгибания, а стенки внутри кабинета были обработаны полудюймовым слоем приклеенного пеноматериала.

После этого был уложен еще один «мертвый» слой, а завершал внутреннюю отделку бокса слой войлока либо дакрона. Все слои были связаны друг с другом. Этот кабинет был разработан для встраивания заподлицо в тяжелые, массивные, жесткие стены в помещениях «бессредного» дизайна, где они бы выполняли функцию расширенного дефлектора, направляющего нижние частоты единым фронтом.

Продолжение статьи читайте в следующем номере