♦ Изменение акустической среды,
♦ коррекция АЧХ усилителя (регулятором тембра, эквалайзером),
♦ коррекция АЧХ громкоговорителя (с помощью аттенюаторов кроссовера, если таковые имеются).
Широкое внедрение эквалайзеров (особенно на гираторах), электронных и цифровых регуляторов громкости и тембра, электронных коммутаторов, различных шумоподавителей с внесением каждым устройством специфических искажений только увеличило тракт записи-воспроизведения и ухудшило достоверность, музыкальность и комфортность звучания. Чтобы сделать вывод о допустимости использования гираторных эквалайзеров в высококачественной звукозаписи, достаточно обработать им сигнал типа «меандр». Возникающий при этом «звон» красноречиво говорит сам за себя.
Системы многоканального звука
По сравнению с монофоническим воспроизведением, пространственное разнесение КИЗ в стереофонической системе уменьшает их взаимное частотно-зависимое маскирующее действие, что способствует улучшению условий более правильного восприятия тембров музыкальных инструментов и голосов.
Однако, несмотря на явное преимущество, двухканальному стереофоническому воспроизведению звука присущи следующие недостатки:
♦ слабая локализация звуков по глубине (плоская стереопанорама с углом, ограниченным направлением на АС);
♦ недостаточное ощущение «атмосферы зала»;
♦ появление «провала» по центру при неоптимальном разносе АС;
♦ ограниченная зона стереоэффекта заставляет слушателя быть буквально привязанным к «точке» пространства.
Особенно сильно ощущаются недостатки обычного стерео при использовании громкоговорителей, имеющих узкую диаграмму направленности (например, 35АС), в которых ощущается жесткая привязка звука к АС. Воспроизведение звуков с разных направлений имеет большое значение не только как факт их пространственного расположения, оно создает у слушателя ощущение звучащего объема (трехмерного звукового поля), способствует улучшению в помещении прослушивания реверберационного процесса.
Исследованиями и расчетами установлено, что максимальное количество раздельно воспринимаемых направлений птах на источники звука в условиях естественного слушания составляет 92 [4].
Коэффициент пространственности θ стереофонической системы — отношение числа раздельно переданных ею направлений и (слуховых пеленгов) к общему числу раздельно воспринимаемых человеком направлений nmax:
Для монофонической системы, для которой
Для обычной стереофонической системы, при угле между направлениями на громкоговорители, равном 60°, разрешающая способность пеленгации КИЗ составляет 5...6°. Отсюда
откуда
что существенно меньше предельно достижимого значения, равного 1.
Коэффициент пространственности систем SQ и QS составляет 0,15...0,18. Только современной аппаратуре класса Hi-End в какой-то степени под силу создать трехмерное пространство в двухканальном варианте. При тестировании бинауральных записей в заглушённой камере коэффициент пространственности достигает 0,7.
Разновидности систем многоканального звука
Стремление избавиться от этих недостатков привело в начале 70-х к созданию 4-канальных псевдоквадрофонических систем (для совместимости с имеющимися в эксплуатации стереофоническими и монофоническими системами информация каналов сворачивалась в два канала с помощью дополнительной поднесущей, например CD-4 — четыре независимых канала (патент фирм JVC/Victor) или с помощью матричных кодеров, например, SQ (патент фирм CDS/Sony); QS (Sansui); Dynaco (Dynaco/Gately); RM (Pioneer); QR (Kenwood); QM (Toshiba) и др.
Однако ни одна из этих систем не прижилась по следующим причинам. Например, CD-4 требовала расширения полосы частот до 45 кГц. Хотя эта проблема и была решена в грамзаписи, но уже после 10... 15 проигрываний качество звука из-за шума становилось хуже, чем с обычных стереофонических дисков.
Матричные системы из-за фазовых сдвигов не обеспечивали достаточное разделение каналов. Кроме того, практически все системы требовали дополнительных усилителей мощности, не считая систем с пассивными декодерами. Полученное квадрофоническое звучание в ряде случаев уступало обычному стереофоническому. Вызывали недоумение и записи тех лет, когда звукорежиссеры в погоне за квадроэффектами пытались усадить слушателя среди музыкантов, да еще самих музыкантов заставить бегать по сцене, прыгая через слушателя.
Кроме квазиквадрофонических систем в то время было предложено много вариантов по улучшению звучания обычных стереофонических систем. Одна из таких систем (рис. 1.8) позволяет улучшить разделение каналов и тем самым улучшить локализацию кажущихся источников звука (КИЗ). Дополнительные громкоговорители устанавливают справа и слева от основных на расстоянии около 50 см, соблюдая полярность включения, указанную на схеме.
Псевдоквадрофонические сигналы можно получить в разных точках тракта, но наиболее просто это сделать на выходе УМЗЧ — не требуется сложных активных декодеров и дополнительных усилителей мощности. Кроме того, поскольку псевдоквадрофонические сигналы в основном в СЧ-ВЧ-области, включение резисторов последовательно с тыловыми АС благоприятно сказывается на уменьшении всех видов искажений [7]. Наиболее простой вариант псевдоквадрофонической системы показан на рис. 1.9. Алгоритм декодирования примерно такой же, как и в декодерах Dolby
(Dolby Surround, k = 0,7; Dolby Pro Logic, k = 0,5), которые были
разработаны для киноиндустрии:
LF = L — левый фронт;
LS = k ·(L - R) — левый тыл;
RF = R — правый фронт;
RS = k ·(R - L) — правый тыл,
где k— масштабный коэффициент.
Декодер Dolby Stereo декодирует 3 канала: L, R и С. Центральный канал С закодирован в левом и правом каналах и предназначен для
исключения провала посередине экрана Dolby Surround (в настоящее время — классика кинозвука) декодирует левый, центральный и правый каналы плюс дополнительный 4-й канал эффектов, громкоговорители которого располагают вдоль боковых и тыловой стен кинозала. В декодере Dolby Pro Logic помимо декодирования производится сложная обработка сигналов для подчеркивания стереоэффектов и задержка сигналов тыловых АС на 20...50 мс. Так же как и в предыдущих версиях декодера, полоса частот тылового и центрального каналов ограничена частотой 7 кГц.
Необходимо отметить, что многоканальная запись полностью отсутствует на пиратских копиях фильмов, а также на дублированных копиях. Кодированная информация имеется только на лицензионных кассетах, в фильмах, транслируемых по спутниковому телевидению, и на DVD-дисках.
В конце 70-х — начале 80-х была разработана отечественная система пространственного звука ABC («трапеция») [8]. Несмотря на то, что система ABC также не прижилась, она существенно улучшает звучание обычных стереофонических записей. Алгоритм декодирования следующий:
LF = L - левый фронт,
LS = k·(L - 0,714 · R) - левый тыл,
RF = R - правый фронт,
RS = k·(R- 0,714 · L) - правый тыл,
где k - масштабный коэффициент.
Как показал эксперимент, уверенная локализация фронтальных КИЗ возможна в том случае, если уровни сигналов LF и RF превышают уровни сигналов LS и RS в 2,5...4 раза (7...12 дБ), что соответствует масштабному коэффициенту к = 0,25...0,4.
Разрешающая способность локализации КИЗ составляет:
♦ для фронтальной базы громкоговорителей — 4°;
♦ для боковых — 8°;
♦ для тыловой базы — 7°.
Коэффициент пространственности θ = 0,45 . 0,6.
При разносе фронтальных громкоговорителей более 3,5...4 м для повышения устойчивости локализации фронтальных КИЗ вводят центральный громкоговоритель с уровнем подводимого сигнала F = 0,5(L + R).
Достоинства системы ABC следующие:
♦ полная совместимость со всеми видами стереозаписи;
♦ высокое качество пространственной стереепанорамы;
♦ значительное расширение зоны стереоэффекта;
♦ уменьшение привязки звука к фронтальным АС;
♦ наличие двух дополнительных обширных зон стереоэффекта между фронтальными и тыловыми левыми и фронтальными и тыловыми правыми АС.
Простейший вариант пассивного декодера с k = 0,69 показан на рис 1.10 Номинал резистора R* рассчитывают по формуле:
R* = 2,3.ZH0M , (1.13)
где ZH0M — номинальное сопротивление тыловых АС.
В случае, если в качестве тыловых АС используются громкоговорители, состоящие только из одной широкополосной головки последовательно с R* желательно включить дроссель индуктивностью:
L=2,3.Lr, (1.14)
где Lr — индуктивность головки.
При использовании 3-полосных фронтальных АС с использованием головок 35ГДН-1-4 (25ГД-26), 20ГДС-1-4 (15ГД-11) и ЗГД-31-8 (2ГД-36) по 2 шт. и тыловых АС на 25ГДН-1-4 (10ГД-34) и 4ГДВ-1-8 (ЗГД-47) последовательно с тыловыми АС были включены резисторы по 10 Ом, a R* = 33 Ом При этом масштабный коэффициент к составляет всего 0,2! Фронтальные АС в такой системе устанавливают чуть ниже головы сидящего слушателя, а тыловые — на 30 ..50 см выше фронтальных на одной линии со слушателем или чуть впереди на таком же удалении от слушателя, как и фронтальные АС, образуя равнобедренную трапецию При сравнении с музыкальным центром фирмы SONY с такими декодерами как Surround, Dolby Pro Logic, Dolby Digital, THEATR, HALL и рассчитанным на подключение 5-ти АС, предпочтение слушателей оказалось на стороне системы ABC с к = 0,2, как имеющей более «живой» звук. Большинство, тестирующих пришло к единому мнению, что использование центрального канала в небольших помещениях «убивает» стерео, и может быть оправдано для повышения устойчивости центральных звуковых образов стереопанорамы при размерах базы, превышающих 4,5 ..5 м. Использование вышеназванных декодеров музыкального центра, для декодирования отсутствующей многоканальной информации (несмотря на задержку звука тыловых каналов на 15.. 30 мс большинством декодеров для имитации большого объема помещения), только увеличивает тракт воспроизведения и вносит дополнительные искажения, делая звук «немузыкальным». Кроме того, каналы С и S ограничены по частоте полосой 7 кГц.
Комбинированный вариант из схем рис. 1.9 и рис 1.10 показан на рис 1 11. Для более эффективного подчеркивания НЧ-составляющих последовательно с резистором, соединенным с «общим», можно включить индуктивность около 1 мГн, уменьшив номинал резистора с 33 до 22 Ом.
Другой вариант существенного улучшения обычной стереосистемы — «треугольник». В такой системе используется три громкоговорителя фронтальный (центральный) и два тыловых Слушатель располагается чуть впереди тыловых громкоговорителей. Такая система незначительно уступает системе типа «трапеция». Алгоритм декодирования следующий:
F=0,5.(L + R),
LF= L- 0,714 ·R,
RF= R- 0,714 ·L.
Разрешающая способность локализации КИЗ по горизонтали составляет:
♦ в угле ±30° (считая от фронтального направления) — 5°,
♦ в остальной части фронтальной панорамы — 8°,
♦ для тыловой базы — 7°.
Коэффициент пространственности достигает 0,58.
Обе системы и «трапеция», и «треугольник» (рис. 1.12) обеспечивают передачу пространственной информации в пределах всей горизонтальной плоскости.
Несколько слов о цифровых системах многоканального звука. В 1992 году в фирме Рея Долби (Dolby Laboratories) разработана цифровая система многоканального кодирования звука (Audio Coding-3) третьего поколения Dolby Stereo Digital (AC-3): левый, правый фронтальные, центральный, левый, правый тыловые и канал низкочастотных эффектов LFE (Low Frequency Effect). Полоса частот всех каналов 20...20000 Гц. Разделение каналов 50...60 дБ. Обозначили эту систему как «5.1». Дальнейшее развитие этой системы — система «6.1», в которой отдельно выделен центральный тыловой канал (Rear Center или Back Surround) и система «7.1» — восьмиканальная, со спаренным тыловиком. Европейские аналоги системы «7.1»: система DTS (Digital Theater System) и MPEG2 Musicam Multichannel превосходят систему Dolby, т.к. имеют степень сжатия 1/3 против 1/12 в АС-3 и более высокую скорость передачи данных — 1411 против 384 Кбит/с. При длительном прослушивании DTS-звук менее утомителен, чем АС-3. Проигрыватели DVD сегодня — модели с декодерами Dolby Digital/ DTS/MPEG-Multichannel (Motion Picture Expert Group).