Christie

Мониторинг: Урок 9. Эквализация и измерения мониторных систем

Филип Ньюэлл
Перевод Олега Науменко,
Техническое редактирование
Александра Кравченко,
vita46@yandex.ru

Введение

Наверное, всем проектировщикам студий приходилось время от времени слышать от персонала студий просьбы создать громкоговоритель, комнату или мониторную систему, идентичные уже существующим по звучанию, или по крайней мере хотя бы повторить некоторые из основных параметров. Обычно считается, что корректировка частотной характеристики приведет два непохожих по звучанию устройства в состояние подобия. Несомненно, это заблуждение, иначе дешевую скрипку можно было бы «эквализировать» и заставить звучать как скрипку Страдивари, а это, как мы знаем, невозможно.
Если мы хотим, чтобы две акустические системы звучали одинаково, одинаковой должна быть не только их конструкция, необходимы еще и одинаковые условия прослушивания. То же условие подобия применимо и к комнатам: для получения похожих звуковых характеристик помещения должны быть похожей конструкции. Согласно классической акустике общее качество звучания любого громкоговорителя или системы всецело определяется частотной характеристикой амплитуды звукового давления, фазово-частотной характеристикой и уровнем нелинейных искажений в данной системе. Но ключевой вопрос в том, насколько близки должны быть характеристики двух систем для того, чтобы они показались нам, в общем-то, близкими по звучанию.
Графики амплитудно-частотных характеристик, публикуемые большинством производителей оборудования, являются «подслащенной» версией реального положения вещей – во многих случаях детализированные реальные графики просто не проходят «цензуру» маркетинговых отделов компаний. Ирония в том, что, даже если бы никто не «сглаживал» графики, немногое изменилось бы – просто каждый использовал бы в своих суждениях более чувствительную шкалу оценки графиков. С другой стороны, такая система оценки более наглядно показала бы, насколько мы далеки от совершенства.
Как и многие другие проектировщики студий, я отказался от идеи «эквализации мониторов для выравнивания звучания комнаты» еще в конце 1970-х. В обществе ходит еще много «сказок» на эту тему даже сейчас, хотя правда уже давно установлена. Судя по числу людей, спрашивающих всегда и везде, когда я делаю установку мониторов: «А какой графический эквалайзер Вы используете?» или «На каком этапе Вы приводите в действие анализатор спектра?», миф об использовании эквализации мониторов в «профессиональных» студиях живет и процветает.
Не подумайте, что эквализация как таковая противопоказана в мониторных системах, но существует всего лишь три общих набора обстоятельств, когда она применима. Ее нельзя использовать для коррекции проблем реверберации в помещениях, происходящих во временной области, поскольку такое действие является попыткой междоменной (частотно-временной) коррекции, последствия которой всегда весьма плачевны. Довольно забавно, но именно в этом состояла основная функция эквализации в 1970-е годы.
Уже сама идея эквализации мониторной системы может обернуться коварной, как минное поле, стороной. Ведь даже если существуют веские причины для использования графического эквалайзера, то третьоктавная эквализация редко способна скорректировать характеристики под реально необходимую картину, разве что применяемая коррекция очень плавная и неглубокая. Для примера предположим, что мониторная система имеет нежелательный подъем на частоте, скажем, 58 Гц, что на третьоктавном анализаторе спектра выглядит как подъем на 63 Гц. Поскольку ближайшая полоса на эквалайзере находится на 63 Гц, ею попытаются воспользоваться с целью «поставить на место» частоту 58 Гц по анализатору (т.е. опять же по столбику 63 Гц на анализаторе). В результате получается провал на следующей ближайшей частоте, которую захочется «приподнять» следующим движком эквалайзера. Это, в свою очередь, приведет к подъему на следующей, более высокой, частоте, которую придется «подрезать», и так далее. Исправляя один подъем на 58 Гц, мы рано или поздно получим прямую на анализаторе, но для этого придется нарисовать перекати-поле на графическом эквалайзере. А ведь мы начинали всего лишь с небольшого подъема на 58 Гц... Картинку, нарисованную на графическом эквалайзере, нельзя назвать инверсией нашей исходной характеристики, а значит, она не имеет права на жизнь. В конце концов, когда играет музыка, то подразумевается, что мы будем слушать ее, а не смотреть на график достаточно грубого анализатора.
Несмотря на хорошие показания анализатора, акустически звучание в комнате вовсе не покажется нам таким уж равномерным. Я еще не видел в жизни мониторный графический эквалайзер, который бы осуществлял инверсию частотной характеристики комбинации «комната плюс громкоговоритель». За исключением, возможно, редких и крайних случаев, легко услышать, насколько чище и естественнее становится звучание после его отключения. Отключив мониторные эквалайзеры, вы отчетливо услышите, не переэквализированы ли треки на микшерном пульте, ведь теперь они не замаскированы неестественным звучанием мониторной системы. Еще эквалайзеры склонны вносить нежелательные фазовые сдвиги, особенно, когда выставлены подъем и провал на близких частотах. Такое иногда делают в неудачной попытке устранить неминимально-фазовый сдвиг в кроссовере или в любом другом звене системы.
Когда в Лондоне в 1978 году была окончена постройка новой студии, с самого начала там были установлены 27-полосные графические эквалайзеры. Их проверяли каждые полмесяца, но после нескольких месяцев были замечены странные вещи со звуком. Техники перепроверили еще и еще раз, но заданная кривая по-прежнему красовалась на экране анализатора. Стало очевидно, что постепенная перестройка компенсации, выполняемая каждые пару недель, привела к совершенно иным установкам эквалайзера, чем первоначальные, выставленные сразу после запуска студии. В результате вышесказанного две или более различные установки графического эквалайзера могут привести к одинаковой прямой характеристике на экране анализатора. Очевидно, все они не могут быть правильными, и, по всей вероятности, ни одна из них не правильная! Они просто не могут точно соответствовать реальному положению вещей. В довершение вышесказанного добавлю, что даже разные выпуски анализаторов и микрофонов не всегда соответствуют друг другу, да и в используемых микрофонах есть различия – поверхностные, свободного поля, всенаправленные и кардиоидные. Какой микрофон использовать, зависит от того, что вы измеряете, но слишком часто встречается использование микрофонов, не адекватных для данной задачи.

Уместность эквализации

Вот три ситуации, в которых может быть уместной эквализация мониторов:
1. Для коррекции разброса характеристик громкоговорителей в тех случаях, когда такие различия носят минимально-фазовый характер.
2. Для компенсации «усиления комнаты», когда громкоговоритель расположен довольно близко к стене или смонтирован на стене, и, как следствие, образуется излишек низких частот.
3. Для получения «желаемой кривой», например, когда звукооператор хочет, скажем, применить плавный или ступенчатый спад амплитудно-частотной характеристики выше некоторой частоты.
Все вышеупомянутые ситуации вызваны амплитудно-частотными отклонениями, поэтому к ним и применима коррекция в частотной области. С другой стороны, аномалии реверберационного происхождения имеют место во временной области, поэтому они не могут быть устранены корректировкой в частотной области. Мое практическое решение в указанных трех случаях таково:
1. Разрабатывать системы с широкой полосой воспроизводимых частот и с достаточной линейностью характеристик, в соответствии с достойным качеством звучания. Это должны быть системы, которым не нужны подъемы на низких или высоких частотах для «выпрямления» характеристик.
2. Устанавливать громкоговорители, параметры которых позволяют учесть возможное «усиление комнаты» еще на стадии разработки.
3. Регулировать «желаемые кривые» по возможности только ручкой уровня высокочастотного громкоговорителя.
Мой подход в отношении проблем неадекватной или нежелательной реверберации: решать их акустическими методами внутри комнаты, минимизировать их вклад направленным действием громкоговорителей или научиться с ними жить.
Такие проблемы – следствие сложных взаимосвязей, которые возникают между составляющей сигнала, достигшей ушей ранее других, и пришедшими после нее отражениями и реверберацией с их характерной тембральной окраской. В первых трех случаях мы корректируем акустический сигнал, производимый самими громкоговорителями. Так, любой минимально-фазовый спад или подъем (в каком-то диапазоне частот, – пер.) можно эквализировать, что наряду с восстановлением амплитудно-частотной характеристики восстановит (выровняет) и фазово-частотную характеристику, устраняя аномалию. Если же такой провал или подъем не является минимально-фазовым, тогда выравнивание амплитудно-частотной характеристики эквалайзером не восстанавливает фазово-частотную характеристику, следовательно, подвергает волновую форму сигналов импульсного характера еще большему искажению. Если отдача монитора имеет некий минимально-фазовый спад амплитудночастотной характеристики, то усиление данных частот эквалайзером позволит выпрямить как амплитудную, так и фазовую характеристики. Однако, к сожалению, каждые 3 дБ усиления удваивают подводимую к громкоговорителю мощность в диапазоне усиленных частот. Следовательно, применяя такое усиление, недолго наткнуться на проблемы с динамическим диапазоном системы в усилителях или громкоговорителях. Более того, я еще не слышал, чтобы эквалайзер мог точно повторить инверсию аномалии амплитудно-частотной характеристики, так что он просто видоизменяет эту аномалию. 1/3- или даже 1/6- октавный спектральный анализ слишком груб для суждений о частотных характеристиках и их сходстве. Каким-то образом регулярность подъемов и провалов в коррекции эквалайзера всегда оказывается более заметной (звучит как эквализация), в сравнении с такой же неровной, но менее регулярной исходной амплитудно-частотной характеристикой монитора с более натуральным звучанием, более близким к желаемому первоначально.
Я думаю, даже если эквалайзер используется только по «правильным» причинам, именно равномерность расположения его фильтров на октавной частотной оси заставляет мониторы звучать «эквализированно». В случае, когда неравномерности амплитудно-частотной характеристики носят неминимально-фазовый характер, как, например, на частотах деления кроссоверов, то любые пробы их коррекции неизбежно приведут к усугублению неравномерности фазово-частотных характеристик, придавая, несомненно, ненатуральный характер общему звучанию. Такие проблемы практически неизбежны в больших системах, но решать их нужно настолько близко к причине возникновения, насколько возможно. Их нельзя устранить эквализацией с равномерным числом фильтров на октаву.
Громкоговоритель излучает низкие частоты практически всенаправленно, и ограничивающие помещение стены, пол и потолок вынуждают волну изменить направление движения, концентрируя энергию по направлению вперед. В конструкторской философии наиболее развитых мониторных систем это свойство в той или иной степени учитывается с целью регулировки усиления низких частот. Когда мониторы монтируются в стены, фактор концентрации низкочастотной энергии обычно тоже учитывается в концепции разработки. Однако время от времени можно видеть далеко не идеально расположенные мониторы в комнатах, не подходящих этим мониторам по своей конструкции, где и становится заметной поднимающаяся или спадающая на низких частотах амплитудно-частотная характеристика. Такой подъем или провал частотных свойств комнаты нельзя путать с реверберационными аномалиями, берущими свое начало во временной области. Эффект «усиления комнаты» вследствие отражения от близко расположенных поверхностей является минимально-фазовым и имеет те же временные характеристики затухания, что и сам громкоговоритель. Значит, эта проблема лежит в частотной области, она влияет на все имеющие отношение к делу частоты в одинаковом смысле, поэтому она может быть устранена эквализацией, что приведет к выпрямлению общей частотной характеристики. Реверберация в помещении, с другой стороны, зависит от длины волн, присутствующих в отраженной энергии. Такие отражения имеют неминимально-фазовый характер; они тоже приводят к появлению провалов и подъемов частотной характеристики, которые не совпадут с дискретными фильтрами обычного эквалайзера.
Проблема электронной эквализации недостатков реверберации в том, что в отличие от всенаправленного микрофона, измеряющего стационарный белый или розовый шум в комнате, наши уши легко различают первый приход звукового сигнала и отраженное послезвучание. Если на каких-то частотах время реверберации в комнате слишком большое, отраженная энергия заставляет эти частоты казаться громче других. К сожалению, если подавлять эти частоты в частотной характеристике монитора, то и в поступающем к ушам фронте волны энергия на этих частотах будет подавлена. Таким образом, амплитудно-частотные и фазово-частотные свойства такого переходного импульсного сигнала исказятся, следовательно, «естественный» саунд будет почти наверняка недостижим ввиду потери целостности частотной структуры импульса во времени.
Пройдя через некоторый период акклиматизации в помещении, наш слух и мозг вскоре усваивают общий характер звучания по речи и другим шумам. Вскоре человек становится способен автоматически компенсировать реверберацию в комнате в своем мозгу. И если только эта реверберация не столь огромна, чтобы бесповоротно маскировать деталировку звука, восхищает, как точно наше восприятие может подстраиваться под акустику помещения! Когда мы пытаемся эквализировать мониторы под установившуюся частотную характеристику звука в помещении, волновые фронты сигналов звучат очень неестественно. Мало того, что они уже искажены по амплитуде и сдвигу фаз, наш мозг все еще пропускает звук через свою настроенную систему автоматической компенсации. Наследие 1970-х, когда «эквализация помещений» была нормой, в ответе за многое и по сей день.
Следует помнить, что здесь я анализирую положение в студии. Бывают ситуации, когда просто необходимо компенсировать временные проблемы частотной коррекцией, например, в концертных залах. Когда группа играет одиночный концерт в зале с 5-секундным временем реверберации, определенно акустику помещения нельзя исправить акустическими методами в рамках имеющихся времени и ресурсов. Здесь может возникнуть крайняя ситуация, когда на некоторых частотах зал сильно гудит и маскирует нюансы звучания ещё несколько секунд после их воспроизведения, и тогда нужно делать что-то радикальное. При живом выступлении среди всех возможных решений предпочтительнее даже ценой потери фазовой целостности сохранить ясность и разборчивость. Поэтому приходится подавлять эти неприятные частоты, но такая крайняя ситуация никогда не должна возникать в студии, и даже если возникнет, есть время устранить ее акустическими методами. Ведь студийный «концерт» никуда переезжать на следующий день не собирается. Ясно одно: старая технология розового шума, измерительного микрофона с анализатором спектра вышла из моды и потенциально опасна в неопытных руках, но позже мы обратим внимание на имеющиеся альтернативы.

Взаимность времени и частоты

(а) переходная функция (функция Хевисайда), (мгновенный скачок уровня), изображенная на экране осциллографа (непрерывна по частоте, одна точка во времени).
(b) (i) Импульс, как он выглядит на осциллографе (непрерывен по частоте, одна точка во времени) или (ii) синусоида, как она выглядит на анализаторе спектра (непрерывна во времени, одна точка на оси частот).
(с) Синусоида на экране осциллографа (непрерывна во времени, одна точка на оси частот)">

Рис. 1.

(а) переходная функция (функция Хевисайда), (мгновенный скачок уровня), изображенная на экране осциллографа (непрерывна по частоте, одна точка во времени).

(b) (i) Импульс, как он выглядит на осциллографе (непрерывен по частоте, одна точка во времени) или (ii) синусоида, как она выглядит на анализаторе спектра (непрерывна во времени, одна точка на оси частот).

(с) Синусоида на экране осциллографа (непрерывна во времени, одна точка на оси частот)

Время и частота тесно взаимосвязаны самим определением понятия частоты, которая есть «количество колебаний фазы в единицу времени». Наблюдая единственную частоту на экране анализатора спектра, мы увидим один столбик. Анализатор спектра изображает амплитуду в зависимости от частоты. Похожую картину мы увидим, взглянув на импульсный сигнал в осциллографе, который изображает зависимость амплитуды от времени. Синусоидальный сигнал – всего лишь точка на оси частот, импульс – всего лишь одна точка на оси времени. Если же мы, наоборот, посмотрим на синусоиду в осциллографе, мы увидим ее непрерывность во времени – она занимает весь экран и все пространство слева и справа за его пределами. Если же посмотреть на импульс через анализатор спектра, мы, попросту говоря, увидим, что присутствуют все столбики – импульс является непрерывным на оси частот (рис. 1). Строго говоря, чистую синусоиду нельзя включить или выключить. Она существует в бесконечности вечно.Соотношение между спектром импульса и волновой формой синусоиды носит название преобразования Фурье по имени французского ученого, впервые описавшего математические соотношения между временной и частотной областями. Преобразование Фурье должно выполняться на каждой частоте, что при анализе широкополосных сигналов представляет собой весьма изнуряющий вычислительный процесс. Развитие компьютеров привело к появлению алгоритма БПФ (FFT), или Быстрого преобразования Фурье. Анализаторы спектра по принципу БПФ способны генерировать импульсную характеристику, используя в качестве возбуждения шумовые сигналы, такие, как белый или розовый шум или псевдослучайный бинарный сигнал (PRBS, pseudo random binary signal). PRBS содержит дискретные частоты с интервалом, скажем, 20 Гц, что позволяет анализатору «настроиться» на сигнал с большей скоростью, чем если бы пришлось ожидать случайного появления каждой частоты в белом или розовом шуме, который, как и одиночный импульс, содержит все частоты.
Еще одно следствие взаимности импульсных и установившихся (продолжительных) сигналов –характерная взаимосвязь их фазовых свойств. Это одна из причин, по которым фазовая «честность» системы так важна везде, где речь идет о «естественном» звуковоспроизведении.
(а) фазовый сдвиг на - 90 град. заставляет максимум (ii) сдвинуться по отношению к (i), но весь промежуток времени все еще заполнен сигналом. Только форма движется вдоль оси.
(b) временной сдвиг импульса – это движение вдоль оси времени. Импульс занимает другой промежуток времени">

Рис. 2.

(а) фазовый сдвиг на - 90 град. заставляет максимум (ii) сдвинуться по отношению к (i), но весь промежуток времени все еще заполнен сигналом. Только форма движется вдоль оси.

(b) временной сдвиг импульса – это движение вдоль оси времени. Импульс занимает другой промежуток времени

Поскольку частота – это число изменений фазы в единицу времени, то понятие сдвига фазы присуще лишь каждой отдельно взятой частоте. После сдвига фазы синусоида покажет смещение своей формы вдоль оси времени (рис. 2(а). Импульсный сигнал не может иметь фазового сдвига, поскольку состоит не из одной частоты, но из непрерывного набора всех частот. Движение изображения волновой формы импульса вдоль оси времени будет означать просто другой момент появления этого импульса во времени (рис. 2(b). Такое смещение во времени представляет собой не фазовый сдвиг, а наклон фазовой характеристики.
Каждый раз, когда мы вмешиваемся в мониторную систему при помощи графического эквалайзера в попытках откорректировать неминимально-фазовые искажения, такие, как реверберация (т.е. где для улучшения АЧХ ухудшается фазовая точность), мы скорее удаляем себя от реальности, нежели приближаемся к ней. Так что в попытке оценить, что же на самом деле происходит с характеристиками мониторов, необходимо одновременно смотреть как на амплитудную, так и на фазовую характеристику системы в зависимости от частоты.
Посредством БПФ-анализа и связанного с ним метода измерений MLSSA (Maximum Length Sequence System Analysis), в котором в качестве тестовых сигналов используются довольно длинные последовательности генерируемых компьютером, повторяющихся псевдослучайных шумов, можно прямо на месте измерения оценивать фазовую и амплитудную информацию. Эту информацию можно рассматривать в ракурсе свойств самого громкоговорителя или свойств помещения, а можно в виде комбинации того и другого. В БПФ-анализе могут использоваться любые хорошо известные случайные сигналы или даже импульсы и другие шумы. Каждый такой измерительный сигнал имеет свои преимущества и недостатки.

Практически применимые измерительные сигналы

Половина волны прямоугольного импульса содержит большой набор частот, находящихся в абсолютно определенной амплитудной и фазовой зависимости одна по отношению к другой. Поскольку любые искажения волновой формы приведут к потере временного и частотного баланса в системе, очевидно, что точное воспроизведение прямоугольного импульса в присутствии таких искажений невозможно. То есть предпосылками для точной передачи прямоугольного сигнала служат точные амплитудно-частотная (frequency response) и фазовочастотная характеристики системы. В связи с этим актуальным является достижение правдивой передачи громкоговорителем прямоугольного импульса, поскольку если он точно воспроизводит прямоугольный импульс, он так же точно передаст и сигнал любой другой формы.
С точки зрения исследований наиболее пригодными являются два крайних случая прямоугольных импульсов, которые несут в себе все частоты. Первый случай – дельта-функция, или короткий импульс. Это очень короткая одиночная прямоугольная волна, сменяющаяся длительным промежутком «молчания». Другая крайность – переходная функция, или функция Хевисайда («скачок», «ступенька»), на практике – половина прямоугольной волны с «включенным» состоянием большой длительности. Поскольку обычный прямоугольный импульс имеет сначала подъем, потом спад, чтобы избежать ошибочной гребенчатой фильтрации ввиду измерения на конечных отрезках времени, такие измерительные импульсы должны быть либо очень короткими, либо бесконечно длинными. Короткий «бросок» дельта-функции и длительная «ступенька» – практическая реализация этого принципа. Причем выбор между ними зависит сугубо от удобства использования, поскольку во время последующей сигнальной обработки одну можно получить из другой путем интегрирования или дифференцирования.
Короткий импульс, или дельта-функция имеет некоторые практические ограничения. Во-первых, генерировать его точно, без возникновения нежелательных выбросов и «подзвонов», очень трудно. Во-вторых, поскольку он представляет собой очень короткий пакет энергии, практически невозможно услышать или определить по осциллографу наличие клиппирования на каком-нибудь участке системы. Нелинейные искажения, возникающие в результате механического клиппирования (ограничения) в громкоговорителе, на слух могут остаться незаметными, зато делают результаты измерений бесполезными. В-третьих, низкочастотные составляющие дельта-функции настолько маломощны, что низкочастотные громкоговорители не получают шанс проявить себя, равно как и недополучают энергию для возбуждения резонансов на измеримом уровне. Переходную «ступеньку» легче генерировать, она лучше работает с басовыми громкоговорителями и в целом более удобна в смысле суждения о «громкости» измерительного сигнала, позволяя проводящему измерения давать адекватную оценку подводимой к динамику мощности. Так что в этом случае вероятность клиппирования в системе, равно как и сильных случайных нелинейных искажений намного меньше.
Для получения импульсной или переходной характеристик и системы (реакций системы соответственно на дельта-импульс и на переходную функцию, – прим.пер.) при помощи БПФ можно использовать белый, розовый или PRBS-шум, но и здесь без использования специальных приемов «гейтирования» измерения потребуется проводить в безэховой камере, поскольку влияние акустики помещения на установившиеся сигналы невозможно отделить от вклада самих излучателей. Используя простое гейтирование, можно получать реакцию системы на «ступеньку» во времени практически в реальном времени и посредством БПФ-анализа наблюдать как амплитуду давления, так и фазовый сдвиг системы в зависимости от частоты. Причем нет необходимости извлекать измеряемые мониторные системы из их привычного места использования, а значит, из их фактических условий нагрузки за исключением случаев, когда измерения проводятся в слишком маленьких комнатах, где первые отражения приходят к измерительному микрофону ранее, чем низкочастотные составляющие переходного сигнала поступят в БПФ-алгоритм.
Здесь следует помнить: помещение – это составляющая воздушной нагрузки громкоговорителя. Изменение положения находившегося в стене монитора, свободная установка его в помещении или даже в углу может серьезно повлиять на характер этой нагрузки. В месте, где низкочастотный громкоговоритель передвигает большее количество воздуха, он сделает больше работы. Если этот излишек работы проявляет себя в виде увеличения акустического давления, то, вне всякого сомнения, свойства громкоговорителя изменились под влиянием изменившейся среды. Это ранее упомянутое «усиление комнаты», которое поддается корректировке правильной эквализацией. Вне зависимости от реверберации помещения свойства громкоговорителя сильно зависят от окружающих условий. Для правильной оценки характеристик монитора, особенно на низких частотах, необходимо измерять его именно в «родном» рабочем окружении и положении. Именно поэтому графики импульсной/переходной характеристики, полученные с импульсных источников звука, лучше реализуются на практике, чем полученные через БПФ при помощи шумов, поскольку, если требуется исключить из измерений вклад помещения, последние требуют переноса тестируемых мониторов в безэховые условия.

О заметных отличиях звучания громкоговорителей

(а) — Электростатический излучатель
(b) — Двухполосная мониторная система.
Обе системы ведут себя достойно в пределах ± 2_ дБ почти во всем рабочем диапазоне">

Рис. 3.

(а) — Электростатический излучатель

(b) — Двухполосная мониторная система.

Обе системы ведут себя достойно в пределах ± 2_ дБ почти во всем рабочем диапазоне

В представительном ряду из около тридцати высококачественных среднечастотных громкоговорителей отличались даже идентичные модели громкоговорителей из одной и той же поставки, хотя все они звучали достаточно похоже на имеющих сильную тональную основу звуках, например, на резонирующих барабанах, синусоидах или тональных сигналах плавающей амплитуды. Однако при прослушивании звука водопада не нашлось и двух похожих. Ирония в том, что сходство менее дорогих громкоговорителей более низкого качества было куда очевиднее, поскольку их внутренние недостатки влекут за собой легко узнаваемое подчеркивание тех или иных особенностей характеристик. Задаваясь такими характеристиками наряду с другими известными ограничениями рабочих параметров, производить похожие по звучанию излучатели намного легче. Не без иронии скажу: чем более качественными становятся среднечастотные громкоговорители, тем больше различий между ними возникает.
Люди время от времени говорят, что записи той или иной хорошо известной группы, как кажется, всегда звучат хорошо независимо от того, на чем и где их проигрывают. Любопытно, что при помощи EPQ-полосового визуального монитора, способного наблюдать серию узких частотных полос, было замечено, что такие записи имеют очень сильные основные тональные составляющие. В них отмечено сильное превосходство «чистых» псевдосинусоидальных волновых форм. Такие узкополосные или синусоидально-ориентированные сигналы дают отличительный звуковой отпечаток, который слабо поддается разрушению. Обратная крайность этому – склонность линейных широкополосных систем поднимать различия в аномалиях широкополосных сигналов над их сходствами. Чем лучше система, тем больше различий мы увидим.
Несглаженный, некорректированный график амплитуды и фазового сдвига на основе 2000-точечного БПФ, измеренный на расстоянии 2 м от излучателя">
Рис. 4.

Несглаженный, некорректированный график амплитуды и фазового сдвига на основе 2000-точечного БПФ, измеренный на расстоянии 2 м от излучателя

Более того, некоторые производители публикуют идеализированные графики, дополняя их показателями допустимых отклонений параметров. Хотя такие характеристики могут показаться весьма и весьма достойными, разброс параметра у двух громкоговорителей при точности ± 2 дБ может составлять 4 дБ на любой отдельной частоте. Такие спецификации очень важны для системных проектировщиков и пользователей, но и они не дают четкого представления о звуковой совместимости различных громкоговорителей с похожими характеристиками. Хотя это в основном касалось узкополосных неровностей, у меня есть опыт импульсных измерений, и мне доводилось видеть разброс параметров ± 5 дБ, а не ± 2 дБ, как часто пишут в спецификациях. Но я не обличаю производителей за такую практику, ведь они используют общепринятые методы. Я просто подразумеваю, что общепринятые на сегодняшний день методы никак не способствуют установлению сходства звучания. Эти проблемы не решаются обычным третьоктавным анализом и эквализацией. Эта эквализация может в отдельных случаях обеспечить лучшее звучание, но такая коррекция редко дает более высокую степень «точности» звучания.

Характеристики комбинации «помещение + громкоговоритель»

Если мониторная система обладает высокой линейностью, то, скорее всего, свойства помещения будут доминировать в общем восприятии качества звучания, а стало быть, большое значение будут иметь характеристики реверберации. Здесь сложность в том, что время реверберации, полученное с использованием всенаправленного источника, например, стартового пистолета, совсем не соответствует тому, что получается при работе в помещении мониторов, имеющих направленное действие. Ввиду отсутствия какого-либо фиксированного стандарта диаграмм направленности точно сказать, какое именно время реверберации будет «наилучшим» для данной комнаты, невозможно. Только рассматривая реверберацию как неотъемлемую и составную часть мониторной системы, можно установить точные требования к какой-либо комнате.
Импульсная функция. Идеальный громкоговоритель будет воспроизводить такую форму волны в герметичной безэховой камере">
Рис. 5.

Импульсная функция. Идеальный громкоговоритель будет воспроизводить такую форму волны в герметичной безэховой камере

Импульсные измерения комбинации «комната+громкоговоритель» посредством БПФ дают графическое представление о реальной установившейся частотной характеристике всей мониторной комбинации. Только если импульсная характеристика установившегося состояния и гейтированная осевая импульсная характеристика дают одинаковые и достаточно прямые графики амплитудно-частотной характеристики, тогда такие характеристики можно считать хоть сколько-нибудь «точными». А для соответствия индивидуальному вкусу в этом случае возможна «подгонка» амплитудно-частотной характеристики посредством эквализации, базируясь на средних уровнях громкости, факторах усталости или любых других соображениях. Но по крайней мере эта коррекция будет звучать в соответствии с прилагаемой электрической эквализацией, не привнося никаких дополнительных аномалий.
Хотя многие люди предполагают, что всенаправленные акустические системы более точно повторяют характеристики оригинальной среды звукозаписи, сферическая дисперсия вызывает необычайно высокое соотношение отраженной энергии к энергии прямого сигнала в комнате прослушивания, тем самым размывая стереообраз. Дисперсия 60 град. или 80 град. является, наверное, разумным значением для горизонтального угла охвата средне- и высокочастотной секций студийного монитора. Говоря это, замечу, что для получения равномерного звучания при передвижении по комнате импульсная/переходная характеристика на 30-градусном отклонении от оси монитора должна как можно точнее совпадать с полученной на его оси.
Импульсная функция. Характеристика мониторной системы, в которой используется рупор АХ2">
Рис. 6.

Импульсная функция. Характеристика мониторной системы, в которой используется рупор АХ2

На рис. 6 показано практическое использование этого метода. График – это переходная характеристика большой двухполосной мониторной системы, установленной в соответствующим образом спроектированной контрольной комнате, измеренная с расстояния около двух метров. Быстрый подъем, хорошо собранное затухание и отсутствие заметных резонансных выбросов – все это напоминает электростатический излучатель. Система может развивать более 120 дБ перед микшерным пультом и имеет рупорное нагружение выше 1кГц (т.е. электростатической не является). Многие опытные слушатели признали эту систему по звучанию очень похожей на обычные электростатические акустические системы, только значительно более мощной по звуковому давлению. Без сомнения, в плане переходной характеристики это самая близкая к электростатикам система (рис. 5-9).
Когда я впервые предложил публиковать переходные характеристики в спецификациях акустических систем, многие спрашивали, почему я заново предлагаю делать то, от чего в прошлом все уже не один раз отказывались. Считалось, что, хотя графики переходных характеристик не похожи, они не показывают, какие именно возникли различия. Мне кажется, что в то время слишком многие акустические системы были слишком неудачными, чтобы показывать похожие графики, пригодные для сравнения, – проблемными были сами системы, а не методика их оценки.
Импульсная функция. Характеристика электростатического громкоговорителя – быстро затухает из-за слабой передачи низких частот">
Рис. 7.

Импульсная функция. Характеристика электростатического громкоговорителя – быстро затухает из-за слабой передачи низких частот

Как показано на рис. 6, когда начинаешь приближаться к цели, картина вдруг обретает смысл. Амплитудная и фазовая характеристики системы показаны на рис. 4. Очевидно, они должны быть прямыми для получения такой переходной характеристики, которая изображена на рис. 5 и 6. Однако дело в том, что такие характеристики, полученные в помещении в позиции прослушивания, были достигнуты без применения электронной эквализации. Рупор был специально акустически подобран под требуемый компрессионный драйвер, а также под свойства соответствующей комнаты. Проблемы реверберации помещения решались исключительно акустическими методами. Единственное досадное отклонение находится на частоте деления кроссовера, но оно носит неминимально-фазовый характер и коррекция обычными методами не могла восстановить амплитудную и фазовую линейность. Стало понятно, что любые попытки линеаризовать какой-либо кусочек этого диапазона будут разрушительны по отношению к нейтральности звучания и естественной музыкальности системы. В любом случае полоса этого отклонения настолько узка, что его можно считать практически неслышимым и оставить как есть до лучших времен. Использованные в системе громкоговорители были выбраны в широкой рабочей полосе частот и субъективно нейтральными по звучанию. А эти две вещи вовсе не обязательно одно и то же.
Импульсная функция. Характеристика мониторной системы Tannoy Dual-Concentric">
Рис. 8.

Импульсная функция. Характеристика мониторной системы Tannoy Dual-Concentric

Я по-прежнему рекомендую переходные характеристики и соответствующие амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики, полученные путем БПФ, в качестве общепринятого стандарта оценки для всех акустических систем и комбинаций «помещение + акустическая система», предназначенных для студийного мониторинга высокой точности. Общее направление технологического развития должно идти в сторону более правдивого воспроизведения таких «ступенчатых» сигналов, после чего правдиво будет воспроизводиться и все остальное.
Одно из интересных наблюдений в тестовых прослушиваниях среднечастотных громкоговорителей в ISVR осенью 1989 года было следующим: восприятие установившихся (продолжительных) сигналов казалось более чувствительным к неравномерностям амплитудно-частотной характеристики, тогда как импульсные (кратковременные) звуки казались различными из-за «смазывания» амплитудно-временной характеристики вследствие низкой фазовой точности излучателей. В частотной области фазовое опережение или отставание можно откорректировать сравнительно простыми электронными мерами, но для коррекции сдвига во временной области потребуется исправление причины возникновения аномалии.
Импульсная функция. Характеристика двухполосной мониторной системы, получившей широкое распространение во многих студиях">
Рис. 9.

Импульсная функция. Характеристика двухполосной мониторной системы, получившей широкое распространение во многих студиях

Как обсуждалось в предыдущей статье, цифровая обработка сигналов делает возможным управление временем, фазовым сдвигом и амплитудой как одним целым. Внесением моделирующей задержки между источником сигнала и громкоговорителем, затем пропусканием опережающего сигнала через эту задержку можно обнаружить проблемы в характеристиках, инвертировать их, опередить, приложить к исходному сигналу прежде, чем истечет время задержки корректирующей системы. Такое управление вполне может оказаться шагом вперед в точности воспроизведения импульса. Несомненным остаётся одно: учитывая всю сложность описанных взаимосвязей, анализатор спектра, измерительный микрофон и графический эквалайзер – это слишком упрощенная система оценки и коррекции. За исключением разве что некоторых специфических случаев, с их помощью за многие годы принесено больше вреда, чем пользы. Ведь если все, что вам нужно, – это широкий подъем низов или верхов, немногие эквалайзеры способны звучать естественнее, чем простой регулятор тембра «низкие/высокие» типа Baxendall!

Редакция благодарит автора
за любезно предоставленные материалы.

Литература:
P. R. Newell, K. R. Holland, `Impulse Testing of Monitor Loudspeakers`.
Proceedings of the Institute of Acoustics, Reproduced Sound 5 Conference,
Windermere UK. Vol 1, Part 7, pp. 269-275 (1989).


Panasonic в Еврейском музее
Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Российское подразделение Sennheiser в этом году отметило свое 10-летие. Генеральный директор ООО «Сеннхайзер Аудио» Наталья Березовская рассказала корреспонденту журнала «Шоу-Мастер» о становлении компании в России и странах СНГ.

Александр Айдакин: Научитесь критически относиться к тому, что вы делаете!

Александр Айдакин: Научитесь критически относиться к тому, что вы делаете!

12 июня 2012 года под Самарой состоялся очередной (четвертый по счету) фестиваль «Рок над Волгой». Этот феерический музыкальный праздник с участием культовых отечественных и зарубежных групп («Аквариум», «Би-2», «Ленинград», «Ю-Питер», «Garbage», «Limp Bizikit» и т.д.) посетило более 300 тыс. зрителей. О подробностях «кухни» этого замечательного фестиваля, а также о повседневной работе звукорежиссера, о поисках собственного творческого пути и о многом другом сегодня читателям «Шоу-Мастера» рассказывает Александр Айдакин – известный звукорежиссер (группы «Ленинград», «Рубль» и другие) и FOH-инженер фестиваля «Рок над Волгой».

Вах!

Вах!

Легендарный рокер, “маленький итальянский виртуоз” и “гитарист-трюкач”, вдумчивый музыкант, человек, который играл с Заппой, Van Halen, Whitesnake и массой знаменитых гитаристов, от Ингви Мальмстина до Роберта Фриппа, дьявол с гитарой из фильма “Перекрестки” и ученик (а также друг) Джо Сатриани. Все это – Стив Вай, и 18 марта он провел свой первый мастер-класс в Москве. За день до мастер-класса в ДК им. Горбунова корреспонденту “Шоу-Мастера” Аюру Санданову удалось задать Стиву несколько вопросов в ходе пресс-конференции, которая проходила в обновленном магазине “МузТорг“.

Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Российское подразделение Sennheiser в этом году отметило свое 10-летие. Генеральный директор ООО «Сеннхайзер Аудио» Наталья Березовская рассказала корреспонденту журнала «Шоу-Мастер» о становлении компании в России и странах СНГ.

Александр Айдакин: Научитесь критически относиться к тому, что вы делаете!

Александр Айдакин: Научитесь критически относиться к тому, что вы делаете!

12 июня 2012 года под Самарой состоялся очередной (четвертый по счету) фестиваль «Рок над Волгой». Этот феерический музыкальный праздник с участием культовых отечественных и зарубежных групп («Аквариум», «Би-2», «Ленинград», «Ю-Питер», «Garbage», «Limp Bizikit» и т.д.) посетило более 300 тыс. зрителей. О подробностях «кухни» этого замечательного фестиваля, а также о повседневной работе звукорежиссера, о поисках собственного творческого пути и о многом другом сегодня читателям «Шоу-Мастера» рассказывает Александр Айдакин – известный звукорежиссер (группы «Ленинград», «Рубль» и другие) и FOH-инженер фестиваля «Рок над Волгой».

Мониторинг. Урок 18. Активные контрольные комнаты

Мониторинг. Урок 18. Активные контрольные комнаты

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

Мониторинг: Урок 9. Эквализация и измерения мониторных систем

Мониторинг: Урок 9. Эквализация и измерения мониторных систем

Наверное, всем проектировщикам студий приходилось время от времени слышать от персонала студий просьбы создать громкоговоритель, комнату или мониторную систему, идентичные уже существующим по звучанию, или по крайней мере хотя бы повторить некоторые из основных параметров. Обычно считается, что корректировка частотной характеристики приведет два непохожих по звучанию устройства в состояние подобия. Несомненно, это заблуждение, иначе дешевую скрипку можно было бы «эквализировать» и заставить звучать как скрипку Страдивари, а это, как мы знаем, невозможно.
Если мы хотим, чтобы две акустические системы звучали одинаково, одинаковой должна быть не только их конструкция, необходимы еще и одинаковые условия прослушивания. То же условие подобия применимо и к комнатам: для получения похожих звуковых характеристик помещения должны быть похожей конструкции. Согласно классической акустике общее качество звучания любого громкоговорителя или системы всецело определяется частотной характеристикой амплитуды звукового давления, фазово-частотной характеристикой и уровнем нелинейных искажений в данной системе. Но ключевой вопрос в том, насколько близки должны быть характеристики двух систем для того, чтобы они показались нам, в общем-то, близкими по звучанию.

Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Российское подразделение Sennheiser в этом году отметило свое 10-летие. Генеральный директор ООО «Сеннхайзер Аудио» Наталья Березовская рассказала корреспонденту журнала «Шоу-Мастер» о становлении компании в России и странах СНГ.

Кто формирует райдер?

Кто формирует райдер?


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

Александр Айдакин: Научитесь критически относиться к тому, что вы делаете!

Александр Айдакин: Научитесь критически относиться к тому, что вы делаете!

12 июня 2012 года под Самарой состоялся очередной (четвертый по счету) фестиваль «Рок над Волгой». Этот феерический музыкальный праздник с участием культовых отечественных и зарубежных групп («Аквариум», «Би-2», «Ленинград», «Ю-Питер», «Garbage», «Limp Bizikit» и т.д.) посетило более 300 тыс. зрителей. О подробностях «кухни» этого замечательного фестиваля, а также о повседневной работе звукорежиссера, о поисках собственного творческого пути и о многом другом сегодня читателям «Шоу-Мастера» рассказывает Александр Айдакин – известный звукорежиссер (группы «Ленинград», «Рубль» и другие) и FOH-инженер фестиваля «Рок над Волгой».

Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Наталья Березовская: Мы не просто идем в ногу с рынком, мы опережаем его

Российское подразделение Sennheiser в этом году отметило свое 10-летие. Генеральный директор ООО «Сеннхайзер Аудио» Наталья Березовская рассказала корреспонденту журнала «Шоу-Мастер» о становлении компании в России и странах СНГ.

Форум

Словарь

Громкоговоритель

— устройство для преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство (обычно — воздушную среду). Состоит из одной или нескольких излучающих головок, которые собственно и являются источниками звук...

Подробнее