Philip Newell - Project studios |
151 |
Филипп Ньюэлл – Project-студии |
|
фазировки в цифровых записях придаёт цифровому звучанию такую "пробивную" силу на «низах». С другой стороны, именно отменная точность фазировки по «верхам» у аналоговой записи придаёт ей характерную "сладостность". Мы же сначала рассмотрим то, что происходит на низких частотах.
13.2 Амплитудные и фазовые характеристики
Частотный диапазон от 20 Hz до 20 kHz зачастую считается достаточным для охвата слышимого частотного диапазона. Но если бы нам вздумалось воспроизвести частоту 1 kHz с прямоугольной формой волны с высокой точностью, то нам была бы необходима гладкая характеристика от 0 Hz (постоянный ток) до бесконечности, свободная от любых искажений. Между прочим, наши тактильные и слуховые чувства реагируют на частоты от 100 kHz вверху до так называемых "погодных частот", составляющих около четырёх колебаний в час, или примерно 0,001 Hz. Контрольный сигнал, который содержит все эти частоты, представляет собой импульсную функцию и на практике может генерироваться подачей сигнала постоянного тока в течение достаточно большого времени. Теоретически такой сигнал должен бы длиться бесконечно, но для наших практических целей это не нужно. Импульсная функция может рассматриваться как половина квадратной волны, у которой время в активном состоянии достаточное, чтобы провести измерения. Она содержит все частоты в постоянном соотношении амплитуды и фазы. Если надолго присоединить батарейку к контактам громкоговорителя, мы получим полезную импульсную функцию. Это очень эффективный способ испытания рабочих параметров громкоговорителя. Для экономии батарейки и возбуждения громкоговорителя более привычным способом, такое испытание обычно выполняется путём подачи малого сигнала постоянного тока на вход широкополосного усилителя постоянного тока, а затем – к громкоговорителю. На основании единичного импульса или среднего арифметического последовательности таких импульсов можно с большой точностью (с помощью быстрого анализа Фурье) измерить частотные и фазовые характеристики громкоговорителя и усилителя.
На рис.16 показаны импульсные характеристики нескольких громкоговорителей, которые используются для студийных мониторов. Диаграммы показывают реакцию громкоговорителей при подаче на них электрического сигнала, показанного на нижнем рисунке. Хотя все эти громкоговорители обладают такими частотными характеристиками, или точнее - характеристиками амплитуды давления, - которые считаются хорошими, их фазовые характеристики даже по оси очень отличаются. Отсюда большие различия в их временных диаграммах на рис.16. Именно взаимодействие амплитудной и фазовой характеристик образуют временную характеристику, или просто – форму волны. Все громкоговорители, показанные на этом рисунке, - очень высококачественные, но звучат они по-разному. Различие в звучании можно предположить не только на основании визуальной оценки частотных характеристик, две из которых показаны на рис.50, но и на основании анализа форм волны (рис.16).
Рисунок 50. Оба громкоговорителя достойно работают с неравномерностью +/- 2,5 dB почти по всему своему диапазону.
На рис.16 мы видели характеристики импульсной функции четырёх громкоговорителей (в более или менее совпадающем масштабе времени). Все громкоговорители обладают высокой репутацией. Одинаковый электрический сигнал на входе. По звучанию (а) и (Ь) на рис.16 во многом похожи, тогда как звук (с) и (d) имеет характерные отличия. Об этом свидетельствуют импульсные характеристики. На данной диаграмме показаны частотные характеристики вариантов (Ь) и (d), показанных на рис.16. Глядя только на частотные характеристики этих двух громкоговорителей трудно понять, должны ли они звучать по-разному и какой из них должен звучать более реалистично. Я не думаю, что эти различия так уж неожиданны.
Кстати, а почему ни на одном из графиков временная характеристика не остаётся в верхнем положении, чтобы соответствовать уровню входного сигнала? Причина вот в чём. Хоть диффузоры громкоговорителей и остаются смещёнными входным сигналом постоянного тока, измеренный выходной сигнал был бы постоянным только в том случае, если бы громкоговорители и измерительный микрофон находились в герметически закрытых объёмах (закрытый корпус и герметически закупоренное
Philip Newell - Project studios |
152 |
Филипп Ньюэлл – Project-студии |
|
пространство для измерений). А так давление, вызванное однонаправленным движением диффузора, стравливается через двери и вентиляционную систему комнаты. Более того, если в корпусе громкоговорителя есть фазоинвертор, то разность давлений спереди и сзади громкоговорителя, вызванная смещением диффузора, быстро компенсируется фазоинвертором. Однако, это происходит лишь на короткое время, и поэтому желательно иметь дополнительный запас по низким частотам, чтобы предотвратить возникновение искажений по фронту переходного сигнала (т.е. в момент атаки). Помните, что спад низких частот по амплитуде приводит к погрешностям фазовой характеристики, которая затем приводит к искажению переходных сигналов.
Рассматривая формы волны, показанные на рис.16, можно «прочитать» разве что информацию о «низах», поскольку информация о «верхах» в основном концентрируется по переднему фронту сигналов. Подобные различия характеристик раньше просто маскировались неровностями низкочастотного диапазона аналоговых записывающих устройств. Но в цифровых записях они проявляются в чистом виде. В силу того, что временные характеристики аналоговых звукоснимателей и магнитофонных головок не так уж сильно отличались от той разносортицы характеристик, которая присуща громкоговорителям, не удивительно, что сколько-нибудь значительная работа по повышению точности фазировки началась лишь с появлением цифровых магнитофонов. Если у кого-либо из читателей есть под рукой осциллограф, он может получить немалое удовольствие (или "встать на уши"), глядя на то, как аналоговые магнитофоны пытаются воспроизвести точные квадратные волны. Искажение формы волны будет ужасающим!
Некоторые звуки обладают достаточной "прочностью" по переносимости таких фазовых искажений без заметного изменения своего звучания, но другие могут быть очень чувствительными к ним. Здесь только опыт может дать достаточные знания, позволяющие предвидеть что-либо заранее. Но и тут может быть большая разница в восприятии разными людьми различий в характеристиках, и насколько сильно, по их мнению, такие различия сказываются на качестве звучания. Последнее замечание толкает нас на такие размышления: допустим, нам удалось создать 28-разрядные звукозаписывающие системы с частотой дискретизации 500kHz, которые по всем параметрам точности превосходят аналоговые системы. Но и на такие системы было бы немного покупателей. Некоторые люди просто предпочитают аналоговое звучание, а для других воспринимаемое улучшение качества (по сравнению с 16-разрядными линейными системами с частотой дискретизации 48 kHz), будет настолько незначительным, что они просто не будут готовы платить дополнительные деньги за "суперсистему". Хотя будут и такие, которые готовы пойти ради таких аппаратов на всё.
13.3 Восприятие формы волны
Диаграммы на рис.16 показаны в масштабе времени примерно 5 мсек. Существуют
Philip Newell - Project studios |
153 |
Филипп Ньюэлл – Project-студии |
|
предположения, что ухо воспринимает энергию блоками с частотой примерно сто раз в секунду (каждые 20 мсек.), поэтому мол различия, показанные на этом рисунке, не будут услышаны. Но что касается музыкальных сигналов, то есть достаточно свидетельств, что такие различия в формах волны на слух воспринимаются. Вместе с тем, вряд ли можно сомневаться в том, что с увеличением масштаба времени воспринимаемые различия могут сглаживаться.
На рис.51 показан эффект "гребёнчатого фильтрования", создаваемый твёрдой отражающей поверхностью, расположенной вблизи одной из сторон громкоговорителя. Чтобы подчеркнуть периодичность искажений, график построен в линейно-частотном масштабе, а не в привычном логарифмическом представлении. Уши очень чувствительны к распознанию таких явлений, поэтому окраска такого типа может быть вполне заметной. Иногда она используется как эффект создания быстрых повторений сигналов, используемый в процессорах эффектов. После просмотра таких графиков становится не по себе. Отсюда и те концепции мониторинга, которые рассматривались в 11-й главе.
Рисунок 52 в целом говорит сам за себя: громкоговорители сами по себе не определяют звучание мониторной системы.
Что же касается рисунка 53, то здесь нужны некоторые пояснения. На нём показано, как длина пути звуковых сигналов, а отсюда и задержки по их прибытию, создают различные взаимосвязи между ними, когда позиция слушателя находится вне оси. Если в точке А звучание строится на синхронном прибытии звука от каждого из трёх громкоговорителей, то очевидно, что в точке B время прибытия звуков неодинаково. На рисунке 54 представлен монитор, у которого высокочастотный громкоговоритель расположен между двумя низкочастотными, хотя могла быть показана и обычная система из двух громкоговорителей (без второго низкочастотного). Если сесть на стул с колёсиками за микшерным пультом и перемещаться из стороны в сторону, то звучание расположенных горизонтально мониторов будет всё время изменяться даже при моно сигнале. В позиции А всё обстоит нормально блягодаря симметричности позиции, которая обеспечит одинаковое время прибытия сигналов от трёх громкоговорителей к слушателю. Но в позиции В время прибытия сигнала от левого НЧ-
Philip Newell - Project studios |
154 |
Филипп Ньюэлл – Project-студии |
|
громкоговорителя меньше, чем от высокочастотного динамика, а время прибытия от правого НЧгромкоговорителя - ещё больше. В обеих позициях гладка амплитудо-частотная характеристика невозможна.
На рисунке представлен монитор, у которого высокочастотный громкоговоритель расположен между двумя низкочастотными, хотя могла быть показана и обычная система из двух громкоговорителей (без второго низкочастотного). Если сесть на стул с колёсиками за микшерным пультом и перемещаться из стороны в сторону, то звучание расположенных горизонтально мониторов будет всё время изменяться даже при моно сигнале.
И только одному Богу известно, что будет твориться с фантомным образом от стерео пары.
Если бы громкоговоритель, показанный на рис.53, был расположен вертикально, и все три динамика были на одной линии, то горизонтальные перемещения за микшерским пультом не создавали бы разности длины пути звукового сигнала до каждого из громкоговорителей. Да-да, я знаю, что фирма Yamaha располагает наклейки на мониторах NS-l0M так, что пользователям приходит на ум укладывать их на бок. Это полнейшая глупость. Серьёзные фирмыпроизводители мониторов, такие как
ATC, Quested, Tannoy, Genelec, KRK и
иже с ними, никогда в жизни не додумались бы сделать что-то похожее. Кстати, рисунок 54 взят из
каталога фирмы Quested. Такое расположение громкоговорителей является абсолютно правильным. Описанная выше ситуация часто приводит к глупым потерям времени, когда во многих студиях
инженеры слушают мониторы, сместившись, пусть даже ненамного, от оси их звучания. И если приемлемого контроля звучания можно добиться переключением с больших мониторов на малые и наоборот (при условии, что слушатель находится в точке их схождения), то при отклонении от оси звучания пары малых мониторов хотя бы на 30° и при переключении с одной системы на другую мы получим просто ужасающее несоответствие в характере звучания. Это может привести к неправильной оценке эквализации со стороны продюсеров или членов музыкального коллектива, которые слушают музыку, находясь в разных местах контрольной комнаты. Тенденция здесь такова: чем лучше контрольная комната, тем сильнее воспринимаются различия звучания.
Надеюсь, из сказанного ясно, что у всех без исключения электроакустических, электромагнитных и электромеханических систем
существуют проблемы совместимости звучания, которые могут сказываться на воспринимаемом звуке.