5.4. Заметность ограничения частотного диапазона при передаче инструментальной музыки
Учитывая, что в музыкальной практике используется много инструментов и что среди них имеются сходные, опыты по замет- ности частотных ограничений проводились на типовых инструмен- тах, входящих в низко-, средне- или высокочастотную группу. В пер- вой из них были такие, как контрабас, труба, во второй— скрипка, кларнет и, наконец, в третьей — треугольник, коробочки и пр. Оценка качества звучания осуществлялась при прослушивании звукоряда каждого инструмента при соответствующем ограничении диапазона. '
Рис. 5.7. Заметность ограничения час- тотного диапазона для низкочастотных (ЯЧ) и высокочастотных (ВЧ) инстру- ментов
Рис. 5.8. Усредненные кривые заметно- сти органичения частотного диапазона для групп НЧ, СЧ и ВЧ инструментов
На рис. 5.7 слева приведены два пучка, кривых соответственно для групп низко- и высокочастотных инструментов и ограничения диапазона со стороны низких частот. Справа даны такие же пучки кривых для случая ограничения диапазона в области высоких час- тот. Крайние кривые каждого из пучков показывают разброс границе для участков звукоряда. Так, заметность ограничения, оцениваемая
тремя баллами, дли низкочастотных инструментов имеет место при разбросе в пределах частот 150-^350 Гц в случае ограничения «снизу» и в пределах частот 3000^-5000 Гц —при ограничении •«сверху»-.-.
Усредненные кривые заметности для различных групп инстру- ментов показаны на рис. 5.8. На нем видно, что кривые ограничения на низких частотах идут достаточно полого. Отсюда следует, что
Рис. 5.10. Взвешенное значение час- тотных полое для семантической (1) и эстетической (2) информации, пе- редаваемой музыкой
Рис. 5.9. Заметность ограничения час- тотного диапазона для симфонического (1,1'), духового (2, 2'), эстрадного (3) оркестров, органа (4) и рояля (5)
для всех инструментов, особенно высокочастотных, заметность к все большему ограничению невелика. При ограничении на высоких час- тотах кривые располагаются теснее и круче, следовательно, замет- ность здесь для всех групп инструментов почти одинакова и уве- личивается быстро.
Важно установить, как ограничение частотного диапазона вли- яет на качество звучания оркестров или ансамблей. Об этом можно судить по рис. 5.9, на котором собраны кривые заметности ограни- чения диапазона для симфонического (кривая 1-е литаврами и кривая 1' — без них), духового (кривая 2 — с ксилофоном и кривая 2' — с колокольчиками) и эстрадного (кривая 3) оркестров. Анализ «ривых позволяет отметить, что ограничение полосы частот «сни- зу» (рис. 5.9, а) только в пределах частот 50-И50 Гц приводит к заметному снижению качества звучания; последующее же сужение мало ухудшает его качество. Это происходит потому, что кривые за- метности для групп инструментов (см. рис. 5.8) в этой части диапа- зона широко расходятся и ограничение приводит к заметности толь- ко одной (низкочастотной), или в худшем случае двух (и среднечас- тотной) групп инструментов. Помимо этого, характер кривых даже для одного ж того же типа оркеЪтра может изменяться и зависимос- ти от полноты использования низко-и среднечастотных инструмен- тов и от наличия в оркестре дополнительных инструментов (см. кри- вые 1 и ./'на рис. 5.9). То же можно сказать и об ограничении в об- ласти высоких частот. Наличие в духовом оркестре такого высоко- частотного инструмента, как колокольчики, вызвало крутое падение
74 •'....;.»'. , •
кривой заметности 2' по ^сравнению с кривой 2 в полосе 8000-г- 10000Гц (рис. 5.9, б). •*•'•• . . ,
Если по заметности ограничения диапазона сравнить оркестры различного типа, то оказывается, что к смещению вверх низкочас- тотной границы наиболее чувствителен эстрадный оркестр (#). Он же в отношении ограничения диапазона со стороны высоких час- тот показал наименьшую чувствительность по сравнению с симфо- ническим (!'} и тем более с духовым оркестром (2,'2'). Наиболь- шая крутизна кривых заметности искажений и, следовательно, наи- большая критичность к ним обнаруживаются при ограничении диа- пазона в границах до 5000-^9000 Гц, что закономерно, так как именно в этой зоне сосредоточены гармонические составляющие музыкальных сигналов (см. гл. 2) и их потеря почти одинаково неприятна (см, рис. 5.8) для любой из групп инструментов.
На рис. 5.9i кроме кривых заметности ограничения для оркест- ров приведены такие же кривые для органа (4) и рояля (5}, часто выступающих вместе с оркестром.
Для музыкальных сигналов, еще больше, чем для речевых, важ- но определить потери семантической и эстетической информации' при ограничении частотного диапазона. Под семантической инфор- мацией в данном случае понимается хорошая узнаваемость звуча- ний различных инструментов и их мелодий. С эстетической связы- вают правильность передачи тембральной окраски звучаний.
Опыты по оценке качества передачи семантической информации, которую несут различные группы инструментов при ограничении диапазона, показали, что она начинает снижаться при ограничении диапазона снизу частотами выше 500 Гц и сверху частотами ниже 5000 Гц. Отсюда следует, что семантическая информация при музы? кальных передачах не, может быть искажена, так как такие ограни- чения практически никогда не бывают. Что же касается влияния ограничений диапазона на передачу эстетической информации (тембра), то'оказалось, что оно почти точно выражается кривыми рис. 5.9, характеризующими общую заметность ограничения диапа- зона. Следовательно, при оценке качества музыкальных звучаний,, воспроизводимых системой, имеющей суженный частотный диапа- зон, слуховое, восприятие ориентируется в основном на изменение тембра. Это подтверждается данными рис. 5.10, из которых видно, что главными для передачи семантической информации^ (кривая 1) являются полосы V, VI (от 1000 до 6000 Гц), никогда не подверга- ющиеся ограничению. Вместе с тем для эстетической информации (кривая 2} определяющими являются полосы ///> IV и VII, яежа^ щие по краям частотного диапазона, поэтому всякое ограничение частотной характеристики передающей системы прежде всего отражается на потере художественного качества музыкальных пе- редач. . , • .
Ниже приводятся краткие выводы.
1. Заметность ограничения частотного диапазона «снизу» для различных инструментов очень неодинакова. Она наибольшая при звучании низкочастотных инструментов.
' ~ . . • 75
Ограничение со стороны высоких частот почти одинаково и бо- лее заметно влияет на качество звучания всех трех групп инстру- ментов.
Качество звучания оркестра при ограничении диапазона опре- деляется составом его инструментов и характером исполняемого музыкального произведения. Ограничение" снизу более заметно при звучании эстрадного оркестра, а при ограничении сверху — при зву- чании духового оркестра.
Ограничение частотного, диапазона при музыкальных переда- чах обнаруживается прежде всего в искажении тембра, т. е. приво- дит к снижению художественного качества звучания.