Опрос
Архив
  1. Если вы хотите познакомиться с новым оборудованием, что вы считаете более полезным?

    Семинар, который проводит диллер
     22 (56%)
    Специализированная выставка
     17 (44%)
Магазин
Все товары
Словарь

Control Change

- группа MIDI-сообщений Bn.xx.yy. "B" означает режим Control Change (изменение состояния покоя контроллера), "n" указывает номер канала (... Далее

Мы принимаем
Яндекс.Деньги

Sound pressure levels: теория заговора


Максим Аджигитов, 
ведущий инженер-акустик ГК DIGIS 

Ad.jpg

Нет сомнений, что разработка масштабной работоспособной системы звукоусиления должна начинаться с акустического моделирования, как минимум, потому что сегодня представлять заказчику коммерческое предложение, не подкрепленное цветными картинками с расчетом распределения уровней звукового давления по зрительской зоне, – это определенно дурной тон. 

И условный Большой Заказчик разглядывать такие картинки полюбил, и небезосновательно считает это частью нашей с вами предпродажной работы. Отчасти поэтому, к большому сожалению, работа по моделированию звукового поля нередко ограничивается достижением достаточного уровня прямого давления, (который, кстати, возможно измерить и подтвердить разве что в безэховой камере), и равномерности «покрытия», зачастую даже в широкой полосе. 

Вопрос, в котором мы сегодня попробуем разобраться, состоит не в том, стоит ли верить результатам т.н. электроакустического расчета, а в том, насколько корректны исходные данные, которые любезно предоставляет нам производитель акустических систем. И вопрос этот, как ни парадоксально, следует отнести в наибольшей степени к продуктам крупнейших игроков рынка, тех самых, которые так твердят о непревзойденной технологичности их оборудования и уникальности используемых в производстве материалов, дабы мы точно понимали, что такие инженерные чудеса должны, обязаны стоить дорого. 

2-2.jpg

Но обо всем по порядку. Вопрос правдивости и практической достижимости паспортных значений SPL неоднократно поднимался во многих текстах, однако по необъяснимой причине немалая часть авторов, в том числе независимых, ищет и, как ни странно, находит корень проблемы где-то в глубине – приводит формулы, связывает свои умозаключения в длинные логические цепочки… На вопрос, достижим ли в реальных условиях уровень давления, заявленный производителем громкоговорителя (именно этот термин применяется во всем мире к тому, что у нас принято называть странным словом «колонка»), однозначного ответа нет. 

Но я возьму на себя смелость и заявлю, что «пациент скорее жив, чем мертв», имея в виду, что достичь давления, пренебрегая прочими мерами оценки звука, можно. Но нужно ли нам такое давление? Постараемся разобраться. Не секрет, что в мире существуют общепринятые методики измерений и оценки производительности громкоговорителей, сформулированные и изданные IEC и AES. 

Любой производитель излучателей проводит тесты мощности по методике IEC и приводит их в сопроводительной документации в обязательном порядке. А вот с SPL как раз иначе. В публикациях AES приведена методология измерения максимального уровня звукового давления громкоговорителей, и процедуры, там описанные, вполне прозрачны и, надо сказать, выполнимы. Однако необязательны к выполнению. И то пресловутое значение Max. SPL @ 1 m – в 99% случаев величина расчетная, в чем производитель, как правило, признается тут же мелким шрифтом. 

Рассчитывается она по простой формуле:

1.jpg
Наряду с мощностью подлежащей измерению стандартизированной величиной является характеристическая чувствительность системы, она же – давление при подаче мощности 1 Вт, измеренное в 1 метре по оси излучения. И так случилось, что снятие характеристик направленности громкоговорителя для создания его акустической модели тоже производится на мощности 1 Вт с использованием сигнала sweep tone – не на максимальной IEC-мощности и даже не шумом. 

Такое недопонимание производителей и экспертов кроется в различии стратегий развития компаний-производителей и позиции создателей являющего сегодня де-факто стандартом индустрии программного пакета EASE компании AFMG. Большинство лидеров в области производства громкоговорителей делают ставку на собственные программные комплексы, и их можно понять – по собственному продукту можно проводить многоуровневое платное обучение, сертификацию, в конце концов, продавать эти программы, как некоторые и поступают. 

Признаваться, что во всех этих программных комплексах используются мало отличающиеся друг от друга математические модели, само собой, никто не станет. В любом случае на данный момент желание «подсадить» специалиста на свое «уникальное» ПО, которое, конечно же, позволяет работать только с системами данного бренда из-за неповторимой методики измерений, невероятной точности расчета и прочей чепухи, делает задачу разработки файлов общепринятого в мировом масштабе формата GLL второстепенной. 

Как следствие, образцы отправляют в какую-нибудь дружественную лабораторию, из которой по итогам выходит «вылизанный» файл с зашитым в него рекомендованным «пресетом», расчетный SPL в котором отличается от реально достижимого на безумные значения, из последних результатов – до 13 дБ. Не говоря уже о том, что практически никто не использует полный функционал формата GLL, который, знаете ли, весьма обширен и при правильном использовании позволяет практически полностью настроить систему звукоусиления на этапе моделирования! 

Рецепт приготовления 
Методика создания GLL-файла сама по себе довольно проста. Потребуется лишь безэховая камера, поворотный стол и измерительный комплекс, доступные сегодня каждому мало-мальски серьезному производителю систем звукоусиления, в том числе азиатским брендам, которые вопреки распространенному мнению уже сейчас готовы составить серьезнейшую конкуренцию грандам, в том числе благодаря полноценному использованию технологий моделирования (см. рис. 1). 

Рис. 1. Измерительный комплекс для создания GLL-файла в безэховой камере компании YMESYSTEMS

Рис. 1. Измерительный комплекс для создания GLL-файла 
в безэховой камере компании YMESYSTEMS

В общем, для создания GLL необходим тот же набор средств, который и так используется для снятия полярных диаграмм громкоговорителей. Различие состоит в том, что результатом измерений будут импульсные отклики, и не только по горизонтали и вертикали, а в каждой точке условной сферы фронта волны с шагом в 5 градусов. 

Благодаря тому, что импульсный отклик содержит в себе максимально полную информацию о работе системы, иными словами, в отличие от шумового возбуждения, имея такой набор импульсов, можно рассчитать практически любой параметр громкоговорителя, а также виртуально «пропустить» через него любой тестовый сигнал, будь то шум по IEC 60268-16 или по EIA-426-B от AES. 

Более того, модель GLL позволяет проводить измерения для каждой полосы и даже для каждого отдельного излучателя в широкой полосе, а затем программным образом выбирать фильтры кроссоверов, вносить частотную и фазовую коррекцию, задавать задержки и даже применять FIR-фильтры. И все это виртуально. 

Выходит, имея такой инструмент, инженер получает возможность полностью подготовить свой «пресет» для линейного массива, не выходя из программы, тем самым значительно сократив время настройки на объекте. Но любая хорошая идея требует хорошей реализации. А учитывая, что идея централизации и универсализации методологий подразумевает объединение усилий всех участников рынка профессионального аудио, сама по себе она, признаться, выглядит откровенно утопической. 

Так что можно смело констатировать, что на практике пока что большинство существующих GLL-файлов в разной степени неточны и объективное сравнение решений разных брендов невозможно без сторонней экспертизы. Именно в этот момент, во время экспертизы, если таковая проводится, и вскрываются все проблемы. Например, казалось бы, очевидный факт: условный двухполосный громкоговоритель с программным уровнем давления в НЧ-полосе 130 дБ SPL и 140 дБ SPL от драйвера, нагруженного на рупор или волновод, в широкой полосе на программном материале, само собой, выдаст не более 130 дБ SPL, а никак не 140 дБ SPL. 

Но в исходных файлах порой мы имеем картину полностью обратную (см. рис. 2). А когда экспертизу проводит авторизованная AFMG лаборатория, при измерениях она предсказуемо следует рекомендациям AES, гласящим, что измерение максимального уровня давления необходимо проводить: а) с выровненной АЧХ в пределах рабочего частотного диапазона; б) до момента, пока показатель THD не достигнет значения в 10%. 

Рис. 2. GLL-модель трехполосного громкоговорителя, полученная при подаче допустимых IEC мощностей на каждую полосу

Рис. 2. GLL-модель трехполосного громкоговорителя, 
полученная при подаче допустимых IEC мощностей на каждую полосу

То есть не «вкачивая» максимальную IEC-мощность, а именно сохраняя приемлемое качество звукопередачи. И тут выясняется, что без преувеличения ни одна из систем не создает заявленного давления при вышеперечисленных условиях. С серьезными ограничениями можно допустить, что для СОУЭ и иных речевых систем, где основной качественный показатель – речевая разборчивость, ровная АЧХ во всем частотном диапазоне не очень-то нужна, а THD немногим более 10% радикально не снизит разборчивость речи, тогда использование систем на максимальной мощности теоретически возможно. 

Но во всех остальных случаях – категорически нет. И раз в официально авторизованных производителем файлах фигурирует недостижимый SPL, то смею предположить, что нет гарантий, что в собственных акустических симуляторах он использует файлы радикально другого уровня точности. Но справедливости ради стоит признать, что пройдя, точнее говоря, провалив пару-тройку таких экспертиз, некоторые компании всерьез задумываются о корректности своих файлов и начинают следовать рекомендациям AES при создании GLL. 

Но тут же получают от людей неосведомленных логичный вопрос: «А почему это при расчете я не получаю заявленный в документации SPL?». И простого ответа на этот вопрос не найти… Если использовать акустический симулятор не в качестве инструмента продаж (читай — для цветных картинок), а по назначению – для достижения предсказуемо гарантированного качества звучания, 

иными словами, продавать не оборудование, а реализуемые на практике значения Индекса передачи речи, или, к примеру, музыкальной Прозрачности (кто не знал, она тоже поддается расчету и измерению), необходимо выполнить целый комплекс мер по моделированию и расчету, где наличие правильного и «честного» исходного файла – это лишь отправная точка (См. рис.3).


Рис. 3. GLL-модель элемента линейного массива YMESYSTEMS GT13 в октавной полосе с центром 1 кГц

Рис. 3. GLL-модель элемента линейного массива YMESYSTEMS GT13 
в октавной полосе с центром 1 кГц

Всякая незначительная, казалось бы, ошибка на любом из этапов неизбежно приведет к ошибочному результату и сомнениям в профессионализме разрабатывающего решения специалиста. Конечно, вышесказанное в меньшей степени касается собственных программных средств производителей акустических систем, алгоритмы которых в лучшем случае строятся на простой симуляции распространения группы отражений первого порядка, построении ожидаемой огибающей RT60 исходя из нее и дальнейшей аппроксимации этой огибающей на все остальные результаты (спасибо, что хотя бы не по Сэбину/Эйрингу), 

а в худшем – оперируют только значениями прямого излучения, по какой-то причине считая их достаточными. А ведь та же возможность изменения фильтров кроссоверов позволяет управлять фазировкой и направленностью кластера, которые, в свою очередь, влияют и на Критическое Расстояние, и на Индекс Передачи Речи, и на RT60, в конце концов (читатель, знакомый с моими предыдущими публикациями (см. «Ш-М» №83, 86), поймет, что, упоминая RT60, я не имею в виду статистический расчет). 

Не говоря уже о том, что не замеченная вовремя некорректная АЧХ громкоговорителя негативно скажется на значении STI, в калькуляцию которого, как и должно быть, включен эффект маскирования и учитывается влияние шумовой помехи. В итоге мощнейший на сегодняшний день расчетный комплекс EASE, действительно симулирующий весь реверберационный процесс в модуле AURA, либо вынужденно используется нами не в полной мере, либо подчас дает неверный результат, либо, что еще печальнее, не используется вовсе. 

Но все же нельзя не заметить, что тенденция к унификации подхода к акустической симуляции имеет место быть, причем не только в общемировой практике, но и локально в нашей стране, ведь для этого есть и ресурс, и реальная потребность иметь конкурентные преимущества, не связанные с ценообразованием, маркетинговыми уловками или иными распространенными способами достижения лояльности. Преимущества, позволяющие отталкиваться от абсолютных величин, от подтвержденных результатов и сравнений, не терпящих демагогии и обходящихся без нее.