Author Archives: bruskov

СВ ДУБЛЬ

Видео 1: Отзвыв о работе Андрея Брускова

Видео 2: акустические измерения в студии озвучания «СВ ДУБЛЬ»

Видео 3: студия озвучания для «СВ ДУБЛЬ»

Марина Мигунова студийный комплекс

Видео 1: Акустические измерения в студии Марины Мигуновой

Видео 2: переменная акустика в студии Марины Мигуновой

Галерея с фотографиями во время работы в студийном комплексе Марины Мигуновой

Хор Минина аппаратная

Видео 1: аппаратная для Хора Минина

Видео 2: Хор Минина аппаратная

Галерея с фотографиями во время работы в аппаратной Хора Минина

Чемоданов Продакшн студийный комплекс

Видео 1: этапы работ на студии Чемоданов Продакшн

Видео 2: Контрольная комната Чемоданов Продакшн

Галерея с фотографиями во время работы в студийном комплексе Чемоданов Продакшн

STAR MEDIA студийный комплекс

Видео 1: апаратная к\к STARMEDIA

Видео 2: шумовые дорожки студии STARMEDIA

Видео 3: студия озвучивания STARMEDIA

Видео 4: к\к STARMEDIA

Видео 5: акустические измерения в к/к STARMEDIA

Видео 6

Галерея с фотографиями во время работы в студийном комплексе STAR MEDIA

Кинотеатр

Видео 1: этапы работ по строительству кинотеатра

Видео 2: Кинотеатр

Галерея с фотографиями во время работы в Кинотеатре

Студийный комплекс на Красном Октябре

Видео 1: этапы работ

Видео 2: тон зал

Видео 3: акустические измерения

Видео 4: апаратная и вокальная

Видео 5: контрольные измерения

Галерея с фотографиями во время работы в студийном комплексе на Красном Октябре

Сосо Павлиашвили — студийный комплекс

Видео 1: Рабочие моменты строительства студии Сосо Павлиашвили

Видео 2: Акустические измерения в студии Сосо Павлиашвили

Видео 3: Отзыв звукорежиссера о студии

 

Галерея с фотографиями во время работы в студии Сосо Павлиашвили

«Спектры и тембр, акустика помещений и студий звукозаписи» — Борис Меерзон

Спектры и тембр, акустика помещений и студий

Борис Меерзон

по материалам журнала «Звукорежиссёр»

Натуральные звуки, с которыми мы сталкиваемся в жизни, практически никогда не бывают «чистыми» синусоидальными тонами, а являются созвучиями. Последнее означает, что источник вместе с основным колебанием излучает волны с частотами в 2, 3, 4, 5 и т. д. раз большими основной частоты. По принятой в музыкальной акустике терминологии эти колебания называются, соответственно, основным тоном и обертонами: 1-ым, 2-ым, 3-им, 4-ым и т.д. В физике, хочу сразу оговориться, используется иная терминология: основной тон называют 1-ой гармоникой, а обертоны, начиная с первого именуются высшими гармониками 2-ой, 3-ей, 4-ой и т. д. по порядку.

Основной тон определяет высоту звука, обертоны, накладываясь в определенных соотношениях, придают звуку специфическую окраску или, иными словами, присущий данному источнику тембр. Распределение элементарных тонов созвучия по частотам может не подчиняться какому-либо простому закону. Характерный пример — звук колокола. Но в большинстве случаев под определением «созвучие» мы понимаем комбинацию основного тона с более или менее интенсивными естественными обертонами. От чистого тона созвучие отличается тем, что его временная функция не является синусоидальной.

Уровень звукового давления скрипки в функциях времени (а) и частоты (б)

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучиваниеНа рисунке (а) приведена временная функция созвучия скрипки. Распознать по этому графику основной тон колебания очень трудно. Ничего данный график не говорит и о частотном составе созвучия. Для этого следует представить данное колебание в иной плоскости, в виде так называемой, спектральной характеристики. Для этого, по оси частот, в виде вертикальных отрезков, откладываются уровни колебаний, составляющих созвучие. Спектр созвучия скрипки, соответствующий приведенной выше временной функции, представлен на рисунке (б). Характерной чертой спектров струнных смычковых инструментов, и, в частности скрипки, является наличие в них почти одинаковых по интенсивности первых восьми — девяти составляющих колебаний, медленно убывающих по величине с ростом их порядкового номера.

На следующем рисунке приведена временная функция и спектр гласной «И». В отличие от спектра скрипки, в котором амплитуды составляющих тонов спадают почти равномерно, амплитуды спектральных составляющих гласного звука — это хорошо видно — подчиняются другому закону. Вокруг частот 200 и 3000 Гц составляющие тоны достаточно интенсивны, в других интервалах они значительно слабее: огибающая спектра имеет два четких максимума. Для различных гласных эти максимумы лежат на разных частотах и называются формантами.

Уровень звукового давления гласной «И» в функциях времени (а) и частоты (б)

Большинству тонов, которые мы слышим, присуще непостоянство и по амплитуде, и по частоте. С частотами, примерно равными 5 — 25 Гц, амплитуды звукового давления периодически изменяются (амплитудная модуляция), что придает звуку характерную «тремолирующую» окраску. А при постоянной амплитуде, быстро меняющаяся частота основного тона (частотная модуляция), на слух воспринимается как вибрато. И в том и в другом случае спектры натуральных звучаний музыкальных инструментов обогащаются новыми частотными составляющими, влияющими на тембр.

В музыке часто, звучат два тона с почти одинаковыми уровнями и частотами. На слух они воспринимаются как один тон. Однако из-за существующего все-таки небольшого различия частот, фазы тонов постоянно смещаются одна относительно другой. В моменты, когда фазы совпадают, громкость увеличивается, когда фазы расходятся, громкость становится слабее. Поэтому и воспринимаемый слухом суммарный тон периодически меняет громкость. Этот очень характерный эффект называется биениями. Конструкторы органов используют этот эффект для оживления звуков инструмента, устанавливая в нем дополнительный регистр, который отличается на несколько Герц от строя других регистров и поэтому создает биения.

И наконец, звуки почти всех музыкальных инструментов сопровождаются, так называемыми, узкополосными шумами. Шумами в акустике называют звуки, которые, в отличие от синусоидальных тонов и созвучий, у которых спектры дискретны, имеют непрерывный спектр. Например, играя на флейте, музыкант возбуждает не только периодический музыкальный тон, но и шум от вдувания воздуха. Из этого шума флейта, как акустический резонатор, выделяет узкою полосу вблизи основного тона. Этот узкополосный шум смешивается с основным тоном, благодаря чему звук флейты приобретает присущую ему выразительность. Такие же шумы возникают при игре на смычковых инструментах, а также в речи и пении. На приведенных выше рисунках их можно заметить по незначительным различиям колебаний в разные периоды. На спектре это проявляется в его расширении, а также в заполнении интервалов между отдельными составляющими.

1pic-statia23

Итак, слушая музыку, мы воспринимаем не только громкость и высоту звука, но и нечто такое, что отличает звук от чистого тона. Этот признак — тембр. И если ощущение громкости или высоты имеет вполне однозначные признаки, характеризующие данный звук: громче — тише или выше — ниже, то у тембра, напротив, бесчисленное множество характеристик, соответствующих многообразию состава тонов, которые образуют созвучие. Ни в одном языке мира, а также в научной и инженерной терминологии нет таких слов, которыми можно было бы достаточно точно охарактеризовать такие понятия как, например, тембр скрипки или тембр голоса певца. Здесь часто прибегают к метафорам типа: «жесткий тембр», «бархатистый тембр», «глухой тембр» и т.п.

Пространственное восприятие звуков

Человек обладает способностью определять направление приходящих звуков. Наши органы слуха, воспринимая звуковые колебания от источников звука, расположенных справа и слева от слушателя, различают их и по амплитуде, и по фазе. При этом фазовые сдвиги приходящих звуковых волн связаны с разницей в расстояниях от источника звука до левого и правого уха. Различие по амплитуде звуковых давлений вызвано тем, что голова оказывает определенное экранирующее действие, особенно заметное для звуковых волн, соизмеримых по длине волны с ее размерами (т. е. на высших частотах звукового диапазона). Оба этих явления воспринимаются человеком и служат информацией о месте источника звука в пространстве.

Способность человека определять место расположения (локализацию) источника звука, т. е. ощущать направление прихода звуковых волн, называется бинауральным эффектом. Благодаря ему возможно пространственное слуховое ощущение.

Особенность восприятия звуков, излучаемых источниками, расположенными в разных точках пространства не ограничивается четким ощущением локализации этих источников. Очень важно еще и то, что, благодаря локализации, даже при одновременном звучании нескольких источников, человек получает возможность, иногда совершенно подсознательно, переключать внимание на звук приходящий по одному какому-нибудь направлению и чисто психологически выделять его на фоне других. Этот эффект, улучшающий различимость отдельных компонентов звучания, например, различных музыкальных инструментов в ансамбле, и уменьшающий, таким образом, их взаимную маскировку, часто называют бинауральной демаскировкой.

Это обстоятельство важно учитывать звукорежиссеру при проведении одноканальной (монофонической) передачи, когда воспроизведение звуковой программы осуществляется через один громкоговоритель и потому все звуки слышатся исходящими из одной точки. Поскольку слушатель, в этом случае, утрачивает ощущение локализации отдельных источников звука их взаимная маскировка сказывается значительно сильнее, чем на натуре. Отсюда вытекает один из очень трудно устранимых принципиальных недостатков монофонической звукопередачи и звукозаписи: недостаточная «прозрачность» звучания, которая вынуждает звукорежиссера выделять солирующие инструменты на самый близкий, крупный звуковой план, часто значительно более близкий, чем это требуется по композиторскому замыслу и для сохранения стиля музыкального произведения. В итоге необходимо компромиссное решение, не разрушающее естественность звучания, а звукорежиссер надо проявить безупречный вкус и высокое профессиональное мастерство.

Звук в закрытом помещении

Со звуками на открытом воздухе звукорежиссеру приходится сталкиваться достаточно редко. Обычно художественные программы исполняются в помещениях: студиях, на сценах театров, концертных залов. Акустические свойства помещения существенно влияют на характер звучания исполняемой в нем музыки и речи. В помещениях акустическое поле формируется не только прямой волной, идущей от исполнителя по кратчайшему пути, но и после отражений от стен, потолка, пола и находящихся в помещении предметов. При каждом новом отражении часть звуковой энергии звуковой волны поглощается отражающими поверхностями и воздушной средой, а часть ее, в виде частых и убывающих по величине повторений, воздействует на слух, накладываясь на основной (прямой) звук и придавая ему привычную для слушателей протяженность и окраску.

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучиваниеОтражения звука от стен помещения: И — источник звука; С — слушатель; 1 — прямой звук; 2 — звук, претерпевший одно отражение; 3 — после двух отражений; 4 — после трех отражений

2pic-statia23

Таким образом, в помещении, где расположен источник звука, поле звуковых волн формируется из прямой и отраженных волн, образующих так называемое диффузное (рассеянное) звуковое поле. Причем, первые отраженные волны следуют друг за другом дискретно, хотя и с малыми задержками, но с ростом времени в формировании звукового поля начинают принимать участие волны, претерпевшие разное число отражений и имеющих самые различные фазовые соотношения. При этом затухание звука теряет дискретный характер и становится непрерывным, слитным, что поясняется рисунком.

Спад звуковой энергии после выключения источника звука: Т — время стандартной реверберации

Именно звуковые отражения, когда источник звука выключен, поддерживают поле и звук не пропадает мгновенно, а замирает в течение какого-то определенного для данного помещения времени. Такое постепенное замирание звука в помещении, иначе — послезвучание, называется реверберацией. От скорости замирания звука зависит время существования отзвука в помещении, так называемое время реверберации. Это время тем больше, чем меньше звуковой энергии при отражениях поглощается ограничивающими помещение поверхностями и расположенными в нем предметами.

Естественно, что поглощение звука зависит от размеров помещения, свойств материалов, покрывающих стены, потолок и пол, а также от степени заполнения помещения различными предметами. Например, гладкие крашенные маслом стены, застекленные окна, паркет, полированная мебель — хорошие отражатели звука. Энергия звуковых волн при отражении от таких поверхностей теряется в небольших количествах. Наоборот, ковры, мягкая мебель, тяжелые матерчатые драпировки — хорошие поглотители; наличие их в помещении резко сокращает время реверберации.

Гулкие помещения имеют большое время реверберации, в них энергия звуковой волны спадает медленно. В таких помещениях речь теряет разборчивость, музыка звучит более пространственно, расплывчато. В сильно заглушенных помещениях, где поглощение звуковой энергии отражающими поверхностями идет быстро и время реверберации мало, речь и музыка звучат глухо, звук лишается сочности и естественной окраски.

Для сравнения помещений по их акустическим свойствам введено понятие времени стандартной реверберации. Временем стандартной реверберации T называется время, которое необходимо для того, чтобы плотность звуковой энергии в помещении после выключения источника звука снизилась до одной миллионной части своей начальной величины, т.е. уменьшилась бы на 60 дБ. Это — первая и основная характеристика акустических свойств помещения. Опыт радиовещания и звукозаписи показал, что лучшее звучание или оптимальное (наиболее выгодное) время реверберации не одинаково для студий разных размеров и различного назначения. Ориентировочно оптимальное время реверберации студии может быть определено по кривой, приведенной на рисунке. Оно равно 0,35 — 0,5 с для речевых дикторских студий малого объема и доходит до 2 с для больших концертных студий.

Кривые зависимости времени оптимальной реверберации от объема студии (для частоты 500 — 1000 Гц

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучиваниеНекоторое уменьшение оптимального времени реверберации для литературно-драматических студий связано с необходимостью сохранения максимальной четкости (разборчивости) текста, которая в известной степени ухудшается при большой реверберации.

3pic-statia23

Второй важной характеристикой акустических свойств студии является частотная характеристика времени реверберации или зависимость времени стандартной реверберации от частоты звукового сигнала. Энергия колебаний различных частот звукового диапазона поглощаются одними и теми же материалами по-разному. Например, ковры, мягкая мебель, драпировки, да и сами слушатели, заполняющие концертный зал, поглощают энергию более высоких частот сильнее, чем низких. Помещения, в которых преобладают подобные поглотители, будут иметь время реверберации большее на низших звуковых частотах и меньшее на высших. Это приводит к значительному искажению тембра звука. Звучание будет глухим и бубнящим. Студии и концертные залы должны иметь определенную частотную характеристику времени реверберации.

Опыт эксплуатации показывает, что для больших музыкальных студий рекомендуется прямолинейная характеристика времени реверберации в полосе частот от 250 Гц и выше. Даже сравнительно небольшое подчеркивание отдельных частотных областей на этом участке звукового диапазона может весьма неприятно сказаться на тембре исполняемой музыки. Звукорежиссеры в таких случаях говорят, что студия имеет «формантный характер». И лишь на частотах ниже 250 Гц иногда предпочитают небольшой плавный подъем характеристики (на 40-50%). Для речевых студий, площади которых обычно малы, характеристика времени реверберации должна иметь спад в области низших частот. Это необходимо для того, чтобы ослабить резонансные явления, возникающие в помещениях малых объемов, которые на слух воспринимаются как «бубнение» голоса.

При обзоре акустических характеристик студий и концертных залов нельзя обойти вниманием роль ранних дискретных отражений звука и влияние времени запаздывания прихода к слушателю каждой из этих волн по сравнению с прямым звуком. Впечатление слушателя о размерах зала определяется именно этими временами запаздывания. В залах малого размера время запаздывания первого отражения обычно не превышает 20 мс. Звучание здесь воспринимается камерным, интимным. В больших залах задержки первых отражений, еще не успевших в значительной мере потерять свою энергию, больше. Но если при этом они не превышают 50 мс, (при которых уже возникает эффект эха, т.е. повторы слогов слышаться раздельно), то первые отражения, хотя на слух и сливаются с прямым звуком, но тем не менее создают эффект присутствия слушателя в большом помещении.

Иногда в плохих студиях наблюдается очень нежелательный эффект, получивший название порхающего эха или флаттер-эффекта. Флаттер-эффект возникает, когда имеются две параллельные гладкие стены, или потолок и пол, между которыми находится источник звука. В этом случае в точку приема приходят два первых отражения. Если, при этом, разность их путей от ограждающих поверхностей превышает 18 -20 м, то возникает эхо. Оно особенно подчеркивается за счет сдвига фаз, проявляющимися во взаимном усилении или ослаблении звука (интерференции звуковых волн). В результате многократного отражения в точке приема звук периодически усиливается, а на коротких импульсных звуках, в зависимости от частотных компонент эха и интервала между ними, приобретает характер дребезга, тресков или ряда последовательных и затухающих сигналов эха.

При оценке акустических свойств студии, принимают во внимание и еще один ее параметр: диффузность звукового поля. Под диффузностью звука понимают равномерность распределения энергии отраженных волн по всему объему помещения, при котором уровень звуковых волн, приходящих в данный момент из разных направлений, одинаков, а фазы случайны. Для улучшения диффузности при строительстве студий прибегают к расчленению больших отражающих поверхностей полуколоннами круглой или прямоугольной формы, применяют кессонные потолки, подвесные отражатели. Для этих же целей иногда используют непараллельные стены и потолок с полом.

Студии радиовещания и звукозаписи

Студия звукового вещания и звукозаписи — это специально оборудованное помещение, стены и потолок которого покрываются специальными звукопоглощающими материалами и конструкциями, так называемыми абсорбентами.

Исходя из оптимальных акустических условий для вещания и записи, следовало бы иметь ряд студий, различных не только для музыки и речевых программ, но и для музыки разных стилей. Понятно, что такое решение, привлекательное с творческих позиций, экономически не выгодно. Поэтому студии, обычно, строятся двух типов: речевые и музыкальные. В зависимости от возможного числа исполнителей и, следовательно, объема музыкальные студии можно подразделить на несколько типов. Большая музыкальная студия рассчитывается на большие коллективы до 200 человек, ее объем более 10000 куб. м. В таких студиях можно работать с большими симфоническими оркестрами и хором с солистами. В средней музыкальной студии условия оптимальны для работы с коллективами исполнителей до 60 человек, объем таких студий 5000 куб. м. Это студии для камерных, эстрадных и симфонических оркестров неполного состава.

В малой концертной студии работают с коллективами численностью не более 25 человек, их объем 2000 куб. м. Они предназначены для джазовой музыки, вокально-инструментальных ансамблей. Студии также могут использоваться для литературно-драматических постановок. Этот тип студии, таким образом, является переходным к речевым помещениям.

Литературно-драматические студии предназначаются обычно для небольшой группы актеров (до 10-15 человек), оборудуются приспособлениями для оперативного (по ходу записи) изменения акустики (экранирующие щиты, выгородки, задергивающиеся занавеси и т.п., для возможности имитации различных звуковых мизансцен спектакля.

При проектировании телевизионных студий приходится учитывать некоторые дополнительные факторы, диктующие специфические требования к их акустическим свойствам. Во-первых, декорации вносят дополнительное поглощения и отражение. Кроме того, акустические условия меняются по ходу передачи при перемещении исполнителей и возникает необходимость в согласовании при этом зрительного и звукового образа.

Акустическая обработка студий

Как уже было сказано выше, для разных жанров исполнения требуются отличающиеся друг от друга по акустике студии. Достигается это за счет применения при акустической обработке помещений поглотителей (абсорбентов), имеющих различные физические свойства. Так, имеются абсорбенты двух типов: низкочастотные и высокочастотные. К высокочастотным абсорбентам, обладающим преимущественным поглощением энергии высоких звуковых частот, относятся пористые материалы типа древесно-волокнистых плит, оргалит, маты из различной ваты (стеклянной, капроновой, асбестовой), плиты-мипоры, матерчатые драпировки, ковры и т.п. Для выравнивания частотной характеристики реверберации наряду с высокочастотными поглотителями и в комбинации с ними применяются также специальные конструкции, поглощающие преимущественно энергию низших звуковых частот. Наиболее часто применяемой конструкцией такого типа является слоистый пористый поглотитель толщиной 8-10 см. Он покрывается жестким перфорированным материалом, например фанерой с круглыми отверстиями диаметром 5-6 мм, отстоящих друг от друга на расстоянии 25-40 мм.

Звуковые волны высших частот, падая на жесткую перфорированную поверхность, отражаются от нее и проходят внутрь поглощающего слоя только в тех местах, где имеются отверстия. Так как площадь отверстий невелика по сравнению с общей площадью конструкции, звуковая энергия высших частот поглощается весьма незначительно. Низшие частоты благодаря явлению дифракции могут огибать препятствия , поэтому с понижением частоты доля проходящей сквозь отверстия перфорации звуковой энергии увеличивается, а следовательно, растет и поглощение.

Низкочастотными поглотителями являются резонирующие панели, закрепленные у стен на небольшом расстоянии и представляющие собой нечто вроде мембраны на воздушной подушке между стеной и панелью. Эта панель колеблется под действием падающей звуковой волны на частоте собственного резонанса и отбирает часть звуковой энергии. Так как резонансная частота таких конструкций зависит от свойств материала, толщины панели, ее крепления и толщины воздушного промежутка между стеной и панелью и лежит в области низших частот звукового диапазона, такого рода поглотители являются низкочастотными.

К студиям звукового вещания и звукозаписи предъявляются также некоторые дополнительные требования. Прежде всего, студии должны иметь хорошую звукоизоляцию. Это необходимо для того, чтобы проникающие извне в студию посторонние шумы не помешали бы передаче программы. Практически установлено, что допускаемый максимальный уровень шума, проникающий в студию из соседних помещений, не должен в своей среднечастотной части спектра превышать нулевой акустический уровень более чем на 15 дБ. Например, если за стеной студии проходит улица с оживленным движением транспорта, уровень шума которой, как показывают измерения, равен примерно 90 дБ, то звукоизоляция студийных стен должна обеспечить защиту от шума не менее чем на 90-15 = 75 дБ. Другими словами, энергия внешнего шума должна быть ослаблена, приблизительно, в 30,000,000 раз. Это требование обеспечивается специальной конструкцией студийных ограждений (стен, потолка, пола), а также устройством тамбуров при входах с тяжелыми дверьми, снабженными плотным притвором.

Окна в студиях, как правило, отсутствуют, за исключением специального звукоизоляционного смотрового окна, выходящего в смежную со студией аппаратную. Искусственный свет в студии должен быть равномерным, т.е. без теней и ярких бликов, и достаточным для чтения без напряжения текстов, нот. Рекомендуемая освещенность студий может колебаться от 75 — 80 до 150 — 200 люкс максимально. Студии должны иметь систему вентиляции и кондиционирования, которая подает свежий воздух заданной температуры и влажности, что важно для нормальной работы исполнителей, а также для поддержания неизменными основных акустических свойств помещения. Хочу закончить, упомянув еще одно очевидное требование: уровни шумов систем вентиляции и кондиционирования не могут выходить за пределы допустимых уровней.

Акустика студий звукового и телевизионного вещания (Часть 1)

ГЛАВА 7. АКУСТИКА СТУДИЙ ЗВУКОВОГО И ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

7.1. Классификация, объем и форма студий

Важнейшей составной частью аппаратно-студийного блока (АСБ) является студия — помещение, специально предназначенное для исполнения речевых и музыкальных фрагментов вещательных программ. Студия — это головное звено системы звукового и телевизионного вещания. Студии для исполнения вещательных программ разных жанров должны обладать неодинаковыми акустическими свойствами. Только в этом случае может быть достигнуто максимально возможное с точки зрения слухового восприятия качество звучания.

Основные типы студий звукового (ЗВ) и телевизионного (ТВ) вещания приведены в таблице 7.1.

Формы крупных студий 3В и ТВ вещания столь же разнообразны, как и формы больших концертных залов. Их выбирают, исходя из архитектурно-строительных соображений и удобства размещения оркестрантов на сцене (игровой площадке). Эти студии имеют, как правило, места для расположения слушателей.

Студии средних и малых размеров чаще всего имеют форму прямоугольного параллелепипеда, стороны которого — длина l, ширина b, высота h — находятся в соотношении так называемого «золотого сечения»:

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание при звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.1)

Учитывая, что объем студии звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание получаем:

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание
звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание

Важен правильный выбор высоты студии h. Зависимость звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание совпадает с данными нормативных документов, которые составлены на основании опыта длительной эксплуатации студий. В больших музыкальных студиях допускается уменьшать высоту h на 10 — 20 % по сравнению с размером, получаемым из (7.2). Даже в самых крупных студиях с объемом более 10000 м3 высота не должна превышать 14 м. Размещаемые над оркестром звукорассеивающие конструкции следует подвешивать на высоте 6 — 8 м. В студиях небольшого объема выражение (1.2) приводит к недопустимо малой высоте, которая в любом случае не должна быть менее 3 м.

Объем студии находится в прямой зависимости от максимального числа исполнителей. Удельный объем, приходящийся на одного оркестранта, должен быть не менее 10 — 18 м3, а на одного слушателя — не менее 10 м3. Площадь пола студии, приходящаяся на одного исполнителя, должна быть не менее 1,8 3 м2. Скученное расположение оркестра дезориентирует музыкантов, затрудняя исполнение и повышая психологическую нагрузку, что приводит к быстрой их утомляемости и потере контроля над качеством исполнения.

В малых помещениях (V < 150 м3) — дикторские речевые студии, комнаты прослушивания, аппаратные — площадь пола должна быть не менее 25 м2. При этом спектр собственных частот малых помещений должен быть по возможности равномерным.

Таблица 7.1 — Основные типы студий звукового и телевизионного вещания
Наименование студии
Назначение
Оптимальное число исполнителей
Высота, м
Площадь пола, м2
Большая музыкальная
Музыкальные передачи крупных форм (классическая музыка в исполнении больших симфонических оркестров; хоровое пение и т.п.) с возможностью присутствия слушателей
250
13
1000
То же, но без слушателей
150
12
750
Средняя музыкальная
Симфоническая музыка (в исполнении средних по числу исполнителей оркестров)
40 -65
8,5 — 10
350 — 450
Запись эстрадной и джазовой музыки
35 — 60
8,5 — 10
350 — 450
Малая музыкальная
Запись небольших оркестров и хоров
30 — 35
8,0 — 8,3
250 — 300
Камерная
Исполнение камерной музыки, для солистов- вокалистов, музыкальных передач малых форм
10 — 15
6
150
Большая литературно-драматическая
Создание и передача радиоспектаклей крупных форм
20 — 30
6 — 6.4
150 — 200
Средняя литературно-драматическая
Художественное чтение, небольшие по форме радиоспектакли
10
5
100
Речевая
Информационные передачи, последние известия
2 — 4
3,2 — 3,5
26 — 30
Заглушенная
Создание специальных эффектов при литературно-драматических записях
6 — 10
4
50
Аппаратные
Перезапись фонограмм, запись фрагментов программ для консервации
1 — 2
3,5
30 — 40
Комната «эха»
Создание эффектов переменной реверберации, изменение «объемности», гулкости и тембральной окраски звучания
4,0
50
Комната прослушивания
Проведение экспертиз
3,5
30 — 40
Большая телевизионная
Музыкальные, литературно- драматические передачи и съемка с большим числом сценических площадок, со сложным оформлением
250
10 — 12,5
450 — 600
Средняя телевизионная
Музыкальные, литературно- драматические передачи и съемки с небольшим числом игровых площадок, с несложным декорационным оформлением
120
8,6
300
Малая телевизионная
Музыкальные, драматические передачи малых форм с малым числом (одна-две) сценических площадок с несложным декорационным оборудованием; передачи общественно-политические, научно-познавательные, литературные и т.п.,
30
6,5
150
Дикторская программная
Показ дикторов или выступающих (средний и крупный планы)
2 4
4,2 — 4,5
60- 80
Дикторская кабина телекомментатора
Информационные передачи (без показа диктора)
1 — 2
2,6 — 2,8
12 — 15

Размеры музыкальных студий можно выбрать, основываясь на таблице 7.2.

Таблица 1.2 — Оптимальное соотношение сторон музыкальных студий
Объем студии, м3
Соотношение сторон
длина
ширина
высота
До 250
1,6
1,3
1
От 650 до 1250
2,5
1,5
1
От 2000 до 4000
3
2
1
От 4000 и больше
3,3
1,2
1

форме речевых студий не придается большого значения в силу слабого влияния отражений на равномерность звукового поля в них, то этого нельзя сказать о музыкальных студиях. Значительно большее время реверберации музыкальных студий и их большие размеры могут привести к тому, что отражения от параллельных стен при значительной средней длине свободного пробега волны будут затухать медленнее других отражений, что приведет к заметной неравномерности поля. Придавая стенам некоторую непараллельность, можно добиться уменьшения количества волн осевого типа, имеющих наиболее упорядоченный характер и связанных с большей неравномерностью поля.
Указанные выше соображения заставляют прибегать к трапецеидальным и другим непрямоугольным формам музыкальных студий. Угол скоса стен таких помещений выбирается обычно до 10° . По той же причине стены и потолок в студии делаются иногда наклонными с углом наклона около 5° . Ввиду неудобства планировки больших студий с наклонными и скошенными стенами, стены часто делают ребристыми или придают непрямоугольную форму только той части помещения, где размещаются исполнители.

Лучшая равномерность звукового поля может быть получена за счет оптимального распределения по поверхности студии звукопоглощающих материалов, а также за счет размещения вдоль стен и на потолке выпуклых отражающих поверхностей. Иногда, для создания хороших акустических условий, перераспределяют звукорассеивающие и звукопоглощающие материалы, сосредотачивая первые в той части студии, в которой размещается оркестр.

7.2. Звуковое поле в помещении

Индекс диффузности. Звуковые волны в закрытых помещениях, многократно отражаясь от его поверхностей, образуют сложное поле колебательного движения частиц воздуха. Законы распределения колебательной скорости частиц воздуха, уровня звукового давления, направлений распространения акустической энергии в закрытых помещениях определяются не только характеристиками источника звука, но также и геометрическими размерами, формой помещения, способностью стен, пола и потолка поглощать акустическую энергию. По этой причине звуковые поля в закрытом помещении и в свободном пространстве существенно отличаются. Например, в свободном поле интенсивность звука есть поток энергии за единицу времени через единицу поверхности в направлении распространения звуковой волны. Для звукового поля в помещении, если поглощение звуковой энергии незначительно, понятие интенсивности в этом своем классическом определении теряет смысл, ибо в каждый момент времени одновременно существуют потоки энергии, распространяющиеся (вследствие наличия отражений) в разных направлениях. Уровни звуковых давлений могут очень сильно меняться от одной точки поля к другой. Эти изменения существенно отличаются от наблюдаемых в условиях открытого пространства для поля бегущей волны.
Универсальной и удобной в данной ситуации энергетической характеристикой звукового поля является плотность звуковой энергии e Она зависит не только от акустической мощности источника звука, но и от акустических свойств помещения.

Звуковое поле помещения в каждой точке пространства можно представить как совокупность волн, приходящих непосредственно от источника по кратчайшему пути (прямой звук), и волн, попадающих в данную точку после одного или нескольких отражений (совокупность отзвуков, образующих реверберационный процесс в помещении). Направления потоков мощности отраженных волн зависят от геометрической формы помещения и степени поглощения акустической энергии границами (поверхностями) помещения.

При изменении соотношения между длиной волны и размерами помещения, акустических свойств и форм отражающих поверхностей характер звукового поля помещения меняется. Если помещение не содержит фокусирующих поверхностей и геометрически симметричных сечений, а размеры помещения значительно больше длины волны, и если стены не сильно поглощают звуковую энергию, то через некоторое время при непрерывном действии источника через произвольный элемент объема помещения в каждый момент времени будет проходить большое число отдельных волн, распространяющихся в разных направлениях. В результате звуковое поле будет иметь следующие свойства: 1) все направления потоков энергии этих волн будут равновероятны; 2) плотность звуковой энергии такого поля по всему объему помещения будет постоянна. Первое свойство называют изотропией звукового поля, а второе — однородностью. Звуковое поле изотропное и однородное называют диффузным. Для диффузного звукового поля постулируется еще одно важное свойство: все элементарные волны этого поля некогерентны, поэтому в нем отсутствуют устойчивые явления интерференции.
Количественной мерой оценки диффузности звукового поля в помещении является индекс диффузности. Экспериментально он может быть найден следующим образом. В помещении возбуждают сигнал переменной частоты (так называемый воющий тон). В исследуемой точке помещения располагают микрофон с острой диаграммой направленности. Сигналы, воспринятые микрофоном от источника звука при его ориентации в пределах телесного угла 0 — p наносят на пространственную диаграмму в полярных координатах и получают систему отрезков, сходящихся в одной точке (рис. 7.1). Длины этих отрезков пропорциональны интенсивности звука, принятого со стороны соответствующего направления W, W + DW. При этом индекс диффузности

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание
(7,3)

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание

Рис. 7.1. К понятию коэффициента или индекса диффузности звукового поля
звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7,4)

Здесь Iср — средняя интенсивность звука в пределах полного телесного угла; Ii — интенсивность звука для i-го направления; n- число взятых направлений; звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание — отклонение интенсивности .звука от среднего значения; т — относительное отклонение интенсивности звука, усредненное по всем направлениям; то — относительное отклонение интенсивности звука от среднего значения, измеренное в заглушенной камере. При m = mo. (полностью заглушенное помещение), индекс диффузности равен нулю. Если т =mo, то поле абсолютно диффузно. Для большого числа залов среднее значение индекса диффузности составляет около 0,65. ..0,75. С увеличением объема помещения (V > 10000 м) индекс диффузности уменьшается. Его увеличивают применением в помещениях разнообразных по форме звукорассеивающих объемных конструкций.

 

7.3. Волновой и статистический методы анализа структуры звукового поля в помещении

Студия представляет собой замкнутый воздушный объем, который, являясь колебательной системой с распределенными параметрами, существенно влияет на временную структуру сигнала источника звука, ощутимо изменяя окраску звучания. Известно, что речь в большом пустом помещении и в жилой комнате звучит поразному. Звучание оркестра на открытом воздухе гораздо беднее в тембральном отношении, чем в помещении с хорошими акустическими свойствами.

Воздух, заполняющий помещение, имеет определенную упругость и массу, оказывает сопротивление распространяющейся в нем звуковой волне. С позиции волновой теории воздушный объем закрытого помещения рассматривается как сложная многорезонансная колебательная система с распределенными параметрами. При воздействии сигнала, излучаемого источником звука, в воздушном объеме помещения возбуждаются собственные колебания. Спектр собственных частот достаточно просто рассчитать лишь для помещений простых геометрических форм. Например, для помещений в форме прямоугольного параллелепипеда (с идеально жесткими отражающими поверхностями) длиной l, шириной b и высотой h собственные частоты

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.6)

где F0— средняя частота выделенного частотного интервала F+DF ; CЗВ — скорость звука. При этом средний интервал между смежными собственными частотами в области частот от F до F+DF.

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание
Рис. 7.2. Спектр собственных частот (а), гистограмма распределения их числа (б) при l = 10 м, b = 6 м, h = 4 м, примерная схема временной структуры реверберирующего сигнала (в) и начальный ее участок (г) для помещения в форме параллелепипеда при l = 40 м, b = 25 м и h = 8 м

(7.7)

Он обратно пропорционален объему помещения и очень быстро убывает в сторону высоких частот. Общее число собственных частот в интервале от 0 до F может быть найдено из формулы

(7.8)

где L = 4(l+ b + h); S = 2(lb + lh + bh); V — объем помещения, м3. При  плотность спектра собственных частот помещения настолько высока, что частота возбуждающего колебания практически не отличается по величине от частоты собственного колебания. Поэтому усиления отдельных компонент спектра сигнала за счет резонансов воздушного объема помещения не происходит. Обычно наблюдающаяся неравномерность частотных характеристик помещений объемом свыше 100 м3 объясняется не резонансными явлениями на собственных частотах, а взаимодействием многочисленных собственных колебаний, которые из-за случайности фазовых соотношений усиливаются или ослабляются. Средний интервал между соседними максимумами частотной характеристики помещения может быть найден из следующей приближенной формулы: звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание , где Т — время реверберации помещения, с.

Собственное колебание (или их совокупность), являясь откликом помещения на возбуждение, не может затухнуть мгновенно. Отклик (отзвук) проявляется на любой частоте возбуждающего колебания. Процесс затухания колебаний в помещении также происходит на собственных частотах с постоянной времени, определяемой затуханием на каждой из собственных частот. Эти постоянные затухания на каждой из собственных частот обычно настолько близки, что можно использовать их среднее значение. Сам процесс затухания звуковой энергии в помещении описывается экспоненциальной функцией вида

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание для t > 0,                           (7,9)

где e0 и e(t)- соответственно установившаяся и изменяющаяся во времени плотность звуковой энергии в помещении; d — среднее значение постоянной затухания; t — текущее время.

Из волновой теории акустики помещения следует, что процессу затухания отзвука свойственны флуктуации, обусловленные интерференционными явлениями. Иными словами, каждый элемент (отрезок) временной структуры сигнала возбуждает постепенно затухающий отзвук. Совокупность отзвуков образует своего рода звуковой фон, на котором слушатель должен воспринимать все новые и новые элементы быстро изменяющейся временной структуры сигнала. Этот фон, являясь многократным повторением каждого отрезка сигнала, увеличивает время его слухового восприятия и характеризует собственно помещение, где происходит исполнение программы. Оба фактора — структура спектра собственных частот и быстрота затухания отзвука помещения — по-разному влияют на слуховое восприятие.

В тех случаях, когда объем помещения достаточно велик  , а это условие обычно выполняется на практике) и можно не считаться с дискретностью спектра собственных частот помещения, к анализу временной структуры звукового поля можно подойти с позиций геометрической акустики. Поле в каждой точке помещения можно рассматривать как результат наложения на сигнал прямой звуковой волны, поступающей от исполнителя по кратчайшему пути (прямой звук), значительного числа запаздывающих повторений, обусловленных отраженными звуковыми волнами (отзвуками), претерпевшими разное число отражений от поверхностей помещения. Вследствие поглощения звуковой энергии при отражениях запаздывающие повторения имеют меньший уровень, чем первичный сигнал. В среднем уровень этих повторений убывает с ростом времени запаздывания, так как сигналы с большей задержкой претерпевают, как правило, и большее число отражений, следовательно, больше ослабляются. Совокупность этих отраженных звуков образует реверберационный процесс студии, существенно изменяющий окраску звучания.
Примерная временная структура реверберирующего сигнала в помещении показана на рис. 7.2,в. Она получена в предположении экспоненциального затухания. В полулогарифмическом масштабе эта зависимость выражается прямой линией. Начальный участок временной структуры отражений, рассчитанный для прямоугольного помещения размером 40x25x8 м показан на рис. 7.2,г. Он получен в предположении, что сигналы ослабляются при отражении от стен и, кроме того, вследствие сферичности фронта волны интенсивность волны изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука до точки наблюдения.

Для помещения в форме прямоугольного параллелепипеда число повторений, приходящих в точку приема за время от до t до t+Dt,

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.10)

а средний интервал между следующими друг за другом отзвуками в промежутке Dt

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.10)

Если в начальной стадии процесса отзвука (см. рис. 7.2,в) структура реверберирующего сигнала дискретна, то в его завершающей части реверберации запаздывающие сигналы образуют настолько плотную последовательность, что их можно считать сливающимися друг с другом. Важнейшей особенностью реверберационного процесса в помещении является его пространственность — отзвуки приходят в точку наблюдения с разных направлений. Однако в диффузном звуковом поле при стационарно работающем источнике звука количество звуковой энергии, поступающей с разных направлений, одинаково. Все же случаи, когда звуковое поле в помещении является идеально диффузным, встречаются довольно редко.

7.4. Статистическое представление о звуковых процессах в помещении

Поглощение звуковой энергии в помещении. Падая на поверхность (рис. 7.3), звуковая волна частично отражается от нее, частично поглощается материалом поверхности, переходя в тепловую энергию, частично может уйти за пределы помещения.

Процессы преломления звуковой волны в поверхности подчиняются законам геометрической акустики. При этом энергия, оставшаяся в помещении после отражения звуковой волны, характеризуется коэффициентом отражения b , энергия, теряемая в помещении после отражения, a — коэффициентом звукопоглощения , энергия звуковой волны, прошедшая сквозь поверхность, g — коэффициентом звукопроводности :

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание

где Епад — энергия звука, падающая на поверхность; Еотр — энергия звука, отраженного от поверхности; Епр — энергия звуковой волны, прошедшей сквозь поверхность в соседнее помещение; Епогл — энергия звуковой волны, теряемая в помещении при отражении. Очевидно, что a+b=1, так как Епогл + Еотр = Епад. Значения коэффициентов a, b и g зависят от материала и конструктивных особенностей поверхности, частоты и угла ji падения звуковой волны на преграды.

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание

Рис. 7.3. Диаграмма, поясняющая процессы отражения и преломления звуковой волны, падающей на преграду

Значения коэффициентов звукопоглощения a приводимые в справочниках, получены в диффузном звуковом поле, которое характеризуется равновероятным распространением звуковых волн в каждом направлении, равенством значений звуковой энергии, распространяющейся в каждом направлении, одинаковым значением суммарной звуковой энергии в каждой точке объема помещения. В этом случае коэффициент звукопоглощения является средним значением совокупности всех его возможных значений

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.13)

где a ji — коэффициент звукопоглощения при угле падения звуковой ВОЛНЫ ji. Поверхности преград пустого помещения, обработанные разными материалами с коэффициентами звукопоглощения a1, a2, … an при площади поверхности каждого из них соответственно равной S1, S2, … Sn образуют общий фонд звукопоглощения

(7.14)

Здесь S1+S2 + … + Sn = S — суммарная площадь всех поверхностей помещения.

Дополнительный фонд звукопоглощения помещения образуют люди, предметы обстановки (в отношении которых трудно оценить занимаемую ими площадь). Если известны общее число единиц звукопоглощения для каждого такого объекта (A1, A2,…, Ak) и их количество в помещении L1, L2, …, Lk, то дополнительный фонд звукопоглощения равен звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание.

Экспериментальные оценки акустических параметров студий и залов многоцелевого назначения показали, что, кроме основного и дополнительного фондов звукопоглощения необходимо учитывать еще и так называемый добавочный фонд звукопоглощения Aдоб = aдобS, где

Наименование студии
Значение aдоб. Гц
125
250
500 — 2000
Средняя музыкальная, малая музыкальная, камерная
0,075
0,06
0,03
Большая музыкальная
0,09
0,075
0,04

aдоб — коэффициент добавочного звукопоглощения, учитывающий проникновение звуковых волн в различные щели и отверстия помещения, колебания разнообразных гибких элементов, поглощение звука осветительной арматурой и т.п. Значения aдоб зависят от частоты (табл. 7.2).

Заметим, что если при проектировании студий не учитывается добавочный фонд звукопоглощения, то время реверберации в области нижних частот часто оказывается много меньше расчетного.
Общее звукопоглощение в помещении

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.14)

где выражены в единицах звукопоглощения. Под единицей звукопоглощения понимается поглощательная способность 1 м2 условного материала, имеющего a=1 (b=0), т.е. полностью поглощающего падающую на эту поверхность звуковую энергию.

Среднее значение коэффициента звукопоглощения для помещения (7.14)

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.15)

соответствует условному материалу, которым можно было бы обработать поверхности помещения, обеспечив поглощение звуковой энергии, свойственное данному конкретному помещению, поверхности которого обработаны разнородными материалами. Иными словами, среднее значение коэффициента звукопоглощения представляет собой величину, учитывающую разнообразие углов падения звуковых волн на отражающую поверхность, различие поглощающих свойств материалов, которыми обработаны поверхности помещения, наличие в последнем звукопоглощающих предметов.

Средняя длина и среднее время пробега звуковой волны в помещении. Путь звуковой волны (рис. 7.4,а), многократно отразившейся от поверхностей помещения можно представить в виде ломаной линии, составленной из отрезков l1, l2, ┘, lm. Длина каждого такого отрезка соответствует свободному пути, пройденному звуковой волной между двумя соседними отражениями.

Если значения l1, l2, ┘, lm известны, то среднюю длину свободного пробега звуковой волны можно найти как

(7.16)

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание

Рис. 7.4. Распространение звуковой волны в помещении (а) и отражение звуковой волны от пары взаимно параллельных поверхностей (б)

Очевидно, что длины отрезков lm, lm, ┘, lm зависят от формы и размеров помещения, от местоположения источника звука 1 и микрофона М (см. рис. 7.4,а). Вычисление lср по формуле (7.16) встречает ряд трудностей. Во избежание их предположим, что звуковая волна распространяется между парой параллельно расположенных ограждающих поверхностей помещения (рис. 7.4,б). Длина свободного пробега звуковой волны, многократно отражающейся от пары взаимно параллельных ограждающих поверхностей помещения, пропорциональна расстоянию между ними ( l, h или b) и определяется одним из равенств

l1 = k1l;
l2 = k2h;
l3 = k3b;
(7.17)

Число отражений звуковой волны от каждой пары таких взаимно параллельных поверхностей в единицу времени соответственно будет

n1 = (Cзв/k1l);
n2 = (Cзв/k2h);
n3 = (Cзв/k3b),
(7.18)

где Cзв — скорость звука.

Величину lср можно найти как отношение пути, пройденного звуковой волной в единицу времени (Cзв), к общему числу отражений за это время (n1 + n2 + n3) от всех поверхностей помещения: lср = Cзв/(n1 + n2 + n3) Расчеты показывают, что для разных объемов коэффициенты ki, k2, k3, мало отличаются друг от друга и близки к 2. С учетом этого

lср = 4V/S.
(7.19)

Из (7.19) следует, что наибольшая длина среднего пробега звуковой волны будет свойственна шару, который, как известно, имеет наибольший объем V при наименьшей площади S, ограничивающей это тело поверхности. При V = const для тел любой другой формы, включая и параллелепипед, lср будет меньше.

Среднее время свободного пробега звуковой волны

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание
(7.20)

Среднее число отражений звуковой волны от поверхностей помещения в единицу времени

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание
(7.21)

 

7.5. Структура и слуховое восприятие реверберационного процесса в помещении

На микрофон, установленный в помещении, воздействуют звуковые волны, приходящие от источника звука кратчайшим путем (прямой звук), и большое число волн, отраженных от поверхностей этого помещения (отзвуки). Последние образуют реверберационный процесс помещения и отличаются от прямого звука уровнем, спектральным составом, временем и направлением прихода. Пространственность реверберационного процесса является важнейшей его особенностью, существенно улучшающей восприятие всех его временных и частичных изменений благодаря присущей слуху избирательной способности по направлению. Это свойство слуха называют обычно пространственной демаскировкой.

 

 

Аналитически реверберирующий сигнал s(t) можно представить в виде

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.22)

где и — соответственно амплитуда и время запаздывания i-го отзвука (для сигнала прямого звука i = 0); x(t) — временная функция сигнала, излучаемого источником звуковых колебаний.

Типичная картина реверберационного процесса для помещения любой формы изображена на рис. 7.5,а. По оси ординат отложены уровни сигналов прямого звука и отзвуков, по оси абсцисс — время их поступления в точку приема звука. В начальной стадии временная структура реверберационного процесса дискретна. С увеличением времени запаздывания отраженных сигналов их количество возрастает, а временные интервалы между ними уменьшаются. Уровень отзвуков с течением времени постепенно уменьшается. Данный процесс имеет флуктуаци-онный характер. Этот начальный участок реверберационного процесса несет информацию о геометрических размерах помещения, его объеме, определяет такую важную особенность восприятия, как простран-ственность звучания, а также свойственную помещению специфическую окраску звучания. Завершающий участок реверберационного процесса характеризуется поступлением в каждый момент времени достаточно большого числа отраженных сигналов. Он определяет свойственную помещению гулкость звучания.
Заметим, что достаточно полного «перемешивания» отражений можно ожидать не ранее как через 100 мс, а в больших помещениях — и через 200 мс. Звуковое поле в помещении приближается к диффузному не раньше указанного промежутка времени. 1/1 применительно к реверберационному процессу можно говорить о динамической диффузности звукового поля в помещении, возрастающей к завершающей части реверберационного процесса. Лишь после этого момента может наблюдаться подчиняющийся статистическим законам экспоненциальный спад энергии поля реверберирующего звука.

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание

Рис. 7.5. Уточненная временная структура реверберационного процесса в помещении (а) и содержащиеся в нем группы периодически следующих отзвуков (б)

Между сигналом прямого звука и завершающим участком реверберационного процесса располагаются ранние отражения. Их интенсивность, направления прихода к слушателю, время запаздывания по отношению к сигналу прямого звука определяют плохие и хорошие места в зале. Картина ранних отражений индивидуальна для каждого слу-шательского места. Заметим (за исключением крайних случаев), что слушатель концерта или оперы воспринимает лишь от 5 до 20 % общей энергии в виде прямого звука, 10 % энергии приходится на завершающий участок реверберационного процесса. Остальное, примерно 70…80 %, — это энергия дискретных отражений. Многие авторы утверждают, что начальная часть реверберационного процесса гораздо важнее для субъективного восприятия, чем завершающий его участок, когда процесс формирования структуры поля уже завершился и начинается спад энергии по экспоненциальному закону.

В дискретной части реверберационного процесса следует различать условно ранние и поздние отражения. Граница между ними лежит вблизи 50 мс для речи и 80 мс для музыки. Многочисленными экспериментальными’наблюдениями отмечена важная роль первых (ранних) дискретных отражений в создании эффекта пространственного восприятия звучаний речи и музыки. При звучании музыки максимальный эффект пространственности и прозрачности звучания достигается, если первое отражение запаздывает по отношению к сигналу прямого звука примерно на 20…30 мс, а первые три запаздывающих сигнала размещаются в интервале 45…75 мс. При звучании речи высокая разборчивость достигается, если первый запаздывающий сигнал приходит не позже 10… 15 мс после сигнала прямого звука, а первые три отражения — в интервале 25…35 мс. Увеличение времени запаздывания первого отражения усиливает и здесь эффект пространственности звучания, но при этом, как правило, снижается разборчивость. Отсутствие участка дискретных отражений приводит к ощутимому ухудшению качества звучания. Можно сказать, что самые ранние отражения повышают разборчивость и прозрачность, а более поздние — пространственное впечатление. Первый запаздывающий сигнал, как правило, приходит, отразившись от потолка. Отражения от боковых стен, приходящие в интервале времени от 25 до 80 мс, могут одновременно повышать как прозрачность, так и пространственное впечатление. Пространственность прихода ранних отражений — очень важная особенность дискретного участка реверберационного процесса в помещении.

Влияние помещения достаточно полно характеризуется его импульсным откликом

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.23)

 

где и — соответственно амплитуда и время запаздывания сигнала i-го отзвука; t— текущее время реверберационного процесса;

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание -дельта-функция;

 

 

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание (7.24)

— весовая функция, учитывающая «память» слуха; Т — постоянная времени слуха, характеризующая интервал времени, в течение которого

слуховое ощущение уровня громкости уменьшится на 8…10 фон, считая с момента выключения источника звука. По некоторым данным Т = 150…200 мс. Наглядное представление о временной структуре импульсного отклика помещения h0 ( ) дает его кратковременная корреляционная функция

(7.25)

Здесь ai и aj — амплитуды i-гo и j-гo отзвуков; ti и tj — их времена запаздывания; t — текущее время реверберационного процесса; l(tit) и l(tj t) — весовые функции (7.24), характеризующие «память» слуха; d(tDti,j) — дельта-функция, где Dti,j= tjti .

звукоизоляция шумоизоляция виброизоляция акустика строительство студий звукозаписи звукоизоляционные материалы озвучивание

Рис.7.6. Кратковременная функция корреляции реверберирующего сигнала

 

Кратковременная функция корреляции B0(t)(рис. 7.6) импульсного отклика помещения содержит множество энергетических пиков, отличающихся как по уровню, так и по расположению их на временной оси t. Все это позволяет рассматривать реверберационный процесс как совокупность (сумму) апериодических отражений и групп периодически следующих отзвуков (см. рис. 7.5,б), каждая из которых имеет различный период следования Т; и неодинаковое расположение на оси t. Отзвуки, приходящие апериодически, образуют так называемый реверберационный фон (плавно спадающий по уровню) и воспринимаются слитно.

Энергетические пики кратковременной функции корреляции образуют (при слуховом восприятии реверберационного процесса) отзвуки высокого уровня, несущие информацию об акустических свойствах помещения. Если разница по времени поступления к слушателю соседних пиков кратковременной корреляционной функции (см. рис. 7.6)

меньше порогового значения , то эти отзвуки высокого уровня воспринимаются слитно. При  они воспринимаются раздельно. В реальных условиях это условие выполняется достаточно часто. Отсюда следует, что при окончательной обработке реверберирующего сигнала в высших нервных центрах, т.е. при его превращении в ощущения, образуется ряд раздельно воспринимаемых звуковых образов. Об этом свидетельствует и тот факт, что временные параметры слуха, зависящие от того, о чем идет речь: об интегрировании слухового ощущения, различении двух сигналов, маскировке, существенно меньше длительности реверберационного процесса помещения (0,8 – 2,0 с).

 

7.6. Статистическая теория акустических процессов в помещениях

Общие сведения. Представление о диффузном звуковом поле и связанная с ним возможность использования средних значений a, tcp и nср позволяет достаточно просто получить выражения, описывающие процессы нарастания звуковой энергии в помещении после включения источника звука и ее постепенного поглощения после выключения источника. Заметим, что универсальной энергетической характеристикой звукового поля является плотность звуковой энергии

 

или , где Е и Iзв — соответственно энергия и интенсивность звуковой волны (падающей или стоячей, если речь идет о закрытом помещении); V и Cзв — объем помещения и скорость распространения звуковой волны.

Процесс нарастания звуковой энергии в помещении. Предположим, что в момент t = 0 в помещении начал работать источник звука с акустической мощностью Ра. Пусть поглощение энергии в помещении, возникающее при отражении звуковых волн от поверхности преград, происходит через интервалы времени tcp — среднее время свободного пробега звуковой волны в помещении. За это время источник звука отдаст в помещение энергию E(tcp) = Patcp. В момент t = tcp произойдет акт поглощения части энергии поверхностями помещения и останется лишь часть ее Patcp b. К моменту t = 2tср к оставшейся части энергии добавится энергия, излученная источником звука за интервал времени от t = tcp, т.е. опять-таки Patcp, и энергия, запасенная в помещении:

E(2tcp) = Patcp + Patcp = Patср(1 + b) (7.26)

Продолжая рассуждать аналогичным образом, нетрудно убедиться в том, что в момент t = ntcp в помещении, очевидно, будет запасена энергия

Если принять во внимание, что n= (t/tcp) = 4Vt/(CзвS) и, кроме того, справедливо тождество , то (7.27) можно легко преобразовать к виду

 

(7.28)

Учитывая, что универсальной энергетической характеристикой звукового поля в помещении является плотность звуковой энергии, окончательно запишем

 

(7.29)

Напомним, что aS = А — общее поглощение звуковой энергии в помещении. Коэффициент звукопоглощения a<1, поэтому ln(1- a)<0, показатель степени имеет отрицательный знак и при t®µ второй сомножитель стремится к нулю. Поэтому в установившемся режиме

 

(7.30)

Величина e0 называется установившейся плотностью звуковой энергии в помещении. В установившемся режиме мощность, поглощаемая поверхностями помещения, равна мощности, излучаемой источником звука. Иначе говоря, процесс нарастания звуковой энергии в помещении происходит до тех пор, пока энергия, соответствующая наиболее запаздывающим повторениям (отзвукам), не снизится до пренебрежимо малого значения.
Заметим, что если , то справедливо соотношение и тогда (7.29) можно упростить:

(7.31)

Акустика студий звукового и телевизионного вещания (Часть 2)

Из (7.29) следует, что в диффузном звуковом поле процесс нарастания плотности звуковой энергии в помещении происходит по экспоненциальному закону (теоретическая зависимость 1 на рис. 7.7,а). При этом нарастание звуковой энергии ускоряется при увеличении модуля показателя степени при экспоненте, т.е. при увеличении коэффициента звукопоглощения a и отношения S/V, зависящего от формы и размеров помещения. Очевидно, что установившаяся в помещении плотность звуковой энергии l0 (7.30) растет с увеличением мощности источника звука Ра и падает с увеличением общего звукопоглощения . В реальных условиях звуковое поле в помещении не может считаться строго диффузным процессу нарастания звуковой энергии в помещении

свойственны флуктуации (зависимость 2 на рис. 7.7,a).

Рис. 7.7. Нарастание (а) и спадание (б) плотности звуковой энергии в помещении, а также совмещение этих процессов в одном временном масштабе (в)

 

Процесс спадания звуковой энергии в помещении. Пусть в помещении установилась плотность звуковой энергии 0. Выключим источник звука и с этого момента будем отсчитывать текущее время t. Допустим, что акты поглощения звуковой энергии в помещении, как и ранее, происходят через интервалы времени tcp (7.20). После первого акта поглощения в момент t = tcp плотность звуковой энергии в помещении (tcp) = e0(1- a). После второго акта поглощения в момент t = 2tcp плотность энергии e(2tcp) = e(tcp)(1- a) = e0 (1 — a )2. Соответственно после n-го акта поглощения звуковой энергии в помещении ее оставшаяся часть в момент t = ntcp составит

e(ntcp) = S0(1- a )n (7.32)

Выполняя те же преобразования, что и ранее (учитывая тождество (1- a )n = exp[n ln(l — a)]) и тот факт, что n = t/tcp = cзвSt/4V, окончательно найдем e(t) = e0 ехр[n ln(1 — a)] или

(7.33)

Заметим, что при коэффициенте звукопоглощения a £ 0,2 можно воспользоваться равенством — ln(1 — a) = a и упростить полученное выражение

(7.34)

Процесс спадания звуковой энергии в помещении [см. (7.33) и (7.34)] также отображается экспоненциальной зависимостью (1 на рис. 7.7,б) и зависит от общего звукопоглощения А = aS и объема V помещения. Этот процесс тем короче, чем больше А и чем меньше V. Процесс затухания звука в реальных помещениях носит флуктуационный характер (2 на рис. 5.7,б), т.е. имеются отклонения от теоретической зависимости как в ту, так и в другую сторону.

 

Реверберация. Поглощение звука в воздушной среде помещения. На рис. 5.7,б изображены процессы нарастания и спадания звуковой энергии в помещении в одном временном масштабе. Здесь по оси ординат отложен логарифм относительного изменения плотности звуковой энергии lg(e/e0) как величины, более точно отражающей реакцию слуха на звуковое воздействие, а по оси абсцисс отложено текущее время t. Из рассмотрения этой зависимости, где момент t1 соответствует включению источника звука в помещении, a t1`— его выключению, видно, что процесс нарастания плотности звуковой энергии в помещении происходит очень быстро и поэтому незаметен на слух. Процесс спадания звуковой энергии, называемый реверберацией, протекает медленно, заметен на слух и играет важную роль в слуховом восприятии.

Звуковая энергия поглощается не только поверхностями преград помещения, но и средой. Эти дополнительные потери обусловлены вязкостью и теплопроводностью воздуха, а также молекулярным поглощением. Поглощение звука в воздухе определяется пробегом звуковой волны и достаточно точно может быть описано экспоненциальной функцией вида

(7.35)

где l=cзвt, а m — коэффициент затухания, равный обратному значению того пути l, на котором плотность звуковой энергии уменьшается в е раз. Значение m зависит от плотности p p0и вязкости h воздуха, а также от температуры, влажности воздуха и частоты F (рис. 7.8):

(7.36)

 

                       Относительная влажность, %
Рис. 7.8. Зависимости коэффициента затухания звука в воздухе от относительной влажности m частоты (по данным Э. Ивенса и Э. Вез

 

С учетом поглощения звука в воздухе выражение (7.33), описывающее процесс реверберации звука в закрытом помещении, можно представить в виде

(7.37)

Заметим, что при одной и той же акустической мощности источника звука длительность процесса реверберации на низких и средних частотах почти не зависит от звукопоглощения воздушной среды, ибо значение коэффициента мало. В области верхних частот длительность процесса реверберации уменьшается тем значительнее, чем выше частота. Вообще говоря, чем больше объем помещения, тем больше средняя длина свободного пробега звуковой волны (7.19), тем на более низких частотах начинает сказываться поглощение звука в воздушной среде.

 

7.7. Основные критерии оценки акустического качества помещений

Стандартное время реверберации. Из (7.30) видно, что установившаяся плотность звуковой энергии в помещении зависит от акустической мощности Ра источника звука. Очевидно, что с увеличением Ра длительность (t2 и t’2 на рис. 7.7,е) процесса реверберации возрастает, хотя его слуховая оценка практически остается неизменной. Чтобы время реверберации характеризовало только акустические свойства помещения, надо исключить его зависимость от Ра. Для этого введем понятие стандартного времени реверберации Тр помещения — времени, в течение которого плотность звуковой энергии уменьшается в 106 раз, т.е. на 60 дБ. Из этого определения следует, что при t = Тр.

 

(7.38)

После логарифмирования и подстановки значений сзв = 340 м/с и lg e = 0,434 решим полученное выражение относительно

(7.39)

Итак, стандартное время реверберации (7.39) зависит от объема помещения V, площади S ограничивающих его поверхностей, коэффициента звукопоглощения a и поглощения звука в воздухе. Заметим, что в знаменателе этой формулы первое слагаемое учитывает потери звуковой энергии при отражениях, второе — поглощение звука в воздухе. Величины a и m частотно-зависимы. С повышением частоты стандартное время реверберации Тр уменьшается прежде всего вследствие роста m

Для небольших помещений, а также для помещений большого объема, но на частотах ниже 1000 Гц вторым слагаемым в (7.39) можно пренебречь:

(7.40)

или, воспользовавшись тождеством ln(1 — a) = 2,31ln(1 — a), прийти к формуле Эйринга:

(7.41)

В помещениях большого объема на частотах 1000 — 4000 Гц оба слагаемых в знаменателе выражения (7.39) примерно равноценны. На частотах более 4000 Гц основную роль начинает играть звукопоглощение в воздухе и практически уже не влияющим на слуховое восприятие.стандартное время реверберации становится малым,
Заметим, что называют также реверберационным коэффициентом поглощения. Зависимость a= f(a) приведена на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Связь между средним и реверберационным коэффициентами звукопоглощения

 

    
Рис. 7.10. Диаграммы, поясняющие оценку времени стандартной (а) и эквивалентной (б) реверберации: 1 — теоретическая зависимость; 2 — реальная зависимость

При небольших значениях коэффициента звукопоглощения 0,2 справедливы соотношения — ln(1 — a) = a и a‘S = S = A и от (7.40) и (7.41) можно перейти к формуле Сэбина

 

Тр = 0,l6V/(a). (7.42)

 

Если отсюда найти звукопоглощение помещения

 

 

A =a S=0,164V/Tp (7.43)

и подставить это выражение в (7.30), то получим, что при постоянной акустической мощности источника звука установившаяся в помещении плотность звуковой энергии to будет расти с увеличением Тр:

e0 @ РаТр/(13,8V). (7.44)

Ни одна из приведенных здесь расчетных формул не является абсолютно точной, так как не учитывает влияния формы помещения, особенностей размещения источника звука и звукопоглощающих материалов. Строго говоря, эти формулы пригодны, если звуковое поле в помещении является идеально диффузным (рис. 7.10,а).

Акустическое отношение и эквивалентная реверберация. Стандартное время реверберации является важным, но не исчерпывающим критерием акустического качества помещения. Этот параметр характеризует акустические свойства помещения в целом, в то время как слуховая оценка звучания на отдельных местах прослушивания может быть различной, что прежде всего обусловлено изменением соотношения плотностей звуковой энергии eпр прямого звука и энергии eотр, приносимой в эту точку всей совокупностью отражений.

Если источник звука излучает сферические волны, то плотность звуковой энергии прямого звука в точке помещения, удаленной от него на расстояние r,

eпр = eпр зв/C зв = Pa / 4p r2C зв (7.45)

Плотность звуковой энергии eотр диффузной составляющей определим как часть установившейся плотности звуковой энергии e0 (7.30), которая остается в поении после выключения источника звука через интервал времени tcp (т.е. после первого отражения от поверхностей помещения):

(7.46)

Величину, характеризующую соотношение плотности звуковой энергии прямого (7.45) и диффузного (7.46) звуков, называют акустическим отношением:

(7.47)

Величина R зависит от частоты, так как коэффициент частотно-зависим. Для источника звука с направленным излучением величина акустического отношения может быть рассчитана по формуле

(7.48)

где a — средний коэффициент звукопоглощения; S — площадь ограничивающих поверхностей помещения; W— коэффициент осевой концентрации источника звука; D(f) — его характеристика направленности; f— угол между акустической осью источника звука и направлением на рассматриваемую точку помещения.

Рис. 7.11. Зависимость акустического отношения R от объема, например, кинозала, для первого (3), среднего (2) и последнего (1) ряда зрителей

Если учесть, что aS = 0,164V/Тр, то выражения (7.47) и (7.48) можно представить также следующим образом:

(7.49)

 

(7.50)

Величина акустического отношения растет при увеличении расстояния между источником звука и слушателем, увеличении времени реверберации, использовании менее направленных источников звука с малым значением коэффициента осевой концентрации, уменьшении среднего коэффициента звукопоглощения поверхностей помещения и объема последнего. Последнее заключение подтверждают экспериментальные кривые зависимости R = t(V), представленные на рис. 7.11. При увеличении расстояния до источника звука акустическое отношение растет, что очевидно. При уменьшении объема помещения акустическое отношение также возрастает. Это значит, что при уменьшении объема помещения доля диффузной энергии возрастает значительно быстрее, чем доля прямого звука.

Изменение акустического отношения воспринимается при слуховой оценке как изменение времени реверберации. Для музыкальных программ акустическое отношение доходит до 6… 8, в отдельных случаях до 10.. .12 (органная музыка). При R < 2 музыкальное звучание кажется неестественно сухим. Для речевых программ обычно R < 1. Расстояние до источника звука, при котором R = 1, называется радиусом гулкости помещения. При больших расстояниях eотр>> eпр и в звучании появляется гулкость. Для одиночного источника звука радиус гулкости

(7.51)

Как видно из рис. 7.10,б (кривая 1), звуковая энергия в помещении при наличии в точке расположения микрофона прямого и отраженного звуков в момент времени t1 изменяется скачком, что обусловлено исчезновением поля прямого звука eпр при выключении источника звука. Размер этого скачка D определяется акустическим отношением. В идеально диффузном поле R = µ( eпр = 0) упомянутый скачок отсутствует (кривая 3 на рис. 7.10,б).

Два процесса спадания звуковой энергии в помещении — реальный со скачком уровня в момент t1 (кривая 1 на рис. 7.10,б) и без скачка (кривая 2) — оцениваются на слух как эквивалентные по гулкости, если точка их пересечения А отстоит от момента t1 на интервал t »0,2 с. Время, в течение которого плотность звуковой энергии этого эквивалентного процесса (кривая 2} уменьшается на 60 дБ (или в 10 раз) и определяет эквивалентное время (ощущаемой на слух) реверберации Тэр. Очевидно, что, изменяя Тэр, можно менять субъективное ощущение воспринимаемой реверберации. Как правило, Тэр < Тр и только при R ® µ Тэр » Тр.

Для расчета значения Тэр пользуются формулой

(7.52)

где — коэффициент направленности микрофона; Ем1 и Eм2 — чувствительность микрофона к прямому и диффузному звукам соответственно.

Эквивалентная реверберации Тэр существенно зависит от расстояния между источником звука и точкой расположения микрофона, а также от характеристик направленности последних. При малом значении г она заметно меньше Тр ввиду большого уровня прямого звука. Воспринимаемая реверберация в этом случае ослабляется. При R > 3 имеем Тэр » Тр. Время Тэр может быть малым при использовании остронаправленных микрофонов, ориентированных на источник звука.

Факторы четкости и реверберационных помех.Отраженные сигналы, составляющие начальный участок ревербера-ционного процесса в помещении, суммируются с прямым звуком и воспринимаются с ним слитно, обогащая тембр звучания и увеличивая его громкость. В то же время отраженные звуки, имеющие большое время запаздывания (более 50 мс для речи и более 100 ¸ 150 мс для музыки) размывают звучание, снижают его четкость.

Критерием, отражающим эту особенность слухового восприятия, является так называемый фактор четкости D, впервые введенный Р. Тиле. Он представляет собой отношение «полезной» части энергии отраженных звуков (в пределах которой запаздывающие сигналы тесно коррелированы с сигналом прямого звука) ко всей энергии реверберирующего сигнала:

(7.53)

Рис. 7.12. Зависимость фактора четкости от объема для некоторых залов

Здесь t = 50 мс для речи и 100… 150 мс для музыки. Его оптимальное значение не зависит от объема помещения (рис. 7.12) и существенно отличается по величине для речи и музыки. Для речи значение фактора D в первую очередь связано с разборчивостью, его оптимальное значение в этом случае составляет 0,7…0,75. Для музыкальных сигналов в помещениях с хорошей акустикой он должен быть в среднем одинаковым и равным 0,54.
Точнее учитывает полезную и вредную составляющие реверберационного процесса помещения фактор реверберационных помех (критерий Сухаревского — Стретта). Он представляет собой отношение энергии прямого звука Епр и той полезной части отраженной диффузной энергии Ед (t £ 1/16). которая воспринимается слухом в течение 1/16 с после прихода прямой волны, ко всей остальной отраженной энергии Ед(t >1/16). относящейся к вредной ее части:

(7.54)

К вредной относится также энергия посторонних звуков и шумов Еш. Путем выполнения ряда не слишком сложных преобразований выраже ние (7.54) может быть приведено к виду

(7.55)

Здесь, как и ранее, Тр — стандартное время реверберации; R — акустическое отношение; a — коэффициент звукопоглощения. В том случае, когда a <<1 и 1 — a » 1, а ln(1 — a) = —a имеем [18]

(7.56)

Рис. 7.13. Зависимость артикуляции W от фактора реверберационных помех Q при Tр = 1,2 с (кривая 1), Tр = 2,2 с (кривая 2) и Tр = 4 с (кривая 3)

 

Если Тр > 0,86 с, то полученное выражение еще более упрощается, принимая вид Q » (1/R).

Фактор реверберационных помех прежде всего был предложен как критерий оценки артикуляционного качества помещений. На рис. 7.13 приведены кривые 1, 2, 3 зависимости слоговой разборчивости W от фактора реверберационных помех Q, вычисленные для разных значений стандартного времени реверберации. Наличие трех отличающихся кривых (вместо одной) говорит об отсутствии однозначной связи между W и Q. Этот недостаток устраняется введением поправочных коэффициентов, с учетом которых выражение (7.55) преобразуется к виду

(7.57)

где Nr — уровень полезного сигнала в точке приема, определяемый по формуле

(7.58)

Фактор Q1 учитывает влияние времени реверберации и уровня сигнала в точке прослушивания на величину слоговой разборчивости. Экспериментальная зависимость слоговой артикуляции, полученная с учетом формул (7.57) и (7.58), показана на рис. 7.14. Необходимая четкость звучания обеспечивается при значении Q1 ³ 2.

Рис. 7.14. Зависимость артикуляции W от фактора реверберационных помех Q1, полученного с учетом введенных поправок

Заметим, что выражения для оценки фактора реверберационных помех получены в предположении, что затухание энергии в помещении происходит по экспоненциальному закону, а звуковое поле в нем диф-фузно, что выполняется лишь с известным приближением.

 

7.8. Оптимальное время реверберации

Речевые студии. Основным требованием, предъявляемым к речевым студиям, является высокая разборчивость речи при сохранении тембральных особенностей голоса исполнителя.
Исследования показывают, что высокая разборчивость речи может быть получена при уровне звукового давления 50 ¸ 80 дБ и времени реверберации, меньшем 1 с.

Учитывая, что количество исполнителей при тех видах передач, для которых используются речевые студии, обычно не превышает десяти человек, объем этих помещений выбирается сравнительно малым. Это позволяет сравнительно легко получить время реверберации на средних частотах 0,4 ¸ 0,8 с. Более точное значение оптимального времени реверберации для речевой студии можно определить, исходя из ее объема, по кривой, приведенной на рисунке 7.15 (для средней частоты 500 или 1000 Гц).

Опытные данные показывают, что высокая разборчивость речи и неискаженная тембральная окраска голоса возможна только при линейной частотной характеристике времени реверберации или даже при некотором спаде ее (на 10 ¸20%) на низких частотах (рисунок 7.16).

Рис. 7.15. Зависимость времени реверберации от объема речевой студии

Рис. 7.16. Частотная характеристика оптимального времени реверберации для речевой студии

Таким образом, для создания оптимальных акустических условий речевая студия должна иметь:
• малое время реверберации (0,4 0,8 с);
• частотную характеристику времени реверберации, линейную вплоть до высоких частот (возможен спад ее на 10 ¸ 20% на нижних частотах).

Музыкальные студии. Учитывая, что характер музыкальных произведений, количественный и качественный состав ансамблей, участвующих в передачах, чрезвычайно разнообразен, для создания оптимальных акустических условий при записи и передаче музыки используют несколько специальных студий. Вопрос об акустических условиях в большой студии, следует решать, исходя из предположения, что оптимальное время реверберации не зависит от объема, если последний превышает 2000 м3 и определяется для подобных студий характером исполняемого произведения.
Оптимальное время реверберации на частоте 1000

• для современной музыки — 1,48 с.,

• для классической музыки -1,54 с.,

• для романтической — 2,07 с.

Оптимальное время реверберации для музыкальных студий меньшего объема может быть найдено по графику, приведенному на рис. 7.17.

 

Рис. 7.17. Рекомендуемая зависимость оптимального времени реверберации от объема музыкальных студий

 

Частотная характеристика оптимального времени реверберации музыкальных студий имеет, как правило, подъем в области нижних частот (рисунок 7.18).

Подъем в области низких частот следует отнести за счет эстетических вкусов и традиций слушателей, предпочитающих в музыкальных передачах некоторое подчеркивание низких частот.

На основании вышесказанных соображений акустические требования к времени реверберации музыкальных студий можно сформулировать таким образом:
1. Оптимальное время реверберации для студий малых и средних объемов (до 2000 м) изменяется в сравнительно небольших пределах (1 ¸1,6 с.) и может быть выбрано в зависимости от объема по рис. 7.17.
2. Оптимальное время реверберации для больших студий в малой степени зависит от объема помещения и определяется характером исполняемых произведений. Для студий многоцелевого назначения рекомендуется время реверберации 1,7 ¸ 1,8 с.
3. Частотная характеристика оптимального времени реверберации может иметь подъем в области низших частот на 20 ¸ 40% по сравнению с реверберацией на средних частотах (рис.7.18).

Рис.7.18. Частотная характеристика оптимального времени реверберации для музыкальных студий

Телевизионные студии для драматических передач. Студии, предназначенные для передачи достаточно сложных телевизионных постановок должны обеспечивать возможность одновременного размещения в них ряда объемных декораций, создающих сценическую обстановку отдельных частей передачи. Это обстоятельство, а также необходимость размещения в студии передвигающихся передающих камер и микрофонов, осветительной аппаратуры и др., требуют больших площадей (до несколько сот квадратных метров) и высот (до 10 ¸ 12 м).

Для таких студий нельзя говорить о каком-либо оптимуме реверберации по следующим причинам:

1. От постановки к постановке меняется количество и характер объемных декораций, что ведет к изменению общего фонда поглощения.
2. При изменении плана кадра должны изменяться и те характеристики звучания, которые зависят от расстояния между источником звука и слушателем (например, акустическое отношение и эквивалентная реверберация).
Поэтому реверберационные характеристики телевизионных студий изменяют с помощью систем искусственной реверберации. Естественно, что системы искусственной реверберации способны создавать только эффект увеличения времени реверберации. Для обеспечения достаточного диапазона регулировки необходимо, чтобы время реверберации самой студии было невелико — 0,7 ¸ 0,8 с. Высокая степень заглушения телевизионных студий желательна еще и с точки зрения увеличения соотношения сигнал/шум. Дело в том, что в целях исключения попадания в кадр микрофонов их устанавливают сравнительно далеко от источника звука (1,5 ¸ 4 м), что приводит к уменьшению уровня полезного сигнала на выходе микрофонов. Уровень же шума, связанный с нахождением в студии технического персонала, с передвижением передающих камер, осветительных приборов, работой мощной системы вентиляции и др. достаточно велик. Заглушение студии ведет к существенному снижению уровня шума, что улучшает соотношение сигнал/шум. По этой же причине к звукоизоляции телевизионных студий предъявляются очень высокие требования.

Для акустической обработки внутренних поверхностей таких студий приходится применять поглощающие материалы с большим коэффициентом поглощения в широком диапазоне частот. Если учесть, что значительная часть (до 30 ¸ 40%) внутренней поверхности студии занята электротехническим, осветительным и вентиляционным оборудованием и не может быть обработана, то получить указанное выше время реверберации довольно трудно. Поэтому, для телевизионных студий часто ограничиваются практически достижимым минимальным временем реверберации равным 0,8 ¸ 1,0 с.

При проектировании телевизионных студий следует учитывать поглощение, которое вносят декорации. Измерения показывают, что это поглощение Aд достаточно однозначно определяется площадью пола Sд, занятого декорацией. Зависимость среднего коэффициента звукопоглощения от частоты (рис.7.19) показывает, что влияние больших декораций на общее поглощение студий может быть заметным.

Учитывая, что драматические постановки имеют музыкальное сопровождение, следует стремиться к частотной независимости времени реверберации.
Таким образом, для создания хороших акустических условий в телевизионных студиях, предназначенных для драматических постановок, необходимо добиваться выполнения следующих требований:
1. Время реверберации должно быть малым и вне зависимости от объема не превышающим 0,8 ¸ 1,0 с.
2. Заглушение помещений должно осуществляться с помощью эффективных звукопоглощающих материалов со средним коэффициентом поглощения 0,7 ¸0,8 при возможно полном использовании стен и потолка.

3. Частотная характеристика времени реверберации должна быть близка к линейной.
4. Звукоизоляция этих помещений должна быть достаточно высокой.
5. Если по характеру постановки необходимо большое время реверберации этого следует добиваться электроакустическими устройствами, позволяющими получить искусственную реверберацию.

Рис.7.19. Частотная характеристика среднего коэффициента звукопоглощения декораций

Первоисточник http://rrt.neic.nsk.su

Основные принципы размещения акустических систем в комнате прослушивания

Акустика комнаты и размещение АС.
..Эта информация — просто конспективные выборки из разных источников для личного пользования, которые могут кому-нибудь быть интересны и полезны, и они не претендуют на цельную статью или исследование. Должен сказать, что на эту тему написаны десятки и сотни статей, но суть везде одна, отличия только в примерах. Для общего понимания того, что происходит в комнате, нижеприведенных материалов вполне достаточно, я надеюсь.Акустика комнаты и расположение АС * Комната — главный компонент*.

Вы можете приобрести самую дорогую в мире систему, но если вы расположите её в небольшой кубической комнате – стоимость уже не будет иметь значения. Определение правильного места для ваших АС – единственный наиболее важный фактор в получении хорошего звука в вашей комнате. Очень точное расположение АС может открыть перед вами новое звуковое измерение. (G. Cardas) * Любые АС не существуют сами по себе. Они суть неизбежный компромисс с комнатой прослушивания. Не бывает просто хороших АС – бывают подходящие. При большом желании и небольшом везении ваша комната может стать для Вас счастливейшим местом. Будем исходить из того, что вся мебель и обстановка в комнате существовала до приобретения АС или аппаратуры, которые должны интегрироваться в вашу комнату не нарушая сложившуюся в ней динамику. Цель хорошей комнаты прослушивания: минимизировать окраску, которая является самой сильной в басовом регионе между 20 и 200 Hz. В более высоких частотах комната так же имеет влияние, но резонансы являются намного менее проблематичными, так как намного легче добиться поглощения высокочастотных резонансов. Любая комната будет резонировать во многих частотах.
Точность и высота резонансного пика зависят от поглощающих свойств комнаты. Комната с большим количеством мягкой мебели, с коврами на полу и драпами будет акустически относительно «мертвой». Пики и провалы в ответе частоты в таких помещениях имеют неравномерность 5-10 db. Комната с голыми стенами и полом будет очень «живая», и пики и провалы изменяются 10-20 dB или больше. Общее правило таково: в акустически хорошей и правильной комнате можно распологать АС достаточно близко к отражающим поверхностям с минимальными отрицательными последствиями. В акустически плохих комнатах главная стратегия состоит в том, что бы разместить АС максимально далеко от границ комнаты и самого слушателя насколько это возможно.
Если мы чувствуем ряд глубоких провалов или пиков в частоте, значит это результат отражений. Сокращение уровня отражений выравнивает фактическую кривую ответа частоты Самое важное – минимизировать ранние отражения (меньше 20ms) в максимально возможной степени.. Их сокращение улучшает качество звука и стереообраз.. Как улучшить акустику комнаты, чтобы эта кривая пригладилась? Это может быть сделано с помощью поглощающих материалов, закрывающих твердые поверхности около АС. Лучшая, наиболее полезная среда для прослушивания, – полное совмещение принципов “живой” и “мертвой” акустики комнаты. Я лично предпочитаю слегка заглушенную (dead) комнату в отличие от живой, звонкой (live). Как это можно определить без специальныз приборов? .Хлопните в ладоши. Покажется вам, что затухание звука естественно, или слишком долго гаснет (live), или наоборот слишком быстро затухает (dead)? Лучшее решение состоит в том, что бы обеспечить комнату разумным балансом дисперсии и поглащения. Комната с голыми стенами будет иметь сильное эхо, которое ухудшает ясность. Картины на стенах, книжные полки, драпировка, на-польные покрытия обеспечат звуковое поглощение и рассеят вредные отражения. Неприкрытые окна, голые полы и стены не желательны.
АС должны распологаться в акустически мертвой зоне, занимающей примерно 1/3 пространства комнаты. Затем идет очень живая зона комнаты, в которой должны находиться предметы рассеивающие, но не поглощающие звук. Чем ближе поглощаюшая поверхность (ковер) к АС, тем лучше. Различные типы ковров и сама подкладка (основа) ковра больше всего влияют на верхнюю середину и в/частоты. Чем толще и больше ковер, или ковровое покрытие, тем больше они будут “впитывать” эти частоты. Ковры и шторы уменьшают реверберации в комнате, и, как следствие, передачу звуковой энергии стенам. Ковровые покрытия почти не влияют на низкие частоты, но средние частоты могут переглушить. Я предпочитаю нетолстый ковер от стены к стене. Это резонно хотя бы потому, что основная масса производителей АС решающие прослушивания своих изделий проводят в комнатах с полностью заглушенным полом.
Многие специалисты считают, что основа ковра/покрытия должна быть из естественных волокон, а не из резины или вспененного каучука, т.к. они поглощают частоты выборочно – некоторые частоты значительно приглушаются, а другие не приглушаются совсем. Самое важное – минимизировать ранние отражения. Их сокращение улучшает качество звука и стереообраз. Все проектировщики студий звукозаписи стараются уменьшить именно ранние отражения в максимально возможной степени. Как расположить АС в комнате надлежащим образом? Вы должны преследовать 2 основных цели: плоская частотная характеристика и хороший трехмерный образ. Даже при том, что у вас хорошие АС, влияние комнаты очень важный фактор. Во многих случаях важнее обратить внимание на акустику комнаты, чем потратить в 2 раза больше денег на новые АС.
Симметрия..
Окружающая среда сзади и по бокам АС должна быть симметрична. В меньшей степени важна окружающая среда непосредственно рядом со слушателем. Относительно симметрии передних и задних стен имеется много сторонников различных мер. Большинство (но не все) соглашаются, что стена позади слушателя должна быть с хорошими отражающими свойствами.
Профессионалы считают, что вся область вокруг АС должна быть заглушена, чтобы максимально уменьшить отражения. Еще один момент: желательно заглушить боковые стены лишь непосредственно перед АС, чтобы минимизировать близкие отражения боковой стены. Для лучшего воспроизведения трехмерной звуковой картинки комната должна иметь хорошую симметрию между и вокруг АС. Это означает, что если АС расставлены не симметрично, ранние отражения от задней стены у первой АС будут отличаться от отражений второй АС, и критические части стареосигнала будут поврежедны. Обязательно чтобы расстояние от вас до обеих АС была максимально идентичным. В хороших системах отклонение в несколько см. будет отчетливо слышно. Обычно считается что АС и слушатель должны образовывать равностороний треугольник, но это не абсолютное правило. Некоторые производители дают свои рекомендации по расстановке своих АС. Помните, что любая рекомендация — только старт, начало для эксперимента, поэкспериментировав как следует, вы добьетесь желаемых результатов.
Направленный звук от АС прежде всего ответственен за imaging (образность звуковой картинки), в то время как отраженный звук больше всего влияет на изменение тонального баланса АС – в смысле плотности звука, или его истощения и т.д. Любая отражающая поверхность – стена, пол, мебель, создает отражения . Исходя из этого и надо распологать АС. Самое важное максимально уменьшить естественные отражения. Ранние отражения достигают слушателя почти одновременно с прямым звуком, деградируя сигнал. Например АС с широкими передними панелями – планары и др., менее критичны к близлежащим боковым стенам и поверхностям , но очень критичны к близости к задней стене. В общем, чем дальше от отражающих поверхностей и чем дальше от задних стен – тем большей будет глубина soundstage и будет больше “воздуха” .
Расположение слушателя.
Слушатель должен сидеть точно посередине между АС, расстояние до слушателя, чуть больше чем расстояние между АС. Если вы не соблюдете это правило, вы никогда не услышите хорошей звуковой картинки. В комнате с пропорциональными размерами лучшее расположение слушателя- 30-90 см от задней стены. Если вы сидите прямо у стены, вы должны немного заглушить место на стене непосредственно позади вашей головы. Ваш мозг не сможет обработать эти отражения, но поверьте мне, в данном случае они могут сильно повлиять на звук.
Помните одну вещь — близость головы к тыловой стене имеет два положительных эффекта. Во-первых, вблизи у стен самое высокое звуковое давление, а скорость звуковых волн самая минимальная. Расположение в зоне максимального давления дает лучшее восприятие глубокого баса. Во-вторых, отраженные звуковые волны короче чем окружность головы, так что мозг не может измерить задержку времени между ушами. Когда мозг не может определить отражения – он игнорирует их.
Это простой пример того, как мозг игнорирует нежелательную или несущественную информацию и подтверждение эффекта Хааса – если информация от АС придет первой, то любые искажения и отражения (даже неприятные) придут позже и на значительно меньшей громкости – и наш мозг проигнорирует их.
Часто слушатель сидит слишком далеко от АС. Чем дальше вы сидите, тем больше свободное пространство комнаты воздействует на звук, особенно это относится к средним и высоким частотам, но близко – тоже плохо – звук не успеет оформиться в картинку. Большое значение имеет высота АС. Лучше всего, когда в/ч динамик расположен чуть выше уха (но не всегда) – экспериментируйте, выше или ниже сидеть. Развал схождение – этим методом достигается сосредоточение звукового образа (imaging) и регулировка тонального баланса, а так же оптимизация средних и высоких частот с помощью регулировки их направленности. Легче всего это делать вдвоём. Сначала направьте АС так, чтобы они смотрели на точку немного позади головы слушателя – сохраняя одинаковое расстояние от уха до твиттера каждой АС . Поставьте музыку с вокалом или скрипкой. Один человек должен наблюдать за фокусом. Другой должен вращать АС вокруг внутреннего перед-него шипа. Слушатель должен обнаружить какое расположение АС наилучшее. Когда это сделано, установите вторую АС идентично первой. Одни АС работают лучше завернутыми внутрь, другие иначе, но лучше всего не большой поворот внутрь или вообще не трогать. Следуйте за рекомендациями изготовителя .
Самое главное – правильно заполнить центральные образы без привнесения в жертву ширины soundstage. Наклон АС так же важный фактор – вперед назад, внутрь и т.д. – тоже влияет на звук. Многие производители делают отрицательный наклон передних панелей своих АС для достижения должной образности и когерентности звучания ди-намиков. Некоторые специалисты отвергают такой подход.
Высота прослушивания.
В двухполосных АС ваши уши должны находиться на условной линии между в/ч и вуфером, в 3 полосных – на линии между в/ч и с/ч динамиком. Имейте в виду, что лучшее местоположение для создания просторного soundstage, не может быть идеальное ме-стоположение для баса. Мы должны найти такой компромисс, при котором эти характеристики максимальны в нашем представлении. На личный вкус можно иногда пожертвовать одним ради другого. Развязка от пола самый важный момент при установке АС. Только после решения этого вопроса вы сможете услышать ваши АС такими, какие они и есть на самом деле. АС больше всего подвержены резонансам, поэтому больше всего нуж-даются в жесткой фиксации. Самое главное, что дает жесткая установка колонок, — это четкая фокусировка, ясность, детальность, слитность, хорошо артикулированный бас. Звук станет плотнее и четче, особенно на большой громкости. Чем дороже ваша система, тем больше требований к установке АС. Слишком низкое расположение колонок сужает динамический диапазон. Улучшение акустических характеристик вашей комнаты может полностью изменить ваше мнение относительно качества вашей системы. Какие характеристики комнаты влияют на звучание. Весь звук в границах вашей комнаты будет зависеть от комбинации трёх акустических характеристик: отражения, рассеивание, поглощение. Хорошая комната прослушивания будет иметь пропорциональное количество этих характеристик. Чем меньше расстояние между стенами, где расположены АС и слушатель, тем более звонкое звучание , чем больше расстояние между этими стенами, тем глубже бас. Отражения: вся или большинство звуковой энергии состоит из отражений, происходящих в комнате по правилу : угол падения равен углу отражения. Твердые плоские и гладкие поверхности — голые стены, стекло, голые твёрдые поверхности мебели — отражают звуковую энергию.
Рассеивание.
Все или большинство звуковых волн, отраженных обратно в комнату, находятся там уже в беспорядочном состоянии – беспорядочно рассеянная звуковая масса. Твердые, неплоские, шероховатые, ребристые поверхности, цилиндричесой и округлой формы предметы – рассеивают звук. Поглощение в противоположность отражениям, большинство звуковой энергии впитывается. Мягкие пористые поверхности ковры, половые покрытия, мягкая мебель, драпировки из толстой ткани и т.д. – поглощают.
Качество низких частот в вашей комнате в большей степени зависит от самой комнаты. Поскольку длина волны басовых частот очень большая, большая часть обстановки, оформление стен и пола делают очень немного для изменения басовых частот в комбинации room/speakers. Поэтому оптимизация низких частот является вопросом выбора комнаты прослушивания с оптимальными размерами (соотношениями) и расположения в этой комнате АС. Низкочастотная энергия распостраняется сферически во всех направлениях одинаково. Когда низкочастотная звуковая волна ударяется о преграду (стена), басовая энергия – большей частью — отражается обратно в комнату, отражаясь от каждой преграды – пол, стены, потолок. Вуфер должен находиться на неравном расстоянии от трех ближайших боковых плоскостей комнаты. Всё это существенно, т.к. ближайшая к АС отражающая плоскость усиливает некоторые басовые частоты.
Если отражающие плоскости находятся от АС на равном расстоянии, некоторые басовые частоты будут усилены очень сильно. Т.е. если ваша АС стоит на одинаковом расстоянии от задней стены, боковой стены и стенки шкафа или комода, то вы получите тройное усиление каких-то одних групп басовых частот, что приведет к очень слышимому гулу на этих частотах. Если двери находятся в углах комнаты, бас может просто напросто “вытекать” через них. При серьезном прослушивании надо двери закрывать. Дело обстоит не так для средних и высоких частот, где энергия направлена более сосредоточенным и управляемым образом, конусообразно, по рупорному принципу. Низкочастотные отражения , резонансы можно достаточно просто регулировать, манипулируя расстановкой АС, варьируя расстояниями от колонки до ближайшей стены. Три наиболее важных узла в порядке важности – относительно расстояния между АС и :
1. Ближайшими боковыми стенами (поверхностями)
2. Задней стеной
3. Другими плоскими поверхностями.
Чем сильнее будут отличаться друг от друга все три эти параметра (расстояния), тем меньше будет “унисон” , соответственно меньше будут нежелательные резонансы. Стоячие волны- это низкочастотные отражения (резонансы) между двумя параллельными стенами , основные враги хорошего звука. Они окрашивают звучание в вашей комнате, подчеркивая некоторые музыкальные ноты и создают грубое и неестественное распределение акустической энергии в пределах комнаты. Распостронение стоячих волн – собственность физических характеристик комнаты и не имеет никакого отношения к аппаратуре. В прямоугольных комнатах стоячие волны возникают во всех трёх направлениях одновременно, оказывая очень сложно распределённое давление в пределах комнаты Стоячие волны – причины заметных окрашиваний выше приблизительно 300герц. Однако изолированые или случайные стоячие волны могут быть заметны и ниже этой чатоты. Стоячие волны являются по существу осколками каких-либо частот сбившихся в кучу, в каких- либо местах в комнате. Равномерно распределённые окрашивания почти не проблематичны по сравнению со стоячими волнами. Понимание того, чем являются стоячие волны и как они работают будет полезно для лучшей оптимизации вашей комнаты и ваших АС.
Определение осевой постоянной стоячей волны между двумя параллельными стенами может быть легко расчитана следующим уравнением. : (1) Fo = 1130 / 2L или (2) Fo = 565 / L (где константа 1130 – скорость света в футах в секунду, L – расстояние между стенами в футах пример: вычисление фундаментальных стоячих волн в трех основных направлениях для комнаты размером 16`W * 26`L * 8`H (4.8 ш * 7,8 д * 2,4 в ) между коротких стен Fo w = 565/16 = 35 герц между длинных стен Fo l = 565/26 = 22 герц между полом и потолком Fo h = 565/ 8 = 70 Гц.
Обратите внимание, что в этом примере высота стены в 2 раза меньше длины короткой стены Foh = 2Fow = 70 Гц. Эта комната имела бы значительную окраску на 70 Гц, 140 Гц, 210 Гц и далее кратно 70. Худшее возможное тональное распределение происходит, когда измерения комнаты равны во всех трех направлениях, т.е. когда комната – идеальный куб. В такой комнате гармоники всех резонансных частот будут равны между собой, а резонансы низких частот будут чрезвычайно грубы и окрашены. Наилучшее возможное тональное распределение будет в комнате, рахмеры которой не связаны одним целым (кратным) числом. L24*W24*H8 -плохой пример — все размкры кратны 8 L26*W15*H8 — хороший пример. Самое гладкое басовое расширение будет получено, если частоты отраженной энергии будут распределяться равномерно и не будут смешиваться в кучу.
Определение баса в комнате. Число 550 – половина скорости звука в секунду над уровнем моря. Деля это число на какую-либо басовую частоту, скажем 20 Гц, мы получим наименьшее расстояние между стенами, при которой эта частота будет поддержана комнатой. Если разделить это число на басовую частоту 20 герц, мы получим 27,5 футов – такое минимальное расстояние должно быть между стен вашей комнаты для того, чтобы поддержать эту частоту. Если расстояние между противоположными стенами , где расположены слушатель и АС, составляет 12,8 фута, значит 550 :12,8 = 43 Гц – нормально для британской АС среднего размера, но позорно для АС типа Infinity Bass Tower.
.Предположим вы хотите иметь бас ниже 35 Гц – 550:35= 15,7 футов – минимальное расстояние между стен, чтобы поддержать частоту 35 Гц. Но это число – 15,7 — почти двойная высота стандартной комнаты – и это плохие вести. Комната будет иметь одни и те же стоячие волны в двух направлениях .Но не расстраивайтесь, мало вероятно, чтобы эти размеры были строго кратны двум. Звуковая сцена и звуковая картинка зависят от расположения АС, их ориентации и акустики комнаты. Оптимизация расположения АС — трудная задача. Поскольку расположение АС одинаково важно и для soundstage и для хорошего воспроизведения баса, вы должны найти между этими характеристиками компромисс – намного лучше немного пожертвовать уменьшением баса для получения хороших staging/imaging. Гглубина сцены лучше всего, когда АС расположены на некоторой дистанции от фронтальной стены – это понизит эффект от ранних её отражений , улучшит сфокусированность образов, позволит колонкам “дышать”. В системах высшего разрешения, точно расположенных в акустическом пространстве, звуковая сцена может простираться далеко за пределы комнаты прослушивания: тыл сцены не упирается в заднюю стену, а естественным образом простирается вглубь. Ширина сцены на окончательную ширину будет воздействовать расстояние между АС и развал –схождения колонок. Но помните, что на большинстве записей эта звуковая характеристика плохо записана.
Определение расстояние между АС.
Поставьте запись с хорошей фокусировкой центрального образа – например вокал. Расположите АС примерно на 1.8 — 2 метра друг от друга, и чтобы они были направлены в точку немного позади вашей головы. Слушайте, достаточно ли звук сфокусирован. Раздвиньте АС дальше – сантиметров на 30 и слушайте снова и т.д.. Когда центр начнет тончать и расплываться и становиться разбросанным, знайте, что дальше раздвигать АС нельзя. Вы теперь знаете, насколько широко можно расставить АС не потеряв soundstage и плотность центрального образ (фокус). Фокус в значительной степени , но не полностью, связан с передачей АС высоких частот. Наше ухо использует их для очертания предмета. Поэкспериментируйте с развал – схождением.
В/ч распостроняются очень направленно. Счастливый побочный эффект от узкой направленности ещё и в том, что уменьшаются побочные отражения от близлежащих поверхностей, минимизируя эхо отраженных частот, которые влияют на з/картинку.
Регулировка баланса.
Если баланс системы отрегулирован так, что звук распостраняется неровно по всему фронту и он плохо сфокусирован, значит причина может быть в том, что одна АС ближе к вам, чем другая. Например, если ведущий вокал, который должен звучать по центру приходит к вам справа, правый спикер должен быть отодвинут назад или левый выдвинут вперёд. Обычно даже 2-3 см разницы в расстоянии до вас уже отчетливо слышны.
Перемещения АС .
Все боковые перемещения АС влияют больше на мidbass а перемещение “вперёд – назад” влияют больше на глубину баса.
Плотность звукового образа- одна из необычных и музыкально очень красивых характеристик – способность сконцентрировать не только энергию в/ч, но так же и богатство музыкальной энергии сосредоточенной в с/ч и верхнем басу. Из-за широкой характеристики рассеивания этих частот, плотность образа в этой части не зависит от того, какие края у АС – острые или скругленные. Узкий корпус с сильно скругленными краями позволяет снизить отражения от передней панели, но появляются проблемы возникновения внутри ящика стоячих волн. Узкий корпус способствует хорошему воспроизведению с/ч, т.к. чем уже корпус, тем более звукчание становится всенаправленным. Если АС с широкой диаграммой направленности (узкий корпус) расположить в звонкой комнате, то тембр её звучания будет сильно искажен. Узкий корпус и небольшие динамики приводят к нехватке телесности и образности. Такие АС надо размещать подальше от отражающих поверхностей. Счастливый побочный эффект от узкой направленности в/ч – уменьшаются побочные отра-жения от близких поверхностей, минимизируя первичные отражения, которые влияют на з/картинку.
Широкие передние панели и неглубокие корпуса – залог наиболее правильных характеристик направленности и сбалансированности н/ч диапазона в условиях реального помещения прослушивания.
По Питеру Квортрупу
Если АС имеют узкую направленность (широкий корпус), а акустика комнаты глуховата – вы услышите собственно звучание АС.
Исследования фирмы Bryston по акустическому оформлению и расположению АС.
Резонансные характеристики комнаты зависят от ее конфигурации (пропорций) и оформления. Квадратная комната с голыми стенами имела бы самую плохую возможную акустику для аудио системы. В квадратных комнатах возникают стоячие волны сразу в трех направлениях , они ослабляют и изменяют одни частоты и укрепляют другие, усиливая резонансные пики в очень узком диапазоне. Эти пики очень сильно изменяют звук. Голые стены имеют проблемы с ранними отражениями (High Q) – они не дают звуку раскрыться, делая его звонким , сужая динамический диапазон и сильно влияя на тональный баланс. В концертном зале мы имеем три основных эффекта, влияющие на то, какую информацию получит наш мозг относительно акустических качеств этой окружающей среды:
1. Первая звуковая прямая волна, прибывающая к нам от инструментов.
2. Вторая звуковая волна отраженная от ближайших стен.
3. Отраженная энергия, которая является случайными призвуками от всех находящихся внутри предметов и не имеет никакого направления.
Прямой звук сообщает мозгу откуда доносится звук. Ранние отражения, если они доходят до нас в пределах 10-20 мл/секунд, будут искажать звуковую картинку, тональность и т.д. Поздние отражения (ambience), наоборот будут добавлять ощущение просторности, пространственности, воздушности окружающей среды. В хорошем концертном зале прямой звук доходит до слушателя на 20-30 мл/сек. раньше, чем первичные отражения. А вторичные отражения приходят позже на целых 100 мл/сек. Очевидно, что в своей комнате прослушива-ния мы должны стремиться получит подобные результаты.
Надо заметить, что поп и рок музыка обычно записывается в акустически мертвой среде студии в “ближнем поле”, которое имеет тенденцию предотвращать первичные отражения и High Q звонкость. (поэтому наверное студийные мониторы часто звучат в комнатах звонко и резко, т.к. в студиях они прослушиваются в ближнем поле и в очень заглушенной среде, где эта звонкость и резкость не проявляется, но все детали записи слышны отчетливо).
Так вот, если ваша акустика комнаты будет близка к концертному залу, рок музыка будет звучать превосходно. Как же достичь подобных результатов в обычной комнате 12*18*9 футов (почти стандартная российская комната, надо сказать, В.М.)? Вы должны разместить ваши АС так, что бы сначала прямой звук достиг ваших ушей, используя при этом абсорбенты (поглотители) в местах первых отражений от боковых стен. А вот позади вас должно быть больше пространства для создания большего звукового поля. Сядьте в кресло. Попросите кого либо подвигать зеркало вдоль боковой стены. Когда вы увидите отражение АС в зеркале — это первая точка , откуда последуют ранние отражения. Звук отражается как и свет – угол падения…. В этом месте и надо разместить поглотитель. Сядьте на расстоянии 20-30 см. от задней стены. Не помещайте никаких поглощающих материалов позади головы. Там могут быть только рассеивающие звук материалы , распределяя случайную ненаправленую звуковую энергию, которая добавляет ощущение простора в комнате, потому что это случайная энергия (поздние отражения) прибывает намного позже, чем прямой звук. Помещайте в углы комнаты поглощающие материалы.
Другие меры – мягкие кресла, цветы, статуи и т.д. Они также будут рассеивать или поглощать вторичные отражения. Очевидно, что эти предметы не будут так же эффективны, как спец изделия, но это — шаг в правильном направлении. Гланая цель, которую вы должны запомнить: ранние отражения и недостаток поздних случайных отражений мозг использует, чтобы определить тот факт, что вы находитесь в маленьком помещении. Поэтому сокращая эффект ранних отражений, сокращая эффект от воздействия стоячих волн и звонкости, вам будет все больше казаться, что вы находитесь в зале вместе с исполнителями.
Рекомендации фирмы Audio Physics (Speaker Placement Method).
Эта информация основана на научном исследовании и наблюдениях , а так же на опыте некоторых наиболее успешных дилеров. Решения, представленные здесь. нацелены на ограничение вмешательства вашей комнаты на звук. Мы поможем разместить ваши АС через примененние психоакустики и физики. Этот метод может давать превосходные результаты через экспериментирование, без использования специальной обработки комнаты. Каким образом мы распологаем звуковые события в пространстве? Наш мозг определяет задержку времени возникновения звука между двумя нашими ушами. Если не имеется никакой задержки, значит звук исходит из точки, расположенной непосредственно перед нами. Если звуковая волна достигает сначала правого уха, значит звук находится справа и т.д. Эта пространственная информация – звуковые переходные процессы – мгновенно определяется мозгом. Определяя задержку между правым и левым ухом, наш мозг с необыкновенной точностью определяет, насколько правее или левее, или насколько ближе или дальше, находится от нас источник звука. Именно по задержке звука между нашими ушами мозг определяет важнейшую звуковую характеристику – тональность. Это недавно было доказано в научных исследованиях. И как полагают, является критической частью нашего исторического выживания. Иначе говоря, мы сначала определяем источник звука – например потенциальная опасность – а затем пробуем иденфицировать то, что явилось источником звука.
Первый шаг к получению хорошей stereo soundstage – вы должны устранить ранние отражения от основных переходных процессов в максимально возможной степени. Или, практически, вы должны добиться, чтобы звук от спикеров достигал ваших ушей раньше, чем любые отражения от этого звука. Согласно psychoacoustic явлению, названному эффектом Haas. мозг отдаст приоритет первой звуковой волне не искаженной отражениями.
Определение наилучшего расположения АС учитывая размеры комнаты.
Этот метод фирма Audio Physic назвала картографией комнаты. Принцип этой техники основан на волновом явлении (феномене). Точно измерьте комнату и нарисуйте её план. Разделите комнату на равные части. Два способа – четное и нечетное количество зон. При разделении плана комнаты на четное количество зон. Размещая АС и/или свой стул даже не в точку пересечения, а в одну из разделённых частей – вы получите естественное укрепление баса от взаимодействия с комнатой. В точках пересечения басовые частоты будут усилены. Метод настройки баса и midbass предпологает похожий принцип – уменьшение, а не усиление низких частот. Это происходит в случае разделения комнаты на нечетное количество зон. Чтобы сделать это, Вы перемещаете АС в нечетные части плана комнаты. Важно помнить, что комната может быть разделена на гораздо большее количество частей чем 3 или 4. В четных разделах бас укрепляется, в нечетных – ослабляется. Другой пример (фирма Bryston) — если вы размещаете АС с превосходной характеристикой ответа частоты в углы комнаты, вы получаете подъем частоты на басах около -6 db. Этот подъем явная аномалия, но то же самое происходит в других местах комнаты, только в меньшей степени. Мы произвели исследования и обнаружили, что увеличение или уменьшение происходит в определенных узлах (точках) комнаты. В нечетных узлах возбуждение имеет минимальное значение и наоборот. Например ваша комната имеет размер 14*18 футов (фут = 0,3м). Возьмите любой размер – длину или ширину – и разделите на нечетное количество частей, скажем 18 делим на 3,5,7.. вы получите значения = 6, 3.6, 2.57 – три возможных положения (позиции) при размещении у длинной стены. Делим 14 на три части – получаем значения = 4.67, 2.8, 2. — возможные местоположения у короткой стены. Теперь разместите АС в точке пятого значения в длину и седьмого в ширину комнаты. Пятое значение длины у нас = 3.6 футам, седьмое значение ширины = 2 футам. АС надо разместить в точке пересечения, там возбужде-ния низких частот будут минимальны. Помните: надо проверить все варианты для получения оптимальных результатов. Важная деталь – точка пересечения должна проходить не через переднюю или заднюю панель АС, а через магнит вуфера. Если это правило соблюдается, вы ощутите явный результат. Экспериментирование – ключ к успеху. В процессе этого вы обнаружите многие вещи, работающие не так, и сможете минимизировать эти недостатки. Самое важное – стоячие волны и ранние отражения – их надо минимизировать в максимально возможной степени.
Haas effect – эффект Хааса.
Если звук прибывает из разноудаленных источников, наши уши и мозг лучше идентифицирует только тот звук, который пришел раньше. Если разница во времени до 50 миллисекунд, ранее прибывший звук может доминировать над позже пришедшим звуком, даже если тот на 10db громче.(т.е. громче в 2 – 2.5 раза) Этот эффект открыт Хельмутом Хаасом в 1949 году.

Проектирование телевизионных студий

О.Р. Лубенченко
( по материалам журнала InstallPro)

Телевизионным (ТВ) павильоном, или студией, обычно называют отдельное специально сконструированное помещение для проведения из него телевизионных трансляций либо организации в нем видеосъемок. Для упрощения применяемой терминологии далее в статье используем слово «павильон».

В статье рассматриваются основные аспекты проектирования и оснащения павильонов с точки зрения многолетней практики нашей компании по выполнению таких работ на территории РФ и стран СНГ. Цель статьи — помочь избавиться от ошибок и недочетов, устранение которых на этапе эксплуатации объекта может вылиться для заказчика в капитальную реконструкцию павильона. Данный материал будет полезен как организациям, заказывающим проектирование и оснащение павильона, так и ген- и субподрядным организациям, работающим с такими объектами.

Можно вести много дискуссий на тему, какой вид примет павильон в будущем при радикально меняющихся сегодня технологиях телевидения и аудиовидеопроизводства. Но очевидным остается факт — без человеческого участия в кадре аудиовидеопродукция и телетрансляция не смогут обеспечить их создателям высокие рейтинги и выгодные каналы сбыта. Иными словами, востребованность павильонов на рынке производства различных программ и телетрансляций с последующим их сбытом и распространением существует и будет существовать.

Размеры и пропорции павильонов, конечно, могут меняться в зависимости от технологий. Возьмем для примера виртуальные студии. Сегодня здесь нужны декорации только первого плана (например, как столы и кресла ведущих в телепередаче Дмитрия Диброва «Ночная смена», ОРТ). Крупногабаритные декорации (так называемый второй план) в виртуальных студиях генерируются мощными графическими станциями. В настоящее время такие павильоны могут размещаться на самых малых площадях. Так, корпорация FOR-A декларирует, что для их 2D/3D виртуальной системы Digistorm достаточно площади 3 x 3 м [1].

На стадии замысла (первоначальное планирование)

Трудно, конечно, представить, что идея «Нужен павильон!» случайно осеняет вас в какой-нибудь из прекрасных солнечных дней. Такие решения спонтанно не принимаются. Строительство нового павильона или модернизация имеющегося — мероприятие, крайне затратное по ресурсам. Прежде чем принять решение о задействовании всех нужных для проекта ресурсов (финансовых, технологических и человеческих), необходимо нарисовать для инвестора некую реальную картину будущего. Формальными документами такой комплексной оценки являются предварительное технико-экономическое обоснование (ПТЭО) и затем бизнес-план. Собственно уже на стадии ПТЭО инвестор (и неважно, кто выступает в его роли — ваша организация или привлеченная финансовая структура) может определить, насколько привлекателен проект с финансовой точки зрения [2].

Инвестиции в павильон могут быть как ограниченными, так и достаточными. Конечно, вне зависимости от ответа на самый важный в процессе планирования вопрос: «Какой объем денежных средств возможен для проекта», требуется вкладывать деньги и усилия эффективно. И все же определяйте свои потребности точнее, исходя из реальных возможностей.

Рекомендации в помощь первоначальному проектированию павильона

В самом начале планирования павильона ответьте на ряд принципиальных вопросов, которые помогут выстроить весь алгоритм дальнейшей работы над проектом. Типичными, требующими ответов уже на стадии планирования павильона, являются следующие вопросы:

  1. Каково функциональное назначение павильона? По назначению павильоны могут проектироваться как специализированные или многофункциональные. Многофункциональный павильон требует быстрой смены декораций и перестройки технологий. Чтобы эффективно удовлетворять требования смены производства, нужно привлечь больше персонала и/или придать павильону большую гибкость.
  2. Если павильон предполагается многофункциональным, то какова основная функция павильона и какие типы продукции планируется в нем создавать? Под типами продукции понимаются интервью, программы новостей, презентации, ток-шоу, шоу-программы и т.д.
  3. После сдачи объекта в эксплуатацию предполагается внутреннее использование или коммерческая загрузка? Необходимо учесть: если программы будут продаваться или если производственные мощности павильона будут сдаваться в аренду, требуется павильон с высокими потребительскими свойствами (или как еще говорят, «оборудованный по последнему слову техники»). При вполне профессиональном оборудовании павильона сдача его площадей в аренду сторонним организациям в свободное от собственной загрузки время будет экономически выгодной.
  4. Нужно ли обеспечивать вещательные производственные мощности или достаточно будет невещательных? Полностью вещательное оборудование (Broadcast) значительно более дорогое, чем оборудование классов «профессиональный» (Professional) и «промышленный» (Industrial).
  5. Какая технология видеосъемки предполагается в павильоне? Павильоны могут проектироваться как однокамерные или многокамерные. Методом производства программ могут быть многокамерная, однокамерная съемки или их комбинация. Дискуссии и конференции, так называемые «ток-шоу» (от английского словосочетания talk-show), наилучшим образом покрываются технологией многокамерной съемки, а технология однокамерной съемки наиболее подходит для документальных съемок и драмы. Однако использование одной телекамеры с разнообразнейшей периферией — технология, экономичная с точки зрения приобретения, но менее эффективная в процессе эксплуатации павильона из-за перерасхода времени съемки и необходимости больших инвестиций в оборудование последующей обработки изображения и звука («постпродакшн»). Если потребуется организовывать трансляции на выездных мероприятиях, павильон должен быть оборудован легкими камерами, которые будут быстро конфигурироваться для портативного использования (внестудийное видеопроизводство (ВВП) или «флай-эвэй киты»).
  6. Какова будет частота использования павильона? Ежедневное многочасовое использование требует больше персонала и больших инвестиций в гибкость оборудования, чтобы достичь более быстрых замен оборудования и декораций. Быстрая смена типов программ влечет за собой особенно крупные инвестиции в гибкие системы освещения. Последние требуют меньше усилий, но сама гибкость достигается за счет автоматизации, что делает осветительную систему дороже.
  7. Какие человеческие ресурсы планируется привлечь для эксплуатации павильона? Это может быть местный персонал, наемные «свободные художники» (freelance) или комбинация ресурсов.
  8. Какова предполагаемая амортизация оборудования? Ответ зависит от оборудования и его использования. Для некоторого оборудования амортизация должна быть не менее года, а для отдельных устройств и более 10 лет. Не забывайте в том числе, особенно при коммерческом использовании павильона, и о моральном старении оборудования.
  9. Каковы будут эксплуатационные расходы? Стоимость производства, содержания персонала и обслуживания оборудования должна включать: фонд оплаты труда персонала (ФОТ), стоимость создания и содержания гардероба и реквизитов, арендные и коммунальные платежи и т.д.
  10. Какова инвестиционная стоимость проекта? Ответ на данный вопрос определяется и ответами на все вышеприведенные вопросы.

На стадии первоначального планирования можно учесть, что размещение оборудования контрольных аппаратных в специально приспособленном автомобиле (ПТС) — это еще одна альтернатива для обеспечения большей мобильности вашей съемочной техники и возможность управлять съемкой в павильоне в случае необходимости. И еще, ПТС в качестве комплекса контрольных аппаратных павильона может рассматриваться как попытка сэкономить бюджет проекта.

На стадии планирования строительно-монтажных работ

Итак, на стадии первоначального планирования вы проработали все вопросы. Пора приступить к детальному планированию объекта.

Вопрос «Где следует расположить павильон?», безусловно, важен для планирования строительно-монтажных работ (СМР). Будет ли павильон частью телекомпании либо крупного рекламного агентства или он должен быть приближен к потребителю. А может, павильон будет обслуживать большое количество потребителей через связь по кабелям или «радиорелейке»?

Крайне трудно найти подходящее здание или подходящее под застройку пятно в нужном месте. Но не важно, будет ли павильон строиться под определенные задачи или это просто реконструкция старого здания (перепрофилирование), главный фактор, который следует держать в голове, — это высота потолка, необходимая и достаточная для павильона.

Независимо от того, есть ли возможность свободного выбора места расположения павильона или нет, должны быть учтены риски нарушения звукоизоляции. Находящиеся в опасной близости шоссе, железная дорога, аэропорт, мощный радиопередатчик могут вызвать серьезные интерференционные проблемы.

При планировании СМР надо учитывать возможность будущего расширения. Хотя и бизнес-план под проектирование, строительство, оснащение и эксплуатацию павильона должен быть реальным, ваша философия должна быть оптимистичной. Постарайтесь предвидеть, где в перспективе возможны расширения: будут ли это дополнительные площади павильона либо вообще дополнительный (новый) павильон и т.д.

Проблемы планирования контрольных помещений и выбора технологического оборудования в данной статье не рассматриваются в виду ее ограниченных объемов, а также большого разнообразия возможных решений. Отметим только следующее:

  • павильон — это лишь часть целого комплекса помещений, аппаратно-студийного блока (АСБ). Традиционно внутри АСБ, помимо собственно павильона, различают три главные контрольные зоны: зона контроля производства (в состав персонала входят режиссер и его помощники); зона управления видеотрактом (в состав персонала входят режиссер по свету, видеоинженеры, техники и операторы); зона управления звуковым трактом (в состав персонала входят звукорежиссер и техники по звуку);
  • производственные мощности павильона и всего АСБ состоят как минимум из трех составляющих: технической, производственной («продакшн») и «постпродакшн».

Не забудьте, что потребности производства могут меняться от одной программы к другой. Для удовлетворения вполне типовых потребностей производства большого спектра программ необходим целый комплекс различных помещений, оборудования и соответствующих специалистов. При проектировании павильонов это если и учитывается, то очень часто поверхностно.

При планировании производственных мощностей «постпродакшн», которые ранжируются от простейшего двухпостового линейного монтажа до мощных гибридных аппаратных с графическими станциями и массивами хранения данных, не забудьте учесть аппаратные звукового дубляжа, необходимые как для работ в режиме «постпродакшн», так и для работ в режиме студийного производства.

Конструктивные особенности павильона

При планировании СМР не забывайте, что павильон должен обеспечивать пространство, которое позволяет выполнять все производственные операции с достаточным комфортом и абсолютной безопасностью. Когда планируется павильон или когда подыскивается подходящее для павильона здание или помещение, необходимо рассмотреть следующие факторы.

Площадь и пропорции

Типоразмеры павильонов по габаритам разделяются на три группы: большие, средние и малые [3].

Требуемая площадь павильона зависит от видов производства, которые будут осуществляться в данном павильоне. Пропорции павильона (прежде всего «ширина/длина») важны для больших павильонов, и если вы рассчитываете использовать максимально возможные площади, то теле- или видеокамеры на штативах, пьедесталах, тележках и кранах, а также микрофоны на стойках и «журавлях» должны легко покрывать территорию павильона. Соотношение ширины к длине должно быть в пределах от 1:1,1 до 1:1,5. Предпочтительнее всего, когда эта пропорция близка к 1:1,3. Отношение 1:1 нежелательно, так как оно создает предпосылки для неудовлетворительных акустических свойств помещения.

Часто при планировании павильона его конструкционная высота — игнорируемый фактор, особенно когда в павильоны конверсируются какие-либо помещения уже существующих зданий. Между тем рассчитать необходимую строительную высоту павильона достаточно просто, если учесть его будущие эксплуатационные характеристики. Минимальная требуемая высота определяется через рассмотрение:

  • высоты для подвеса занавеса циклорамы;
  • размера самых крупных сценических декораций;
  • пространства для подвесной системы осветительных приборов;
  • пространства, занимаемого вентиляционными системами.

Пол, стены и потолок

Конечно, ситуации, когда все телекамеры, «герои в кадре» и технический персонал в павильоне абсолютно статичны, на практике абсолютно нереальны. Значит, все внутренние поверхности павильона должны учитывать динамику производственного процесса, происходящего в нем.

Кому-то может показаться странным, но из всех поверхностей павильона пол — это самый важный и сложный строительный элемент, так как к нему предъявляется множество требований, которые порой являются взаимоисключающими. Пол павильона должен быть:

  • твердым, чтобы предотвратить вибрации, и «тихим» при ходьбе и перемещении по нему;
  • ровным, чтобы при движении камерных тележек и пьедесталов не происходили случайные и нежелательные встряски изображения;
  • абсолютно горизонтальным. Допустимая толерантность, приемлемая для всех движущихся теле- и видеокамер, составляет 1,6 мм на 3 м;
  • матовым и цветонейтральным. Соблюдение данного требования в телевидении особенно важно, если вы не хотите менять цвет изображения при преобразовании «свет/сигнал», особенно, чтобы не менялись по цвету лица актеров в кадре. Самым подходящим цветом внешней поверхности пола является «серый матовый», так как он одновременно нейтральный, легкий и слабо отражающий;
  • антистатичным, чтобы «снять» возможные проблемы статического электричества;
  • устойчивым к химическому воздействию, например к частым покрытиям водорастворимой краской (если это нужно для производства определенных развлекательных программ) и к смыванию этой краски.

По тонкому полу телекамеры достаточно плавно двигаться не могут, поэтому при сооружении пола в павильоне укладывается множество слоев, как в многослойном пироге (рис. 1 и 2).

Стены павильона должны быть «толстыми» настолько, чтобы обеспечивать хорошую звукоизоляцию, и должны быть акустически обработаны, чтобы управлять временем реверберации и качеством звука в павильоне. В идеале допустимо только одно окно — специальное, соединяющее павильон и контрольные помещения. Потолок должен быть «мощным» и «толстым», чтобы обеспечить, во-первых, хорошую звукоизоляцию а, во-вторых, поддержку осветительного оборудования с их подвесными системами. Если вы собираетесь строить новый павильон, конструируйте стены независимо от фундамента и крыши, чтобы обеспечить независимость от конструкционных шумов.

Постарайтесь предусмотреть разметку пола и стен павильона. В процессе планирования программ и их производства такая разметка поможет аккуратному позиционированию сценического оборудования и значительно облегчит сценарную разработку. Обычно стены маркируются отметками через регулярные интервалы (полметра или метр), а пол маркируется легкими метками, создавая своими пересечениями справочную решетку.

Доступ

В идеале павильон должен находиться на уровне земли для легкого доступа внутрь него разнообразного сценического оборудования и реквизита. Главный вход или въезд не должен иметь рамп, бордюров и ступеней. Студийные двери должны быть большими, толстыми и тяжелыми, чтобы одновременно обеспечить легкий доступ и достаточную звукоизоляцию. Для повышения пожарной безопасности и просто для удобства актеров и технического персонала в дополнение к большим, но тяжелым воротам (дверям) при планировании СМР в проект павильона закладываются меньшие по размерам легковесные двери, но также звукопоглощающие. В любом случае обеспечьте в павильон простой, комфортный и безопасный доступ.

Электропитание и освещение (рис 1)

Электропитание и освещение (рис 1)

Потребности электропитания рассчитываются в основном из потребностей осветительного оборудования, которое забирает на себя основные мощности. Расчеты необходимо вести из потребности создать освещенность 500 — 800 лк на 1 м2 сценической площадки павильона.

Конечно, павильон требует сетевых выводов для подключения студийного оборудования: мониторов, суфлеров, микрофонных усилителей и т.д. Но в своих расчетах не забудьте и про различное электрическое оборудование, используемое в производстве программ. Для всех возможных вариантов «запитки» устройств, требующих электропитания от сети переменного тока, рекомендуется иметь сетевую проводку по периметру павильона, скажем, с розетками интервалом через 3 — 4 м. Если ожидается, что производство программ будет включать использование мощного оборудования для демонстраций (генераторы, стиральные машины, СВЧ-печи и т.д.), тогда обеспечьте мощные выводы (15 — 30 А или даже трехфазное электропитание).

Когда производственный свет не используется, павильон все равно должен освещаться эффективно, например, чтобы перемещать оборудование и реквизиты, приводить в движение такие сценические возможности, как подымающаяся или вращающаяся сцена и т.д. Этот дополнительный свет должен отключаться как из павильона, так и с осветительной консоли, расположенной в одной из контрольных аппаратных. Также необходим так называемый третий контур освещения — экстренная осветительная система, которая обычно включает в себя освещенные таблички выхода, автоматически переключающиеся на питание от батарей, если отключается основное питание.

Большинство павильонов требует подачи газа, холодной и горячей воды. Для таких применений, как приготовление пищи, химические эксперименты, сценические эффекты (бассейны, водные ситуации и т.д.), павильон должен иметь эффективную дренажную систему.

Для отдельных программ в павильоне вполне уместен сжатый воздух. Предусмотрите стационарный компрессор, так как он, к сожалению, является еще и мощным генератором шума и вибрации, необходимо будет подумать и о защите от этих вредных воздействий.

Акустика павильона

В павильоне происходит работа не только с изображением, но и со звуком. Для качественной звукопередачи и звукозаписи при строительстве павильона требуется решить две задачи:

  • добиться звукоизоляции от нежелательных звуковых воздействий;
  • смоделировать необходимые акустические характеристики павильона.

Звукоизоляция от внешних шумов

Вполне очевидно, что павильон должен быть хорошо изолирован от внешних шумов. Хорошая звукоизоляция относительно дорога (100 — 400 долл. на 1 м2 в зависимости от качества используемых материалов и СМР). К счастью, в попытке уменьшить уровень шума, забираемого извне павильона, есть некая граница. Эта нижняя граница — фоновый шум павильона, внутренне генерируемый, например, вентиляторами камер, двигателями объективов и сервоприводов, вентиляцией павильона и т.д. Рекомендуемый уровень фонового шума павильона, а значит, и шума, происходящего снаружи павильона, находится в диапазоне 30 дБ.

Помимо шума, рожденного оборудованием павильона, в павильоне есть два типа шумов, генерируемых внешне. Первый — это структурный шум, т.е. звук, рожденный конструктивом здания, где расположен павильон. Основной составляющей структурного шума является вибрация, поступающая через конструкцию здания, по трубопроводам и т.д. Такая акустическая интерференция обычно является дорогой в плане ее устранения уже после выполнения СМР [3]. Хороший первоначальный дизайн здания и павильона, а также планирование СМР — гарантия добиться удовлетворительной звукоизоляции. Там, где структурно рожденный шум неприемлем, единственная возможность остановить его — это выключить источник этого звука во время записи или трансляции. В некоторых случаях отдельное оборудование (например, компрессоры воздуха) нужно разместить на виброизолирующих основаниях, чтобы вибрация передавалась строительным конструкциям здания в меньшей степени.

Второй тип шумов — шум, рожденный в воздухе. От такого шума часто можно избавиться или значительно уменьшить его за счет обеспечения всех дверей павильона магнитными присосками по их периметру. Любые окна в павильоне должны быть двух- или даже трехслойными. Расстояния между слоями в таких окнах должны быть более широкими, чем используются для обычных термоизоляционных окон. Минимум 150 мм между соседними слоями стекла. Если данное требование невозможно соблюсти, по всему периметру должны быть прикреплены тяжелые затворы с хорошими присосками. Основное правило: чем массивнее элемент, тем лучше звукоизоляция от шума, рожденного в воздухе. Хотя в некоторых случаях могут быть эффективны специально сконструированные легковесные многослойные конструкции.

Звук также может «утекать» (просачиваться) через маленькие апертуры (дырки), поэтому при планировании СМР следует предусмотреть изоляцию щелей на всех дверях и окнах. Помните, если павильон после его строительства или модернизации будет иметь проблемы с проникновением воздушных шумов, вам предстоит аккуратно исследовать помещение на предмет обнаружения отверстий (в особенности, все входные точки для проводки кабелей, водных и канализационных труб и т.д.) для их последующей эффективной заделки.

Также источником шума могут быть вентиляционные системы павильона, если они плохо спроектированы. В таком случае их придется отключать во время съемок или трансляции. Если коротко, то хорошая вентиляционная система должна иметь большое сечение вентиляционных воздуховодов, так чтобы звук в них двигался относительно медленно. Повороты в разводке вентиляционных воздуховодов должны быть с большим радиусом, чтобы уменьшить турбулентность, а внутренние их стенки могут иметь встроенный звукоабсорбирующий (звукопоглощающий) материал.

Акустика павильона

Акустический резонанс — возникновение звуковой стоячей волны между параллельными непоглощающими плоскостями. Характер звука, «собираемого» микрофоном, зависит от того, как он располагается по отношению к таблице интенсивности этих стоячих волн. Акустического резонанса можно избежать рассеиванием звука. Это обычно достигается внесением продуманных неровностей (так называемых пилонов) в соответствующие поверхности таким образом, что звуковые волны рассеиваются в процессе отражения.

Стоячие волны обычно не являются серьезной проблемой в правильно сконструированных павильонах, так как абсорберы (поглотители) на стенах и на потолке хорошо уменьшают отраженную энергию звуковых волн. К тому же дополнительное рассеивание обеспечивается за счет присутствия технического оборудования, сценического реквизита и людей в павильоне. Однако «стоячая волна» может случиться даже при правильной «организации» стен павильона, например, когда комплект декораций включает в себя твердые параллельные плоскости. В этом случае запись звука в пределах этих декораций может быть низкого качества. Наилучшее решение здесь — видоизменить декорации. Противоположные поверхности располагаются в непараллельных плоскостях и выполняются из материала с малыми коэффициентами отражения, например мягкий брезент вместо, скажем, твердого пластика.

Время реверберации — важный показатель качества СМР, выполненных в павильоне, так как оно значительно влияет на финальное качество звука. Поэтому обязательно закладывайте в планируемые СМР расчеты времени реверберации павильона. Помните, если время реверберации слишком короткое, звучащая речь кажется сухой (мертвой, ненасыщенной), а музыка теряет теплоту и прозрачность. Слишком большое время реверберации, однако, наполняет речь эхом и делает ее удаленной.

При планировании СМР с учетом реверберации рекомендуем нацеливаться на то, чтобы сделать время реверберации павильона достаточно малым, так как реверберация всегда может быть добавлена искусственно на выходе звукового тракта павильона (так называемая активная реверберация посредством использования электронных ревербераторов), но никогда не может быть уменьшена без вмешательства в конструктив помещения. Однако сделать павильон подходящего размера с очень малым временем реверберации трудно, особенно, если пол твердый и поэтому не поглощает звук. Один из вариантов борьбы за «малую реверберацию» — «обрезиненный» пол, еще называемый наливным. Рекомендуемое время реверберации для больших павильонов находится в диапазоне 0,7 — 1,1 с, для малых павильонов — в диапазоне 0,3 — 0,5 с [4]. На практике малый павильон реализовать труднее, тем более если вы рассчитываете работать в нем и с речью, и с музыкой.

На стадии СМР и оснащения

От идеи создания павильона до оформления планов в виде ПТЭО, как показывает опыт, проходит в среднем от одного до четырех месяцев. Но прежде чем перейти к практической стадии реализации проекта — СМР и оснащению павильона оборудованием, — вам придется ознакомиться еще со множеством нюансов. Данная статья затронула лишь некоторые из них. Если вы хотите реализовать проект строительства (реконструкции) и эксплуатации павильона как коммерчески выгодный, обратите внимание на все нюансы и постарайтесь учесть все строительные аспекты в тесной связи с экономическими и технологическими факторами.

Акустика и звукоизоляция. Секреты звукоизоляции.

По материалам журнала «Технологии строительства»

 

КАК ЗАЩИТИТЬ СЕБЯ ОТ ШУМА?

«Технологии строительства», №2 (15) 1999

Акустическая экология жилища начинается со знания норм. Нормативами, регламентирующими требования к звукоизоляции, являются Московские городские строительные нормы, Санитарные нормы и СНиП.

Звукоизоляция ограждающих конструкций (перекрытий, стен, перегородок, дверей и т.д.) – это способность препятствовать распространению звука, ослаблять звуковое давление (или звуковую энергию) шума, проникающего из шумного в тихое помещение. При этом различают воздушный шум, который возникает в воздухе, и благодаря воздушным звуковым волнам распространяется через ограждающие конструкции, и ударный (или структурный) шум, который возникает непосредственно в конструкциях и, распространяясь по ним, излучается в виде воздушных звуковых волн.

Нормы звукоизоляции
Рассмотрим каждую разновидность шума отдельно.

Фактическая изоляция воздушного шума зависит не только от звукоизоляционных свойств конструкции ограждения, но и от площади этой конструкции, а также от звукопоглощения поверхности стен, пола, потолка и предметов в тихом помещении. Поскольку показатели в каждом конкретном случае меняются, введено понятие звукоизолирующей способности (собственной звукоизоляции) R, которая измеряется в децибелах. Эта величина не зависит ни от площади, ни от звукопоглощения, она присуща только самой ограждающей конструкции.

Для удобства измерений мы пользуемся индексом изоляции воздушного шума. Индекс позволяет выводить усредненные величины. Так в нормативах (МГСН 2.04-97) для межквартирных стен и междуэтажных перекрытий установлены минимальные значения R равные:

54 дБ для домов категории А (высоко комфортные условия);
52 дБ для домов категории Б (комфортные условия);
50 дБ для домов категории В (предельно-допустимые условия).

Изоляция ударного шума (от ходьбы, передвижения мебели, ударов и т.п.) определяется с помощью машины со смешным названием «топальная». Она устанавливается на полу верхнего помещения. Так вычисляют уровни звукового давления Ln, дБ под перекрытием. При этом, чем выше значения Ln, тем хуже изоляция перекрытием ударного шума. Усредненные значения Ln позволяют определить индекс ударного шума под перекрытием. Ln равно:

55 дБ для домов категории А;
58 дБ для домов категории Б;
60 дБ для домов категории В.

Практические вопросы перепланировки
Как вы уже поняли, такие нормативные требования относятся к ограждающим конструкциям. Они не зависят от назначения смежного помещения соседней квартиры, будь то спальня, кухня или коридор. Однако в реальной жизни планировка, конечно, играет роль. Так, если рядом со спальной комнатой одной квартиры оказывается кухня или ванная комната соседей, уровень комфортности по шуму в первой квартире понизится. При этом жильцам будет безразлично, что стена соответствует нормативным требованиям звукоизоляции воздушного шума. Звук спускаемой воды не всегда навевает сны о Ниагарском водопаде – вот и все.

Поэтому типовые планировочные решения, как правило, хорошо продуманные и проверенные многолетней практикой, не должны без веских причин произвольно меняться. Почти всякое принципиальное изменение планировки, при котором шумное помещение одной квартиры (кухня, ванная, санузел, гостиная с аудио и видео аппаратурой, тренажерный зал и т.п.) оказывается смежным (по горизонтали или вертикали) с тихим помещением другой квартиры (спальней, кабинетом и т.п.) ведет к дискомфорту и жалобам.

Современные технологии и строительные материалы позволяют и в этом случае найти выход из положения, однако неудачное планировочное решение всегда требует больших дополнительных затрат.

Чаще всего при перепланировке жильцы хотят расширить ванные комнаты и санузлы за счет примыкающих помещений (обычно коридоров, реже кухонь). Тут надо помнить, что до настоящего времени в серийных домах эти помещения монтировались в виде готовых сантехкабин с опорой на несущие плиты перекрытий через звукоизоляционные слои (прокладки, засыпки). Зазоры между стенками и потолками кабин с одной стороны и несущими стенами и перекрытиями зданий с другой – обеспечивали изоляцию не только воздушного, но, что куда важнее, ударного и структурного шума от работы сантехоборудования. В сочетании с продуманной планировкой, при которой санузел одной квартиры примыкал к санузлу другой, а ее комнаты были удалены в глубь квартиры, это давало полный акустический комфорт.

При работах по расширению сантехузлов, как правило, приходится разбирать ограждающие конструкции сантехкабин и, тем самым нарушать звукоизоляцию. Поэтому, для сохранения нормативной звукоизоляции, необходимо вновь создать “плавающую” конструкцию пола, самостоятельные перегородки, и возможно, потолок. При этом перегородки должны устанавливаться на расстоянии от других ограждающих конструкций, опираться на плавающее основание пола и примыкать к перекрытию (потолку) через упругие прокладки с тем, чтобы исключить передачу структурного шума на несущие конструкции, по которым он легко распространяется по зданию. Чтобы избежать возникновения жестких звуковых мостиков между перегородками, полом сантехузла и другими ограждающими конструкциями нужно все трубопроводы разводки размещать внутри помещений сантехузла.

Виброизолированное крепление разводок трубопроводов необходимо для того, чтобы структурный шум от работы сантехприборов не распространялся на ограждающие конструкции и далее в смежные помещения.

Другие варианты перепланировок должны учитывать также косвенную передачу звука, например, от перегородок на перекрытия. В определенных условиях перегородка, установленная на несущую плиту перекрытия, может служить причиной ухудшения звукоизоляции между квартирами по вертикали.

Таким образом, перепланировку квартиры желательно производить на основе тщательно разработанных планировочных и конструктивных решений.

Не менее важно качественное выполнение проекта, поскольку даже незначительные отклонения от первоначального решения в процессе работы могут все испортить. Поэтому и для составления проекта перепланировки и, собственно, для работ нужны квалифицированные специалисты.

Итак

При составлении проекта перепланировки необходим тщательный анализ: как повлияют на звукоизоляцию изменения конструктивных решений ограждающих конструкций и узлов.
Соответствующий выбор материалов и конструкций позволяет сохранить или даже улучшить звукоизоляцию между квартирами и комнатами в жилых домах.
При этом необходимо тщательное исполнение проекта перепланировки квалифицированными строителями.

Подробнее узнать о существующих нормах звукоизоляции вы сможете из следующих источников:

«Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях». МГСН 2.04-97. Московские городские строительные нормы. М., 1997 г.
Территориальный каталог для строительства в г. Москве. ТКТ.4.3. Строительные конструкции и изделия. Сб. ТКТ-10.
СНиП II-12-77. «Защита от шума». М., 1978.

с.н.с. Лаборатории акустики МНИИТЭП Э.М.Лалаев

АКУСТИКА ОФИСОВ

«Технологии строительства», №4 (15) 2001
Для офисных помещений наиболее важными с точки зрения акустики являются два вопроса. Это вопрос обеспечения благоприятной акустической среды в помещениях с несколькими рабочими местами и вопрос обеспечения секретности, т.е. высокой звукоизоляции помещений переговорных комнат и кабинетов руководителей.

Создание благоприятной акустической среды в помещении
Если в одном офисном помещении находятся несколько рабочих мест менеджеров, то без специальных мероприятий по обеспечению акустического комфорта в помещении не обойтись. Еще в старые добрые советские времена практически во всех бухгалтериях или отделах НИИ, где в одном большом помещении работало несколько человек, можно было наблюдать картину, когда большая комната уродливо перегораживалась различными книжными шкафами и тумбами и еще Бог знает чем. Таким образом каждый работник старался отгородиться от остальных коллег по комнате. Здесь дело, конечно, не только в акустике – играют роль и другие психологические моменты. Однако именно обстоятельство, когда из-за одного человека, разговаривающего по телефону, становилось невозможно без помех переговариваться в помещении, являлось той отправной точкой, после которой каждый начинал отгораживать себе «свое» место. И различная мебель выполняла роль акустических экранов, позволяя на рабочем месте не отвлекаться на окружающие шумы. Сегодня для создания акустического комфорта все чаще применяются офисные системы на основе мобильных перегородок высотой 1,2 – 1,8 м, формирующие звукопоглощающую среду в помещениях с несколькими рабочими местами. Наиболее эффективны в качестве акустических экранов — относительно сложные по конструкции перегородки толщиной не менее 60 мм, состоящие из двух сэндвич-панелей (МДФ – поролон – ткань), и с полым пространством, внутри которого можно скрыть всю проводку. Кроме того, комбинирование перегородок различной высоты позволяет создавать такие акустические конфигурации, когда один сектор рабочего места акустически защищен, а другой, наоборот, облегчает работу менеджера с клиентом.

На протяжении последних десяти лет в нашей стране деловая активность работников в офисе только повышается. Ведь для хорошего бизнеса совершенно нормальное явление, когда из четырех менеджеров, работающих в одном зале, одновременно трое ведут переговоры по телефону, а четвертый – энергично убеждает посетителя сделать заказ. При всем этом также желательно, чтобы руководитель и менеджеры со своих рабочих мест могли видеть друг друга, так как это, согласно распространенным западным теориям, укрепляет дисциплину, способствует взаимному контролю и тем самым повышает производительность труда.

Но если стены и потолок такого помещения выполнены из жестких, хорошо отражающих звук материалов (допустим, из окрашенных гипсокартонных листов), то посторонние для каждого работника шумы вынуждают постоянно напрягать слух и повышать голос. Также имеет место шум от большого количества офисной оргтехники, которая должна присутствовать в помещении с несколькими рабочими местами. Это, в конечном итоге, приводит к преждевременной усталости и раздражительности сотрудников к снижению производительности труда и конфликтам в коллективе.

Создание благоприятной акустической среды в помещениях такого рода решается с помощью введения в помещение офиса определенного количества звукопоглощающего материала и так называемого «заглушения» помещения. При этом подавляется требуемая часть отраженного звука, в результате чего громкость голоса и других источников шума можно уменьшить до двух-трех раз. Оставшийся прямой звук (непосредственно от источника — к уху слушающего человека) в сочетании со строго определенной частью отраженного звука обеспечивают высокую четкость и разборчивость речи, что удобно при общении менеджеров между собой. Однако, при чрезмерно высоком звукопоглощении отраженный звук может полностью исчезнуть, и звучание речи приобретет уже неприятный «ватный» оттенок, когда теряются начала и окончания фраз. Для избежания этого существуют специальные методики расчета количества звукопоглощающего материала для офисных помещений.

Традиционно в качестве основной звукопоглощающей поверхности используется пространство потолка, а в качестве звукопоглощающей конструкции – подвесной акустический потолок, имеющий ко всему прочему, множество других удобных свойств, характерных для всего класса подвесных потолков. Для такого потолка, к уже привычным функциональным свойствам: возможность монтажа в надпотолочном пространстве систем вентиляции, электрических коммуникаций и встроенных систем освещения, добавляются еще и высокие звукопоглощающие свойства.

Акустическая эффективность звукопоглощающих потолков выражается в значениях безразмерного коэффициента звукопоглощения a, который может изменяться в пределах от 0 до 1. Значение a = 0 означает полное отражение звука при a = 1 весь звук, попавший на данную поверхность, поглощается.

Также значение коэффициента звукопоглощения зависит от частоты звука. Поэтому звукопоглощающую способность той или иной модели подвесного потолка, как правило, характеризуют график или таблица для стандартного набора частот от 100 Гц до 3200 Гц. Так как характеристики звукопоглощения приводятся именно для конструкции подвесного потолка, то они справедливы только для указанных под графиком величин относа плит подвесного потолка от жесткой поверхности «черного» потолка. При этом изменение расстояния высоты подвеса напрямую сказывается на величине и частотной характеристике звукопоглощения. Так, с увеличением расстояния высоты подвеса звукопоглощение в области низких частот для акустических потолков большинства фирм-производителей возрастает. Однако некоторые фирмы-производители («Armstrong») в своих каталогах не указывают высоту подвеса конструкции подвесного потолка, поэтому при сравнении акустических характеристик потолков между собой это обстоятельство следует иметь в виду.

Для характеристики акустических свойств подвесного потолка может также применяться так называемый средний коэффициент звукопоглощения (NRC). Он рассчитывается как среднее арифметическое для коэффициентов звукопоглощения в четырех октавных полосах частот: 250, 500, 1000 и 2000 Гц, и предназначен, прежде всего, для оценки звукопоглощения в речевом диапазоне частот. Поскольку в офисных помещениях важен именно речевой диапазон, для выбора подходящей модели подвесного потолка корректно сравнивать их коэффициенты NRC. Акустический потолок может называться таковым при значениях NRC, превышающих 0,6-0,7.

К сожалению, в России большинство уже построенных офисов имеют неакустические подвесные потолки в тех помещениях, где звукопоглощающие потолки были бы чрезвычайно желательны. Всему виной — существенная разница в цене между чисто декоративными и акустическими моделями даже одних и тех же фирм-производителей. К примеру, очень широко распространенный в России (из-за своей дешевизны) потолок марки «Байкал», не имеющий даже тестов производителя на акустические свойства, почти на порядок дешевле модели акустического потолка «Armstrong Parafon».

К фирмам-производителям, специализирующимся на производстве именно акустических потолков можно отнести шведскую компанию «Ecophon», финскую компанию «Isover» (торговая марка «Ecophon»), датский концерн «Rockwool» (торговая марка «Rockfon»). Основной материал перечисленных акустических потолков — спрессованные плиты из супертонкого стекловолокна или тонкого минераловолокна. Дело в том, что на сегодняшний день – это лучшие звукопоглощающие материалы. Плиты затем окрашиваются или кашируются стеклохолстом, тканью или пленкой. Именно отделочное покрытие в большей степени влияет на характеристику звукопоглощения различных моделей акустических потолков. В общем, для таких потолков коэффициент звукопоглощения тем выше, чем лучше воздухопроницаемость (продуваемость) лицевой поверхности потолочной панели. Поэтому, при прочих равных условиях, модели с пленочным лицевым покрытием имеют заведомо худшее звукопоглощение, чем модели с окрашенной или тканевой микропористой поверхностью. Если поверхность акустического потолка пытаться окрашивать самостоятельно, то из-за закрашивания микропор звукопоглощающая способность такого потолка также может существенно ухудшиться.

Именно поэтому все акустические потолки автоматически имеют более высокую стоимость, так как их технология изготовления более сложная, а исходное сырье более качественное и дорогое.

Звукоизоляция подвесных потолков
В Европе и в США при строительстве офисов очень часто практикуется наличие общего надпотолочного пространства для группы из нескольких офисных помещений. То есть сначала в большом помещении (может быть на всем этаже здания) подвешивается подвесной потолок, а потом оно разделяется на требуемое количество больших и малых комнат посредством легких перегородок. Безусловно, здесь есть много плюсов. Например, возможность легкого и быстрого монтажа различных коммуникаций в общем надпотолочном пространстве. Вместе с тем, в таком случае подвесной потолок должен обладать дополнительными звукоизолирующими функциями, чтобы изолировать передачу звука из одного помещения в другое через надпотолочное пространство. Поэтому в каталогах фирм-производителей подвесных потолков (в том числе и акустических) появляются сведения о звукоизоляции. Здесь очень важно помнить, что звукоизолирующие способности подвесного потолка абсолютно не связаны с его звукопоглощающими (акустическими) свойствами. Для хорошей звукоизоляции плита потолка должна быть максимально тяжелой и герметичной (идеально подходит гипсовая плита с уплотнителем по периметру), а для хорошего звукопоглощения – легкой, мягкой и продуваемой. Хотя, конечно, существуют комбинированные модели подвесных потолков, где потолочная плита представляет собой сэндвич-панель, составленную из звукоизоляционного и звукопоглощающего слоев. Однако необходимо помнить, что собственная звукоизоляция потолка в дБ и коэффициент звукопоглощения потолочной конструкции a — величины, не связанные между собой и друг из друга не вытекающие.

Следует также отметить, что приведенные в каталогах данные абсолютно непригодны для оценки другой часто возникающей ситуации — дополнительной звукоизоляции существующего межэтажного перекрытия путем подвеса к нему данной модели подвесного потолка. Подобные проблемы в нашей стране возникают гораздо чаще, чем строительство офисов с общим надпотолочным пространством.

Акустические стеновые панели
Иногда для создания благоприятной акустической среды в помещении большого офиса недостаточно применения только подвесного акустического потолка. Расчет показывает, что для получения требуемых акустических характеристик помещения необходимо задействовать площади большие, чем площадь потолка. Как правило, это происходит в помещениях с очень высокими потолками. Тогда помимо подвесного звукопоглощающего потолка, а иногда и вместо него (если в силу определенных обстоятельств потолок нельзя закрывать подвесной системой), применяются стеновые акустические панели, имеющие также очень высокие характеристики звукопоглощения. Коэффициент NRC таких панелей колеблется в пределах 0,9 –0,95. Стеновые акустические панели на сегодняшний день в Россию поставляет только одна компания – шведская фирма «Ecophon».

В случаях, когда помещение большого офиса разгораживается офисными перегородками, не доходящими до потолка (чтобы стоящий человек мог видеть весь зал целиком), акустические стеновые панели применяются для облицовки таких перегородок-экранов, чтобы повысить эффект звукоизоляции между кабинами.

Звукоизоляция комнат переговоров и кабинетов руководителей
Если переговоры проходят «за закрытыми дверями», необходимо проводить их в помещениях, отвечающих данным требованиям. Прежде всего – это комнаты переговоров и кабинеты руководителей. Существует ряд правил, позволяющих построить такие помещения грамотно. Конечно, мы не будем рассматривать здесь методики, позволяющие избежать прослушивания путем сканирования оконного стекла помещения для переговоров лазерным лучем из здания, стоящего напротив. Однако предпринять некоторые мероприятия, позволяющие значительно повысить звукоизоляцию ограждающих конструкций комнаты переговоров или кабинета, бывает весьма полезно.

Первое, самое важное, но как показывает практика, неочевидное правило – это обеспечение хорошей звукоизоляции входной двери в помещение. Лучшим средством для этого является устройство тамбура, т.е. последовательная установка двух дверей с воздушным промежутком между ними. Чем больше будет расстояние между дверьми, тем выше эффект. Помимо этого двери должны обязательно иметь порог и уплотнение по всему периметру притворов. Чем массивнее полотна дверей, тем лучше их звукоизоляция. Следует отметить, что стеклянные, пластиковые и полые двери для подобных помещений не подходят. То же относится и к откатным дверям (их практически невозможно качественно уплотнить). Внутри тамбура поверхности стен и внутренние поверхности дверей желательно обработать звукопоглощающими материалами (например стеновыми акустическими панелями «Ecophon»).

Для обеспечения хорошей звукоизоляции помещения для переговоров или кабинета руководителя следует исключить общее надпотолочное пространство с соседними помещениями, для чего перегородки в таких помещениях необходимо выполнять до потолочного перекрытия. Также важно проконтролировать системы вентиляции и кондиционирования. В некоторых случаях через воздуховоды слышимость может быть настолько высокой, что в соседнем помещении не потребуется даже напрягать слух.

Звукоизоляции стен, пола и потолка в случае необходимости может быть увеличена специальными материалами и конструкциями дополнительной звукоизоляции. Для увеличения звукоизоляции стен и потолка применяются панели дополнительной звукоизоляции ЗИПС (Россия). Звукоизоляция пола увеличивается путем устройства конструкции «плавающего» пола (см. «Технологии Строительства» № 4 2000).

Применение панелей ЗИПС обеспечивает до 13 дБ дополнительной звукоизоляции. Эту цифру можно арифметически сложить с собственной звукоизоляцией стены или перегородки. Допустим, исходная звукоизоляция стены была равна Rw = 45 дБ (реальная звукоизоляция легкой перегородки). Применяя панели ЗИПС, мы увеличиваем общую звукоизоляцию стены до величины Rw = 55 –58 дБ. Это показатель хорошей звукоизоляции. При громком разговоре с уровнем L = 80 дБА в соседнем помещении в дневное время трудно будет разобрать содержимое фраз (L = 55 дБА). Тогда как при исходной звукоизоляции стенки в соседнем помещении можно было, особенно не напрягая слух, слушать весь разговор.

В зависимости от конструкции «плавающего» пола возможно получить от 5 до 12 дБ дополнительной изоляции воздушного шума для межэтажного перекрытия. Поскольку собственная звукоизоляция перекрытий редко бывает ниже Rw = 50 дБ, суммарный эффект может превышать величину Rw = 60 дБ, что является очень хорошим показателем.

Для увеличения звукоизоляционного эффекта, внутренние поверхности комнаты переговоров также рекомендуется обрабатывать звукопоглощающими материалами. В таких помещениях подвешивается акустический потолок и монтируются звукопоглощающие стеновые панели.

Большое разнообразие моделей, цветов и материалов отделки лицевых поверхностей существующих звукопоглощающих материалов открывает широкие возможности для создания оригинальных офисных интерьеров при соблюдении необходимых акустических требований.

ДОМАШНИЙ КИНОТЕАТР — КАКИМ ОН ДОЛЖЕН БЫТЬ?

«Технологии строительства», №4 2002

В процессе организации и оснащения домашних кинотеатров, акцент традиционно делается на электротехнические характеристики акустической аппаратуры. Чем они выше, тем точнее воспроизводится запись и, следовательно, тем дороже оборудование кинотеатра. И все же, как показывает опыт, параметры звука зависят не только от возможностей технических средств…

Московская студия архитектуры и дизайна «АТТИКА» в сотрудничестве с Институтом акустики им. Андреева создала проект частного кинотеатра, не имеющего на сегодняшний день аналогов. Подвальное помещение в загородном доме было превращено в высокотехнологичный кино- и звукозал для просмотра кинокартин и прослушивания аудиозаписей. О том, какое значение заказчик уделял качеству звуковоспроизведения, говорит тот факт, что проект кинозала выделялся в самостоятельное направление, и бюро было поручено заниматься только этой работой. Проанализировав требования заказчика, проектировщики пришли к выводу, что, в данном случае речь должна идти о профессиональном озвучивании помещения. Выполнение такой задачи требовало соблюдения максимального количества довольно специфических условий и норм, с которыми в обычной проектной практике архитектор не сталкивается. Поэтому было принято решение обратиться за помощью к сотрудникам Института акустики им. Андреева. Рабочую группу возглавили ведущие российские специалисты в области электроакустики: кандидат технических наук А. Гайдаров (вице-президент московского отделения Всемирного Общества инженеров электроакустиков), кандидаты технических наук В. Белов и М. Ланне.

В идеальном случае при воспроизведении звукозаписи слушатель должен воспринимать только то, что записано в студии. Любые, не предусмотренные в процессе записи отражения акустической волны будут искажать звуковую картину. Следовательно, акустические свойства помещения, в котором размещается звуковоспроизводящая техника, оказывают самое непосредственное влияние на распространение и распределение звуковой волны. Поэтому все основные этапы проектирования были посвящены формированию акустической среды, которая находилась в тесной связи с функционально-эстетической организацией объема кинозала.

На первой стадии работ появился визуальный ряд, содержащий в себе основные предложения по отделке интерьера и его предметному насыщению. Выбранная авторским коллективом концепция следования стилистике 20-х годов ХХ в. возникла как ассоциативное обращение к эпохе расцвета кинематографа. Для работы над архитектурным проектом потребовалось провести серьезные исследования в области истории искусств и дизайна. В частности, в интерьер были введены витражи, созданные по мотивам произведений известного дизайнера и ювелира того времени Рене Лалика (Rene Lalique). На стекле методом химического травления выполнялись декоративные горельефные композиции, с характерной для этой техники обработки стекла тонкой моделировкой формы. Вместе с тем, проект предусматривал устройство потолка с глубокими кессонами и широкое применение в отделке помещения пробки и шпона из древесины ценных пород.

После того как с архитектурным предложением ознакомились инженеры из Института акустики, работы вступили в новую фазу. Необходимо было увязать дизайн интерьера с акустическим проектом. На основании результатов расчетов акустических параметров помещения специалисты по акустике определили критерии выбора отделочных материалов и обозначили их распределение в объеме кинозала. Таким образом, выявилась явная зависимость архитектурной части проекта от акустических характеристик будущего кинозала. В этой ситуации архитекторам предстояло средствами дизайна найти точное выражение основополагающих законов распределения звука в помещении. При этом основная задача, которую следовало решить творческому коллективу, состояла в том, чтобы свести к минимуму эффект звукоотражения. Поэтому в структуре отделки особое значение придавалось звукопоглощающим материалам. Для их подбора были составлены таблицы зависимости акустических характеристик материалов от физических свойств. Поскольку представители торгующих организаций не всегда могли предоставить архитекторам интересующую их информацию, проектировщикам зачастую приходилось заниматься сбором образцов материалов. Затем в Институте акустики под руководством кандидата технических наук В. Белова проводилось тестирование собранных образцов с целью определения их способности к звукопоглощению. Все замеры осуществлялись в специально оборудованной акустической камере. На основании выявленных акустических свойств отделочных материалов и с учетом пропорций помещения создавалась математическая модель распределения звуковых волн в объеме кинозала. Полученные таким образом данные использовались для определения электротехнических параметров звуковоспроизводящих устройств, и отрабатывались возможные варианты комплектации кинозала необходимой акустической аппаратурой.

По мере формирования перечня материалов, которые предстояло использовать в отделке кинозала, архитектурный проект постоянно корректировался и насыщался конкретными конструкторско-технологическими решениями. Исходя из рекомендаций инженеров-электроакустиков стены помещения должны быть покрыты панелями, состоящими из двух слоев пробкового конгломерата различной толщины, между которыми размещались алюминиевые листы. Кроме того, панели, обращенные к фронту акустической волны, предстояло пропитать фисташковым лаком. Пробковые панели необходимо жестко закрепить к стене и между ними, в местах стыков, организовать демпфирующие зазоры, заполненные рейками из мягкого пористого бальзового дерева, обладающего хорошим звукопоглощением. Бальзовые рейки, как и фронтальные акустические панели, следовало пропитать фисташковым лаком. Благодаря особому сочетанию пробкового конгломерата, бальзы, листового алюминия и фисташкового лака удалось достичь необходимых показателей отражения и поглощения звуковой волны.

Стяжку под напольное покрытие требовалось выполнить по особой технологии, когда в выравнивающий состав добавляются распушенная целлюлоза, волокна которой способствуют звукопоглощению. В качестве напольного покрытия был использован акустически пассивный ковер со специально подобранной жесткостью ворса.

Любопытно, что целый ряд архитектурных предложений по отделке помещения был сразу поддержан специалистами Института акустики, хотя для их реализации потребовалось внесение определенных уточнений в отношении толщины и сочетаемости различных материалов. В частности, это касалось пробкового покрытия стен и подвесного кессонированного потолка. Для потолочных конструкций была выбрана технология компании «КНАУФ ГИПС». Поскольку в данном случае речь шла о ячеистом потолке, несущая система монтировалась с шагом в два раза меньшим, чем это определено производителем. Зазор между плитой перекрытия и потолочными панелями заполнялся базальтовой ватой, которая запрессовывалась туда со значительным усилием. Во избежание образования резонирующих полостей все коммуникационные полости в стенах вскрывались и также заполнялись минеральной ватой.

Входные двери — двухкамерный стеклопакет в алюминиевом профиле, поверх которого наклеивались демпфирующие фальш-филенки из бальзы. Так как бальза не отличается декоративными свойствами, окончательная отделка дверей производилась шпоном из древесины тропической породы с последующей пропиткой натуральным растительным маслом.

В интерьере много стекла, которое в соответствии с архитектурным замыслом задает основную тему декоративного решения. Однако по требованию акустиков все стеклянные элементы (полочки, остекление шкафов и т.д.) были жестко зафиксированы (вклеены) или установлены с демпфирующей прокладкой из пористой резины. Задники шкафов и стеллажей оклеены пробковым листом и окрашены серебристой краской. Выполняя функцию демпфера, задники одновременно являются фоном для DVD-дисков и видеокассет, а также для экспозиции коллекции старинной кино- и фотоаппаратуры.

Проекционный экран, закрывающийся шторами, смонтирован в объемной раме коробчатой конструкции и несколько утоплен по отношению к ее фронтальной плоскости. В нижней части короба размещен сабвуфер. Коробчатая рама изготовлена из листов гипсокартона, ее основание заполнено песком, а верхняя часть — минеральной ватой «Шуманет». Поверхность короба зашпаклевана выравнивающим составом с добавлением распушенной целлюлозы, зашлифована и окрашена латексной краской.

Особое внимание было уделено созданию комфортных условий пребывания в помещении. В систему светотехнического оборудования был введен диммер — устройство плавной регулировки уровня освещенности. В то же время, при отключении общего света в комнате остается местная подсветка. Она осуществляется благодаря встроенным в мебель точечным светильникам, свет которых рассеивается при помощи полок из матового стекла. Мягкое освещение снимает утомляемость глаз во время демонстрации фильма и позволяет ориентироваться в пространстве зала. Кроме того, в зале предусмотрен пол с подогревом до 18-20°С. Такая температура не снижает тонус сосудов и не приводит к варикозному расширению вен.

Длительное нахождение в кинотеатре при закрытых дверях потребовало оснащения помещения микроклиматическим оборудованием: вентиляцией, кондиционером, а также системами охлаждения и поддержания влажности. В связи с этим пришлось соблюсти еще одно важное условие — все агрегаты должны работать бесшумно. Для того чтобы исключить малейший фоновый звук, архитекторы применили разнесенные воздухозаборники с вентиляционными решетками лабиринтного типа — всего боле 50 решеток, расположенных на пересечении кессонов.

В результате детальной проработки функциональной среды кинозала возникла многоступенчатая структура, включающая в себя различные сетевые блоки, одни из которых должны действовать синхронно, другие — последовательно или независимо друг от друга. Для обеспечения четкой и слаженной работы всей исполнительной автоматики инженеры-схемотехники создали систему управления и контроля, в конфигурацию которой введен центральный процессорный модуль. Поскольку зал насыщен дорогостоящей энергозависимой аппаратурой, чутко реагирующей на скачки напряжения в сети, система электропитания имеет стабилизирующее устройство. Во избежание нежелательных последствий аварийного сбоя в энергоснабжении предусмотрен источник бесперебойного питания, который в течение 30 мин. в автономном режиме будет осуществлять подачу электроэнергии. Как показывает опыт, этого времени вполне достаточно для отключения от сети всего электрооборудования.

Благодаря совместным усилиям архитекторов, специалистов по электроакустике и представителей других инженерных специальностей, удалось реализовать новейшую комплексную программу по организации домашнего кинотеатра. В состав данного проекта вошли архитектурная часть, сложнейший инженерный и акустический проекты, содержащие в себе специально разработанные технологии, направленные на достижение максимального качества воспроизведения звука и изображения. Эта работа задает принципиально новый уровень в решении подобных задач и выделяет этот вид проектных услуг в отдельное направление архитектурной, научной и инженерной деятельности.

Александр Вайсфельд

ПОВЫШЕНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕГОРОДОК

«Технологии строительства», №4 2002
Основные типы звукоизоляционных перегородок
С конструктивной точки зрения перегородки можно разделить на два класса: однослойные и многослойные.

Однослойные конструкции подразумевают использование какого-либо плотного строительного материала на жестком связующем (растворе). Это могут быть кирпичные, гипсолитовые, керамзитобетонные и даже железобетонные перегородки, где бетон играет роль и конструктивного материала, и связующего. Несмотря на то, что в одной перегородке возможна комбинация нескольких материалов, определяющим будет наличие только плотных материалов при условии жестких связей между всеми элементами конструкции (например, стена из пемзобетонных блоков на цементно-песчаном растворе, облицованная кирпичом).

Звукоизоляционные характеристики подобных конструкций определяются, прежде всего, их массой и улучшаются примерно на 6 дБ при двукратном увеличении массы стены. Пористость материала перегородки также играет роль в обеспечении ее звукоизоляционных качеств. Однако, как показывает практика, выигрыша за счет повышения пористости материала получить практически не удается из-за более существенных потерь звукоизоляции при соответственно уменьшающейся при этом поверхностной плотности такого материала.

Многослойные перегородки, как следует из названия, состоят из нескольких (минимум двух) чередующихся слоев жестких (плотных) и мягких (легких) строительных материалов. Плотные материалы (гипсокартон, кирпич, металл) проявляют здесь звукоизоляционные свойства и работают аналогично однослойным перегородкам: звукоизоляция тем выше, чем больше поверхностная плотность материала. Материалы легкого слоя выполняют звукопоглощающую функцию, т.е. структура материала должна быть такой, чтобы при прохождении сквозь нее звуковых колебаний последние ослаблялись за счет трения воздуха в порах материала. Следует отметить низкую эффективность применения в звукоизоляционных перегородках таких материалов, как пенопласт, пенополиуретан или пробка. Это связано с тем, что для хороших звукоизоляционных материалов они имеют недостаточную плотность, а для причисления их к классу звукопоглощающих материалов — слишком низкое поглощение из-за отсутствия возможности продувания воздухом.

Звукоизолирующая способность трехслойных вариантов многослойных перегородок (наиболее распространенный пример — каркасно-обшивная гипсокартонная перегородка) зависит от большего числа факторов, чем звукоизоляция однослойной перегородки. Увеличение плотности материала жестких слоев, увеличение расстояния между крайними слоями (т.е. увеличение общей толщины перегородки) и заполнение внутреннего пространства слоями специального звукопоглотителя (именно поглотителя, а не утеплителя) — вот основные пути достижения необходимой звукоизоляции.

Для реализации всего потенциала многослойных конструкций должно выполняться требование послойного прохождения звука через толщу перегородки. Проще говоря, в идеале звуковая волна должна последовательно пройти сначала только через первый жесткий слой, затем только через мягкий, затем только через второй жесткий слой и т.д. На практике же обязательное присутствие несущего каркаса приводит к тому, что звуковые колебания первого жесткого слоя передаются через общий каркас (или общий фундамент) на последний жесткий слой и переизлучаются им в защищаемое помещение. Таким образом, звуковая энергия по жестким элементам каркаса успешно минует специально заготовленные внутренние звукопоглощающие слои-ловушки, в результате чего реальная звукоизоляция многослойных конструкций оказывается значительно ниже расчетных значений.

В процессе рассмотрения звукоизолирующей способности данных типов перегородок неизбежно возникает вопрос: какой тип перегородок имеет лучшую звукоизоляцию при наименьшей толщине, массе и стоимости? Традиционный ответ звучит так: многослойные каркасные перегородки в качестве внутренних ограждающих конструкций предпочтительнее. При значительно меньшей массе (что очень важно для снижения нагрузок на перекрытия и фундамент) и толщине они имеют практически одинаковый (а иногда и больший) индекс изоляции воздушного шума (Rw), чем однослойные конструкции.

Однако, здесь важно понимание сущности индекса изоляции воздушного шума. Rw — это некая усредненная величина, с помощью которой можно быстро и достаточно объективно сравнивать звукоизоляционные характеристики строительных конструкций в отношении изоляции так называемых «бытовых шумов», то есть таких шумов, как звуки голоса, работающего телевизора, дребезга посуды, звонка телефона или будильника.

В отношении музыкальных центров с системами «Mega Bass», домашних кинотеатров, оснащенных мощными сабвуферами, и высококачественных систем прослушивания музыки, выбор конструкции перегородки, основанный только на значении индекса Rw, представляется не вполне корректным. Как, впрочем, и вся система нормирования звукоизоляции строительных конструкций, регламентирующая параметры их изоляции в частотном диапазоне от 100 Гц и выше. А ведь на сегодняшний день практически у любой качественной системы звуковоспроизведения частотный диапазон начинается с 20-40 Гц.

На рис.1 показаны графики звукоизоляции однослойной (неоштукатуренная стена в полкирпича) и многослойной (перегородка из ГКЛ) конструкций. По значениям индексов изоляции воздушного шума Rw гипсокартонная перегородка (Rw = 48 дБ) превосходит кирпичную стенку (Rw = 45 дБ) на 3 дБ. При этом толщины двух конструкций практически равны: толщина кирпичной стены без штукатурки — 120 мм, а толщина гипсокартонной перегородки — 125 мм. Однако, как видно из графиков, на частотах до 200 Гц звукоизоляция кирпичной стены превосходит звукоизоляцию гипсокартонной перегородки. И, в общем, данная закономерность справедлива практически для всех однослойных и многослойных конструкций одинаковой толщины. Вместе с тем уже в области средних частот звукоизоляция многослойных конструкций может существенно превышать изоляцию однослойных перегородок (именно за счет этого и происходит рост индекса Rw).

Сравнение звукоизоляционных характеристик однослойных и многослойных конструкций перегородок

Сравнение звукоизоляционных характеристик однослойных и многослойных конструкций перегородок

Поэтому при выборе конструкции внутренних перегородок необходимо четко представлять, для изоляции каких типов шумов и от каких источников данные перегородки предназначены.

Звукоизоляционные характеристики перегородок
Несмотря на некоторые недостатки индекса изоляции воздушного шума Rw, он, безусловно, является очень удобным параметром для быстрого сравнения звукоизоляции различных конструкций перегородок между собой и с нормативными величинами звукоизоляции ограждающих конструкций.

На территории Российской Федерации по-прежнему действует СНиП II-12-77 «Защита от шума», а в Москве с 1997 года действуют дополняющие и уточняющие МГСН 2.04 — 97 «Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях». Несмотря на то, что в МГСН введено деление зданий по категориям комфортности (А, Б и В), в отношении требований к звукоизоляции стен и перегородок значительных изменений не произошло. Например, требование нормативной изоляции воздушного шума межкомнатными перегородками вне зависимости от класса жилья осталось на уровне Rw = 43 дБ, как и 25 лет назад, а требование к индексу изоляции воздушного шума межквартирной стены ужесточилось всего на 2 дБ, и только по отношению к зданиям категории А (высококомфортные условия). То есть индекс изоляции воздушного шума межквартирной стены в таком здании должен быть не менее Rw = 54 дБ, против Rw = 52 дБ обязательных ранее для жилых зданий всех типов. А ведь шумовой фон в квартирах (не считая мощных источников, типа кинотеатров или Hi-End) за прошедшие десятилетия, по крайней мере, у нас в стране значительно вырос. В настоящее время практически в каждом доме и в каждой комнате имеется телевизор, телефон, магнитола, а в кухне и ванной комнате работают стиральная или посудомоечная машины, вытяжка и кондиционер. Домашний компьютер также вносит свой вклад в увеличение общего шумового фона.

Имеющийся опыт позволяет утверждать, что для современных условий индекс изоляции воздушного шума межкомнатной перегородки должен быть не менее Rw = 52 дБ, а межквартирной стены — не менее Rw = 62 дБ. Только при таких нормативных значениях ограждающих конструкций можно говорить об акустическом комфорте. Однако даже стена с Rw = 62 дБ полностью не решит проблему звукоизоляции спальни, если сосед решил посмотреть в своем кинотеатре новый боевик. Практика показывает, что средний уровень звука при просмотре фильма в домашнем кинотеатре составляет LА = 90 дБА. Таким образом, в помещении спальни уровень шума окажется в районе LА = 30 дБА. И хотя это примерно соответствует предельному значению ночных норм по уровню шума в жилых помещениях (LАпред = 30 дБА), чтобы действительно можно было говорить о чуть слышном или о вообще неслышном звуке уровень шума в комнате должен быть не выше LА = 20 дБА.

Интересно, что шум, проникающий с улицы (прежде всего от автотранспорта), и существенно (более чем на 6 дБА) превышающий шум от соседей, вызывает гораздо меньшее раздражение, чем более слабые звуки: музыка, крики, смех и т.п. Это обусловлено психофизиологическими особенностями человеческого слуха, и в борьбе за акустический комфорт жилища с этим также приходится считаться.

Какие конструкции внутренних перегородок с индексом изоляции воздушного шума не менее 50 дБ можно предложить? Прежде всего, это легкие каркасные перегородки с обшивкой из гипсокартонных (ГКЛ) или гипсоволокнистых (ГВЛ) листов. С точки зрения звукоизоляции применение листов ГВЛ предпочтительнее. Во-первых, они имеют более высокую (почти в полтора раза) поверхностную плотность. Во-вторых — из-за технологии производства данный материал имеет более высокие внутренние потери, т.е. является менее звонким. Однако из-за более сложной технологии финишной отделки подавляющее большинство строителей, к сожалению, отдает предпочтение использованию ГКЛ.

Для получения высокой звукоизоляции необходимо использовать два независимых каркаса, на каждый из которых монтируются внешние слои обшивки. Помимо этого, элементы каркаса, связанные с боковыми стенами и перекрытиями, должны быть изолированы упругими прокладками, чтобы исключить косвенную передачу звука.

Общий звукоизоляционный эффект также зависит и от выбора материала среднего слоя. Главный критерий выбора такого материала — величина его безразмерного коэффициента NRC (NRC — усредненный по частотам коэффициент звукопоглощения), значения которого могут колебаться от 0 до 1. Чем ближе значение NRC к единице, тем выше звукопоглощающая способность материала. Для получения максимального эффекта рекомендуется выбирать материалы с NRC не менее 0,8. Так, например, специальный звукопоглощающий материал — минеральная плита «Шуманет-БМ» имеет значение NRC = 0,9. Толщина поглощающего слоя должна составлять не менее 50% внутреннего пространства перегородки и быть не тоньше 100 мм (естественно, что при толщине каркаса 50-75 мм можно применить только один слой звукопоглотителя толщиной 50 мм).

Индекс изоляции воздушного шума каркасно-обшивной перегородки из двух листов ГВЛ 12 мм на каждом из двух независимых каркасах толщиной по 50 мм с воздушным промежутком между каркасами 10 мм составляет около Rw = 53 дБ. При этом внутреннее пространство заполняется звукопоглощающей ватой толщиной 100 мм и общая толщина конструкции равна 160 мм.

Кирпичные перегородки из полнотелого красного кирпича, оштукатуренные с двух сторон, имеют следующие значения индекса звукоизоляции:

стена в полкирпича (толщина со штукатуркой 150 мм) — Rw = 47 дБ;
стена в один кирпич (толщина со штукатуркой 280 мм) — Rw = 54 дБ;
стена в два кирпича (толщина со штукатуркой 530 мм) — Rw = 60 дБ.

Таким образом, для изоляции «бытовых» шумов более предпочтительным является использование легкой перегородки из ГВЛ толщиной 160 мм, имеющей уровень звукоизоляции, сопоставимый по величине с аналогичным параметром более массивной стены толщиной в один кирпич (280 мм).

Причины снижения звукоизоляционных характеристик перегородок
Наверное, нет ни одной статьи, посвященной проблеме звукоизоляции легких перегородок, где бы ни говорилось о важности установки упругих прокладок в местах примыкания направляющих профилей каркаса к стенам и перекрытиям. Однако на практике крайне редко встречаются строители, которые бы добросовестно выполняли подобные мероприятия. Как правило, необходимость установки таких прокладок осознается уже после монтажа и обработки всех поверхностей, когда изменить что-либо не представляется возможным.

Помимо ухудшения звукоизоляции перегородок, отсутствие упругих прокладок по контуру закрепления приводит к повышенной передаче косвенных шумов из других помещений и этажей. Даже если к звукоизоляции в отношении соседнего помещения претензии отсутствуют, такая перегородка может преподнести неприятный сюрприз, переизлучая шумы, например, от соседей сверху или снизу.

Здесь также уместно упомянуть о передаче косвенных шумов однослойными конструкциями. Безусловным лидером среди перегородок с плохой звукоизоляцией является стена из гипсолитовых блоков со стандартной толщиной 80 мм. Мало того, что ее индекс изоляции воздушного шума не превышает Rw = 40 дБ, что недостаточно даже по действующим нормам (Rwнорм = 43 дБ); но, кроме всего прочего, конструкция, выполненная из этого материала, является отличным проводником и излучателем структурных шумов. В качестве примера можно привести ситуацию, когда в одной из комнат квартиры, со стороны стены, выполненной из гипсолитовых блоков, был слышен звук соседского рояля. Создавалось полное впечатление, что музыкант живет в квартире, расположенной рядом. Каково же было удивление присутствующих, когда выяснилось, что рояль находится у соседей снизу!

Невысоко оцениваются звукоизоляционные свойства семищелевого и многопустотного красного кирпича. Это тот самый случай, когда внутренние пустоты вносят в повышение звукоизоляции гораздо более скромный вклад, чем снижение звукоизоляции за счет уменьшения поверхностной плотности такой стены. Ко всему прочему перегородки из семищелевого кирпича прекрасно проводят и излучают звук. Для уменьшения передачи и излучения структурного шума стеной из этого материала можно рекомендовать засыпку внутренних полостей кирпичей песком.

Необходимость заполнения внутреннего пространства звукопоглотителем при монтаже легких перегородок и облицовок из ГКЛ для некоторой части строителей, к сожалению, не является очевидным фактом. Так как для внутренних перегородок проблема теплоизоляции, как правило, не возникает, очень часто единственным «звукопоглотителем» внутри перегородки оказывается воздух. В этом случае возможно существенное снижение звукоизоляции конструкции (на собственных резонансных частотах), когда перегородка становится подобной барабану. Поэтому заполнение внутреннего пространства звукопоглощающим материалом крайне важно, причем это должен быть материал с как можно более высоким коэффициентом звукопоглощения (желательно не менее NRC = 0,8).

Одной из типичных причин снижения звукоизоляции перегородок всех видов являются банальные щели и отверстия в конструкциях. Наличия небольшой сквозной трещины в углу межквартирной стены вполне достаточно, чтобы не напрягая слух, слышать разговор соседей. Для того чтобы перестать различать слова, необходимо лишь хорошо заделать такую щель раствором.

При этом хотелось бы развеять миф о хороших звукоизоляционных свойствах монтажной пены. Благодаря удобству ее применения возникает искушение «запенить» ненужное отверстие или образовавшуюся щель. Однако звукоизоляционные свойства монтажной пены очень слабые, несмотря на ее пористость (а скорее благодаря последней). Поэтому заделанные таким образом отверстие или щель продолжают вполне успешно излучать звук, пусть и с небольшими потерями. Для устранения щелей и отверстий рекомендуется использовать акриловые или силиконовые герметики, тем более что последние обладают хорошей эластичностью — важной особенностью материала для заделки всякого рода трещин.

Следует иметь в виду, что два слоя обшивочного материала обеспечивают большую герметичность каркасно-обшивной перегородки, чем один слой удвоенной толщины. При этом листы ГВЛ или ГКЛ монтируются так, чтобы швы первого и второго слоев не совпадали (внахлест).

Увеличение звукоизоляции существующих перегородок
В случае недостаточной звукоизоляции каркасно-обшивной перегородки из ГКЛ, прежде всего, необходимо рассмотреть вышеперечисленные «типовые» причины и устранить их. Если это сделать по каким-либо причинам невозможно, единственно верным решением является установка дополнительной каркасной облицовки или применение готовых панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС.

Для того чтобы увеличить звукоизоляцию легкой перегородки на DRw = 10 дБ, необходимо параллельно ей установить дополнительную каркасную перегородку. Гипсоволокнистые листы толщиной 12 мм монтируются в два слоя со стороны защищаемого помещения на каркасе из П-образных металлических профилей шириной 100 мм. Внутреннее пространство заполняется двумя слоями звукопоглощающей ваты «Шуманет-БМ» толщиной 50 мм каждый. При этом направляющий профиль монтируется только к полу, потолку и боковым стенам через упругую прокладку «Вибросил» с отступом от существующей стены около 10 мм, чтобы избежать соприкосновения с ней элементов каркаса (стоечных профилей). Общая толщина дополнительной звукоизоляционной конструкции составляет около 135 мм.

Те же DRw = 10 дБ могут быть получены путем монтажа на защищаемую стену панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС-7-4 толщиной 70 мм. Панель ЗИПС — это готовая к применению сэндвич-панель (многослойная конструкция), где чередуются звукоизоляционные (листы ГВЛ) и звукопоглощающие (сверхтонкое стекловолокно) слои. Толщина звукоизолирующей панели и количество слоев может изменяться в зависимости от требований конкретной акустической задачи (от 40 до 130 мм). Единственным условием применимости панелей ЗИПС в данном случае является достаточная несущая способность исходной перегородки.

Одним из главных достоинств панелей ЗИПС является исключение путей косвенной передачи звука на панель, и тем самым, увеличение ее дополнительной звукоизоляции. Крайне редко возникают ситуации, когда только одна общая для двух помещений стена излучает шум. Как правило, вместе с ней шум также переизлучают все боковые стены, перекрытия пола и потолка. Конечно, интенсивность звука на них может быть несколько меньше, однако именно к ним монтируются (пусть даже и через упругую прокладку) направляющие профили дополнительной каркасной перегородки из ГВЛ. Панели ЗИПС не имеют жестких связей по контуру, поэтому они эффективны не только в отношении шума, проходящего через стену, на которой они закреплены, но и шума, передающегося от боковых стен и перекрытий.

В случае необходимости увеличения звукоизоляции однослойной перегородки (кирпичной стены и т.п.), панели ЗИПС также являются одним из самых эффективных средств дополнительной изоляции. Комбинация массивной однослойной стены и легкой многослойной облицовки также позволяет решить проблему звукоизоляции от источников звука с мощными низкочастотными составляющими. В этом случае кирпичная стена определяет уровень звукоизоляции на низких частотах, где решающее значение имеет только масса преграды, а на средних и высоких частотах в дело вступает панель дополнительной изоляции ЗИПС.

Все вышесказанное справедливо и в отношении дополнительной каркасной облицовки, но ее эффективность при прочих равных условиях оказывается существенно ниже из-за перечисленных недостатков.

2pic-statia18

Александр Боганик

Акустика и звукоизоляция. Мифы звукоизоляции.

По материалам журнала «Обустройство и ремонт»

МИФЫ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ

«Обустройство и ремонт» №13 2002

По мере улучшения качества жилья, когда вопрос количества квадратных метров перестал быть единственным определяющим фактором, проблема звукоизоляции жилых помещений становится все более актуальной. Однако из-за того, что данный вопрос достаточно специфичный, т.е. в теории акустики существует очень много неявных особенностей и «нелогичных» с точки зрения здравого смысла выводов, в данной области возникло и утвердилось большое количество мифов и заблуждений.

Это приводит к тому, что у большого количества людей сформировался устойчивый стереотип о том, какими материалами, в случае необходимости, можно решить все проблемы недостаточной звукоизоляции. Однако практическое применение подобных материалов в лучшем случае оставит ситуацию без видимых изменений, в худшем — приведет к увеличению шума в помещении. В качестве первого примера — Миф о звукоизоляционных свойствах пробки.

То, что пробковое покрытие — хороший звукоизолятор, полагают практически все, кто держит в руках этот журнал. И «технология» применения «разработана» до мелочей. Если слышно соседа за стеной — требуется обклеить пробкой общую с соседом стену, если шум идет с потолка — то потолок. И полученный акустический эффект поражает воображение…. своим отсутствием! Но в чем же дело? Ведь продавец показывал данные акустических испытаний, где был указан эффект звукоизоляции, и весьма не малый эффект — около 20 дБ! Неужели обман?!

Нет. Цифры соответствуют действительности. Но дело в том, что подобные цифры получены не для «звукоизоляции вообще», а только для так называемой «изоляции ударного шума». Указанные значения справедливы только для случая, когда данное пробковое покрытие уложено под бетонной стяжкой или паркетной доской у «соседа сверху». Тогда вы действительно слышите шаги соседа тише на 20 дБ по сравнению с тем, как если бы данной прокладки у соседа под ногами не было. Но для музыки или звука голоса соседа, а также для всех других случаев применения пробкового покрытия в других вариантах, данные цифры «звукоизоляции» не имеют, к большому сожалению, никакого отношения. Эффект не просто уменьшается, он равен нулю! Безусловно, пробковое покрытие — экологичный и теплый материал, но приписывать ему все возможные звукоизоляционные свойства не стоит.

Все вышесказанное также относится и к пенопласту, пенополиэтилену (ППЭ), пенополиуретану и другим подобным материалам, имеющим разные торговые марки с началом на «пено-» и окончанием на «-фол», «-фом» и «-лон». Даже при увеличении толщины данных материалов до 50 мм, их звукоизоляционные свойства (за исключением изоляции ударного шума) оставляют желать лучшего.

Еще одно заблуждение, тесно связанное с первым. Обозначим его как Миф о возможности звукоизоляции тонкими конструкциями.

Почва для возникновения данного заблуждения — борьба за улучшение акустического комфорта помещения вместе с желанием сохранить исходные квадратные метры. Вполне понятно стремление сохранить высоту потолка и площадь комнаты, к тому же для типовых квартир с небольшим метражом и невысоким потолком. По данным статистических наблюдений подавляющее большинство людей готовы пожертвовать «на звукоизоляцию» увеличение толщины стены и потолка не более 10 — 20 мм. К этому еще существует требование получения жесткой лицевой поверхности готовой к покраске или оклейке обоями.

Здесь «на помощь» приходят все те же материалы: пробка, ППЭ, пенополиуретан толщиной до 10 мм. Отдельной строкой к ним добавляется термозвукоизол. Но для данного случая эти материалы зашиваются слоем гипсокартона, который выполняет функцию жесткой стенки, готовой к финишной отделке.

Так как акустические свойства пробки и ППЭ для звукоизоляции стен и потолка были рассмотрены выше, остановимся на термозвукоизоле.

Термозвукоизол (ТЗИ) — торговая марка материала, представляющего собой рулонный материал, где в качестве оболочки (как пододеяльник) применяется полимерный материал «Лутрасил», а в качестве набивки (одеяла) применяются волокна супертонкого стекловолокна. Толщина такого материала колеблется в районе 5 — 8 мм. Не берусь обсуждать теплоизоляционные качества ТЗИ, но что касается звукоизоляции:

Во-первых, ТЗИ — это не звукоизоляционный, а звукопоглощающий материал. Таким образом, о его собственной звукоизоляции речь идти не может, а только о конструкции, где он применен в качестве заполнителя.

Во-вторых, звукоизоляция такой конструкции во многом зависит от толщины звукопоглощающего материала, расположенного внутри. Толщина ТЗИ, при которой данный материал будет эффективным в звукоизолирующей конструкции, должна быть не менее 40 — 50 мм. А это 5 — 7 слоев. При толщине слоя 8 мм акустический эффект данного материала ОЧЕНЬ МАЛ. Как, впрочем, и у любых других материалов такой же толщины. Ничего не поделаешь — закон акустики! В качестве действительно эффективного материала для дополнительной звукоизоляции стен и потолка можно рекомендовать панели ЗИПС. Базовая модель ЗИПС-7-4 имеет толщину 70 мм и увеличивает звукоизоляцию на 10 дБ. При этом данная панель является новейшей разработкой и в два раза эффективнее ближайших аналогов.

Таким образом, при общей толщине конструкции дополнительной звукоизоляции 20 — 30 мм (включая слой гипсокартона), не стоит ожидать сколько-нибудь заметного для слуха увеличения звукоизоляции.

Кроме этих, пожалуй, наиболее распространенных заблуждений существуют и другие, менее известные, но не менее значимые. Поэтому в вопросах обеспечения требуемой звукоизоляции помещений лучше всего сразу обращаться к специалистам. Иногда профессионалу-акустику достаточно одного взгляда, чтобы сразу оценить неэффективность предполагаемых мероприятий или применяемых материалов. Ведь самое неприятное — это потратить время, силы и средства, и не ощутить результатов своего труда.

Компьютерному музыканту о звукозаписи (Часть 1)

1.1. Работа с микрофоном

Качество записи и воспроизведения звуков реальных источников зависит от бесконечного количества факторов, но выделить основные составляющие все-таки можно и нужно:

> аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

> цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

> тракт микширования и усиления звуковых сигналов;

> помещение, в котором производится запись;

> микрофон.

Не станем сейчас рассматривать первые три пункта этого перечня, о них речь пойдет ниже.

В библиотеках все еще можно найти книги [1, 17, 38, 41, 49, 67, 69], в которых перечисляются и обосновываются требования к помещениям, предназначенным для звукозаписи, приводятся варианты планировки студий, разъясняются меры, направленные на снижение уровня электрических и акустических помех. На этом вопросе мы также не станем задерживать ваше внимание, ибо, к сожалению, все подобные рекомендации стоят умопомрачительно дорого и в домашних условиях вряд ли реализуемы. Ясно одно:

живой звук с помощью микрофона надо записывать в помещении, где уровень шумов (в том числе и вызванных работающим компьютером) минимален. Правда, применение компьютерной обработки звукового сигнала позволяет частично избавиться от записанных посторонних звуков и шумов, что оставляет некоторую надежду на получение терпимого (для демо-версий) качества записи, выполненной в необорудованном помещении. Желательно также, чтобы уровень звуков, отраженных от стен и предметов обстановки, был минимальным. Общеизвестно, что для этого следует оборудовать помещение звукопоглощающими материалами. В работе [38] для этих целей рекомендуется использовать ковры.

Запись звука с микрофона при наличии перспективы дальнейшей обработки с помощью редакторов класса Cool Edit с точки зрения распределения уровней и времени реверберации звуковых волн смягчает требования к помещению студии. Не следует заботиться столь же тщательно, как и при аналоговых методах обработки записываемого сигнала, о том, чтобы помещение студии обеспечивало заданную естественную реверберацию. Пусть лучше отраженные сигналы совсем не попадают на микрофон. Звуковые редакторы позволяют имитировать акустические свойства практически любых помещений.

Из перечисленных выше элементов, влияющих на качество записи звука, сначала мы рассмотрим микрофон. Микрофон может не только ослабить влияние недостатков помещения, но и сделать их еще заметнее.

1.1.1. Микрофоны и их основные параметры

Работ, в которых рассказывается о принципах действия микрофонов различного типа, их характеристиках и применении довольно много. Вот только некоторые: [1, 17, 38, 75]. Однако большинство из них изданы относительно давно и к настоящему времени стали малодоступны. Когда эти книги издавались, проблема выбора микрофона существовала лишь теоретически. Ныне ситуация противоположная: микрофонов в ярких упаковках сколько угодно в любом ларьке с радиотехническим уклоном, не говоря уж о специализированных магазинах. Глаза разбегаются. Что выбрать? Давайте разберемся в этом, не слишком глубоко вдаваясь в технические аспекты.

Принцип действия микрофона заключается в преобразовании звуковых колебаний в электрические таким образом, чтобы содержащаяся в звуке информация не претерпевала заметных изменений. Для этого микрофон должен отвечать следующим требованиям:

> при рабочих уровнях звука микрофон должен вырабатывать электрический сигнал, в достаточной мере превышающий уровень собственных электрических шумов;

> вырабатываемый сигнал не должен иметь существенных искажений;

> микрофон должен практически без изменений передавать все звуковые частотные составляющие, содержащиеся в сигнале в пределах частотного диапазона аппаратуры, к которой он подключен.

1pic-statia16

Микрофоны отличаются по способу преобразования колебаний звукового давления в колебания электрические. С этой точки зрения различают электродинамические, электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические, угольные и полупроводниковые микрофоны. Электродинамические микрофоны делятся на катушечные и ленточные. К электростатическим микрофонам относятся конденсаторные и электретные, широко используемые в профессиональных целях. Электромагнитные и пьезоэлектрические микрофоны не получили распространения в звукозаписи из-за узкого частотного диапазона и неравномерной частотной характеристики. Последние две группы микрофонов — угольные и полупроводниковые — из дальнейшего рассмотрения можно смело исключить, так как принципы их действия не обеспечивают выполнения ни одного из требований, предъявляемых к микрофонам для звукозаписи.

Принципы действия микрофонов различных типов объединяет способ преобразования звуковых колебаний в электрические: мембрана (диафрагма) микрофона воспринимает и передает колебания звукового давления элементу, осуществляющему их преобразование в электрический сигнал.

Общее представление об устройстве микрофонов, часто используемых для высококачественной звукозаписи можно получить из рис. 1.1—1.3.

Принцип действия электродинамических микрофонов заключается в преобразовании колебаний звукового давления в механические колебания диафрагмы и связанной с ней катушки индуктивности (в катушечных микрофонах) или ленты (в микрофонах ленточных) в магнитном поле постоянного магнита. Это приводит к возникновению в катушке или ленте э.д.с. самоиндукции, в изменении которой и заложена информация.

2pic-statia16

Конденсаторные микрофоны требуют внешнего источника питания. Жестко натянутая мембрана под действием изменяющегося звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Эти два элемента составляют конденсатор, являясь его обкладками. При колебаниях мембраны емкость конденсатора изменяется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется переменный ток, пропорциональный звуковому сигналу.

Электретные микрофоны по принципу действия не отличаются от конденсаторных, однако эффективность преобразования сигнала в них выше, т. к. напряжение на обкладках конденсатора обеспечивается не только обычным внешним источником, но и электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода. Материал этих элементов обладает электретным свойством — способностью сохранять заряд длительное время.

К основным характеристикам и параметрам микрофонов, определяющим их качество, относятся следующие:

> Чувствительность — отношение напряжения на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению.

> Динамический диапазон — разность между уровнями предельного звукового давления и собственных шумов.

> Рабочий частотный диапазон. > Частотная характеристика (ЧХ).

> Характеристика направленности — зависимость чувствительности микрофона от угла между его акустической осью и направлением на источник звука.

Важными параметрами микрофона являются также уровень собственных шумов и выходное сопротивление. Очевидно, хороший микрофон должен быть малошумящим. Выходное сопротивление микрофона должно соответствовать входному сопротивлению аппаратуры, к которой он подключен.

Вообще говоря, без учета условий применения при решении конкретных задач нельзя утверждать, что микрофон с теми или иными характеристиками хуже или лучше. Не для всех параметров также справедливо утверждение:

«Чем значение выше, тем лучше».

Например, микрофон с высокой чувствительностью хорош в подслушивающем устройстве для записи звука с большого расстояния. Но тот же микрофон малопригоден в руке солиста, поющего в сопровождении оркестра, т. к. он будет воспринимать не только голос певца, но и искаженные при распространении звуки музыкальных инструментов. Для правильной передачи звучания басовых музыкальных инструментов не обязательно использовать микрофон с высокой верхней граничной рабочей частотой. Хотя, чем шире рабочий диапазон частот (чем меньше нижняя и больше верхняя граничные частоты), тем универсальнее микрофон.

Одним из важнейших показателей при выборе микрофона является характеристика его пространственной направленности. Графически ее изображают в полярных координатах в виде диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

По виду характеристики направленности микрофоны делят на три основных типа: ненаправленные, двусторонне и односторонне направленные.

В первом приближении считается, что ненаправленные микрофоны одинаково воспринимают звук с любого направления. Рабочей областью ненаправленного микрофона является сфера, а его диаграмма направленности представляет собой окружность, как это показано на рис. 1.4, а.

 Рис. 1.4. Виды характеристик направленности микрофонов

Рис. 1.4. Виды характеристик направленности микрофонов

Двусторонне направленные микрофоны обладают одинаковой чувствительностью как с фронтальной, так и с тыльной стороны. Диаграмма направленности напоминает цифру «8» (рис. 1.4, б)

Односторонне направленные микрофоны чувствительны только к звуковым волнам, приходящим с фронтального направления. Их диаграмма направленности представляет собой кривую, носящую название «кардиоида» и действительно напоминающую сердечко (рис. 1.4, в).

Кроме направленных микрофонов, существуют еще и остронаправленные. На рис. 1.4, г показана диаграмма направленности такого микрофона, описываемая суперкардиоидой.

Обратим ваше внимание на то обстоятельство, что представленные на рисунках диаграммы направленности идеализированы. Важно понимать, что реальные характеристики направленности близки к этим идеализациям только в пределах узкого диапазона частот. Особенно сильно сказывается зависимость вида диаграммы направленности от частоты для ненаправленных микрофонов. Чем выше частота, тем меньше телесный угол, в пределах которого ненаправленный микрофон воспринимает звуковые волны.

На рис. 1.4, кроме идеализированных диаграмм направленности, представлены реальные характеристики направленности соответствующих микрофонов в рабочем диапазоне частот.

Пренебрежение подобными реалиями может привести к грубым ошибкам. Например, если запись группы вокалистов производится одним ненаправленным микрофоном, то исполнителей с более высокими голосами следует размещать так, чтобы микрофон был нацелен на них фронтальной стороной. В противном, случае, будет нарушено соотношение громкостей и отдельные голоса будут подвержены амплитудно-частотным искажениям.

Изделия фирм, уважающих себя и покупателей, снабжаются паспортами, в которых приводятся диаграммы направленности для нескольких частот, подобные приведенным в качестве примера на рис. 1.5 для динамического (МД-78) и на рис. 1.6 для электретного (МКЭ-2) микрофонов.

Рис. 1.5. Диаграмма направленности микрофона МД-78

Рис. 1.5. Диаграмма направленности микрофона МД-78

 

 Рис. 1.6. Диаграмма направленности микрофона МКЭ-2

Рис. 1.6. Диаграмма направленности микрофона МКЭ-2

Наряду с диаграммой направленности, другой не менее важной характеристикой микрофона является его частотная характеристика. Принципиальным требованием к частотной характеристике является ее равномерность. Чем равномернее ЧХ микрофона, тем правильнее он передает тембр голоса певца или инструмента. При использовании микрофона в системе звукоусиления концертного зала неравномерность ЧХ микрофона является одной из причин возникновения неприятного для ушей публики эффекта — самовозбуждения акустической системы.

На рис. 1.7 и 1.8 в качестве примера представлены ЧХ микрофонов МД-78 и МКЭ-2. По оси абсцисс отложено значение частоты в герцах, а по оси ординат — чувствительность микрофона в логарифмических единицах (децибелах).

7pic-statia16

Рис. 1.8. Частотная характеристика микрофона МКЭ-2

Рис. 1.8. Частотная характеристика микрофона МКЭ-2

На рис. 1.8 показана зависимость чувствительности микрофона МЭК-2 от частоты для фронтального (0°) и противоположного ему тылового (180°) направлений.

Из рис. 1.7 видно, что осевая частотная характеристика микрофона МД-78 сильно зависит от расстояния, на котором микрофон находится от источника звука. Сравнивая рис. 1.7 и 1.8, можно сделать вывод о том, что ЧХ электрет-ного микрофона существенно равномернее ЧХ микрофона динамического.

Небольшую неравномерность ЧХ можно до некоторой степени скорректировать при обработке сигнала многочастотными узкополосными фильтрами с управляемыми параметрами — эквалайзерами. Такие фильтры, реализованные программным способом, имеются в составе звуковых редакторов.

1.1.2. Рекомендации по применению микрофонов

При выборе микрофона следует учитывать как всю совокупность его технических характеристик, так и условия записи, поэтому конкретные рекомендации дать довольно трудно. Однако общие правила выбора микрофона все же существуют [38].

Ненаправленный микрофон можно применять при записи пения и музыки в сильно заглушенном помещении. Его же следует использовать для передачи общей акустической обстановки при многомикрофонной записи.

Односторонне направленный микрофон с характеристикой типа «кардиоида» желательно применять при записи в помещении с большим количеством звуковых отражений. Применяют его и в том случае, когда в помещение, где проводят запись, проникают посторонние шумы. Микрофон следует устанавливать тыльной стороной к источнику звуковых помех. Такой микрофон рекомендуется использовать при широком фронте размещения исполнителей. Этот микрофон применяют при маловероятной в любительских условиях многомикрофонной записи для четкого разделения групп исполнителей, а также при размещении исполнителя близко к микрофону, чтобы снизить низкочастотные искажения, присущие в этом случае ненаправленному и двусторонне направленному микрофонам.

Двусторонне направленный микрофон с диаграммой типа «восьмерка» следует применять при записи в заглушенном помещении, когда необходимо увеличить относительный уровень переотраженных сигналов, а также при записи отдельных музыкальных инструментов и певцов для выделения низких частот в условиях близкого размещения, исполнителей у микрофона. Используют такой микрофон и в том. случае, когда необходимо отстроиться от направленных источников шума. Для этого микрофон ориентируют зоной нулевой чувствительности к источнику шума. Двусторонне направленный микрофон, сориентированный в горизонтальном направлении, оказывается полезным для ослабления звуковых волн, отраженных от пола, потолка и боковых стен помещения. Это позволяет применить акустическую обработку только двух стен: за исполнителем и напротив него.

В помещениях с жесткими параллельными ограничивающими поверхностями (полупустых комнатах с необработанными в акустическом отношении стенами) могут возникнуть так называемые стоячие волны. Стоячие волны представляют собой собственные колебания в объемном резонаторе, в роли которого выступает помещение с недостаточным затуханием звуковых колебаний. Частоты стоячих волн связаны с размерами помещения. Собственные акустические колебания возникают на частотах, при которых тот или иной размер помещения оказывается кратным половине длины волны. В прямоугольном помещении возможно одновременное существование множества стоячих волн кратных частот (мод колебаний). Скорость распространения звука составляет около 330 м/с, поэтому вдоль того измерения помещения, которое составляет, например, 3 м, возникнут собственные акустические колебания с частотами 55, 110, 165 Гц, и т. д. Наибольшей интенсивностью характеризуются самые низкочастотные моды. По мере увеличения частот собственных колебаний их амплитуды уменьшаются. Поэтому в помещении, имеющем большие высоту, ширину и длину, стоячие волны проявляют себя слабее, ведь частоты наиболее интенсивных мод оказываются ниже нижней границы частотного диапазона микрофона. Влияние стоячих волн заключается в искажении спектрального состава записываемого сигнала. В различных точках помещения амплитуды собственных резонансных частот оказываются различными, поэтому тембр одного и того же источника звука зависит отточки расположения микрофона. Особенно сильно резонансные свойства помещения и неравномерность частотной характеристики микрофона проявляются тогда, когда источник звука формирует широкополосный сигнал, способный возбудить колебания практически на любых резонансных частотах. Это характерно для некоторых ударных инструментов. При записи же речи и пения может происходить неестественное подчеркивание свистящих и шипящих согласных: с, х, т, ц, щ.

На рис. 1.9 схематично показаны источник звука (И) и микрофон (М). Взаимное расположение микрофона и источника звука определяется тремя параметрами:

9pic-statia16

> углом а между прямой, проходящей через источник звука и микрофон, и акустической осью микрофона;

> характеристикой направленности источника звука (углом (3 между прямой ИМ и акустической осью источника звука);

> расстоянием между источником звука и микрофоном L.

Все музыкальные инструменты по характеристикам направленности можно разделить, хотя и довольно условно, на три группы:

>инструменты, обладающие выраженной направленностью, например, медные духовые инструменты;

> инструменты, не обладающие заметной направленностью, к ним относятся ударные;

> инструменты, занимающие промежуточное положение между первыми двумя группами. Эта группа инструментов наиболее многочисленна.

Параметры а, р и L (рис. 1.9) определяют уровни сигналов, приходящих к микрофону, тембры источников звука, соотношение между уровнями полезного и мешающих сигналов. При повороте микрофона вокруг своей оси и увеличении угла а из-за отличия формы диаграммы направленности от круговой происходит изменение уровня записываемого сигнала. Аналогичным образом влияет и увеличение угла р. Изменение любого из этих двух углов приводит к завалу высших частот, что сказывается на тембре записываемого звука. Особенно сильно это проявляется в заглушенных помещениях и в случаях, когда расстояние L мало, т. к. основное значение имеет прямой звук, энергия которого в точке М меняется значительно. При больших L или при использовании гулкого помещения доля отраженных звуковых волн, попадающих в микрофон, достаточно велика, и поэтому частотные искажения менее заметны. Для ленточного микрофона, у которого характеристика направленности почти не зависит от частоты, изменение угла а не приводит к частотным искажениям. Наилучшие условия для записи будут в том случае, когда ее = 0 и р = 0.

При записи с нескольких микрофонов необходимо заботиться об их фазиро-вании: сигналы с микрофонов не должны попадать в тракт записи в противофазе, т. к. это может привести к взаимной их компенсации вплоть до полного исчезновения.

Без заметного искажения тембра, вызванного интерференцией прямого и отраженного сигналов, микрофон можно приближать к какой-либо отражающей поверхности на расстояние, составляющее величину не менее 1—1,5 м.

Все усилия по повышению качества записи могут оказаться напрасными, если не соблюдать очевидных правил. Одной из распространенных ошибок является ручное использование микрофона. Его можно считать оправданным только при записи голоса исполнителя, находящегося в движении. Ручное использование микрофона требует большого опыта. Наблюдая по телевизору певцов, едва ли не жонглирующих микрофоном, знайте, что в большинстве случаев вы слышите не «живое» исполнение, а фонограмму. Большинство исполнителей, получивших в руки микрофон, не умеют правильно им пользоваться. Наиболее частыми ошибками являются использование микрофона на слишком близком расстоянии, излишне резкие и ненужные движения им, движение пальцев, охватывающих микрофон. В крайнем случае, с этим можно смириться при однократном «живом» исполнении, но никак не во время сеанса записи.

Микрофон следует надежно закрепить с помощью эластичного материала на стойке с «журавлем», ножки которой также должны быть снабжены амортизаторами, предотвращающими воздействие на микрофон помех (ударов, вибрации), распространяющихся по стенам и полу помещения.

Сигнальный кабель должен быть экранированным, соединения должны быть надежными, рядом с кабелем не должны располагаться источники мощных помех.

Микрофон и музыкальные инструменты

При дополнении композиций, записанных в исполнении синтезированных MIDI-инструментов, записями партий реальных музыкальных инструментов необходимо представлять себе особенности их звучания [40]. Это поможет верно выбрать тип микрофона, определить наилучшее взаимное расположение микрофона и музыкального инструмента, а также избежать искажения его натурального звучания.

Важнейшая характеристика любого музыкального инструмента, наиболее существенно влияющая на выбор микрофона, — частотный диапазон звучания. На рис. 1.10 представлены диапазоны звучания различных музыкальных инструментов [16, 38]. Цифры в верхней строке — логарифмическая шкала частот в герцах. Для наглядности эти данные приведены в сравнении с частотным диапазоном фортепиано, который простирается от звука «ля» суб-контроктавы (частота 27,5 Гц) до звука «до» пятой октавы (частота 4 186 Гц). Важно знать, что кроме спектра основных частот, каждый инструмент характеризуется дополнительными частотными составляющими — обертонами.

 Рис. 1.10. Частотные диапазоны некоторых музыкальных инструментов

Рис. 1.10. Частотные диапазоны некоторых музыкальных инструментов

Частотные диапазоны обертонов инструментов показаны на рисунке серыми полосами. Особое звучание того или иного инструмента определяется распределением амплитуд всех частот — и основных, и обертонов.

Относительная мощность звуковых колебаний, излучаемых инструментами в различных участках частотного диапазона неодинакова. Большинству музыкальных инструментов присуще усиление основных частот или обертонов в определенных относительно узких полосах частот. В таких случаях говорят о наличии формант в спектре частот инструмента. Объясняется это резонансными свойствами элементов конструкции музыкальных инструментов. Для каждого инструмента формантные области занимают свои специфические положения на оси частот. Частоты формантных областей составляют, например, для кларнета 250 — 600 Гц, для тромбона 300 — 900 Гц, для саксофона 350 — 900 Гц.

Музыкальные инструменты отличаются и силой, звучания. Пиковые мощности звучания инструментов составляют: 25 Вт для большого барабана, 12 Вт для малого барабана, 6 Вт для тромбона, 0,4 Вт для фортепиано, 0,3 Вт для саксофона, 0,05 Вт для кларнета. Учитывать различия в этих цифрах необходимо для того, чтобы при записи верно передать баланс уровней громкостей инструментов, а также для правильного выбора расстояния L и чувствительности микрофона, исключающего нелинейные искажения, вызванные перегрузкой микрофона и усилительного тракта.

Наряду с абсолютным параметром — силой звучания — музыкальные инструменты характеризуются также динамическим диапазоном звучания: отношением мощности звука, извлекаемого из инструмента при исполнении «фортиссимо» (максимальная громкость), к мощности звука при игре «пианиссимо» (минимальная громкость). Динамический диапазон D звукового сигнала принято измерять в децибелах: D = 201g(P,nax/Pmin)i где Рщах и Pmin—максимальное и минимальное звуковые давления. В практических целях при определении динамического диапазона источника звука используют уровни звукового давления, вычисляя их разность. Например, максимальный уровень звучания рояля составляет 80 дБ, а минимальный — 35 дБ, то говорят, что его динамический диапазон составляет 80 — 35 = 45 дБ. При этом 80 и 35 дБ — это уровни звукового давления относительно условного нулевого акустического уровня (порога слышимости). В табл. 1.1 приведены параметры, характеризующие динамический диапазон некоторых источников звука.

Таблица 1.1. Динамические диапазоны источников звука

Источник звука Уровень (минимальный/максимальный), дБ Динамический диапазон, дБ
Гитара 40/55 15
Пение женское 45/80 20-35
Пение мужское 40/85 20-45
Орган 50/85 35
Виолончель 35/70 35
Рояль 35/80 45
Эстрадный оркестр 45/100 45-55
Симфонический оркестр 35/110 60-75

Музыкальные инструменты принято объединять в группы: струнно-смыч-ковые, деревянные, медные духовые, ударные, струнно-щипковые. В книге [3] можно узнать много интересного обо всех классических музыкальных инструментах. Однако из всего объема сведений о музыкальных инструментах нас сейчас интересуют только те, от которых зависит успех применения микрофона. Да и вряд ли в своей любительской практике вы столкнетесь с проблемой записи звуков арфы или, скажем, настоящего духового органа. Поэтому в заключение остановимся лишь» на вопросах, связанных с записью инструментов, использование которых для оживления звучания электронного оркестра наиболее вероятно.

В состав струнно-смычковой группы входят скрипки, альты, виолончели и контрабас. Разумеется, в банках MIDI-инструментов все перечисленные инструменты имеются, но заменить живую скрипку и виолончель никакой, даже самый совершенный алгоритм синтеза, не в состоянии.

Скрипка — самый маленький инструмент этой группы, обладающий самым высоким голосом. Наибольшая часть звуковой энергии (особенно высоких звуков) излучается с передней стороны скрипки. Поэтому при записи рекомендуется [38] направлять микрофон на прорези (эфы) в верхней деке инструмента.

Для некоторых звуков виолончели, особенно басовых, характерен подчеркнутый резонанс. Это может дать нежелательный эффект, особенно в том случае, когда частоты этих звуков совпадут с какой-либо из собственных частот помещения, максимумами ЧХ микрофона или элементов усилительного тракта.

Контрабас —сложный для записи инструмент, на звучание которого акустические свойства помещения оказывают наиболее сильное влияние. Субъективно это воспринимается как неясность, тусклость, плохая четкость нижних частот. Попытки устранения этого дефекта путем подъема нижних частот в процессе частотной коррекции положительных результатов не дают. При записи ансамбля рядом с контрабасом обязательно должен быть установлен отдельный микрофон.

К наиболее популярным инструментам группы деревянных духовых инструментов относятся флейта и кларнет.

Особенность звучания флейты состоит в том, что даже в заглушенном помещении она сохраняет воздушность и ясность. Для инструмента характерно наличие регистров, в которых уровень звучания довольно слабый. Поэтому микрофон следует размещать ближе, но не настолько, чтобы в записи прослушивались специфические шумы: свистящие звуки струи воздуха, рассекаемой краями амбушюрного отверстия инструмента.

Еще сложнее записывать кларнет, здесь все соткано из противоречий: при близком расположении микрофона может прослушиваться шум дыхания, вызванный избыточным давлением в фазе атаки; в верхнем регистре звук у кларнета резкий и крикливый, и по этой причине инструмент желательно удалять от микрофона, но при мягкой игре в низком регистре полный, сочный и нежный звук лучше воспринимается близкорасположенным микрофоном.

Возможно, многие будут удивлены, но к группе деревянных духовых инструментов причисляют и саксофон, хотя, глядя на переливающийся всеми цветами радуги и сверкающий явно металлическим блеском инструмент, этого и не скажешь. Тем не менее, это так. Изобретатель этого столь популярного ныне инструмента, бельгиец А. Сакс, в свое время поставил перед собой цель создать музыкальный инструмент, занимающий промежуточное положение между деревянными и медными духовыми [З]. Для осуществления этой идеи он соединил в одном инструменте коническую трубку с клапанным механизмом гобоя и тростью кларнета. В дальнейшем появилось целое семейство саксофонов различных размеров, обладающих различными тембрами: сопрани-но, сопрано, альт, тенор, баритон, бас и контрабас. Саксофон имеет довольно широкий диапазон частот и обладает большей, по сравнению с остальными деревянными духовыми инструментами, силой звука. В звучании саксофона заметна вибрация. При записи звучания саксофона следует учитывать, что звук идет из отверстий на теле инструмента, прикрываемых клапанами, а звуки самых нижних частот испускаются в основном из раструба. Микрофон следует располагать на расстоянии 1—1,5 м.

Наиболее популярны инструменты, входящие в группу медных духовых — труба и тромбон.

Труба обладает самым ярким по тембру звучанием среди инструментов медной духовой группы. При громкой игре в верхнем регистре она хорошо слышна даже на фоне мощно звучащего оркестра. При тихой игре или игре с сурдиной ее можно размещать вблизи микрофона. В общем случае из-за сильно выраженной направленности ее следует размещать сбоку от оси микрофона.

Тромбон обладает более низким по регистру звучанием, чем труба. Громкость звучания особенно велика в диапазоне от 2 000 до 3 000 Гц. Так как в этом диапазоне находится максимум спектральной чувствительности уха, то при одновременной записи нескольких инструментов тромбон желательно располагать в стороне от микрофона и на достаточном расстоянии от него.

Из инструментов, не входящих в оркестровые группы, рассмотрим лишь р о яль. Его важнейшей частью, определяющей акустические свойства инструмента, является резонансная дека, установленная под струнами и рамой, вклеенная краями в корпус инструмента.

Звуки рояля издаются в основном верхней стороной деки и после отражения от крышки инструмента направлены преимущественно параллельно струнам. Однако общая направленность инструмента зависит от частоты звука и особенно ощущается при больших расстояниях до микрофона. У рояля различают несколько характерных зон направленности (рис. 1.11).

При записи микрофон следует устанавливать, как правило, в зоне нормальной звучности. Необходимо экспериментальным путем выбрать такое положение микрофона в рабочей зоне, чтобы уравновесить интенсивность звучания партий левой и правой рук исполнителя. Обычно микрофон устанавливают на расстоянии 1,5—5 м от инструмента на высоте 1,5 м от пола, ориентируя его непосредственно на струны. Выбором угла наклона микрофона добиваются минимального проявления интерференции, вызванной взаимодействием прямого и отраженного от крышки звуков.

11pic-statia16

Микрофон и вокал

Звуковысотный диапазон певческого голоса определяется интервалом между наиболее низкой и высокой нотами, которые певец в состоянии воспроизвести. Певческие голоса делятся по высоте на мужские (бас, баритон и тенор) и женские (контральто, меццо-сопрано, сопрано и колоратурное сопрано) . Диапазоны основных групп певческих голосов распределяются следующим образом: 82—349 Гц для баса, 110—392 Гц для баритона, 132—523 Гц для тенора, 165—698 Гц для контральто, 220—880 Гц для меццо-сопрано, 262— 1046 Гц для сопрано и 330—1397 Гц для колоратурного сопрано [39]. Такие «некруглые» цифры обусловлены тем, что классификация певческих голосов, сложившаяся в далеком историческом прошлом, была привязана вовсе не к частотам, измеряемым в герцах, а к определенным нотам определенных октав.

Профессиональный певец, обладающий одним из певческих голосов, должен владеть им в диапазоне не менее двух октав. У непрофессиональных певцов диапазон уже. На первый взгляд кажется, что для записи вокальных партий достаточно самого низкочастотного и узкополосного микрофона, однако это впечатление ошибочно. Чтобы передать характерные особенности тембра певческого голоса, нужно записывать значительно более широкий частотный диапазон: примерно 80—10 000 Гц.

В каждом из певческих диапазонов различают несколько регистров: низкий, средний и высокий. Каждый регистр характеризуется особым тембром. Добиться ровности голоса по регистрам —довольно трудная задача подготовки профессионального певца, решение которой не всегда удается. Микрофон же особенно чуток к переходам от регистра к’регистру и подчеркивает все неровности голоса.

Голоса певцов, несмотря на все их разнообразие, характеризуются общими закономерностями: сильной выраженностью высоких обертонов с частотами 2 500—3 000 Гц (верхняя певческая форманта) и наличием низкой певческой форманты в области 300—600 Гц. Верхняя певческая форманта придает голосу певца серебристый оттенок, нижняя — впечатление мягкости и массивности. Даже небольшой завал этих частот трактом звукозаписи приводит к значительному искажению тембра голоса. Недостаток в голосе певца этих частот можно попытаться компенсировать частотной коррекцией с помощью соответствующих фильтров.

Хороший певец должен владеть приемом вибрато: интенсивность извлекаемого звука при этом колеблется с частотой 5—7 Гц. Это позволяет не только обогатить тембр голоса, придать ему особую окраску, но и скрыть некоторые характерные недостатки: небольшие неровности звука по интенсивности, неточность интонации, гнусавость. При отсутствии вибрато или недостаточно хорошей технике исполнения микрофон подчеркнет все указанные недостатки.

Пение отличается от обычной разговорной речи большей мощностью и громкостью. Если запись проводится в заглушенном помещении, то исполнителю кажется, что его голос звучит слабо и тихо. Невольно он будет стараться достичь привычной громкости и форсировать звук. Микрофон неизбежно подчеркнет неестественность пения.

Динамический диапазон (максимальная разница в силе голоса между форте и пиано) у профессиональных певцов достигает 20—45 дБ. Динамический диапазон певцов-любителей не превышает 10 дБ.

Маловероятный вариант записи пения в сопровождении аккомпанирующего инструмента мы не станем рассматривать, т. к. в случае использования компьютерной звуковой студии можно предварительно создать фонограмму аккомпанемента.

Более подробные сведения об оборудовании помещений студий звукозаписи и приемах работы с микрофонами при записи музыкальных коллективов в различных условиях можно найти в книге [38], подробная информация о микрофонах, изготовленных в СНГ, содержится в справочнике [75]. В журнале IN/OUT систематически публикуются технические сведения и информация рекламного характера о микрофонах ведущих зарубежных фирм [35, 53, 68). Правда, цены на них такие, что многие владельцы любительских компьютерных студий, создавая демонстрационные варианты композиции, скорее всего, откажутся от столь дорогих покупок, а остановят свой выбор на чем-нибудь более доступном, хотя и менее совершенном.

1.2. Цифровая звукозапись с помощью звуковой карты

В процессе общения с читателями книги «Персональный оркестр… в персональном компьютере» нам приходилось слышать приблизительно такое мнение: «Из контекста книги следует, что авторы ориентируют читателей не на самые совершенные звуковые карты. Многие примеры относятся к картам Sound Blaster AWE32 и Sound Blaster AWE64, хотя известно, что для этих звуковых карт характерен относительно большой уровень собственных шумов». На это замечание можно ответить следующим образом.

Да, действительно, заявленный изготовителем уровень шумов SB AWE32 (— 80 дБ) выше, чем, например, заявленный (другим изготовителем) уровень шумов Turtle Beach Multisound Pinnacle (—96 дБ). Но, во-первых, для новой модели Sound Blaster фирмы Creative Technology Ltd. — звуковой карты SB AWE64 Gold — заявлен уровень собственных шумов — 90 дБ.

Во-вторых, многие заявления любых производителей о тех или иных возможностях своих продуктов требуют дополнительной проверки. Для ее проведения требуются измерительные приборы, способные оценить столь высокие параметры, не внося погрешностей, вызванных их собственными шумами. Не случайно в рамках соответствующей конференции FIDO на месяцы и уже даже на годы растянулись дискуссии поклонников звуковых карт различных фирм. Если научиться улавливать смысл этих высказываний, замаскированный специфическим жаргоном, то можно узнать много интересного. Например, можно встретить оценки реальных шумовых характеристик звуковых карт, которые сильно отличаются (в худшую сторону) от заявленных всеми без исключения производителями.

Обратим ваше внимание на тот факт, что даже уровень собственных шумов — 80 дБ — слишком хороший показатель для неэкранированной звуковой карты, установленной внутри корпуса компьютера, «насыщенного» всевозможными электромагнитными колебаниями. В цепях карты наводятся помехи, от которых не спасут никакие рекомендации типа: установить карту в самый дальний слот, изолировать от корпуса некоторые узлы компьютера, заменить «шумящие» вентилятор или винчестер. Приблизиться в некоторой степени к заявленному уровню шумов позволило бы размещение звуковой карты в индивидуальном стальном экране и дополнительная фильтрация по цепям питания. Неспециалисту такие доработки выполнить сложно. Иными словами, будучи установленными в компьютер, любые (в том числе и самые дорогие) звуковые карты «шумят» практически одинаково.

В-третьих, мы и не утверждаем, что продукция фирмы Creative Technology Ltd., безусловно, самая лучшая в мире. Мы убеждены только в том, что звуковые карты класса SB AWE32 обладают достаточно высокими показателями при цене, делающей их доступными для массового пользователя компьютера и не очень богатого любителя компьютерной музыки.

MIDI-КОМПОЗИЦИИ можно делать на чем угодно. Шумовые свойства звуковой карты на качество MIDI-КОМПОЗИЦИИ (в процессе ее создания) не влияют. От них зависит только качество ее воспроизведения. А уж готовый MIDI-файл можно ‘проигрывать на самом дорогом и малошумящем MIDI-синтезаторе. С записью живого звука дело обстоит, конечно, не так хорошо. Если уж звук записан с повышенным уровнем шума, то избавиться от него будет очень непросто. Поэтому мы не устаем повторять, что наши книги не для профессионалов, а для любителей, и эта книга не о том, как выпустить альбом на CD, а как научиться решать основные проблемы при создании демонстрационной версии композиции, с которой не стыдно будет, предъявляя ваши творческие возможности, обращаться к профессионалам в области звукозаписи и шоу-бизнеса.

Из всего вышесказанного следует, что мы и впредь намерены, рассказывая о способах решения тех или иных задач, связанных с записью живого звука, ориентироваться на звуковые карты семейства Sound Blaster AWE. Это не должно никого разочаровывать. Конкуренция между фирмами-производителями заставляет их учитывать все лучшее в работе соперников. Поэтому и в конструкциях, и в элементной базе, и в функциях, и в программном обеспечении различных звуковых карт очень много общего. Перейти к новому средству обработки звука, зная основные принципы работы с аналогом, значительно легче, чем начинать все с нуля.

1.2.1. Важнейшие параметры звуковых карт

Для получения приемлемого качества записи компьютерной музыки необходимо пользоваться аппаратурой, способной его обеспечить. Число различных моделей звуковых карт составляет несколько десятков. А если учитывать еще и различные версии одних и тех же устройств, то при покупке карты приходится выбирать почти из сотни наименований. Для наших же целей подходят многие, но не все модели. Не всякая звуковая карта способна на большее, чем озвучивание компьютерных игр. Конечно, принадлежность звуковой карты к продукции известных фирм является веской причиной того, что именно ее следует выбрать, это скажется в дальнейшем на надежности работы. Но не у всех наших читателей имеется возможность неограниченного выбора. Тем важней понимать сущность и значение нескольких основных параметров звуковой карты. К таким параметрам относятся, в первую очередь:

> метод синтеза музыкальных звуков, реализованный в синтезаторе зву ковой карты;

> разрядность АЦП/ЦАП звуковой карты;

> диапазон частот дискретизации.

О методах синтеза музыкальных звуков мы достаточно подробно рассказывали в [63]. В современных звуковых картах по-прежнему применяется частотный синтез звуков (FM-синтез), но это делается в основном в целях обеспечения поддержки старых игр. Основным методом синтеза в настоящее время является волновой метод, или, как его еще называют, метод волновых таблиц (WT-синтез).

Возможно, это несколько субъективно, и кто-то с нами не согласится, но после первого же сравнения звучания MIDI-инструментов в FM- и WT-вариан-тах мы безоговорочно решили для себя, что FM-инструменты не стоят того, чтобы тратить на них время. Поэтому дальше речь пойдет только о WT-синте-заторах звуковых карт.

Разрядность звуковой карты существенно влияет на качество звука. Однако перед тем как перейти к более детальному обсуждению этого вопроса, следует пояснить, что речь идет о разрядности АЦП и ЦАП. Звуковые карты двойного назначения имеют в своем составе одновременно два функционально независимых узла: WT-синтезатор и устройство оцифровки звуковых сигналов, поступающих с внешнего источника. В каждый из узлов входит как минимум по одному ЦАП. В устройстве оцифровки, кроме того, имеется АЦП. В недавнем прошлом прямое указание на разрядность звуковой карты содержалось в ее названии в виде числа 16. Тем самым изготовители подчеркивали, что в их продукции качество цифрового звука как бы соответствует качеству звука лазерного проигрывателя, а не какой-нибудь там 8-битной карты. В дальнейшем 16 разрядов в ЦАП/АЦП стали нормой, а числа «32» или «64» в названиях стали означать совсем другое — максимальное количество одновременно звучащих голосов синтезатора звуковой карты (полифонию).

Некоторые высококачественные звуковые карты оборудованы 18-битными и даже 20-битными ЦАП/АЦП. Звуковые редакторы, работая с любыми звуковыми картами, в том числе и 16-битными, в процессе преобразований отсчетов сигнала используют арифметику с разрядностью двоичного представления числа, превышающей 16. Это позволяет уменьшить погрешность, накапливающуюся в процессе выполнения сложных алгоритмов обработки, которая в противном случае проявлялась бы как искажение звука.

Почему же столь важно наличие большого числа разрядов в устройствах ЦАП и АЦП? Дело заключается в том, что непрерывный (аналоговый) сигнал преобразуется в цифровой с некоторой погрешностью. Эта погрешность тем больше, чем меньше уровней квантования сигнала, т. е. чем дальше отстоят друг от друга допустимые значения квантованного сигнала. Число уровней квантования, в свою очередь, зависит от разрядности АЦП/ЦАП. Погрешности, возникающие в результате замены аналогового сигнала рядом квантованных по уровню отсчетов, можно рассматривать как его искажения, вызванные воздействием помехи. Эту помеху принято образно называть шумом квантования. Шум квантования (рис. 1.12, в) представляет собой разность соответствующих значений реального (рис. 1.12, а).

Компьютерному музыканту о звукозаписи (Часть 2)

Из рис. 1.12 видно, что в случае превышения сигналом значения самого верхнего уровня квантования («старшего» кванта), а так же в случае, когда значение сигнала оказывается меньше нижнего уровня квантования («младшего» кванта), т. е. при ограничении сигнала, возникают искажения (рис. 1.12, д), более заметные по сравнению с шумом квантования. Для исключения искажений этого типа динамические диапазоны сигнала и АЦП должны соответствовать друг другу: значения сигнала должны располагаться между уровнями, соответствующими младшему и старшему квантам.

1pic-statia15

При записи внешних источников звука это достигается с помощью регулировки их уровня, кроме того, применяется сжатие (компрессия) динамического диапазона, о которой речь пойдет ниже.

В звуковых редакторах существует операция нормализации амплитуды сигнала. После ее применения наименьшее значение сигнала станет равным верхнему уровню младшего кванта, а наибольшее — нижнему уровню старшего кванта (на рис. 1.12 — это числа 6 и 1). Таким образом, от ограничения сигнал сверху и снизу будет защищен промежутками, шириной в один квант. Разумеется, если при записи уже имело место ограничение амплитуды, то нормализация не избавит сигнал от искажения.

Для нормированного сигнала относительная величина максимальной погрешности квантования равна 1/N, где N — число уровней квантования. Этой же величиной, представленной в логарифмических единицах (децибелах), оценивается уровень шумов квантования АЦП звуковой карты. Уровень шумов квантования определяется по формуле: Д = 201д(1/1\1).ДлятрехразрядногоАЦП (см. рис. 1.12) N=8, иД= — 18 дБ; для восьмиразрядного—М==256,Д= —48дБ;

для шестнадцатиразрядного — N=65 536, Д= —96 дБ; для восемнадцатиразрядного АЦП N=262 144, Д= — 108 дБ; и для двадцатиразрядного АЦП N= 1 648 576, Д= — 120дБ. Эти цифры наглядно демонстрируют, что с ростом разрядности АЦП шум квантования уменьшается. Приемлемым считается 16-разрядное представление сигнала, являющееся в настоящее время стандартным для воспроизведения звука, записанного в цифровой форме. С точки зрения снижения уровня шумов квантования дальнейшее увеличение разрядности АЦП нецелесообразно, т. к. уровень шумов, возникших по другим причинам (тепловые шумы, а также импульсные помехи, генерируемые элементами схем компьютера и распространяющиеся либо по цепям питания, либо в виде электромагнитных волн), все равно оказывается значительно выше, чем —96дБ.

Однако увеличение разрядности АЦП обусловлено еще одним фактором — стремлением расширить его динамический диапазон. Мы уже говорили о динамическом диапазоне звука. Динамический диапазон некоторого устройства обработки может быть определен выражением D=201g(Smax/S,nin), где S^ax и Smin — максимальное и минимальное значения сигнала, который может быть преобразован в цифровую форму без искажения и потери информации. Вы уже, наверное, догадались, что минимальный сигнал не может быть меньше, чем напряжение, соответствующее одному кванту, а максимальный — не должен превышать величины напряжения, соответствующего N квантам. Поэтому выражение для динамического диапазона АЦП звуковой карты примет вид:

D=201g(N). Ведь можно считать, что Smax=kN, aS,nm=kl, ^ek — некоторый постоянный коэффициент пропорциональности, учитывающий соответствие электрических величин (тока или напряжения) номерам уровней квантования. Сравнивая выражения для Д и D, становится ясно, что при одинаковой разрядности АЦП эти величины будут отличаться лишь знаками.

Поэтому динамический диапазон для 16-разрядного АЦП составляет 96 дБ, для 18-разрядного— 108 дБ, для 20-разрядного— 120 дБ. Иными словами, для записи звучания некоторого источника звука, динамический диапазон которого составляет 120 дБ, требуется двадцатиразрядный АЦП. Если такого нет, а имеется только шестнадцатиразрядный, то динамический диапазон звука должен быть сжат на 24 дБ: со 120 дБ до 96 дБ.

В принципе, существуют методы и устройства сжатия (компрессии) динамического диапазона звука, и мы еще будем говорить о них. Но то, что они проделывают со звуком, как ни смягчай формулировки, все равно искажает его. Именно поэтому так важно для оцифровки звука использовать АЦП, имеющий максимальное количество разрядов. Владелец 16-битной звуковой карты может еще раз взглянуть на табл. 1.1. с тем, чтобы убедиться в отсутствии особых причин для расстройства: динамические диапазоны большинства источников звука вполне соответствуют динамическому диапазону такой звуковой карты. Кроме того, 18-битное или 20-битное представление сигнала применяется только на этапе обработки звука. Конечная аудиопродукция (CD и DAT) реализуется в 16-битном формате.

После того как мы немного разобрались с разрядностью звуковой карты, пришло время поговорить о частоте дискретизации.

В процессе работы АЦП происходит не только квантование сигнала по уровню, но и его дискретизация во времени. Сигнал, непрерывно изменяющийся во времени, заменяют рядом отсчетов этого сигнала. Обычно отсчеты сигнала берутся через одинаковые промежутки времени. Интуитивно ясно, что если отсчеты отстоят друг от друга на слишком большие интервалы, то при дискретизации может произойти потеря информации: если важные изменения сигнала произойдут не в те моменты, когда были взяты отсчеты, они могут быть «пропущены» преобразователем. Получается, что отсчеты следует брать с максимальной частотой. Естественным пределом служит быстродействие преобразователя. Кроме того, чем больше отсчетов приходится на единицу времени, тем больший размер памяти необходим для хранения информации.

Проблема отыскания разумного компромисса между частотой взятия отсчетов сигнала и расходованием ресурсов трактов преобразования и передачи информации возникла задолго до того, как на свет появились первые звуковые карты. В результате исследований было сформулировано правило, которое в отечественной научно-технической литературе принято называть теоремой Котельникова [Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости.— М., Госэнергоиздат, 1956].

Если поставить перед собой задачу обойтись без формул и использования серьезных научных терминов типа «система ортогональных функций», то суть теоремы Котельникова можно объяснить следующим образом. Сигнал, представленный последовательностью дискретных отсчетов, можно вновь преобразовать в исходный (непрерывный) вид без потери информации только в том случае, если интервал между соседними отсчетами не превышает половины периода самого высокочастотного колебания, содержащегося в спектре сигнала.

Из сказанного следует, что восстановить без искажений можно только сигнал, спектр которого ограничен некоторой частотой F^ax- Теоретически все реальные сигналы имеют бесконечные спектры. Для того чтобы при дискретизации избежать искажений, вызванных этим обстоятельством, сигнал вначале пропускают через фильтр, подавляющий в нем все частоты, которые превышают заданное значение Fmaxi и лишь затем производят дискретизацию. Согласно теореме Котел-ьникова частота, с которой следует брать отсчеты, составляет Рд = 2Fmax- Теорема получена для идеализированных условий. Если учесть некоторые реальные свойства сигналов и устройств преобразования, то частоту дискретизации следует выбирать с некоторым запасом по сравнению со значением, полученным из предыдущего выражения.

В стандарте CD частота дискретизации равна 44,1 кГц. Для цифровых звуковых магнитофонов [25] стандартная частота дискретизации составляет 48 кГц. Звуковые карты, как правило, способны работать в широком диапазоне частот дискретизации. Важно, чтобы максимальное значение частоты дискретизации было не менее 44,1 кГц, в противном случае качества звучания CD достичь не удастся. Следует различать частоту дискретизации в АЦП/ЦАП, предназначенных для оцифровки внешних сигналов, и частоту дискретизации в ЦАП WT-синтезатора звуковой карты. Значение последней может не совпадать с указанными стандартными значениями.

Довольно часто изготовители, доказывая преимущество своих звуковых карт, подчеркивают еще два обстоятельства:

> наличие у звуковой карты выхода, на котором информация представлена в цифровой форме;

> наличие дуплексного режима прямого доступа к памяти.

Действительно, если звуковая карта имеет выход, на который сигналы поступают не в аналоговой (после ЦАП), а в цифровой форме, то это позволяет уменьшить искажения, связанные с дополнительными преобразованиями при дальнейшей цифровой обработке сигнала вне звуковой карты. Это становится актуальным при записи композиции на CD или DAT.

Так, например, в звуковых картах SB AWE32, AWE64 имеется разъем интерфейса S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philips), который предназначен для передачи звуковых сигналов от WT-синтезатора в цифровой форме, Но не следует забывать, что S/PDIF представляет собой лишь упрощенный вариант профессионального студийного интерфейса AES/EBU (Audio Engineers Society/European Broadcast Union), разработанного Европейским радиовещательным союзом.

Для разгрузки процессора работа АЦП/ЦАП звуковых карт организуется в режиме прямого доступа к памяти [Direct Memory Access — DMA). Полный дуплекс [Full-Duplex) означает способность звуковой карты одновременно воспроизводить и записывать звук. Для этого требуется поддержка звуковой картой одновременно двух каналов DMA. Для звуковых карт семейства AWE возможна организация одного 16-разрядного и одного 8-разрядного каналов. По одному из них возможна запись, а по другому воспроизведение. Это ограничение затрудняет работу с программами многоканального монтажа и сведения, а также подготовку материала для записи CD на том же компьютере, на котором установлена звуковая карта.

1.2.2. Подключение микрофона к звуковой карте

Начнем с критики микрофона, который прилагается к современным моделям Sound Blaster. Микрофон так и называется: Creative Microphone. И хотя он имеет неплохие частотные характеристики — диапазон частот от 100 до 16 000 Гц, при неравномерности частотной характеристики ±4дБ — использовать его для записи музыки не следует. Он может служить средством общения при голосовой модемной связи или источником сигналов для подачи команд компьютеру, но для звукозаписи он имеет слишком много недостатков:

легкая подставка без амортизаторов, жесткое крепление к ней микрофона, отсутствие на микрофоне ветрозащиты, короткий кабель. Поэтому приобретите микрофон посолиднее. Но при этом учтите ряд обстоятельств.

Имейте в виду, что микрофонный вход большинства звуковых карт (в частности, семейства Sound Blaster AWE) рассчитан на подключение конденсаторного электретного микрофона. Это означает, что, во-первых, входное сопротивление звуковой карты соответствует выходному сопротивлению электретного микрофона, во-вторых, чувствительность входного усилителя соответствует уровню напряжения на выходе электретного микрофона. Кроме того, в целях создания удобства пользования электретным микрофоном, требующим для своей работы внешнего питания, для подключения единственного монофонического микрофона используется трехконтактный разъем, который в стандартном варианте применения служит для подключения источника стереосигналов. В данном случае его контакты выполняют следующие функции: через концевой контакт к звуковой карте подключается сигнальный провод микрофонного кабеля, на средний контакт подается питающее микрофон напряжение +5 В, оставшийся третий контакт соединяет экран кабеля с общим проводом звуковой карты. Из сказанного следует, что при подключении «неродного» микрофона необходимо разобраться в схеме распайки проводников микрофонного кабеля на контактах его разъема.

Если вы имеете дело с электретным микрофоном, который не содержит внутреннего источника питания и требует подачи внешнего напряжения, то распайка разъема должно быть такой, как и для Creative Microphone.

Если электретный микрофон имеет внутренний источник питания (например, при эксплуатации МКЭ-2 необходимо поместить внутрь развинчивающегося корпуса элемент питания, заключенный в специальный футляр), то следует задействовать только земляной и сигнальный контакты разъема. По возможности избегайте замыкания концевого и среднего контактов. Вряд ли что-нибудь перегорит, но при этом микрофонный вход звуковой карты оказывается соединенным с источником питания + 5 В компьютера. А это может привести, во-первых, к проникновению в тракт усиления/преобразования лишних помех (не полностью отфильтрованных пульсации с частотой 50 Гц и с частотой преобразователя импульсного блока питания) и, во-вторых, к снижению чувствительности и изменению частотной характеристики микрофонного входа из-за его шунтирования внутренним сопротивлением источника питания. Итак, лучше всего разобраться с фактической распайкой разъема микрофона. В крайнем случае, сгодится рекомендация, высказанная по этому поводу на конференции FIDO: избежать замыкания можно, обернув средний контакт штекера микрофона узкой полоской тонкой липкой ленты.

Использовать микрофоны других типов со звуковыми картами, рассчитанными на электретные микрофоны, не рекомендуется, т. к. из-за несоответствия входного и выходного сопротивлений, чувствительности микрофонного входа карты и уровня выходного сигнала микрофона могут возникнуть значительные частотные и нелинейные искажения.

Некоторые звуковые карты имеют переключатели Dynamic/Condenser для выбора типа микрофона.

Перейдем к вопросу о количестве микрофонов, которые можно подключить к звуковой карте.

После внимательного изучения технической документации на звуковую карту вы можете разочароваться: на карте удалось найти только один разъем для подключения микрофона, да и тот, как только что мы выяснили, имеет лишь один сигнальный контакт. Значит, к звуковой карте можно подключить только один микрофон. Самое интересное, что подавляющее большинство звуковых карт других типов (за исключением нескольких самых дорогих, специально предназначенных для многоканальной записи) имеют по одному микрофонному входу. Выходит, что с мечтой о сте-реозаписи голоса певца или акустических музыкальных инструментов нужно расстаться? И да,и нет.

Да, действительно, если бы вы поставили перед собой цель, используя микрофонный вход звуковой карты, сохранить в стереофонической записи реальную акустическую обстановку концертного зала, то этого сделать бы не удалось. Для такой записи обязательно нужна стерео пара микрофонов. А еще, как сказано в работе [38], нужен ненаправленный микрофон для передачи общего акустического фона и микрофоны для индивидуальной записи отдельных инструментов или нескольких групп инструментов. Но многомикрофонная технология в наши дни применяется не так часто, как раньше: пожалуй, лишь при записи оркестров, театральных постановок, т. е. в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую верность воспроизведения имеющегося звукового материала с сохранением естественной акустики помещения.

Основу современной технологии записи голосов певцов и акустических музыкальных инструментов составляет монофоническая запись с последующим расщеплением моносигнала на два канала и применением различных эффектов: задержки сигнала, реверберации и т. д. — в целях получения эффекта распределения источников звука по стереопанораме. Эти и им подобные операции выполняются с помощью специального дорогостоящего студийного оборудования, но их может проделать и компьютер, оснащенный звуковой картой и звуковым редактором. Если вы сомневаетесь в реальности получения стереозаписей такого рода с помощью единственного микрофона, обратите внимание на многочисленные музыкальные видеоклипы. Аппаратура студии звукозаписи имеет столь привлекательный вид, что приобрела не только техническую но и эстетическую ценность. Редкий певец или композитор откажет себе в удовольствии поместить в клип кадры, снятые непосредственно в студии. Вот и припомните, сколько микрофонов размещено, например, перед поющими в студии (разумеется, не одновременно) И. Аллегровой или А. Апиной? Большой, красивый, с защитой от любых вибраций, дорогой, но… один.

В наши дни несколько трансформировались художественные цели, которые ставят перед собой творцы музыкальных произведений, записанных и тиражированных на современных носителях. На второй план ушло стремление к точности передачи звуковой атмосферы зала и голоса певца. Появились технические возможности для того, чтобы получить из исходного аудиоматери-ала звук, обладающий почти любыми заранее заданными свойствами.

Таким образом, наличие только одного микрофонного входа у звуковой карты не препятствует дополнению композиций, исполненных MIDI-инструмен-тами, стереофоническими записями вокала и акустических инструментов.

Правда, иногда для качественной записи требуется не менее двух монофонических микрофонов. Примерами тому могут служить запись певца, аккомпанирующего себе на гитаре, и запись партии акустической ударной установки. Положение не такое уж и безвыходное, как может показаться. У всех звуковых карт, кроме монофонического микрофонного входа, имеется стереофоническая пара линейных входов. В типовом варианте они служат для подачи на звуковую карту стереосигнала от таких внешних источников, как магнитофон или CD-плейер. Непосредственно подключить микрофоны к ним нельзя, так как чувствительность этих входов недостаточна для восприятия относительно слабых электрических сигналов с выхода микрофона. Но к каждому из этих входов может быть подключен или микрофонный усилитель, или внешний микшер, содержащий микрофонные усилители. В этом случае число микрофонов ограничено лишь числом каналов микшера, что позволит вам осуществить настоящую стереозапись с помощью пары микрофонов.

Работа звукооператора — это настоящее творчество и даже искусство. Не все здесь можно объяснить с позиции физики. На результат влияют слишком уж много факторов, учесть которые очень трудно. Поэтому расценивайте материал, посвященный микрофонам, как средство предотвращения грубых ошибок, основу для размышлений и приобретения личного опыта.

1.2.3. Подключение электрогитары к звуковой карте

Мысль написать этот маленький параграф возникла у нас после общения с несколькими самодеятельными музыкантами, выступающими в составе рок-группы. Как оказалось, эти ребята хотели бы использовать в своем творчестве компьютер, но, непременно, сочетая MIDI-КОМПОЗИЦИИ с записью партий в исполнении электрогитар. Они задали нам довольно много вопросов, ответы на которые содержатся на страницах этой книги. А самый первый и самый несложный вопрос касался того, каким образом подключить электрогитару к звуковой карте.

Частично ответом на этот вопрос можно считать материал о подключении микрофона к звуковой карте. Выходное напряжение некоторых электрогитар сравнимо с выходным напряжением микрофона, поэтому они могут быть подключены у. микрофонному входу звуковой карты. Если при этом не слышны искажения, вызванные ограничением амплитуды из-за перегрузки микрофонного входа, то все в порядке. Если нелинейные искажения заметны, подключать такую гитару к микрофонному входу нельзя. Для гитар с большим уровнем сигнала на выходе (содержащих встроенные предварительные усилители), так же как и для гитар, к которым подключены педали, управляющие различными эффектами, существуют другие способы подключения к звуковой карте.

Мы уже говорили, что у рассматриваемых в качестве примера звуковых карт семейства AWE имеется линейный стереовход. Это еще одна возможность подключения одной гитары со стереофоническим выходом или двух монофонических гитар. Разъем линейного входа [Jack) размещен на задней планке звуковой карты. Для подключения электрогитары к линейному входу карты ее сигнальный шнур должен оканчиваться штекером, идентичным штекеру головных телефонов, подключаемых к обычному плейеру.

Существует дополнительная (правда, не очень удобная) возможность подключения еще двух электрогитар к звуковой карте. Речь идет об аудиовходах для подключения CD-ROM. Неудобство заключается в том, что этот разъем размещен на плате звуковой карты и находится внутри корпуса компьютера. Чувствительность этого входа того же порядка, что и чувствительность линейного. По каждому из перечисленных четырех входов в микшере звуковой карты имеется отдельная регулировка уровня входного сигнала.

Если гитара подключена к звуковой карте, нет особого смысла использовать различные приставки к гитаре (педали, гитарные процессоры), вносящие дополнительные помехи. Все эффекты, которые можно создать с помощью них, и еще огромное количество других можно получить, обрабатывая не искаженный ничем серебряный звон гитарных струн средствами звукового редактора.

В частности, рассматриваемый в гл. 2 музыкальный редактор Cool Edit, наряду с сотнями разновидностей других эффектов, реализует и чисто гитарный эффект Distortion. Гитаристы знают, что сущность этого эффекта заключается в ограничении амплитуды сигнала. Колебания принимают почти прямоугольную форму, звучание становится длительным, амплитуда практически не изменяется на всем протяжении единожды извлеченного звука. В приставках к гитарам при реализации этого эффекта идут на различные схемотехнические ухищрения, чтобы сгладить неустранимый недостаток — сильные искажения, «скрежет» в последней фазе звучания струны, когда амплитуда сигнала становится сравнимой с шумами и фоном. Эффект Distortion, реализованный в звуковом редакторе, полностью свободен от этого недостатка.

1.2.4. Микшер звуковой карты

Возможно, до подключения внешнего микшера с целью увеличения числа сигнальных входов звуковой карты дело у вас дойдет не очень скоро. А вот микшером, встроенным в звуковую карту, придется пользоваться частенько. О нем сейчас и пойдет речь, но не сразу, а после того, как мы уясним, что в процессе работы с компьютерной музыкой приходится использовать микшеры двух разновидностей: виртуальные и аппаратные.

Виртуальные микшеры существуют в виде составных частей музыкальных редакторов. Суть работы этих микшеров сводится к преобразованию ваших манипуляций мышью в соответствующие MIDI-сообщения или команды, запускающие подпрограммы математической обработки записанных аудиодан-ных. Число каналов в таких микшерах практически не ограничено. Особенности работы с виртуальным микшером одного из музыкальных редакторов мы рассмотрим ниже.

Сейчас же речь пойдет о микшере, реализованном аппаратным путем. Подобные узлы, незначительно отличающиеся друг от друга, имеются в каждой звуковой карте. Как мы и предупреждали, в качестве основы для анализа взята звуковая карта семейства Sound Blaster AWE. Возможности аппаратного микшера звуковой карты следующие:

>  раздельная регулировка уровней сигналов, поступающих на монофонический микрофонный и стереофонический линейный входы, а также вход для подключения CD-плейера;

> раздельная регулировка уровней стереосигналов с выходов устройств проигрывания MIDI- и WAVE-файлов, а также с программно реализованного в SB AWE64 дополнительного WT-синтезатора;

>  раздельная регулировка тембра по низким и высоким частотам (многие считают наличие этих регулировок недостатком SB AWE, так как велика вероятность того, что вы можете забыть вернуть регуляторы тембра в нейтральное положение, и запись будет выполнена с частотными искажениями);

> общая регулировка уровня суммарного звукового сигнала, поступающего на линейный выход звуковой карты (Master);

> общая регулировка уровня звукового сигнала, поступающего к динамику PC (весьма бесполезная возможность, которая годится лишь для управления громкостью звука метронома музыкального редактора, если вы направили его в динамик PC);

> раздельные регулировки стереобаланса для всех звуковых источников и выходов за исключением микрофона и спикера.

Следует сразу же оговориться, что использовать аппаратный микшер можно только для предварительной установки тех или иных параметров. Его применению в процессе собственно записи препятствует недостаточное количество уровней квантования регулируемых с его помощью величин. Поэтому регулировка громкости в процессе воспроизведения, например, компакт-диска будет осуществляться скачками. Заметим, что ничего подобного при работе с виртуальными микшерами звуковых редакторов (на той же самой звуковой карте) не происходит. Однако без аппаратного микшера все равно не обойтись.

Для управления микшером служат специальные программы. Они могут немного отличаться друг от друга по внешнему виду панели управления, но суть у всех одна и та же. Поэтому рассмотрим одну из наиболее популярных подобных программ — Creative Mixer. Программа поставляется вместе со звуковыми картами фирмы Creative Labs. Запустив программу, вы увидите изображение панели микшера, показанное на рис. 1.13.

Слева направо расположены: кнопки управления режимом отображения элементов микшера; регулятор уровня суммарного сигнала на выходе звуковой карты; регулятор тембра высоких частот; регулятор тембра низких частот;

 Рис. 1.13. Вид панели управления аппаратного микшера

Рис. 1.13. Вид панели управления аппаратного микшера

регулятор уровня громкости сигнала с выхода ЦАП; регулятор уровня громкости сигнала с выхода синтезатора; регуляторы уровней громкости и реверберации при генерации звука программно реализованным синтезатором, имеющимся только в SB AWE64 и SB AWE64 Gold (дополнительные 32 голоса);

регулятор уровня воспроизведения сигнала с CD-плейера; регулятор уровня сигнала, поступающего с линейного стереовхода; регулятор уровня сигнала, поступающего с микрофонного входа; регулятор громкости громкоговорителя PC. Под всеми регуляторами уровней (кроме трех) находятся горизонтально перемещающиеся движки регуляторов стереобаланса. Над каждым из регуляторов уровня расположены кнопки, с помощью которых можно подключить или отключить соответствующий сигнал (довольно часто случайное нажатие этих кнопок служит основанием для паники и подозрений на неработоспособность звуковой карты). Правую часть микшера занимает окно, имитирующее многофункциональный жидкокристаллический индикатор. Для того чтобы он «ожил», следует нажать на расположенную под ним правую кнопку.

 Рис. 1.14. Отображение уровней сигналов

Рис. 1.14. Отображение уровней сигналов

При этом возможны три основных режима отображения информации: отображение уровней суммарных сигналов в правом и левом каналах (рис. 1.14);

отображение осциллограммы суммарного сигнала (рис. 1.15); отображение спектра мощности (рис. 1.16).

Рис. 7.75. Отображение осциллограммы сигнала

Рис. 7.75. Отображение осциллограммы сигнала

Режимы переключаются щелчком левой кнопкой мыши по полю индикатора. В последнем режиме существует три варианта отображения информации:

распределение по частотам мгновенных, пиковых и комбинации мгновенных и пиковых значений мощности. Переключение производится щелчком мыши по кнопкам с цифрами 1, 2, 3.

 Рис. 1.16. Отображение спектра мощности

Рис. 1.16. Отображение спектра мощности

Заметим, что использовать индикаторную панель в процессе записи в звуковых редакторах не следует.

С помощью кнопок, находящихся в левой части панели, можно оптимизировать площадь, занимаемую микшером на экране.

Верхняя кнопка сворачивает панель. Следующая за ней — минимизирует, превращая его в иконку.

Третья кнопка оставляет на экране только регуляторы, необходимые при записи (рис. 1.17).

Рис. 1.17.

Микшер с регуляторами уровней записываемых сигналов

6pic-statia15При нажатии кнопки, помеченной символом «волна», можно убрать окно индикатора. На рис. 1.18 показан вид микшера без индикатора.

 Рис. 1.18. Микшер без окна индикатора

Рис. 1.18. Микшер без окна индикатора

Третья снизу кнопка позволяет оставить изображение только одного регулятора, как это показано на рис. 1.19.

 Рис. 1.19. Микшер с единственным регулятором

Рис. 1.19. Микшер с единственным регулятором

Щелчком по правой верхней кнопке панели управления микшера, изображенной на рис. 1.19, можно вызвать дополнительную панель (рис. 1.20), с помощью которой выбрать отображаемый регулятор.

Рис. 1.20. Панель выбора отображаемого регулятора

Рис. 1.20. Панель выбора отображаемого регулятора

При нажатии нижней кнопки микшера (рис. 1.13) в панели будет отображаться максимальное число элементов.

Вторая снизу кнопка позволяет отображать только те элементы микшера, которые определены пользователем. Для выбора пользовательского варианта отображения служит всплывающее меню (рис. 1.21), вызываемое правой кнопкой мыши.

Рис. 1.21.

Всплывающее меню установок пользователя

10pic-statia15

В подменю View (рис. 1.22) можно выбрать один из вариантов отображения панели управления микшера.

Рис. 1.22. Подменю View

Рис. 1.22. Подменю View

При выборе команды Preferences (предустановки) в меню на рис. 1.21 открывается одноименное окно диалога (рис. 1.23), в котором можно определить набор отображаемых элементов микшера.

Рис. 1.23. Окно диалога Preferences для выбора отображаемых элементов микшера

Рис. 1.23. Окно диалога Preferences для выбора отображаемых элементов микшера

Если в меню (см. рис. 1.21), выбрать команду Input/Output Settings, откроется окно диалога (рис. 1,24), с помощью которого можно изменить уровень максимального усиления по входу и выходу для левого и правого каналов. Делается это путем выбора коэффициентов умножения в пределах от 1 до 4. Для сбалансированных по уровню громкости источников звуковых сигналов коэффициенты для левого и правого каналов должны быть одинаковыми. Различными их можно сделать только в том случае, когда уровень сигнала в одном из каналов оказывается значительно меньше, чем в другом. Эта ситуация может встретиться, например, при реставрации записи, выполненной на магнитофоне, в котором лента неравномерно прилегала к магнитной головке.

Рис. 1.24. Окно диалога для выбора коэффициентов усиления

Рис. 1.24. Окно диалога для выбора коэффициентов усиления

Включение опции Microphone Gain Control приводит к увеличению коэффициента усиления по микрофонному входу.

Мы рассмотрели практически все возможности по трансформации отображения элементов микшера. Осталось лишь сказать, что при включении опции Always on Top меню на рис. 1.21 панель Creative Mixer всегда будет расположена поверх окон других приложений. Последние две команды этого меню позволяют вызвать интерактивную подсказку Help и получить сведения о версии программы.

Детальное знакомство с микшером звуковой карты позволяет сделать вывод о том, что его использование возможно только на первом этапе записи для ориентировочной установки уровней сигналов. Для тонкой регулировки громкости и панорамы следует использовать возможности ЦАП, АЦП и синтезаторов звуковой карты, воздействуя на эти устройства средствами, имеющимися в составе музыкальных и звуковых редакторов.

1.2.5. Сэмплирование

Детальному анализу способов сэмплирования посвящена гл. 3. Сейчас же наша задача состоит лишь в том, чтобы уяснить смысл этого слова.

Сэмплирование — это запись образцов звучания (сэмплов) того или иного реального музыкального инструмента. Сэмплирование является основой волнового синтеза (WT-синтеза) музыкальных звуков. Если при частотном синтезе (FM-синтезе) новые звучания получают за счет разнообразной обработки простейших стандартных колебаний, то основой WT-синтеза являются заранее записанные звуки традиционных музыкальных инструментов или звуки, сопровождающие различные процессы в природе и технике. С сэмплами можно делать все, что угодно. Можно оставить их такими, как есть, и WT-синтезатор будет звучать голосами, почти неотличимыми от голосов инструментов-первоисточников. Можно подвергнуть сэмплы модуляции, фильтрации, воздействию эффектов и получить самые фантастические, неземные звуки.

В принципе, сэмпл — это ни что иное, как сохраненная в памяти синтезатора последовательность цифровых отсчетов, получившихся в результате анало-го-цифрового преобразования звука музыкального инструмента. Если бы не существовала проблема экономии памяти, то звучание каждой ноты можно было бы записать в исполнении каждого музыкального инструмента. А игра на таком синтезаторе представляла бы собой воспроизведение этих записей в необходимые моменты времени. Но если идти по такому пути, то пришлось бы хранить в памяти множество вариантов звучания каждой ноты, причем все они должны отличаться протяженностью звучания, динамикой звукоизв-лечения и т. д. На это не хватит никакого объема памяти. Поэтому сэмплы хранятся в памяти не в том виде, в каком они получаются сразу же после прохождения АЦП. Запись подвергается хирургическому воздействию, делится на характерные части [фазы): начало, протяженный участок, завершение звука. В зависимости от применяемой фирменной технологии эти части могут делиться на еще более мелкие фрагменты. В памяти хранится не вся запись, а лишь минимально необходимая для ее восстановления информация о каждом из фрагментов. Изменение протяженности звучания производится за счет управления числом повторений отдельных фрагментов.

В целях еще большей экономии памяти был разработан способ синтеза, позволяющий хранить сэмплы не для каждой ноты, а лишь для некоторых. В этом случае изменения высоты звучания достигается путем изменения скорости воспроизведения сэмпла.

Для создания и воспроизведения сэмплов служит синтезатор. В наши дни синтезатор конструктивно реализован в одном-двух корпусах микросхем, которые представляет собой специализированный процессор для осуществления всех необходимых преобразовании. Из закодированных и сжатых с помощью специальных алгоритмов фрагментов он собирает сэмпл, задает высоту его звучания, изменяет в соответствии с замыслом музыканта форму огибающей колебания, имитируя либо почти неощутимое касание, либо удар по клавише или струне. Кроме того, процессор добавляет различные эффекты, изменяет тембр с помощью фильтров и модуляторов.

В звуковых картах находят применение несколько синтезаторов различных фирм. В гл. 3 мы подробно рассмотрим наиболее распространенный в наши дни синтезатор EMU8000. Популярность этого устройства не случайна. Достаточно высокое качество работы сочетается в нем с относительно небольшой ценой. О перспективности EMU8000 свидетельствует тот факт, что для него разработано программное обеспечение, позволяющее не только эксплуатировать готовые сэмплы, но и создавать свои собственные.

Отметим, что наряду с сэмплами, записанными в ПЗУ звуковой карты, в настоящее время стали доступными наборы сэмплов (банки), созданные как в лабораториях фирм, специализирующихся на синтезаторах, так и любителями компьютерной музыки. Эти банки можно найти на многочисленных лазерных дисках и в Internet.

1.2.6. Компрессия и шумоподавление

Рассматривая требования к АЦП и ЦАП звуковой карты, мы уже коснулись двух проблем: борьбы с искажениями и борьбы с шумами. Эти проблемы тесно связаны друг с другом.

Конечно, природа искажений многообразна. В тракте запись-передача-воспроизведение звук подвергается амплитудным, частотным, фазовым и нелинейным искажениям. Сейчас речь пойдет о компрессии динамического диапазона сигнала, как о способе борьбы с нелинейными искажениями, вызванными ограничением амплитуды звуковых колебаний из-за перегрузки элементов звукового тракта. Причина возникновения таких искажений заключается в несоответствии динамических диапазонов звукового сигнала и аппаратуры, по которой этот сигнал проходит. Если бы звуковой сигнал можно было заранее проанализировать, выявить те фрагменты, где он достигает максимумов, то, в принципе, перегрузку тракта можно было бы исключить. Для этого достаточно было бы так отрегулировать уровень сигнала, поступающего, например, от микрофона, чтобы даже пиковые его уровни находились в пределах динамического диапазона. Правда, здесь имеется сразу два «но».

Во-первых, нужно заранее знать закон изменения уровня громкости сигнала, что возможно только после предварительной его записи. Но записанный сигнал уже будет с одержать искажения, вызванные той самой перегрузкой, с которой мы хотим бороться… Хорошо, тогда можно уменьшить уровень записи так, чтобы даже при самых сильных «всплесках» громкости не происходило бы перегрузки. Вот здесь-то и появляется второе «но». Но тогда большая часть записи будет слишком тихой, настолько тихой, что самые слабые звуки просто не будут слышны, они сольются с шумами электронных приборов и носителя записи сигнала. Именно здесь и пересекаются проблемы борьбы с шумами и перегрузками.

За много лет до того, как впервые прозвучало словосочетание «звуковая карта», аналогичные проблемы были вынуждены решать разработчики магнитофонов, аппаратуры озвучивания кинофильмов, а затем и вообще звуко-усилительных устройств студий и концертных залов. В результате настойчивых изысканий было предложено несколько способов решения проблемы, которые отличаются деталями, но имеют общую сущность. Идея очень проста, и может быть выражена буквально одной фразой: для того чтобы не происходило ни перегрузки тракта сильными сигналами, ни маскирования слабых сигналов шумами, следует слабые сигналы усиливать, а сильные ослаблять, т. е. сужать динамический диапазон.

Сужение динамического диапазона перед записью сигнала обеспечивает прибор, называемый компандером. При воспроизведении записи для восстановления прежнего динамического диапазона используют прибор, носящий название экспандер.

В рамках общей идеи шумоподавления придумано много конкретных методов и устройств, отличающихся друг от друга деталями. Некоторые методы предполагают деление всего спектра сигнала на несколько диапазонов и раздельную регулировку уровня различных спектральных составляющих. Методы отличаются и алгоритмами вычисления пороговых уровней, после сравнения с которыми вырабатывается решение о том или ином преобразовании сигнала.

Так, например, наиболее распространенная система шумопонижения типа Dolby А позволяет существенно улучшить эффективность магнитных и оптических носителей аналоговых записей и систем связи, служащих для передачи звуковых программ [78]. Система Dolby А основана на принципе компан-дирования, но только для сигналов низкого уровня и раздельно в четырех частотных поддиапазонах. В каждом из поддиапазонов определяется общий уровень частотных составляющих сигнала. Если он оказывается ниже порогового значения, то в процессе записи сигнал усиливается, а при воспроизведении, наоборот,ослабляется.

Система Dolby А базируется на полученном экспериментально так называемом спектральном окне аналоговой ленты. Вид спектрального окна представлен на рис. 1.25.

По сути, на рисунке наглядно представлена область допустимых значений уровней спектральных составляющих звукового сигнала в зависимости от их частот. Закрашенная область в нижней части рисунка соответствует собственным. шумам ленты.

 Рис. 1.25. Спектральное окно аналоговой магнитной ленты

Рис. 1.25. Спектральное окно аналоговой магнитной ленты

Закрашенная область в верхней части рисунка — область значительных нелинейных искажений. При записи сигнала, используя систему шумоподавления, следует стремиться к тому, чтобы значения спектральных составляющих находились в незакрашенной области рисунка.

Поскольку ныне применяются цифровые носители записи, практически свободные от того, что принято называть собственными шумами, изменяются и подходы к шумоподавлению. На первый план теперь выдвигаются ограничения, обусловленные не свойствами материала носителя записи, а особенностями слухового аппарата человека. Новая система шумопонижения Dolby SR, основанная на так называемом принципе наименьшего воздействия, учитывает не только спектральное окно носителя, но и окно слышимости человека, представленное на рис. 1.26.

Верхняя граница окна соответствует оглушительному звуку, соседствующему с болевым ощущением. Нижняя граница определяется порогом слышимости.

Алгоритмы обработки звука строятся с таким расчетом, чтобы максимально ослабить те шумы, которые попадают в окно слышимости, и игнорировать шумы, которые не слышны человеку.

15pic-statia15

В условиях студийной звукозаписи непосредственно с микрофона сигнал попадает в устройства обработки, ограничивающие его динамический диапазон. Поэтому перегрузка элементов звукового тракта практически исключена.

Если микрофон подключен ко входу звуковой.карты, то она оказывается совершенно незащищенной от опасности перегрузки. Делать нечего. Остается только воспитывать исполнителей, не устанавливать микрофон слишком близко к источнику звука и занижать уровень входного сигнала регулятором микшера.

Утешает только то, что звуковой редактор Cool Edit, который будет рассмотрен в гл. 2, в определенной степени позволит снизить зафиксированные в записи искажения. Дело в том, что в нем программно реализованы такие совершенные методы обработки сигнала (в частности сжатия динамического диапазона и шумоподавления), какими располагают далеко не все специализированные электронные устройства. Например, при наличии резких выбросов сигнала, вызванных импульсными помехами или случайными перегрузками микрофона, программа поможет вам заранее обнаружить эти аномалии и либо удалить их, либо плавно изменить уровень сигнала в районе выброса. Вы будете иметь возможность произвольно измененять мышью амплитудную характеристику компрессора динамического диапазона. Участки фонограммы, свободные от записи полезного сигнала, можно будет заменить «абсолютной тишиной». Кроме того, используя алгоритмы спектральных преобразований с целью снижения заметности шумов, вы сможете на практике использовать информацию о спектральных окнах, приведенных на рис. 1.25 и 1.26.

1.2.7. Фильтрация

Если в двух словах попытаться дать определение слову «фильтрация», то оно будет выглядеть примерно так: фильтрация — это процесс обработки электрического звукового сигнала частотно-избирательными устройствами с целью изменения спектрального состава (тембра) сигнала. Задачами такой обработки могут быть:

> амплитудно-частотная коррекция сигнала (усиление или ослабление отдельных частотных составляющих);

^ полное подавление спектра сигнала или шумов в определенной полосе частот.

Например, если микрофон, акустическая система или еще какой-либо элемент звукового тракта имеют неравномерную амплитудно-частотную характеристику, то с помощью фильтров эти неравномерности могут быть сглажены. Если в результате анализа спектра выяснилось, что в некоторой области частот энергия помехи значительно превышает энергию сигнала, то посредством фильтрации все колебания в этом диапазоне частот можно подавить.

Для осуществления фильтрации созданы самые различные устройства: отдельные корректирующие и формантные фильтры, устройства для разделения звука на несколько, каналов по частотному признаку (кроссоверы), двухполосные и многополосные регуляторы тембра (эквалайзеры). При аппаратной реализации фильтров их создают либо на основе колебательных звеньев, состоящих из катушек индуктивности и конденсаторов, либо на основе их аналогов, так называемых гираторов. представляющих собой операционные усилители, охваченные особого типа обратными связями.

Основой фильтров, реализованных программным путем в составе звуковых редакторов, служит спектральный анализ. Как известно, любой реальный сигнал может быть представлен в виде набора коэффициентов разложения в ряд по гармоническим (синусоидальным и косинусоидальным) функциям. Фильтрация сводится к умножению спектральных коэффициентов на соответствующие значения передаточной функции фильтра. Если спектр представлен в комплексной форме, то сигнал описывается совокупностью амплитудного и фазового спектров (АС и ФС), а фильтры — амплитудно-частотными и фазочастотными характеристиками (АЧХ и ФЧХ). АЧХ представляет собой зависимость коэффициента передачи фильтра от частоты. ФЧХ отражает сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к входному в зависимости от частоты.

 

Компьютерному музыканту о звукозаписи (Часть 3)

Классический спектральный анализ из-за наличия большого количества операций умножения требует огромных затрат процессорного времени и при значительном числе отсчетов сигнала неосуществим в реальном масштабе времени. Для сокращения времени спектрального анализа дискретных сигналов разработаны специальные алгоритмы, учитывающие наличие связей между различными отсчетами сигнала и устраняющие повторяющиеся операции. Одним из таких алгоритмов является быстрое преобразование Фурье (БПФ). С применением БПФ вы познакомитесь в гл. 2. Особенность этого алгоритма состоит в том, что он допускает не любое, а лишь строго определенное количество отсчетов сигнала.

Составной частью синтезатора звуковой карты является сигнал-процессор, который, в свою очередь, содержит цифровой фильтр. Работа этого фильтра основана на алгоритмах, подобных быстрому преобразованию Фурье. Однако за счет того, что часть операций в нем реализована аппаратным путем, фильтр может работать в реальном времени, успевая обрабатывать синтезируемый сигнал в темпе его генерации. Форма АЧХ фильтра изменяется программным путем, управление ею производится с помощью драйверов, поставляемых со звуковой картой, или средствами редактирования сэмп-лов. В следующих главах книги этот процесс будет подробно рассмотрен. Фильтры, о которых идет речь являются универсальными, способными изменять свои свойства таким образом, что могут быть эквивалентны любому из основных типов фильтров.

 Рис. 1.27. АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот

Рис. 1.27. АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот

В зависимости от расположения полосы пропускания на оси частот фильтры подразделяются на:

> фильтры нижних частот (ФНЧ), типичные АЧХ и ФЧХ которых показаны на рис. 1.27;

> фильтры верхних частот (ФВЧ), их АЧХ и ФЧХ показаны на рис. 1.28;

> полоснопропускающие (полосовые) фильтры (рис. 1.29);

> полоснозадерживающие (режекторные) фильтры (рис. 1.30).

Информация о характеристиках фильтров понадобится при прочтении гл. 3. На рис. 1.27—1.30 по горизонтали отложено значение частоты, а по вертикали — значения передаточных функций K(f) или фазовых сдвигов (p(f) в зависимости от частоты.

 Рис. 1.28. АЧХ и ФЧХ фильтра верхних частот

Рис. 1.28. АЧХ и ФЧХ фильтра верхних частот

Рис. 1.29. АЧХ и ФЧХ полосового фильтра

Рис. 1.29. АЧХ и ФЧХ полосового фильтра

Приведенные выше характеристики являются идеализированными; реальные фильтры, строго говоря, не позволяют обеспечить равенство передаточной функции нулю. Колебания в полосе подавления, пусть и значительно ослабленные, все равно проникают через фильтр.

Весьма распространенной ошибкой при использовании фильтров для обработки сигналов является пренебрежение учетом влияния на форму сигнала фазо-частотной характеристики фильтра. Фаза важна потому, что сигнал, прошедший через фильтр без изменения амплитуды в полосе пропускания, может быть искажен по форме, если временное запаздывание при прохождении через фильтр не будет постоянным для разных частот. Одинаковое время задержки соответствует линейной зависимости фазы от частоты. Из рис. 1.27—1.30 видно, что для ФНЧ и ФВЧ зависимость фазы от частоты можно считать линейной лишь в окрестностях частот среза, а для полосового фильтра — в окрестностях резонансной (центральной) частоты.

 Рис. 1.30. АЧХ и ФЧХ режекторного фильтра

Рис. 1.30. АЧХ и ФЧХ режекторного фильтра

Таким образом, фильтрация широкополосных звуковых колебании сопровождается фазовыми искажениями, приводящими к изменению формы фильтруемого сигнала.

1.3. Звуковые эффекты

Использование звуковых карт, плат оцифровки звука и звуковых редакторов предоставляет компьютерному музыканту довольно широкие возможности по применению в музыкальных композициях различных звуковых эффектов и приемов обработки.

Звуковые эффекты могут быть реализованы аппаратным путем, и тогда их можно использовать в реальном времени, как, например, это сделано в высококачественных звуковых картах. Для этого в их состав включены цифровые сигнальные процессоры. Цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor— DSP) позволяет обрабатывать звуковые сигналы в реальном времени. В основе его принципа действия лежит аналого-цифровое преобразование сигнала с последующей обработкой, основанной на нескольких алгоритмах цифровой фильтрации и задержки [12, 13]. Правда, полноценный DSP чрезвычайно дорог, поэтому применяется только в специализированных устройствах профессионального назначения. Звуковые процессоры звуковых карт представляют собой значительно упрощенные аналоги полноценных DSP. Обычно они не позволяют использовать одновременно большое число эффектов. Кроме того, почти все эффекты реализуются, к сожалению, одновременно для всех каналов. Выбор эффектов и управление их параметрами производится по интерфейсу MIDI с помощью MIDI-манипуляторов. В составе большинства музыкальных редакторов имеется соответствующий интерфейс, позволяющий управлять манипуляторами эффектов различными способами. Чаще всего это делается путем построения графика изменения параметра эффекта. Манипулятор эффекта может быть также связан с одним из регуляторов виртуального микшера, входящего в состав музыкального редактора.

В компьютерных студиях звуковые эффекты часто создаются программным способом. Реализация эффектов и управление ими осуществляется с помощью звуковых редакторов. Обработке подвергается заранее записанный в цифровой форме звуковой сигнал. Недостатком программной реализации звуковых эффектов является невозможность их использования в реальном времени, в процессе записи. Достоинство заключается в том, что отказ от обработки в реальном времени позволяет применять самые сложные и требующие больших временных затрат алгоритмы, поэтому число различных звуковых эффектов и число вариаций каждого эффекта в этом случае значительно превышает то, что достижимо при аппаратной реализации. Кроме того, имеется возможность практически неограниченного вложения эффектов один в другой. Предел устанавливается не техническими (точнее, не математическими) возможностями, а здравым смыслом и эстетическими критериями. О том, как воспользоваться звуковыми эффектами, имеющимися в распоряжении одного из самых популярных звуковых редакторов, мы расскажем в гл. 2. Сначала нужно получить хотя бы начальные представления о сущности основных звуковых эффектов.

1.3.1. Вибрато

В самом общем смысле суть эффекта вибрато заключается в периодическом изменении одного из параметров звукового колебания: амплитуды, частоты или фазы. Изменение (колебание) параметра происходит с очень малой частотой — единицы герц. Различают амплитудное, частотное и фазовое вибрато. В любом случае результатом является обогащение спектра исходного колебания. Читатели, знакомые с основами радиотехники, понимают, что, по сути дела, происходит модуляция звукового колебания низкочастотным сигналом. Законы физики неумолимы — спектр сигнала при этом действительно расширяется.

Кроме того, имеется еще и тембровое вибрато, о котором мы поговорим чуть позже.

Как и многие другие электронные звуковые эффекты, вибрато имеет свои естественные прототипы, уходящие корнями в народную и классическую инструментальную и вокальную музыку.

Владение приемом вибрато отличает очень хорошего певца от просто хорошего. Скрипка в руках талантливого музыканта потому и звучит так божественно, что, совершая едва заметные перемещения прижимающими струны пальцами вдоль грифа, он осуществляет частотное вибрато. Частотное вибрато — причина необычайно задушевного голоса балалайки при исполнении лирических мелодий. Тремоло (частный случай амплитудного вибрато) является основным приемом игры на мандолине, домре и балалайке.

Первоначально словом «вибрато» именовалась модуляция любого параметра звукового колебания. Но со временем некоторые из разновидностей этого эффекта получили свое название. Во многих публикациях по электронной музыке теперь под вибрато подразумевают только вибрато частотное. На наш взгляд это не совсем верно, следует различать амплитудное вибрато, частотное вибрато и тембровое вибрато. У фазового вибрато имеется специальное название — фейзер (от англ. Phaser — фазовариатор).

Амплитудное вибрато и тремоло

Амплитудное вибрато включает в себя собственно амплитудное вибрато и тремоло. Сущность амплитудного вибрато состоит в периодическом изменении амплитуды звукового сигнала. Частота, с которой это происходит, должна быть очень небольшой (от долей герц до 10—12 Гц). Если частота вибрато находится вне этих пределов, то необходимый эстетический эффект не достигается.

Тембр сигнала с амплитудным вибрато богаче по сравнению с тембром исходного сигнала. С таким спектром можно проделывать различные манипуляции, например, изменять уровни спектральных составляющих с помощью фильтров.

Степень проявления эффекта характеризуется глубиной вибрато: m = ДЗ/S, где Д5 — максимальное изменение амплитуды сигнала с вибрато, S — амплитуда исходного сигнала. Диапазон допустимых значений глубины вибрато составляет от 0 до 1, а оптимальная с точки зрения художественного результата частота амплитудного вибрато — б—8 Гц.

Особой разновидностью амплитудного вибрато является тремоло. Отличительными признаками тремоло являются относительно высокая частота вибрации (10—12 Гц), максимальная глубина эффекта (m = 1) и импульсная форма результирующего сигнала.

В аналоговых устройствах амплитудное вибрато реализуется с помощью перемножителей сигналов. Существует множество различных принципиальных схем устройств вибрато [15, 16, 48, 100]. Основная проблема аналоговых устройств — неполное подавление управляющего сигнала. При большой глубине вибрато это проявляется в виде ясно прослушивающегося стука с частотой модуляции.

Компьютерные музыканты встретятся с двумя вариантами реализации амплитудного вибрато: аппаратным и программным. Аппаратный способ предполагает наличие в структуре звуковой карты усилителей с управляемым коэффициентом усиления. Программный способ заключается в перемножении значений цифровых отсчетов звуковых колебаний со значениями отсчетов функции (обычно синусоидальной), описывающей управляющий сигнал.

При обработке вокальных партий амплитудным вибрато нужно пользоваться очень осторожно, глубина его не должна быть большой, а применение тремоло совсем недопустимо.

Частотное вибрато

Суть частотного вибрато заключается в периодическом изменении частоты звукового колебания.

В электронной музыке частотное вибрато получило широкое распространение лишь после создания электронных музыкальных инструментов. Реализовать этот эффект на адаптеризированных акустических инструментах довольно сложно. Правда, в период расцвета вокально-инструментальных ансамблей (ВИА) появились соло-гитары, конструкции которых предоставили такую возможность. Натяжение всех струн можно одновременно изменять с помощью специального механизма — подвижной подставки для крепления струн и рычага. Частотное вибрато здесь исполняется вручную.

Реализация частотного вибрато в электромузыкальных инструментах и синтезаторах проста и естественна. Работу всех узлов электронных музыкальных синтезаторов как аппаратных, так и реализованных программным путем, синхронизирует опорный генератор. Если изменять его частоту, то будут изменяться частоты и всех синтезируемых колебаний. В радиотехнике этот процесс называется частотной модуляцией. Если изменение частоты производится по периодическому закону, то в результате получается частотное вибрато. По существу, при частотном вибрато также расширяется спектр исходного сигнала, причем тембр периодически изменяется во времени.

Красивое звучание получается только в том случае, когда глубина частотного вибрато (относительное изменение частоты звука) невелика. Как известно, в соответствии с хроматической гаммой введена единица музыкальных интервалов, в 1200 раз меньшая, чем октава — цент [II]. Интервал между соседними полутонами в темперированной гамме равен в точности 100 центам. Колебание высоты тона при частотном вибрато не должно превышать нескольких десятков центов. В противном случае, создается впечатление нарушения строя инструмента.

Частотное вибрато используется и само по себе, и входит в качестве составной части в более сложные звуковые эффекты.

С точки зрения технической реализации очень близким к частотному вибрато является эффект (точнее говоря, исполнительский прием) глиссандо. При игре, например, на фортепиано этот прием означает скольжение одного или нескольких пальцев по клавишам. В электронной музыке под глиссандо понимают перестройку высоты взятых нот. Диапазон перестройки может достигать интервала, превышающего октаву. Ручным регулятором изменяют или напряжение, или цифровой код, которые, в свою очередь, управляют частотой опорного генератора. В электронных музыкальных синтезаторах и MIDI-клавиатурах для исполнения глиссандо имеется специальный орган управления — колесо или рукоятка, а стандартом MIDI предусмотрено специальное сообщение — Pitch Bend Change, передаваемое при изменении состояния манипуляторов высоты тональной перестройки. Эти средства позволяют, в отличие от первых ЭМИ, выполнять не только глиссандо, но и ручное (иногда говорят — пальцевое) частотное вибрато. Закон колебания высоты звука подчиняется воле исполнителя, и эффект перестает быть механическим и монотонным.

Раз уж мы затронули вопрос перестройки высоты тона, то уместно будет упомянуть, что музыкальные редакторы позволяют производить точное изменение строя синтезируемых инструментов и транспонирование на любой интервал как голосов инструментов, записанных на отдельных треках, так и всей музыкальной композиции. Звуковые редакторы способны проделывать аналогичные операции в отношении не только музь1кальных’инструментов, но и записанных голосов вокалистов.

Тембровое вибрато

Эффект тембрового вибрато также предназначен для изменения спектра звуковых колебаний. Физическая сущность этого эффекта состоит в том, что исходное колебание с богатым тембром пропускается через полосовой частотный фильтр, у которого периодически изменяется либо частота настройки, либо полоса пропускания, либо по различным законам изменяются оба параметра. При этом фильтр выделяет из всего спектра исходного колебания те частотные составляющие, которые попадают в «мгновенную» полосу его пропускания. Так как полоса пропускания изменяется по ширине и перемещается по частоте, то тембр сигала периодически изменяется.

Кроме автоматического тембрового вибрато, используют еще и ручное (чаще даже «ножное» — с управлением от педали). Такой вариант эффекта известен под названиями «Вау-вау» или «квакушка».

Необыкновенно красиво звучит электрогитара, сигнал которой пропущен через блок тембрового вибрато, если цикл перестройки фильтра синхронизирован с моментом возникновения колебания струны. Звук каждого очередного аккорда перетекает от одного края своей спектральной области до другого.

Тембровое вибрато имеется в арсенале средств звуковых редакторов.

Если звуковая карта содержит перестраиваемые резонансные фильтры или хотя бы фильтры нижних частот с перестраиваемой частотой среза, то этот эффект может быть реализован и аппаратным способом в реальном времени.

1.3.2. Эффекты, основанные на задержке сигналов

Дилэй

Дилэй (Delay) в переводе означает «задержка». Необходимость в этом эффекте возникла с появлением стереофонии. Сама природа слухового аппарата человека предполагает в большинстве ситуаций поступление в мозг двух звуковых сигналов, отличающихся временем прихода. Если источник звука находится «перед глазами», на перпендикуляре, проведенном к линии, проходящей через уши, то прямой звук от источника достигает обоих ушей в одно и то же время. Во всех остальных случаях расстояния от источника до ушей различны, поэтому либо одно, либо другое ухо воспринимает звук первым.

Проведем несложные расчеты. Время задержки (разницы во времени приема сигналов ушами) будет максимальным в том случае, когда источник расположен напротив одного из ушей. Так как расстояние между ушами около 20 см, то максимальная задержка может составлять около 8 мс. Этим величинам соответствует волна звукового колебания с частотой около 1,1 кГц. Для более высокочастотных звуковых колебаний длина волны становится меньше, чем расстояние между ушами, и разница во времени приема сигналов ушами становится неощутимой. Предельная частота колебаний, задержка которых воспринимается человеком, зависит от направления на источник. Она растет по мере того, как источник смещается от точки, расположенной напротив одного из ушей, к точке, расположенной перед человеком.

Дилэй применяется, прежде всего, в том случае, когда запись голоса или акустического музыкального инструмента, выполненную с помощью единственного микрофона, встраивают в стереофоническую композицию. Этот эффект служит основой технологии создания стереозаписей. Подробные рекомендации по применению задержки в этих целях приведены в очень интересной серии статей [82]. Но дилэй может применяться и для получения эффекта однократного повторения каких-либо звуков. Величина задержки между прямым сигналом и его задержанной копией в этом случае выбирается большей, чем естественная задержка в 8 мс. Какая именно задержка должна быть выбрана? Ответ на этот вопрос определяется несколькими факторами. Прежде всего, следует руководствоваться эстетическими критериями, художественной целью и здравым смыслом. Для коротких и резких звуков время задержки, при котором основной сигнал и его копия различимы меньше, чем для протяженных звуков. Для произведений, исполняемых в медленном темпе, задержка может быть больше, чем для быстрых композиций,

В работе [54] представлены данные исследований, из которых следует, что при определенных соотношениях громкостей прямого и задержанного сигнала может иметь место психоакустический эффект изменения кажущегося расположения источника звука на стереопанораме. Согласитесь, что, например, скачки рояля с места на место по ходу прослушивания произведения очень трудно обосновать как с эстетических позиций, так и с точки зрения верности воспроизведения реального звучания. Как и любой эффект, дилэй нужно применять в разумных пределах и не обязательно на протяжении всей композиции.

Этот эффект реализуется с помощью устройств, способных осуществлять задержку акустического или электрического сигналов. Таким устройством сейчас чаще всего служит цифровая линия задержки, представляющая собой цепочку из элементарных ячеек—триггеров задержки. Для наших целей достаточно знать, что принцип действия триггера задержки сводится к следующему: двоичный сигнал, поступивший в некоторый тактовый момент времени на его вход, появится на его выходе не мгновенно, а только в очередной тактовый момент. Общее время задержки в линии тем больше, чем больше триггеров задержки включено в цепочку, и тем меньше, чем меньше тактовый интервал (чем больше тактовая частота). В качестве цифровых линий задержки можно использовать запоминающие устройства. Известны специальные алгоритмы адресации ячеек запоминающих устройств, обеспечивающие «скольжение» информации «вдоль» адресного пространства.

Разумеется, для применения цифровой линии задержки сигнал должен быть сначала преобразован в цифровую форму. А после прохождения его копии через линию задержки происходит обратное, цифро-аналоговое преобразование. Исходный сигнал и его задержанная копия могут быть раздельно направлены в различные стереоканалы, но могу быть и смешаны в различных пропорциях. Суммарный сигнал может быть направлен либо в один из сте-реоканалов,либо в оба.

В звуковых редакторах дилэй реализуется программным (математическим) путем за счет изменения относительной нумерации отсчетов исходного сигнала и его копии.

Возможны такие, например, разновидности задержки, при которых формируются несколько копий сигнала, задержанных на различное время.

Флэнжер и фэйзер

В основу звуковых эффектов флэнжер (Flanger) и фэйзер (Phaser) также положена задержка сигнала. В чем заключается отличие этих эффектов от дилэя?

Как мы уже сказали, дилэй имитирует эффект неодновременного восприятия мозгом человека звуковых сигналов, поступающих в уши. Эффект повторного звучания может быть вызван и распространением звука от источника к приемнику различными путями (например, звук может приходить, во-первых, напрямую и, во-вторых, отразившись от препятствия, находящегося чуть в стороне от прямого пути). И в том, и в другом случаях время задержки остается постоянным. В реальной жизни этому соответствует маловероятная ситуация, когда источник звука, приемник звука и отражающие предметы неподвижны относительно друг друга. При этом частота звука не изменяется, каким бы путем и в какое бы ухо он не приходил.

Если же какой-либо из трех элементов подвижен, то частота принимаемого звука не может оставаться той же, что и частота звука переданного. Это есть ни что иное, как проявление того самого эффекта Доплера, который в школьных учебниках традиционно поясняется на примере изменения высоты звучания гудка движущегося паровоза.

Итак, реальные музыкальные звуки при распространении претерпевают не только расщепление на несколько волн и различную (для каждой из них) задержку, но и неодинаковое для различных спектральных составляющих изменение частот.

И флэнжер, и фэйзер имитируют (каждый по-своему) проявления взаимного перемещения упомянутых трех элементов: источника, приемника и отражателя звука. По сути дела, и тот, и другой эффекты представляют собой сочетание задержки звукового сигнала с частотной или фазовой модуляцией. Разница между ними чисто количественная, флэнжер отличается от фейзера тем, что для первого эффекта время задержки копии (или времена задержек копий) и изменение частот, сигнала значительно большее, чем для второго. Образно говоря, флэнжер наблюдался бы в том случае, когда певец мчался бы к зрителю, сидящему в зале, со скоростью автомобиля. А вот для того, чтобы ощутить фэйзер в его, так сказать, первозданном виде, движущегося источника звука не требуется, зрителю достаточно часто-часто вертеть головой из стороны в сторону. Читателям, страдающим головокружением или склонным к морской болезни, проводить на себе последний эксперимент не советуем.

Если же говорить серьезно, то упомянутые количественные отличия эффектов приводят и к отличиям качественным: во-первых, звуки, обработанные ими, приобретают различные акустические и музыкальные свойства, во-вторых, эффекты реализуются различными техническими средствами.

Значения времени задержек, характерных для флэнжера, существенно превышают период звукового колебания, поэтому для реализации эффекта используют многоразрядные и многоотводные цифровые линии задержки. С каждого из отводов снимается свой сигнал, который в свою очередь подвергается частотной модуляции.

Для фэйзера, наоборот, характерно очень маленькое время задержки. Оно столь мало, что оказывается сравнимо с периодом звукового колебания. При столь малых относительных сдвигах принято говорить уже не о задержке копий сигнала во времени, а о разности их фаз. Если эта разность фаз не остается постоянной, а изменяется по периодическому закону, то мы имеем дело с эффектом фейзера. Так что можно считать фейзер предельным случаем флэнжера. Но если внимательно прочитать еще раз этот абзац, то можно увидеть, что фейзер — это ни что иное, как фазовое вибрато.

Чего только не придумывали в относительно старые времена, чтобы реализовать эти эффекты [16, 22]!

Например, чтобы получить флэнжер, вместо одной акустической системы использовали несколько систем, размещенных на различных расстояниях от слушателей. В необходимые моменты производили поочередное подключение источника сигнала к акустическим системам таким образом, что создавалось впечатление приближения или удаления источника звука. Задержку звука выполняли и с помощью магнитофонов со сквозным трактом запись/ воспроизведение. Одна головка записывает, другая — воспроизводит звук с задержкой на время, необходимое для перемещения ленты от головки к головке. Для частотной модуляции особых мер можно было и не придумывать. Каждому аналоговому магнитофону присущ естественный недостаток, называемый детонацией, которая проявляется в виде «плавания» звука. Стоило чуть-чуть специально усилить этот эффект, изменяя напряжение, питающее двигатель, и получалась частотная модуляция.

Для реализации фэйзера методами аналоговой техники использовали цепочки фазовращателей, управляемых электрическим путем. А иногда можно было наблюдать и такую картину: в акустической системе, подключенной к ЭМИ или электрогитаре, вдруг начинало вращаться что-то вроде вентилятора. Звук пересекался с подвижными лопастями и отражался от них, получалась фазовая модуляция. Представляете, сколько усилий предпринималось только ради того, чтобы оживить тембр звучания инструментов! Сколько это все стоило!

Современные звуковые редакторы позволяют реализовать такое большое количество различных звуковых эффектов, что если на их число разделить сумму стоимостей компьютера, звуковой карты, программы и даже этой книги, то себестоимость одного эффекта окажется просто смешной.

Хорус

Хорус (Chorus) проявляется как эффект исполнения одного и того же звука или всей партии не одним-единственным инструментом или певцом, а несколькими.

Искусственно выполненный эффект является моделью звучания настоящего хора. В том, что хоровое пение или одновременное звучание нескольких музыкальных инструментов украшает и оживляет музыкальное произведение, сомнений, вероятно, нет ни у кого.

С одной стороны, голоса певцов и звуки инструментов при исполнении одинаковой ноты должны звучать одинаково, и к этому стремятся и музыканты, и дирижер. Но из-за индивидуальных различий источников звук все равно получается разным. В пространстве, тракте звукоусиления и в слуховом аппарате человека эти слегка неодинаковые колебания взаимодействуют, образуются так называемые биения. Спектр звука обогащается и, самое главное, течет, переливается.

Можно считать, что предельным случаем хоруса является одновременное звучание слегка отличающихся по частоте двух источников — унисон.

Унисон был известен задолго до появления синтезаторов. В основе сочного и живого звучания двенадцатиструнной гитары, аккордеона, баяна, гармони лежит унисон. В аккордеоне, например, звук каждой ноты генерируется узлом, содержащим два источника колебаний (язычка), специально настроенных в разлив — с небольшой (в единицы герц) разницей в частотах. В двенадцатиструнной гитаре звук извлекается одновременно из пары струн. Разница в частотах образуется естественным путем из-за невозможности идеально одинаково настроить струны инструмента.

Вот именно наличие этой ничтожной разницы в частотах голосов певцов или инструментов и служит причиной красивого звучания унисона (для двух голосов) или хоруса (для двух и более голосов).

В цифровых электромузыкальных инструментах, напротив, частоты пары вторичных генераторов могут быть сформированы абсолютно равными друг другу, В таком звучании отсутствует жизнь, потому что оно слишком правильное. Для оживления электронного звучания и для создания впечатления игры нескольких инструментов и используют хорус.

Существует множество разновидностей алгоритмов хоруса. Но все они имеют общие элементы:

> исходный сигнал разделяется на два или несколько каналов;

> в каждом из каналов спектр сигнала сдвигают по частоте на определенную для каждого канала величину. Частотные сдвиги очень малы, они составляют доли герца;

> сигналы, полученные таким способом, складывают.

В итоге получается сигнал, в котором звуковые волны как бы «плывут» с разными скоростями. Один раз за время, пропорциональное произведению периодов колебаний разностных частот, сигналы складываются в фазе, и образуется «девятый вал» — максимум огибающей звуковых колебаний; один раз за это же время канальные сигналы складываются в противофазе, и получается «впадина между волнами» — минимум огибающей. В итоге образуется сигнал, спектр которого непрерывно изменяется, причем период полного цикла этого изменения столь велик, что повторяемость спектральных свойств сигнала не ощущается.

Хорус настолько украшает звучание инструментов, что ныне стал одним из эффектов, имеющихся практически в каждом синтезаторе и многих звуковых картах. Так, например, цифровой сигнальный процессор одной из лучших звуковых карт-синтезаторов Yamaha SW60XG обеспечивает более десятка вариантов хоруса. Обработка аудиосигнала звуковыми редакторами позволяет получить еще больше разновидностей этого эффекта. Вместе с тем, не следует чрезмерно увлекаться им, так как это может привести к ухудшению разборчивости звучания голоса, к «засорению» акустической атмосферы композиции.

Реверберация

Реверберация [Reverb] относится к наиболее интересным и популярным звуковым эффектам. Сущность реверберации заключается в том, что исходный звуковой сигнал смешивается со своими копиями, задержанными относительно него на различные временные интервалы. Этим реверберация напоминает дилэй. Однако при реверберации число задержанных копий сигнала может быть значительно больше, чем для дилэя. Теоретически число копий может быть бесконечным. Кроме того, при реверберации, чем больше время запаздывания копии сигнала, тем меньше ее амплитуда (громкость). Эффект зависит от того, каковы временные промежутки между копиями сигналов и какова скорость уменьшения уровней их громкости. Если промежутки междукопиями малы, то получается собственно эффект реверберации. Возникает ощущение объемного гулкого помещения. Звуки музыкальных инструментов становятся сочными, объемными, с богатым тембровым составом. Голоса певцов приобретают напевность, недостатки, присущие им, становятся малозаметными.

Если промежутки между копиями велики (более 100 мс), то правильнее говорить не об эффекте реверберации, а об эффекте «эхо». Интервалы между соответствующими звуками при этом становятся различимыми. Звуки перестают сливаться, кажутся отражениями от удаленных преград.

Основным элементом, реализующим эффект реверберации, является устройство, создающее эхо-сигнал.

Интересна история развития таких устройств. Первоначально радиостудии и солидные концертные залы содержали эхо-камеры. Эхо-камера представляет собой комнату с сильно отражающими стенами, в которую помещен источник звукового сигнала (громкоговоритель) и приемник (микрофон). По сути дела, такая эхо-камера является уменьшенной моделью реального зрительного зала, в котором не всегда удается создать необходимую акустическую атмосферу. В эхо-камере с трудом, но можно было в некоторых пределах управлять распределением интенсивностей и времени распространения переотраженных сигналов, устанавливая отражающие или поглощающие звук перегородки. Преимущество эхо-камеры состоит в том, что затухание звука происходит в ней естественным путем (что очень трудно обеспечить другими способами). В то время как звук продолжает реверберировать в трех измерениях, исходная волна разбивается на множество отраженных, которые достигают микрофона за уменьшающиеся промежутки времени. Недостатки эхо-камер связаны с их относительно малыми размерами, при этом вследствие собственных резонансов, о которых мы уже говорили, рассматривая вопросы применения микрофонов, спектр сигнала искажается в области средних частот. Определенную проблему представляет надежная звукоизоляция помещения эхо-камеры. Но самое главное заключается в том, что эхо-камера не может служить распространенным инструментом получения искусственной реверберации, т. к. она слишком дорога.

Наряду с эхо-камерами для имитации реверберации использовали стальные пластины, точнее, довольно большие по размеру листы. Колебания в них вводили и снимали с помощью устройств, по конструкции и принципу действия похожих на электромагнитные головные телефоны. Для получения удовлетворительной равномерности амплитудно-частотной характеристики толщина листа должна быть выдержана с точностью, которую не обеспечивают обычные технологии проката стали. Реверберация здесь была не трехмерной, а плоской. Сигнал имел характерный металлический оттенок.

В середине 60-х годов для получения эффекта реверберации стали применять пружинные ревербераторы. С помощью электромагнитного преобразователя, соединенного с одним из концов пружины, в ней возбуждались механические колебания, которые с задержкой достигали второго конца пружины, связанного с датчиком. Эффект повторения звука обусловлен многократным отражением волн механических колебаний от концов пружины. Подобные устройства устанавливали даже в некоторые бытовые сте-реорадиолы [48]. Качество звука в пружинном ревербераторе чрезвычайно низкое. Пружина воспринимает любые колебания воздуха и пола, между акустической системой и пружиной существует практически неустранимая обратная связь, звук имеет ярко выраженную «металлическую» окраску. Время реверберации не регулируется.

На смену этим несовершенным устройствам пришли ревербераторы магнитофонные. Принцип формирования в них эхо-сигнала состоит в том, что исходный сигнал записывается на ленту записывающей магнитной головкой, а через время, необходимое для перемещения ленты к воспроизводящей головке, считывается ею. Через цепь обратной связи уменьшенный по амплитуде задержанный сигнал вновь подается на запись, что и создает эффект многократного отражения звука с постепенным затуханием. Качество звука определяется параметрами магнитофона. Недостаток магнитофонного ревербератора заключается в том, что при приемлемых скоростях протяжки ленты удается получить только эффект эха. Для получения собственно реверберации требуется либо еще сильнее сблизить магнитные головки (чего не позволяет сделать их конструкция), либо значительно увеличить скорость движения ленты.

С развитием цифровой техники и появлением интегральных микросхем, содержащих в одном корпусе сотни и тысячи цифровых триггеров (о которых мы уже говорили) появилась возможность создавать высококачественные цифровые ревербераторы. В таких устройствах сигнал может быть задержан на любое время, необходимое как для получения реверберации, так и для получения эха. Ревербератор отличается от рассмотренного выше цифрового устройства, реализующего дилэй, только тем, что содержит обратную связь, необходимую для формирования затухающих повторений сигнала. Такие ревербераторы широко используются сейчас не только музыкантами и звукорежиссерами [12, 45, 48, 69], но и любителями радиосвязи [2], установившими, что умеренная реверберация способствует повышению разборчивости речи.

В звуковых картах реверберация, в конечном счете, основана именно на цифровой задержке сигналов. Поэтому может показаться лишним описание остальных способов создания этого эффекта. Но это не так. В звуковом редакторе, о котором речь пойдет в следующей главе, встроена именно та эхо-камера, с которой мы начали рассказывать о реверберации. Конечно, не само гулкое помещение втиснуто в компьютер, а его математическая модель. Для чего это понадобилось делать? Эхо-камера принципиально отличается от всех остальных устройств тем, что реверберация в ней настоящая: трехмерная, объемная. Во всех же остальных устройствах это и не реверберация даже, а ее жалкое, плоское, двумерное (а то и одномерное) подобие. Модель эхо-камеры позволяет воссоздать акустику любого помещения. Она даже лучше, чем настоящая эхо-камера, потому что допускает оперативное изменение размеров моделируемого помещения и отражающих свойств стен, пола и потолка. Более того, это не одна, а как бы две эхо-камеры, с отдельно устанавливаемыми координатами источников и приемников звука.

И это еще не все. В другой программе, предназначенной для синтеза голосов новых музыкальных инструментов, смоделирован эффект реверберации, реализуемый с помощью уже знакомого вам стального листа. Речь об этой программе пойдет в гл. 3.

Наблюдая этапы развития средств реверберации, можно предположить, что когда-нибудь появятся и математические модели пружинных и магнитофонных ревербераторов. Ведь не исключено, что есть люди, испытывающие ностальгические чувства по отношению к звукам музыки, окрашенным дребезгом пружин или шипением магнитной ленты. В этом нет ничего удивительного, ведь, скажем, предусмотрен для чего-то среди эффектов стандарта GM звук, сопровождающий перемещение пальцев по грифу гитары при переходе от одного аккорда к другому. Выходит, что это и не посторонняя помеха вовсе, а неотъемлемый элемент голоса гитары.

На этом мы завершаем рассказ о сущности основных эффектов, реализованных как в звуковых картах, так и в программах-редакторах звука.

1.4. Сведение стереозаписи

Конечной целью сведения стереозаписи является придание ей той формы, которая пригодна для тиражирования на стандартных носителях, таких, например, как магнитная лента компакт-кассет или компакт-диски. Тиражирование производится с образцовой фонограммы. Она является как бы эталоном, записью максимально высокого качества. В остальном эта фонограмма полностью совпадает со своими копиями, поступающими в продажу. Для записи, например, на магнитную ленту эталонная фонограмма должна содержать две дорожки с сигналами левого и правого каналов. А исходный материал, накапливающийся в процессе работы над композицией, может быть рассосредоточен по самым различным носителям и средствам записи и обработки звука: аналоговым и цифровым магнитофонам, секвенсорам, реализованным «в железе», MIDI-и WAVE-трекам музыкальных и звуковых редакторов. Число треков, хранящих фрагменты фонограмм или отдельные партии, может доходить до нескольких десятков, и для их воспроизведения необходимо иметь большой набор различной аппаратуры. Суть сведения стереозаписи и состоит в преобразовании исходного материала в единую образцовую фонограмму.

Учебников на эту тему не найти. Большинство книг по данной тематике оказались уж слишком теоретизированы. Например, книга«Теория и практика звукорежиссуры», оказалась посвященной разработке математической модели микрофона в виде эквивалентной приемной антенны и просто переполненной «трехэтажными» формулами. В других многочисленных источниках рассматривается очень много не менее интересных вопросов, но они непосредственно не относятся к теме данного раздела. Одним словом, ни в одной книге каких-либо теоретических основ для выдачи рекомендаций типа: «Чтобы создать хит сезона, крутите регулятор панорамы на N градусов и передвигайте движок регулятора уровня громкости на К делений», — обнаружить не удалось, что лишний раз подтверждает: звукорежиссура — это в большей степени искусство, чем наука. А разве хоть в какой-нибудь сфере искусства можно написать книгу с алгоритмом создания шедевра, например: «Пишем оперу по методу П. И.Чайковского», или «Сделай сам памятник Петру Первому»? Правда, продолжая отвлекаться от темы, заметим, что исключением является поэзия, где подобные методические рекомендации имеются, например, «Как делать стихи» В. Маяковского и «Студия стиха» И. Сельвинского.

Возвратимся к сведению стереозаписи. Основных проблем здесь три: мшши-рование.панорамирование, синхронизация. Первые две проблемы на практике почти нельзя разделить. Поэтому и рассматривать мы их будем совместно.

1.4.1. Микширование и панорамирование

Под микшированием понимают процесс смешивания в определенных пропорциях звуковых сигналов, записанных на различных треках или поступающих от различных источников. Исходные сигналы могут быть записаны с разными уровнями громкости. В результате микширования должен быть установлен оптимальный баланс уровней громкости инструментов, голосов, эффектов. Оптимальность заключается в том, что:

> одни источники звука не должны заглушаться другими;

> солисты не должны заглушаться аккомпанементом;

> в фонограмме должны сохраняться все характерные и ценные в художественном отношении особенности звучания отдельных голосов;

> запись должна сопровождаться минимальными амплитудно-частотны-ми и нелинейными искажениями.

Панорамирование — регулировка кажущихся положений источников звука на стереопанораме.

Источники звука могут быть как монофоническими, так и стереофоническими. В конечном счете, сигналы всех источников должны быть записаны на двух дорожках, соответствующих левому и правому каналам. Панорамирование служит цели создания эффекта размещения источников звука в различных точках пространства. Кроме достижения чисто художественных результатов, это способствует улучшению различимости звуков вообще и разборчивости речи и пения в частности.

И микширование, и панорамирование — операции динамические. В целях улучшения общего качества записи возникает необходимость менять по ходу композиции относительные уровни громкости отдельных источников звука. Для создания эффекта перемещения источников звука можно изменять положения регуляторов панорамы.

Регулятор уровня громкости в микшере устроен так же, как и подобный регулятор в любом вашем бытовом радиоприборе. С точки зрения схемотехни-ки — это делитель напряжения с переменным коэффициентом деления, который способен изменять амплитуду сигнала, поступающего от источника в микшер. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук и наоборот.

Регулятор панорамы — это, по сути дела, пара регуляторов уровня сигнала. Но вот между собой они связаны своеобразно: когда в результате изменения положения регулятора панорамы уровень сигнала в одном из стереоканалов возрастает, то в другом он уменьшается. Громкость звука, скажем, правой акустической системы становится больше, чем громкость звука левой. Кажущееся положение источника смещается от центра стереобазы в правую сторону. Заметим, что стереоэффект наблюдается лишь в том случае, когда уровни сигналов в стереоканалах близки друг к другу. Поэтому регулировка панорамы — дело довольно тонкое.

Аппаратно реализованные микшеры, кроме регулировки уровней сигналов и панорамы каждого источника звука, позволяют выполнять еще ряд операций:

> согласование чувствительности входа канала микшера с уровнем напряжения, развиваемого на выходе источника сигнала (существует несколько значений стандартных уровней);

> коммутацию источников звуковых сигналов с выходами микшера;

>  отключение любого из каналов;

> частотную коррекцию сигналов в каждом канале;

> наложение на канальные сигналы эффектов (например, реверберации) и регулировку их уровней.

Лучшие образцы современных микшеров допускают программное управление положениями регуляторов с использованием MIDI-интерфейса.

При работе с виртуальными микшерами музыкальных и звуковых редакторов доступны все перечисленные функции и еще очень много других возможностей.

Только что мы обратили ваше внимание на отдельные, на наш взгляд, недостатки книги [74], а сейчас отметим, что именно в ней мы обнаружили мысль, которую вполне можно считать теоретической основой микширования и панорамирования.

Звуковые планы

Эта мысль сжато сформулирована в заглавии одного из разделов книги: «Формирование звуковых планов — основа творчества звукорежиссера». Продолжим цитирование [74]: «Подобно художнику, формирующему зрительные образы, звукорежиссер создает звуковые планы и в ряде случаев согласует их со зрительными. С помощью звуковых планов имеется возможность сделать акцент на том или ином звуковом объекте и тем самым сформировать соответствующее эмоциональное состояние у слушателей, физической основой звуковой плановости является отношение энергии отраженных звуковых сигналов к энергии прямых. Это отношение зависит от расстояния между источником и приемником звука. Отсюда следует, что оперативное управление расстоянием между микрофоном и источником звука равносильно оперативному управлению плановостью».

Итак, что же это такое — звуковой план? На слушателя (или микрофон), расположенного (ный) в некоторой точке помещения одновременно воздействует энергия Едр прямого звука источника и энергия Едтр звука, рассеянного в результате многочисленных отражений. Энергия прямого звука с увеличением расстояния до источника очень быстро уменьшается (обратно пропорционально квадрату расстояния). Поэтому можно считать, что если вблизи от источника на микрофон действует прямой звук, а отраженным можно пренебречь, то на значительных расстояниях преобладает отраженный звук.

Соотношение между отраженным и прямым звуками называется акустическим отношением и выражается формулой А=Ео^р/Е„р. Значение А зависит от расстояния от микрофона до источника звука.

Для каждого помещения характерен свой уровень реверберации. В одном помещении эхо от резкого звука (хлопка в ладоши, выстрела) затухает быстро, это помещение с малым уровнем или временем реверберации. С точки зрения физики это означает, что энергия звуковых колебаний в значительной мере поглощается материалом стен или предметами. Если звукопоглощающие свойства помещения невелики, то колебания будут переотражаться длительное время, и для такого помещения будет характерен высокий уровень реверберации, Реверберация зала, заполненного зрителями, всегда меньше, чем пустого.

От расстояния между источником и приемником звука зависит субъективное ощущение уровня реверберации помещения.

С точки зрения соотношения между прямым и отраженным звуками различают три звуковых плана: крупный, средний и удаленный.

Крупный план имеет место тогда, когда А « 1. В этом случае преобладает прямой звук, а действие отраженных волн чрезвычайно мало. Крупному звуковому плану соответствует четкое, сухое звучание. При прослушивании создается впечатление, что источник звука имеет большие размеры и находится перед акустической системой. Звуковое пространство кажется очень маленьким, как будто сжато в точку. В звучании голоса человека слышны малейшие оттенки (и недостатки тоже). Голос близок и интимен.

Средний план характеризуется акустическим отношением А» 1. Энергии прямого и рассеянных сигналов близки друг к другу. Звучание становится более гулким и несколько размытым. Субъективное ощущение реверберации усиливается. Средний план лучше всего соответствует естественным условиям прослушивания музыки. Для него при исполнении музыки ансамблем характерна хорошая различимость звучания отдельных инструментов и направлений на них.

При дальнейшем увеличении акустического отношения (А » 1) степень относительного влияния отраженных звуков растет. Средний план трансформируется в удаленный. Кажущиеся размеры источников звука уменьшаются, а пространства достигают максимальных величин. Группа инструментов воспринимается как единое целое.

Для фиксированного объема и акустических свойств помещения каждый музыкальный инструмент можно охарактеризовать индивидуальными значениями расстояний, при которых для него происходит смена звуковых планов. Поэтому (особенно до появления компьютерных методов обработки звука) запись оркестров представляла собой очень нелегкую задачу. Управление звуковым планом однозначно связывалось только с изменением расстояния между инструментом (или певцом) и микрофоном.

Вопросы, которые мы сейчас рассматриваем, в большей степени относятся к таким композициям, при создании которых в качестве основной цели выдвигается достижение высокой степени приближения к естественному звучанию. Разумеется, такая задача решается непросто. Но традиционная (докомпьютерная) звукорежиссура других задач перед собой и не могла ставить, ибо была ограничена возможностями техники. Почитайте книги и статьи 70-х и 80-х годов, например, [Нисбет А. Звуковая студия. Техника и методы использования. — М.: Связь, 1979. — 464 с.]. Что ни попытка получить необычный эффект — то настоящий подвиг инженеров и операторов. Ныне все в корне изменилось. Та техника и те программы, на которых базируется наша книга, предоставляют звукорежиссеру практически неограниченные возможности. Чтобы успеть перебрать в своих композициях все доступные варианты обработки звука, вам нужно прожить несколько жизней.

Имея в своем распоряжении арсенал средств звуковых редакторов, можно управлять звуковыми планами без изменения фактического расположения микрофонов. Разумеется, целесообразно первичную запись осуществлять в крупном звуковом плане. Микрофон должен быть расположен на минимальном расстоянии, лишь бы не было искажений, связанных с его перегрузкой в моменты достижения звуком наибольшей громкости. Ощущение различных звуковых планов для каждого из источников может быть создано в процессе микширования, панорамирования и регулирования уровней дилэя и реверберации.

В работе, посвященной технологии расположения мнимых источников звука в стереопанораме, приводится ряд советов.

> Инструменты, обладающие мощным низким звуком, и барабаны лучше панорамировать в центр, малые барабаны также звучат лучше, когда их располагают поближе к середине, томы и тарелки можно расставить по панораме, но не слишком широко.

> Лидер-вокал лучше выставить поближе к центру, так как именно на нем концентрируется основное внимание слушателей. Для него целесообразно выбрать крупный звуковой план. С панорамированием аккомпанирующего вокала можно поэкспериментировать. Для него естественными будут средний или удаленный звуковые планы.

> Если нужно переместить инструмент с середины стереобазы, то не обязательно помещать его в одно из крайних положений. Можно попытаться раскрасить картину звуками, которые размыты в пространстве различными способами, но при этом основные источники должны размещаться поближе к середине.

Компьютерному музыканту о звукозаписи (Часть 4)

> Не следует панорамировать инструмент настолько широко, что впоследствии у слушателей создастся впечатление, будто инструмент занимает всю сцену.

> Сигналы, обработанные стереоэффектами (такими как хорус или ди-лэй), лучше панорамировать не по всей стереобазе, а хотя бы от одного крайнего положения до середины.

> При панорамировании MIDI-инструментов звуковых карт следует учитывать наличие определенного панорамирования некоторых из них, проведенного на этапе создания сэмплов.

Достоинством звуковых редакторов, кроме всего прочего, является возможность очень точного управления звуковым планом каждого реального или электронного источника звука. Для компьютерных методов обработки деление пространства на три звуковых плана слишком грубо. В интервью, опубликованном в журнале «Компьютерра», композитор Эдуард Артемьев сказал так: «Звук — генератор пространства. Пространство начинает работать как отдельная категория, и мы уже следим не за звуком, а за пространством» [б]. Этой цитатой мы и завершим раздел, посвященный звуковым планам.

Микширование MIDI-треков в Cakewalk Pro Audio 6.0

Конечно же, для того чтобы организовать настоящую студию звукозаписи, неплохо бы иметь реализованный аппаратно микшер, подключенный ко входам высококачественной платы оцифровки звука. Сейчас предложение продавцов звукотехнической аппаратуры существенно превышает спрос. Чего только нет! Но все очень дорого. Поэтому в домашних условиях, до тех пор, пока звукозапись не станет окупающим себя источником ваших доходов, можно обойтись и минимумом средств, реализованных в звуковой карте.

Функции и возможности микшера звуковых карт семейства AWE мы рассмотрели в разд. 1.2.4. Там же мы отметили слабые стороны этих устройств, основной из которых является недостаточное число уровней квантования значений коэффициентов передачи регуляторов уровней.

Проблема микширования при создании композиций (сонгов), включающих в себя MIDI- и WAVE-файлы, может быть разделена на три составляющие части:

> микширование в процессе записи и редактирования MIDI-файлов;

> микширование в процессе записи и обработки WAVE-файлов;

> сведение MIDI-КОМПОЗИЦИЙ и WAVE-дорожек в единый сонг.

Перед тем, как перейти к рассмотрению перечисленных проблем, напомним, что мы понимаем под словом «сонг». Сонг—это совокупность оцифрованного звука, последовательности MIDI-сообщений и дополнительной информации, формируемой музыкальным редактором [63].

Первая задача относительно несложная, и мы ее рассмотрим сейчас.

Вторую — также можно было бы решать без особых мук при наличии устройств, способных производить одновременную многоканальную оцифровку звуковых сигналов. Звуковые карты семейства AWE годятся только для одноканальной записи звука. Разумеется, последовательная запись звуковых сигналов нескольких источников с их помощью возможна. Дальнейшая обработка звуковых дорожек производится не в реальном времени, а средствами звуковых и музыкальных редакторов. Об этом пойдет речь в гл. 2 и частично в гл. 4.

Третья задача: объединение MIDI- и WAVE-файлов решается с помощью современных музыкальных редакторов, содержащих, как правило, в своем названии слово «audio». Одним из наиболее совершенных и удобных музыкальных редакторов, на наш взгляд, является Cakewalk Pro Audio. Поэтому в гл. 4 решение этой задачи рассматривается применительно к последней (шестой) версии этой программы.

Но для того чтобы вы были готовы к решению таких сложных задач, как сведение сонга, для начала мы должны научить вас элементарному: микширо-ванию MIDI-дорожек с помощью виртуальных микшеров музыкальных редакторов. Вероятно, вы согласитесь с тем, что, поскольку спустя некоторое время вам все равно придется работать с Cakewalk Pro Audio 6.0, было бы неразумно сейчас знакомиться с микшером какого-нибудь другого музыкального редактора.

В нашей предыдущей книге [63] вы имели возможность познакомиться с версией 5,0 этого редактора. Версия 6.0 отличается от нее немногим, но часть этого «немногого» сосредоточена как раз в тех элементах, которые понадобятся именно сейчас.

Загрузив Cakewalk Pro Audio 6.0, вы увидите, что изменения частично коснулись окна микшера и способа отображения процесса управления манипуляторами имеющихся эффектов. В предыдущей версии для вызова окна микшера нужно было выбрать в главном меню команду View > Faders. При этом появлялось изображение микшера, содержащего несчетное число каналов. В версии 6.0 вызвать окно виртуального микшера можно путем выполнения последовательности действий, о которых мы сейчас расскажем. Напомним, что главное окно включает в себя секцию треков (левая часть окна) и секцию клипов (правая часть окна). В главном окне программы — менеджере треков (Track) — следует пометить номера тех треков, линейки регуляторов которых должны появиться в окне микшера. На рис. 1.31 помечены девять первых треков.

 Рис. 1.31. Главное окно с помеченными треками

Рис. 1.31. Главное окно с помеченными треками

Далее необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по полю секции треков. Это вызовет появление всплывающего меню (рис. 1.32).

В нем нужно выбрать команду Panel. При этом откроется окно диалога виртуального микшера (рис. 1.33), в котором будут видны линейки регуляторов, относящиеся только к выбранным каналам. Следует предупредить, что если вы работаете с разрешением 800х600, изображение всего окна микшера не уместится по вертикали на экране монитора.

Состав регуляторов и вид каждой из линеек можно изменить, воспользовавшись кнопкой Design. После нажатия ее появится набор инструментов.

Рис. 7.32. Всплывающее меню секции треков

Рис. 7.32. Всплывающее меню секции треков

После нажатия ее появится набор инструментов, с помощью которого можно не только изменить вид и состав уже существующих модулей микшера, но и сконструировать новые модули, объединяющие в произвольном сочетании органы регулировки параметров любых каналов. Поэкспе-риментировав с предустановками, вы обнаружите образы панелей микшеров самых известных фирм.

По умолчанию каждая линейка содержит ползунковый регулятор громкости, рукоятки регулировки панорамы, реверберации и хоруса. Кнопка Mute служит для отключения звучания канала. Кнопки, расположенные в верхней части окна.

Рис. 1.33.

Рис. 1.33.

Пример окна диалога микшера

Глава 1

Panel, позволяют выбирать способы запоминания положений регуляторов и варианты отображения их перемещении. При нажатии кнопки с изображением фотоаппарата положения регуляторов зафиксируются. Реально при этом в список MIDI-событий будут записаны сообщения, содержащие параметры этих манипуляторов эффектов. Кнопка, помеченная красной точкой, позволяет записывать все изменения положений регуляторов, которыми вы управляете по ходу записи или в процессе редактирования композиции. С помощью кнопки с изображением стрелки и ползунка можно включить режим, при котором в процессе воспроизведения будут отображаться изменения настройки органов регулировки. При нажатии кнопки с изображением дискеты можно сохранить установки микшера в файле.

Второй способ управления не только громкостью, хорусом, реверберацией, панорамой, но и параметрами других эффектов, поддерживаемых звуковой картой, — графический. Для его реализации необходимо открыть окно отпечатков клавиш фортепиано Piano Roll. Для этого в секции треков окна Track (рис. 1.31) следует щелкнуть правой кнопкой мыши по тому треку, параметры которого необходимо отредактировать. В появившемся всплывающем меню (рис. 1.32) следует выбрать команду Piano Roll, в результате чего откроется одноименное окно, изображенное на рис. 1.34.

 Рис. 1.34. Графическое управление параметрами манипуляторов

Рис. 1.34. Графическое управление параметрами манипуляторов

Окно Piano Roll no вертикали разделено на два поля. В верхнем поле действительно можно видеть отпечатки нажатых клавиш. Ныне это один из общепринятых способов отображения музыки, записанной с помощью музыкальных редакторов. Нижнее поле предназначено для графического управления параметрами манипуляторов. Уровень параметра соответствует высоте вертикальных столбиков, совпадающих во времени с началами нот. Перечень редактируемых параметров содержится в списке, расположенном в левом нижнем углу окна, и открывается щелчком мыши. На рис. 1.34 показано, что выбран и отображается параметр Velocity, определяющий уровень громкости звучания музыкального инструмента, закрепленного за данным треком. Используя инструменты (карандаш и ластик), приводимые в действие нажатием соответствующих кнопок, расположенных над изображением клавиатуры, можно рисовать столбики любой высоты, задавая тем самым любой закон изменения отображаемого параметра.

Существует еще один способ управления параметрами любых эффектов. Правда, он не столь нагляден, как предыдущий, но именно он и является основным. Микшер и графики — это всего лишь программные надстройки над ним. Речь идет об управлении параметрами с помощью MIDI-сообщений. Удобным инструментом для редактирования списка MIDI-сообщений и записи новых является окно диалога Event List. Можно открыть окно, в котором будут в хронологическом порядке размещены абсолютно все сообщения. Но это же можно сделать и для каждого из треков. Для того чтобы открыть список сообщений для отдельного трека, необходимо в секции треков окна Track (рис. 1.31) щелкнуть правой кнопкой мыши по желаемому треку. В появившемся всплывающем меню (рис. 1.32) выберите команду Event List. После этого откроется одноименное окно, изображенное на рис. 1.35.

Рис. 7.35. Окно Event List для редактирования MIDI-сообщений

Рис. 7.35. Окно Event List для редактирования MIDI-сообщений

Каждая строка таблицы окна Event List содержит одно сообщение. В приведенном примере почти все сообщения относятся к типу Note и означают, что в такой-то момент следует включить такую-то ноту инструмента, закрепленного за первым MIDI-каналом. Лишь верхняя строка содержит сообщение управления манипулятором (контроллером). Громкостью звучания нот можно управлять, изменяя числа, записанные во втором столбце справа. Значением остальных параметров следует управлять, посылая соответствующие сообщения. Для этого нужно щелкнуть левой кнопкой мыши по той строке, куда вы намерены вставить сообщение. При этом откроется окно диалога Kind of Event (рис. 1.36), предназначенное для выбора типа сообщения. Из рис, 1.36 видно, что, кроме MIDI-сообщений, можно выбирать специальные сообщения и сообщения, относящиеся к нотации.

6pic-statia13

Опции окон Event List и Kind of Event такие же, как у аналогичных окон программы Cakewalk Pro Audio версии 5.0, работа с которыми достаточно подробно рассмотрена в работе [63]. Поэтому, если вы не сможете самостоятельно разобраться с ними, загляните в эту книгу.

1.4.2. Синхронизация

Проблема обеспечения привязки каких-либо событий к единой временной шкале — одна из наиболее сложных в ряду актуальных проблем современной науки и техники. Чего только ни придумало человечество для ее решения: от наручных часов до атомных эталонов частоты, от «шести точек», передаваемых радиовещательными станциями, до кодированных псевдослучайных сигналов навигационных космических аппаратов!

Не обошла стороной проблема синхронизации и музыку, создаваемую в компьютерных студиях. Выделим три основных ее аспекта:

> синхронизация, звуковых и MIDI-сообщений, записанных на треках музыкальных редакторов;

> синхронизация MIDI-инструментов, подключенных к звуковой карте;

> синхронизация композиции, созданной средствами музыкального редактора, с аудио- и видеосредствами студии.

Первый из перечисленных аспектов мы вынуждены будем рассмотреть лишь в последней главе книги, после того как познакомим вас со способами создания звуковых сообщений.

Поэтому, начнем сразу со второго аспекта, который к тому же представляется нам наиболее простым.

Инструменты, снабженные MIDI-интерфейсом, объединяются в сеть. В соответствии со стандартом MIDI, ведущим может быть только один источник MIDI-сообщений. Когда в сеть включены только два инструмента, выход MIDI OUT ведущего инструмента соединяется со входом MIDI IN инструмента ведомого. Если инструментов много, то для образования сети используются либо дополнительные ретрансляционные выходы MIDI THRU, либо специальные размножители выходных сигналов. Варианты соединения MIDI-устройств в сеть приведены в работе [63]. Аппаратные или программные секвенсоры ведомых MIDI-устройств должны работать в режиме внешней MIDI-синхронизации.

Целям синхронизации MIDI-сети могут служить следующие системные сигналы и сообщения реального времени (System Real Time Message), передаваемые по MIDI-каналу:

> Timing Clock (синхронизация) — посылается со скоростью 24 импульса на четвертную ноту, служит для задания единого темпа исполнения композиции всеми секвенсорами сети;

> Start (старт) — инициирует начало записи или воспроизведения сонга всеми устройствами реального времени, подключенными к сети,

> Stop (стоп) — сообщает о прекращении записи или воспроизведения;

> System Reset (сброс системы) — устанавливает все программные и аппаратные средства в исходное состояние, загруженные файлы из оперативной памяти удаляются, органы управления устанавливаются в положения по умолчанию.

Отметим, что большинство других MIDI-сообщений несут в себе информацию о времени. В этом можно убедиться, возвратившись к рис. 1.35. Целых три столбца таблицы содержат временные параметры.

Третий слева столбец информирует о времени наступления события в формате Hr:Mn:Sc:Fr (часы:минуты:секундь1:кадры). Четвертый слева столбец содержит ту же самую информацию, но в формате Meas:Beat:Tick (такт-.до-ля:тик). Правый столбец определяет продолжительность MIDI-события,

Для обеспечения возможности использования одних и тех же MIDI-устройств как в качестве ведущих, так и в качестве ведомых предусмотрены аппаратные или программные переключатели режимов синхронизации «Внешняя/ внутренняя». Если устройство используется автономно, то следует устанавливать режим внутренней синхронизации. При работе устройств в сети ведущее устройство должно функционировать в режиме внутренней синхронизации, а ведомые — внешней. Применительно к звуковым картам следует сказать, что переключение режимов синхронизации удобно выполнять, используя органы управления, имеющиеся в музыкальном редакторе. Например, в Cakewalk такой переключатель имеется среди элементов главного окна.

Вы можете найти его в верхней части главного окна (рис. 1.31), где он показан в состоянии «Int» (внутренняя синхронизация).

Кроме проблемы синхронизации MIDI-устройств, существует и более сложная проблема, связанная с интегрированием различных элементов оборудования студий звуко- и видеозаписи. При создании различной аудио- и видеопродукции возникает необходимость сведения в единое целое информации, поступающей от различных источников. Процессы, протекающие в этих источниках, могут иметь различную периодичность и оцениваться различными единицами измерения времени.

Например, изображение на кинопленке записывается со скоростью 24 кадра в секунду, а единицей измерения времени звучания музыки в MIDI-секвен-соре служит тик. Если звуковое сопровождение записано на том же носителе, что и изображение, то проблем с синхронизацией не будет. Но ведь на этапе создания кинофильма съемка и звукозапись ведутся разными устройствами — кинокамерой и магнитофоном. После проявления пленки изображение воспроизводится уже не на том аппарате, на котором оно записывалось. То же самое, скорее всего, относится и к воспроизведению звука. Как ни стремится промышленность соблюдать стандарты, но двух абсолютно идентичных по скорости записи/воспроизведения приборов все равно не найти. Для нашего примера эти различия выльются в расхождение скоростей воспроизведения изображения и звука. Сначала они будут проявляться незначительно, но со временем может накопиться такое рассогласование, что сначала мы услышим: «Чмок» — и лишь спустя несколько секунд герой наконец-то поцелует героиню.

При сведении в единую фонограмму записей отдельных партий, выполненных различными магнитофонами, или при наложении голоса певца, записанного на магнитофоне, на фонограмму оркестра, воспроизводимую MIDI-сек-венсором, проблема синхронизации стоит еще острее, т. к. в этих случаях расхождение, составляющее доли такта и даже такты, может накопиться гораздо быстрее. А это уже явный брак. Наиболее распространенное средство синхронизации аналоговых видео- и аудиомагнитофонов между собой и с цифровой аппаратурой — SMPTE Time Code.

В начале 70-х годов был принят стандарт, названный SMPTE. Название стандарта произошло от названия Международного общества инженеров кино и телевидения (Society of Motion Picture and Television Engineers).

Основным преимуществом тайм-кода SMPTE является то, что в цифровой информации, записываемой на отдельную дорожку аналогового магнитофона, содержится время в абсолютной величине, что позволяет проигрывать произведение с любого места. Поскольку в качестве размерности по оси времени выбрана единица, не относящаяся к музыке, а представляющая собой реальное время записи кода, появляется возможность изменения темпа музыки. Так как стандарт SMPTE первоначально предназначался для видеозаписи, в нем определен блок данных, соответствующих одному кадру видеоизображения. Такая кодовая группа состоит из 80 бит и содержит системную информацию, информацию пользователя и информацию о времени.

Временная информация закодирована в двоично-десятичной системе. Вместе с системной информацией пользователь может записать свои собственные данные (примечания, небольшие тексты). Если информация не помещается в одну кодовую группу, она должна быть разделена на несколько частей.

SMPTE-сигнал должен записываться при выключенном подавлении шумов. Соседние дорожки должны быть либо свободными, либо не должны содержать записей сигналов с большим уровнем высокочастотных составляющих. В противном случае из-за перекрестного влияния дорожек возможно искажение информации.

В музыкальной системе, синхронизируемой SMPTE-кодом, должен быть лишь один прибор, генерирующий этот код (SMPTE-Masterj. Он является опорным, а ведомые устройства должны, исходя из этого, генерировать музыкальный такт. Так как деление времени на кадры в секунду (24 в кино, 25 (PAL) или 30 (NTSC) в телевидении) для музыкальных применений слишком грубо, устройство SMPTE-синхронизации должно интерполировать временную шкалу между кадрами с помощью системы фазовой автоподстройки частоты.

Вы уже знаете, что наиболее совершенные музыкальные редакторы способны привязывать MIDI-события ко времени в различных форматах и стандартах. Cakewalk, например, тоже может работать с SMPTE-кодом. Однако подавляющее большинство звуковых карт не оборудовано соответствующим аппаратным интерфейсом, посредством которого их можно было бы подключать к SMPTE-аппаратуре студии.

1.5. Виртуальные WT-синтезаторы

Одна из глав этой книги посвящена проблеме синтеза оригинальных голосов музыкальных инструментов. Мы убеждены, что заниматься творчеством такого рода просто необходимо. Альтернативным подходом к решению проблемы увеличения числа доступных тембров может быть только приобретение новых звуковых карт или синтезаторов. Этот подход можно назвать экстенсивным и неэкономичным. Но однажды в процессе общения с фанатами компьютерной музыки нам довелось услышать мнение, смысл которого сводится к тому, что нечего заниматься созданием сэмплов собственных музыкальных инструментов, т. к. существуют дешевые виртуальные аналоги профессиональных синтезаторов. Впечатление об их безграничных возможностях может возникнуть и у людей, прочитавших серию работ [8, 9, 10], где виртуальные синтезаторы соседствовали с очень недешевым аппаратным синтезатором Korg X5D. Действительно ли настолько безграничны их возможности? Прочитайте этот материал и оцените сами.

Появлению виртуальных, или программных (soft) WT-синтезаторов способствовал целый ряд объективных предпосылок, Возможно, многие читатели знакомы с одним, а может быть и с целым рядом когда-то достаточно популярных музыкальных редакторов, родоначальником которых считается программа ScreamTraker. Перечислим особенности этих редакторов:

> Их нельзя называть секвенсорами, т. к. большинство из них не может работать с интерфейсом MIDI и, следовательно, управлять внешними MIDI-инструментами они тоже не в состоянии.

> Большинство из них работают под управлением DOS. При этом они задействуют практически все вычислительные ресурсы компьютера. Это обусловлено тем, что синтезатор, генерирующий звуки, выполнен в программном виде, а синтезировать звук, как известно, дело нелегкое.

> Каждый из этих редакторов и по сей день обладает своим уникальным интерфейсом, работающим, как правило, в текстовом режиме. Отсутствует нотный интерпретатор.

>’ Сонги хранятся в специфическом уникальном формате (а таких форматов на сегодняшний день существует уже с десяток). Наверное, вам попадались файлы с расширениями ‘.MOD, «.STM, ‘.S3M, «.ХМ, «.IT и т. д.?

> Даже современные и наиболее совершенные из этих редакторов только начали «обучаться» использованию возможностей WT-синтезаторов (вернее, только части этих возможностей).

Как может показаться на первый взгляд, список особенностей содержит одни лишь недостатки. Но на самом деле это не так. Музыкальные редакторы типа ScreamTraker сыграли свою историческую роль. В то время, когда звуковых карт с WT-синтезаторами для PC не было и в помине, а великим достижением считалось наличие FM-синтезатора OPL-3, такие программы все же позволяли прикоснуться к возможностям сэмплера.

С тех пор прошло очень много времени (по меркам истории компьютерной музыки), звуковые карты с шестнадцатибитными АЦП/ЦАП стали такими же привычными, как и динамик в корпусе PC. В несколько раз выросла производительность процессоров, появился и стал доступным процессор Pentium. Последнее и сыграло роль детонатора бомбы, взрыв которой выплеснул множество виртуальных синтезаторов.

Что же такое виртуальный WT-синтезатор? Это, образно говоря, тот же ScreamTraker, но только содержащий набор сэмплов, соответствующих определенному стандарту, и умеющий работать с MIDI-интерфейсом. А если говорить совсем точно, то виртуальный WT-синтезатор — это выполненная в виде драйвера для Windows программа, которую система воспринимает как полноценное MIDI-устройство.

Для вывода звука виртуальные синтезаторы используют ЦАП звуковой карты. Но ведь просто проигрывать MIDI-файлы недостаточно, должна существовать возможность воспроизведения при этом и цифрового звука. А как же быть с тем, что виртуальные синтезаторы полностью захватывают ЦАП звуковой карты? Некоторые из них решают эту проблему «полюбовно». Они предоставляют вместо привычного драйвера ЦАП свой собственный, полностью совместимый с виртуальным синтезатором. Этот драйвер «подмешивает» звуковые данные из WAVE-файла к цифровому потоку на выходе виртуального WT-синтезатора. В результате вы можете прослушивать одновременно и MIDI-файлы, и цифровой звук.

Самое главное достоинство виртуальных синтезаторов — они не нуждаются в дорогостоящих звуковых картах. Подойдет любая шестнадцатибитная.

Самый главный недостаток — потребность в мощном процессоре. Приемлемое качество звука достигается только на процессорах Intel Pentium-200 и выше. В настоящее время некоторые современные виртуальные синтезаторы обращаются к возможностям технологии ММХ, что позволяет существенно расширить возможности синтеза даже на процессорах с более низкой частотой (например, Intel Pentium MMX-166). Но и сейчас виртуальные синтезаторы не создают серьезной конкуренции синтезаторам аппаратным. Тот же EMU8000 (с этим синтезатором вам еще предстоит познакомиться поближе) синтезирует звук с качеством, превосходящим качество синтеза любого виртуального синтезатора, существующего на момент написания этой книги. При этом процессор остается совершенно свободным от каких-либо расчетов и может использоваться для других целей, в том числе и музыкальных, например, для мик-ширования звуковых дорожек в музыкальном редакторе.

Но виртуальные синтезаторы просто не появились бы на свет, если бы в них не было потребности. Кто же основной потребитель таких программ? Скорее всего, это человек, использующий мощный PC в основном только для деловых целей. По этой причине его PC не содержит таких серьезных устройств, как звуковые карты с WT-синтезаторами. В его распоряжении имеется только заурядная шестнадцатибитная звуковая карта с FM-синтезатором. Лучшей звуковой карты ему просто не нужно. «Все эти дорогие AWE для тех, кто сидит часами с MIDI-клавиатурой и сочиняет музыку», — думает он. Мысли этого воображаемого человека не являются нашей фантазией, нам не раз приходилось слышать такое мнение, высказанное вслух. И не нужно обижаться на таких людей, скорее их стоит пожалеть. Чего-то они все-таки недопонимают.

Но хорошую музыку хочется слушать всем. Поэтому наш воображаемый человек при случае обязательно установит на свой «деловой» PC виртуальный синтезатор. Это позволит ему хотя бы узнавать звучание знакомых инструментов в MIDI-файле (ведь в веселом «поквакивании» OPL-3 трудно расслышать фортепиано или скрипичный оркестр).

В среде музыкантов потребителей таких программ, как правило, не бывает. Это объясняется одним существенным недостатком, присущим большинству виртуальных синтезаторов. Речь идет о задержке, возникающей после нажатия MIDI-клавиши (настоящей или тоже виртуальной) перед началом генерации звука.

Величина задержки может изменяться для разных процессоров и разных настроек виртуальных синтезаторов. Но, как правило, эта задержка не менее 0,5 с. Это небольшое на первый взгляд неудобство на практике приводит к невозможности игры на MIDI-клавиатуре в реальном времени. Неужели программистам трудно переделать виртуальный синтезатор так, чтобы не было этой задержки? Да, действительно трудно, хотя бы по той причине, что архитектура PC не рассчитана на синтез звука с помощью центрального процессора.

Для любознательных читателей поделимся нашими мыслями по поводу того, откуда возникает эта злополучная задержка. Если вам неинтересно — переходите к следующему абзацу.

Как известно, звуковая картадля формирования звука с помощью ЦАП использует DMA (канал прямого доступа к памяти). Вывод звука осуществляется по следующей схеме. Процессор копирует блок звуковых данных (отсчетов) в определенное пространство памяти и сообщает контроллеру DMA и звуковой карте о том, что блок данных хранится по такому-то адресу и его нужно вывести через ЦАП с такой-то скоростью. После этого звуковая карта некоторое время (долю секунды) воспроизводит звук без участия процессора. В это время она напоминает магнитофон, в который вставили кассету и нажали кнопку Play. Когда «лента заканчивается», звуковая карта сообщает процессору о том, что пора вставлять новую. За то время, которое процессор был свободен от выполнения операций, связанных со звуком, он успевает выполнить массу других операций. А заполнить буфер памяти звуковыми данными и включить звуковую карту в режим воспроизведения — это для него сущий пустяк. Таким способом экономится 99 % процессорного времени (а значит и производительно сти компьютера). Но просто воспроизводить WAVE-файл посредством DMA — это одно, а еще и генерировать при этом звуковые отсчеты — это совсем другое. Процессор не может мгновенно заполнить буфер DMA по той простой причине, что сначала надо рассчитать данные, которыми этот буфер будет заполняться. Вычисления, необходимые для синтеза звука, — дело непростое. Быстро рассчитать 64 Кбайт (а именно таков максимально допустимый размер буфера DMA) звуковых данных невозможно. Поэтому и возникает задержка на время, необходимое процессору для расчета первой порции звуковых данных. При воспроизведении всего MIDI-файла эта задержка имеет место сразу после нажатия кнопки Play и потому остается незамеченной (все последующие звуки следуют без задержек, или, вернее сказать, одинаково смещены во времени относительно момента нажатия кнопки Play). А вот при игре на MIDI-клавиатуре задержка будет ощущаться при каждом нажатии клавиши.

Вторая сторона того же недостатка, присущая виртуальным синтезаторам, — большая загруженность процессора расчетами звуковых данных. В результате этого выполнение других программ в среде MS Windows резко замедляется, а некоторые действия (например, перемещение окон, запуск программ и т. п.) приводят к сбоям в воспроизведении MIDI-файлов.

Еще один недостаток — незначительное повышение качества звука требует значительного повышения быстродействия процессора. Поясним это на примере. Предположим, какой-либо из виртуальных синтезаторов нормально (с допустимой загрузкой процессора) работает на Intel Pentium-100, но частота дискретизации воспроизводимого звука составляет всего 22,05 кГц. Допустим, вы захотели поднять частоту дискретизации до 44,1 кГц. Чтобы загруженность процессора оставалась прежней (примерно 80 %) вам может потребоваться Intel Pentium-200. Частота дискретизации выросла в два раза, частота процессора — тоже в два раза, а его цена? На момент написания этой книги процессор Intel Pentium-200 стоил не в два, а в несколько раз дороже своего предшественника, работающего на частоте 100МГц.

Последний из существенных недостатков — невозможность загрузки пользовательских сэмплов. Причиной этого служит целый ряд факторов, перечислять которые нет смысла.

Но все трудности в мире компьютеров рано или поздно преодолеваются, и мы верим в то, что ветвь виртуальных синтезаторов в дереве эволюции компьютерной музыки не оборвется и будет продолжать самостоятельное существование. Для этого предположения уже сейчас имеются некоторые основания: WT-синтезаторы и их виртуальные аналоги могут вместе «жить» на одном компьютере и даже не просто «жить», но и взаимодополнять друг друга. Яркий тому пример — Sound Blaster AWE64. Эта звуковая карта по своим музыкальным возможностям и архитектуре ничем не отличается от своих предшественниц SB AWE32 и SB 32. А дополнительные 32 голоса обеспечиваются не аппаратно, а программно, с помощью виртуального синтезатора. Этот виртуальный синтезатор может, в принципе, работать с любой шестнадцатибитной картой. Но его создатели сделали так, чтобы он при запуске детектировал звуковую карту. Если она окажется не SB AWE64, то виртуальный синтезатор откажется работать. Однако существует и другое исполнение этого программного синтезатора, которое обеспечивает работу со звуковыми картами, отличными от SB AWE64. Благодаря этой программе, например, можно превратить SB AWE32 в SB AWE64.

Возможно у некоторых наших читателей, использующих виртуальные синтезаторы, может возникнуть вопрос: а для чего же таким фирмам как, например, Yamaha и Roland потребовалось создавать программные аналоги своих реально существующих инструментов (например, Roland VSC-88 и Yamaha S-YXG50)? Возможно, это просто рекламный ход: «Попробуйте программные аналоги наших инструментов! Понравилось? А ведь настоящие синтезаторы звучат гораздо лучше! Что бы вы сказали, послушав звучание настоящего инструмента?» Возможно, мы не угадали…

В качестве примера рассмотрим виртуальный синтезатор Yamaha S-YXG50. Не станем скрывать причины выбора именно этой программы. Во-первых, она просто нам симпатична. Кроме того, S-YXG50 использует технологии ММХ и Direct Sound, поддерживает стандарт GX. Приведем характеристики этой программы:

> WT-синтезатор с банком инструментов объемом 2 Мбайт;

> максимальная полифония 128 нот;

> набор инструментов: 676 мелодических, 21 набор ударных инструментов и спецэффектов;

> максимальная частота сэмплирования 44/22/11 кГц;

>фильтр с динамически изменяемыми параметрами для каждой звучащей ноты;

> эффекты: 8 типов реверберации, 8 типов хоруса, 36 типов вариаций. Технические требования, предъявляемые к PC:

> процессор Pentium-166 или лучше (настойчиво рекомендуется процессор с технологией ММХ);

> операционная система Windows 95;

> ОЗУ объемом не менее 16 Мбайт;

> 16-битная звуковая карта.

Приведенные требования являются минимальными. Это означает, что на таком PC программа будет работать, но не обязательно на полную мощность, заявленную в ее характеристиках. Пользователю предоставляется возможность настройки виртуального синтезатора в соответствии с производительностью своего компьютера.

После установки на PC программа идентифицируется системой как MIDI-yc-тройство. Вы можете использовать это виртуальное устройство в музыкальном редакторе точно так же, как использовали бы настоящий синтезатор.

О присутствии программного синтезатора в системе свидетельствует появление в Панели управления Windows новой иконки.

Щелчком по этой иконке вызывается окно настроек драйвера виртуального синтезатора, изображенное на рис. 1.37. Рассмотрим опции этого окна.

В группе Effect можно включать или выключать типы эффектов, которые поддерживаются синтезатором. Конечно, хорошо, когда включены все эффекты, но для этого требуется мощный процессор. Отключив один или два (или все три) типа эффектов, можно существенно снизить требования программы к вычислительным ресурсам процессора.

7pic-statia13

Sample Rate — частота сэмплирования. Здесь комментарии излишни: чем больше, тем лучше (лишь бы процессор смог справиться с этой задачей). CPU Load — допустимая загрузка (занятость) процессора. Наилучшая допустимая загрузка с точки зрения качества синтезируемого звука — 90 %. Но процессорного времени для других программ при воспроизведении музыки останется очень мало. При такой загрузке маломощного процессора выполнение параллельно запущенных программ может попросту остановиться. Polyphony — максимальная полифония. Группа Direct Sound содержит всего два переключателя, позволяющих подключать или отключать звуковые драйверы Microsoft DirectX, благодаря которым можно более эффективно использовать аппаратное обеспечение и меньше загружать процессор.

Нельзя не упомянуть о симпатичном проигрывателе MIDI-файлов, поставляемом вместе с виртуальным синтезатором, а также о самих демонстрационных MIDI-файлах, использующих возможности стандарта XG. Вид проигрывателя показан на рис. 1.38.

8pic-statia13

Кнопка Power эквивалентна кнопке, закрывающей окно. Кнопка с горизонтальной чертой минимизирует окно программы. Нажав кнопку SONG, можно создать список файлов, которые будут- воспроизводиться в заданном вами порядке. Окно диалога редактора списка показано на рис. 1.39.

Здесь-то мы и столкнулись с первым (и последним) недостатком, обнаруженным нами у данной программы — она не поддерживает длинных имен файлов (вместо каталога Program Files мы видим progra-). Может быть, в версии этого проигрывателя, имеющейся у вас, этот недостаток будет уже устранен.

Рис. 1.39. Редактор списка файлов для воспроизведения В этой нехитрой панели вы, конечно, разберетесь и без нашей помощи.

Рис. 1.39. Редактор списка файлов для воспроизведения В этой нехитрой панели вы, конечно, разберетесь и без нашей помощи.

Вернемся в главное окно проигрывателя (рис. 1.38). Кроме стандартных кнопок управления и поля в стиле ЖК-индикатора с названием текущей музыкальной композиции, здесь имеются кнопки настройки проигрывателя (SET) и помощи (?), Нажав кнопку SET, вы вызовете окно диалога, возможный вид которого показан на рис. 1.40. В этом окне содержится список доступных MIDI-устройств. Выбрать можно только одно устройство. Оно и будет воспроизводить MIDI-файлы.

Рис. 1.40.

Рис. 1.40.

Настройка MIDI-проигрывателя

Снова вернемся в главное окно MIDI-проигрывателя. С помощью кнопок со стрелками можно сменить темп воспроизведения (текущий темп отображается на «ЖК-индикаторе»). В правой части окна расположен движок регулятора громкости. Он управляет программной громкостью генерируемого звука. Громкость нужно установить так, чтобы не переполнялась разрядная сетка ЦАП звуковой карты.

В заключение отметим: возможно вам покажется, что виртуальный синтезатор — вещь капризная и требует особой заботы со стороны пользователя. И в этом вы будете совершенно правы. С аппаратным синтезатором и проблем меньше, и звучит он несравнимо лучше.

Акустика студий. Михаил Ланэ.

Введение

Настоящая статья является первой из намеченной серии публикаций, подготовленных членами российской секции международного звукотехнического общества (AES) по заказу редакции журнала 625. Основная задача этой серии состоит в представлении современной информации по профессиональной звукотехнике для практических работников радиодомов, телецентров, студий звукозаписи и т.п. Поскольку студия является головным звеном тракта вещания и звукозаписи, то логично посвятить первую статью серии именно вопросам студийной акустики. Статья не является оригинальной научной работой. Она также не ставит своей целью дать подготовку в области акустического проектирования. Цель публикации заключается в том, чтобы ознакомить читателя с основами студийной акустики и теми требованиями, которые предъявляются к студиям различного назначения.

Некоторые понятия и определения

Для описания звуковых полей в акустике широко используется звуковое давление p, измеряемое в Паскалях (Па). также как и применительно к электрическим величинам в звукотехнике, здесь обычно оказывается удобнее пользоваться логарифмической шкалой. При этом вводится понятие уровня звукового давления (УЗД) L=20 lg (p/p0), где p0 = 2 х 10-5 Па — звуковое давление на пороге слышимости. Весьма часто УЗД измеряют (или вычисляют) в отдельных частотных полосах. Наибольшее распространение получили октавные или 1/3 октавные полосы с относительно постоянной шириной полосы. Среднегеометрические (ниже в тексте для краткости — средние) частоты этих полос регламентированы международными и отечественными стандартами. Предпочтительный ряд средних частот для октавных полос: …125, 250, 500,… Гц; для 1/3 октавных полос: …125, 160,200, 250,… Гц. Помимо указанных узких частотных полос применяется и широкополосная коррекция, форма которой обозначается буквами A, B, C,… и также строго регламентирована. Наиболее часто из них применяется кривая A. При ее использовании говорят об уровнях звука по кривой A и вводят обозначение дБA.

Для оценки способности материала или конструкции поглощать звуковую энергию используют, в частности, понятие коэффициента звукопоглощения (КЗП). Он равен отношению поглощенной данным материалом звуковой энергии ко всей падающей на материал звуковой энергии, т.е. a = Епогл/Епад. Таким образом, в экстремальных случаях, a = 1 когда вся звуковая энергия полностью поглощается материалом, и a = 0, когда вся звуковая энергия полностью отражается от материала. КЗП определяют в октавных (реже в 1/3 октавных) полосах, используя обычно диапазон от 125 до 4000 Гц. Иногда в справочной литературе можно встретить значения КЗП большие, чем 1. Казалось бы, это физически некорректный результат, т.к. поглощенная энергия оказывается больше падающей. Фактически, разумеется, принцип сохранения энергии нарушен быть не может, и величины > 1 связаны лишь с особенностями измерения КЗП при размещении материала в реверберационной камере.

Одним из важнейших понятий акустики помещений является время реверберации Т. Под этой величиной подразумевается временной интервал, в течение которого УЗД в помещении падает на 60 дБ после выключения звукового источника. Величины Т, также как и КЗП, измеряют (или вычисляют) в октавных или 1/3 октавных полосах.

Классификация студий

Ведя речь о классификации, обычно используют формулировки нормативных документов. Следует отметить, организациями по стандартизации обычно не уделялось особого внимания акустическим показателям студий. Известны некоторые национальные и отраслевые стандарты, включая нормы бывшего Гостелерадио, а также несколько рекомендаций международной организации по радиовещанию и телевидению (ОИРТ). Сейчас Технический Комитет ОИРТ прекратил свое существование, но следует учесть, что сравнительно недавно большинство рекомендаций ОИРТ в области акустики были пересмотрены и, в основном, не потеряли своей актуальности.

Поскольку в современных публикациях по акустике студий ссылки на эти рекомендации встречаются весьма часто, то представляется оправданным использовать их и в данной статье. Итак, достаточно общепринятой является следующая классификация студий (цифры после буквы «С»- студия указывают на площадь помещения в кв. м.). По радиовещанию: большая (С-1000), средняя (С-450), малая (С-250) и камерная (С-150) музыкальные студии; литературно-драматическая студия (С-100); заглушенная студия (С-50) и речевая дикторская студия (С-24-36). По телевидению: большая (С-450-600), средняя (С-300), малая (С-150) и дикторская программная (С-60-80) телевизионные студии.

Требования к уровню звукового фона в студиях приведены в таблице, где указаны предельно допустимые УЗД в октавных полосах и в дБA (последние лишь для ориентировочной оценки). Следует отметить, что измерения УЗД шума проводятся в пустой студии при закрытых дверях и включенных системах кондиционирования, спецосвещения и технологическом оборудовании. Последние требования характерны для ТВ студий и означают, что при измерении звукового фона должно быть включено на типовой режим спецосвещение, а также размещенные в студии камеры и мониторы. Помимо указанных требований к уровню звукового фона, регламентируются также оптимальные значения времени реверберации. Эти величины будут рассмотрены ниже, дифференцированно по отдельным типам студий.

Таблица

Максимально допустимые УЗД шума для разных типов студий и аппаратных
Средние частоты октавных полос, Гц Номер максимально допустимой кривой
1 2 3 4 5
31,5 53 55 57 59 62
63 37 41 45 48 52
125 24 29 34 38 43
250 16 21 26 31 35
500 12 16 20 24 29
1000 10 12 16 20 25
2000 10 10 13 17 22
4000 10 10 12 15 20
8000 10 10 12 15 20
16000 10 10 12 15 20
Уровни звука в дБА 20 22 26 30 34

Основные принципы акустического проектирования

Как будет ясно из дальнейшего изложения, основные принципы акустического проектирования студий достаточно просты. Тем не менее, данный раздел хотелось бы начать с одной рекомендации, обращенной как к работникам радиодомов и телецентров, так и к людям, решившим организовать новую студию: НЕ СЛЕДУЕТ ПЫТАТЬСЯ САМОСТОЯТЕЛЬНО СПРОЕКТИРОВАТЬ СТУДИЮ ИЛИ АППАРАТНУЮ. ВСЕГДА ЦЕЛЕСООБРАЗНЕЕ ОБРАТИТЬСЯ К СПЕЦИАЛИСТАМ-ПРОФЕССИОНАЛАМ. В подтверждение этой рекомендации можно привести следующие доводы.

Во-первых, обеспечить в одном и том же помещении оптимум реверберации можно в принципе совершенно различными конструктивными решениями. При этом надо выбрать наиболее подходящий вариант, как по экономическим и эстетическим соображениям, так и по наиболее благоприятной структуре импульсного отклика. Для решения этой проблемы надо иметь достаточный практический опыт проектирования и настройки студий.

Во-вторых, надо учесть, что расчеты фонда звукопоглощения помещений не являются абсолютно точными. Это связано с целой группой факторов, в том числе с тем, что используемые при расчетах справочные данные о КЗП различных материалов и конструкций являются среднестатистическими. Реально значения КЗП могут в определенной степени отличаться от справочных данных, что обуславливает необходимость корректировки времени реверберации в построенном помещении.

Подобная корректировка, называемая также акустической настройкой, является обязательной процедурой перед вводом в эксплуатацию любой студии. Поэтому опытный консультант всегда старается предусмотреть в проекте конструктивные решения, позволяющие проводить акустическую настройку достаточно быстро и без сколько-нибудь существенных дополнительных капитальных затрат. Бывают варианты, когда найти подобные решения оказывается довольно сложно. Разумеется, процедура акустической настройки базируется на проведенных в студии акустических измерениях, для чего надо иметь соответствующее аппаратное оснащение. Сейчас в этой области достигнут значительный прогресс, и в мировой практике повсеместно применяется для данной цели цифровая измерительная аппаратура с процессорным управлением. При проведении акустических измерений в студиях не ограничиваются определением только нормированных показателей, т.е. временем реверберации и УЗД шума. Необходимо определять также структуру звуковых отражений и целый ряд дополнительных параметров акустического качества: индекс прозрачности, индекс четкости, время раннего затухания и др.

В подтверждение целесообразности привлечения к проектированию студий высококвалифицированных специалистов можно привести и тот факт, что исправление акустики студии с неудовлетворительным качеством звучания может в ряде случаев потребовать капитальных затрат, соизмеримых со стоимостью всех первоначальных работ. Известны печальные примеры, когда подобные работы столь дороги и трудоемки, что студии в течение всего периода их существования эксплуатируются с явно неудовлетворительным качеством звучания. что вызывает закономерные жалобы звукорежиссеров. В конце статьи приведен перечень российских организаций, имеющих опыт профессиональной работы в области архитектурной акустики.

При акустическом проектировании студий приходится сталкиваться с двумя основными группами задач. Первая из них связана с защитой студий от проникающих звуковых помех, а вторая — с получением оптимальной структуры звукового поля непосредственно внутри студии. Поскольку первая группа задач решается методами строительной акустики, а вторая — архитектурной акустики, то они будут рассмотрены отдельно.

Защита студий от звуковых помех

Можно выделить три основных механизма, приводящих к образованию звукового фона в студиях. Первый из них — это вентиляционные шумы, обусловленные работой моторов вентиляторов и процессами распространения звука в воздуховодах. Второй — это так называемый воздушный шум. Данный механизм связан с проникновением звука через студийные ограждения. Источниками воздушного шума могут являться транспортные шумы (если ограждение студии является наружной стеной здания), звук работающих в смежной аппаратной контрольных агрегатов, разговоры в смежных со студией коридорах и помещениях и т.п. Наконец, третий механизм, структурный звук, связан с распространением звуковых волн по перекрытиям и ограждениям здания при возбуждении их в форме вибрационных нагрузок. Типичными примерами источников структурного звука являются шаги в смежных со студией коридорах и расположенных над студией помещениях, а также хлопки при закрытии дверей. Структурные шумы могут также возникать при работе лифтов и другого технологического оборудования.

Борьба со всеми указанными источниками шумов должна проводиться в комплексе. Опыт показывает, что принципиально важно правильно выбрать объемно-планировочное решение аппаратно-студийных помещений в зданиях. Поэтому в случае строительства нового аппаратно-студийного комплекса целесообразно специалиста-акустика привлекать к проектированию на самой ранней его стадии, когда составляются поэтажные планы будущего здания. Только в этом случае удается выбрать оптимальное размещение студий, обеспечивающее их защиту от шума при минимальных капитальных затратах.

Методика расчета вентиляционных шумов в настоящее время достаточно хорошо разработана. Для каждой конкретной студии с учетом числа исполнителей и типов выделяющего тепло технологического оборудования определяется требуемый воздухообмен. На основе этих данных выбираются параметры вентсистемы и типы вентиляторов. После этого с учетом конкретной конфигурации системы выбираются глушители шума, обеспечивающие снижение шума вентсистем до требуемого уровня. Обычно для студий требуется минимально две группы глушителей: магистральные — на выходе патрубков моторов вентиляторов и секционные — перед входами воздуховодов в студию. Расчеты по методике хотя и достаточно громоздки, но позволяют достаточно точно определить требования к типу и конструкции глушителей, обеспечивающих требуемое снижение шума. Весьма важно, чтобы при производстве работ не проводились произвольные изменения параметров системы. Известны примеры, когда принятое при строительстве занижение сечения коробов вентсистемы приводило к столь большому уровню шума, что студии совсем не могли эксплуатироваться при включенной вентиляции. В целом же при корректном проектировании борьба с вентиляционными шумами может проводиться вполне успешно и представляет собой чисто инженерную задачу.

Задача снижения воздушного звука в своей постановке достаточно проста. После выбора объемно-планировочного решения студии становятся известны возможные источники шума в смежных помещениях. Обычно среди них наибольший УЗД создают работающие в смежной аппаратной контрольные агрегаты. Зная этот УЗД (он определен в Рекомендации ТК ОИРТ 86/3) и допустимый уровень шума, можно определить требования к звукоизоляции (ЗИ) ограждения. Довольно распространенной является ошибка, при которой требуемую ЗИ определяют как простую разность уровней между шумным и изолируемым помещениями. Реально же следует при определении ЗИ учитывать также площадь ограждения и время реверберации в изолируемом помещении.

Наиболее сложной является проблема борьбы со структурным звуком. Связано это с тем, что требуется обеспечить полную акустическую развязку между внутренними ограждениями студии и конструкциями здания. Ситуация усугубляется и отсутствием инженерной методики расчета распространения структурных шумов по реальным конструкциям здания. На практике для эффективного ослабления структурного звука широкое распространение получил принцип коробка в коробке. При этом внутренняя коробка студии (стены, пол и перекрытие) являются независимыми и не имеют жесткой связи с другими конструкциями здания. Последнее достигается либо устройством внутренней коробки на отдельном фундаменте (что, естественно возможно только при размещении студии на нижнем этаже), либо опиранием пола внутренней коробки на несущее перекрытие не непосредственно, а через упругий слой. В качестве него могут использоваться пружинные амортизаторы, резиновые кубики или иные упругие прокладки. При тщательном качестве выполнения строительных работ подобное решение обеспечивает вполне достаточную ЗИ.

Отметим, что в отечественной практике (за редким исключением) получил распространение лишь один конструктивный подход к реализации принципа коробка в коробке. Он заключается в том, что двойные ограждения студии, образующие внутреннюю и внешнюю коробку, выполняются в виде кирпичных стен, каждая из которых опирается на собственный фундамент. Такой подход является очень трудоемким и дорогостоящим. Кроме того, его эффективность очень критична к качеству строительных работ. Например, наличие забытого строительного мусора в промежутке между ограждениями внешней и внутренней коробок или плохо выполненная расшивка акустического шва во входном тамбуре приводят к резкому снижению ЗИ структурного звука и сводят на нет все дорогостоящие затраты на сооружение подобной конструкции.

В зарубежной практике для ЗИ студий почти повсеместно используются легкие многослойные ограждающие конструкции. При этом широко применяются укрепляемые по металлическому каркасу в несколько слоев гипсовые обшивочные листы. Наличие упругих прокладок между этими листами обеспечивает эффективное ослабление структурного звука. В последние годы стал широко рекламироваться модульный принцип устройства студий. Он исходит из применения упомянутых многослойных ограждений, конструкция которых очень тщательно отработана. Подобная студия может быть вписана в любое помещение достаточно больших размеров. Известно несколько конструктивных подходов. Достаточно часто на ограждение исходного помещения кладут резиновые кубики, выполняющие роль амортизаторов и ослабляющих передачу вибраций на ограждения будущей студии. На эти кубики кладут панели пола, крепят металлический каркас, а затем обшивают его панелями, образующими стены и перекрытие студии. Предусмотрены стеновые панели с заранее встроенными смотровым окном и входными студийными дверями. Все необходимые для сооружения такой студии материалы достаточно легкие и могут транспортироваться в обычном грузовике. Ряд изготовителей с гордостью сообщает, что подобная студия может быть полностью смонтирована и сдана в эксплуатацию за несколько часов.

Обеспечение оптимальных акустических характеристик.

Основным этапом проектирования является подбор фонда звукопоглощения помещения, который обеспечивал бы требуемые значения времени реверберации при оптимальной структуре ранних звуковых отражений. Подобные расчеты обычно производятся по формуле Эйринга. Исходными данными для их проведения являются объем помещения, общая площадь его внутренних поверхностей и требуемый оптимум реверберации. Расчеты проводят для отдельных октавных полос, используя обычно частотный диапазон от 125 до 4000 Гц. В справочных руководствах приводятся значения КЗП различных звукопоглощающих материалов и конструкций, а также данные о звукопоглощении исполнителей, кресел и других предметов.

Прежде всего, необходимо отобрать те звукопоглощающие материалы и конструкции, которые будут намечены к использованию в проектируемой студии. Эта задача является наиболее сложной и ответственной, так как при этом приходится учитывать одновременно целый ряд факторов: стоимость материалов, их внешний вид, возможность поставки, требования пожарной безопасности и т.п. На этой же предварительной стадии следует решить вопрос и о способе монтажа материалов на поверхностях студии. Дело в том, что значения КЗП материалов зависят от способа их крепления. Например, наличие воздушного относа между задней поверхностью звукопоглощающей плитки и плоскостью стены (при креплении плитки по несущему каркасу) приводит к увеличению КЗП в низкочастотной области. Игнорирование этого факта при акустическом проектировании может привести к существенному «переглушению» студии на низких частотах, причем исправление этого дефекта в построенной студии обычно весьма сложно и требует больших дополнительных затрат. Помимо этого, следует принимать во внимание и ряд дополнительных чисто акустических требований. В частности, для музыкальных студий оказывается полезным размещать на потолке достаточно большое количество звукорассеивающих конструкций, в дикторских студиях следует избегать поступления первых интенсивных отражений в область размещения дикторского стола. Некоторые эти вопросы ниже рассмотрены подробнее.

После решения указанных проблем приступают к непосредственным расчетам. Суть их сводится к тому, чтобы путем варьирования площадей занимаемых выбранными материалами подобрать такой общий фонд звукопоглощения студии, при котором в ней будет обеспечен оптимум реверберации. В настоящее время подобные расчеты повсеместно производятся на ЭВМ по специально разработанным программам, позволяющим найти оптимальное решение. При расчете, как показывает опыт, обычно необходимо учитывать некоторые поправочные параметры, к которым относится так называемый коэффициент добавочного звукопоглощения. Этот коэффициент учитывает добавочное поглощение, обусловленное наличием осветительной арматуры, щелей и ряда других факторов. Его значения были определены на основании исследования большого числа студий разного назначения. После завершения расчетов приступают к заключительному этапу, на котором подготавливаются необходимые чертежи для проведения строительных работ.

Типовые акустические решения студий различного назначения

Указанные выше основные принципы защиты помещений от проникающих звуковых помех в целом являются общими для всех типов студий и аппаратных. По иному обстоит дело с проектированием акустических облицовок на внутренних поверхностях, требования к которым для различных типов студий существенно отличаются. Ниже кратко будут рассмотрены эти требования дифференцированно по отдельным типам помещений.

Телевизионные студии

Для указанных выше ТВ студий устанавливаются следующие значения оптимума реверберации: студии С-450-600 — Т = 0,8-1,1 с; С-300 — Т = 0,75-0,85 с; С-150 — Т = 0.6-0,7 с и С-60-80 Т = 0,3-0,4 с. Форма частотной характеристики времени реверберации должна быть строго горизонтальной. При этом в ТВ студиях площадью 150 кв. м и более является допустимым (но не обязательным) спад времени реверберации в области низких частот (в октавной полосе 125Гц) до 20-25% относительно указанных выше средних значений.

Из всех типов студийных помещений проектирование ТВ студий является наиболее простым. Это связано с тем, что в них достаточно разместить на стенах и потолке плоские звукопоглощающие облицовки, обеспечивающие оптимум реверберации. Однако их размещение должно быть выбрано обоснованно и разумно. Часто встречается ошибка, при которой все поверхности стен и потолка облицовываются одинаковым звукопоглощающим материалом. При таком подходе качество звучания в студии оказывается неудовлетворительным. Связано это с тем, что при этом невозможно обеспечить во всем частотном диапазоне оптимум реверберации. При использовании пористого звукопоглощающего материала (например, плит АКМИГРАН) студия оказывается переглушенной в области высоких частот, а при выборе резонансного звукопоглотителя (например, плит ППГЗ) — переглушенной в области средних частот. Кроме того, при размещении на всех поверхностях одинакового звукопоглотителя степень равномерности звукового поля (так называемая диффузность поля) оказывается явно неудовлетворительной. Надо отметить, что в студийной акустике в большинстве случаев следует избегать размещения одинаковых звукопоглощающих материалов крупными фрагментами на большой площади стен или потолка.

В последние годы в отечественной практике наибольшее распространение получило практически единственное акустическое решение ТВ студий. Отчасти такое единообразие является вынужденным и связано с крайне бедным ассортиментом звукопоглощающих материалов, выпускаемых отечественной промышленностью. Сейчас он еще более сузился, и типы пригодных для использования звукопоглощающих плиток можно буквально пересчитать по пальцам одной руки. Кроме того, в ТВ студиях требования пожарной безопасности являются весьма жесткими, что еще более суживает возможность выбора материалов для акустических облицовок.

Итак, данное акустическое решение заключается в следующем. На стенах и потолке студии монтируется несущий каркас (обычно из деревянного бруса, пропитанного антипренами в целях пожарной безопасности). Глубина каркаса определяется акустическим расчетом и составляет от 50 до 100 мм. Из экономических соображений с целью снижения расхода материала стараются, при возможности, ограничиться глубиной каркаса в 50мм. В нижней части стен на высоту порядка 1-1,5 м к каркасу прикрепляется так называемая технологическая панель. Она может быть выполнена из любого прочного гладкого и негорючего панельного материала толщиной до 20 мм, например, асбоцементных листов. Промежуток за панелью часто используется для прокладки кабелей (от этого и происходит ее название). Выше данной панели на всей площади стен, а также на потолке к каркасу прикрепляются гладкие листы сухой гипсовой штукатурки (СГШ) и плиты марки ППГЗ (плиты перфорированные гипсокартонные звукопоглощающие). Плиты ППГЗ представляют собой перфорированную гипсовую панель, подклеенную с тыльной стороны слоем ткани. Ранее эти плиты выпускались в двух типоразмерах 500х500 мм и 600х600 мм. Сейчас в производстве остались только плиты второго вида. Плиты ППГЗ и вырезаемые по месту листы СГШ крепятся к каркасу в чередующемся порядке (в шахматном или в виде смежных полос шириной 600-1200 мм). Последнее необходимо для обеспечения достаточно высокой диффузности звукового поля. Согласно требованиям расчета в отдельных местах в ячейки каркаса за плитами ППГЗ или листами СГШ может предварительно закладываться пористый заполнитель из минерало-ватных плит с объемным весом до 125 кг/м3. Технологическая панель, плиты ППГЗ и листы СГШ при необходимости могут быть окрашены в любой цвет.

Такова в общем виде суть наиболее распространенного решения ТВ студий. В лаборатории акустики ВНИИТР разработаны соответствующие ему типовые решения для ТВ студий всех типов. Многолетний опыт показывает, что при его реализации удается достаточно просто обеспечить оптимум реверберации. Жалоб на качество звучания со стороны звукорежиссеров при проведении речевых передач не возникает. Следует отметить, что при подобном решении единственным специальным акустическим материалом являются плиты ППГЗ, а это в настоящее время самый дешевый звукопоглощающий материал (1000 руб. +20% НДС за 1 кв. м по данным на сентябрь 1993г.).

Дело обстоит не столь однозначно, когда речь идет о размещении ТВ студии в уже существующем помещении, которое первоначально строилось для совсем других целей. Здесь часто бывают оправданными отступления от указанного типового подхода, и конкретное решение выбирается с учетом индивидуальных особенностей отведенного под студию помещения.

Музыкальные студии

Приведенную выше классификацию музыкальных студий нужно рассматривать с учетом реальной сложившейся в настоящее время в России ситуации. Сейчас капитальное строительство новых аппаратно-студийных комплексов практически полностью прекращено. Строительные работы ведутся лишь на тех объектах, которые были начаты несколько лет назад (Курган, Новгород, Архангельск). Кроме того, в целом ряде городов ведутся или планируются работы по размещению аппаратно-студийных комплексов в приспособленных помещениях (бывшие дома политического просвещения, административные здания и т.п.). Частные студии звукозаписи также в подавляющем большинстве ориентируются на размещение студий в приспособленных помещениях. Во всех этих случаях в настоящее время не идет речь о строительстве или проектировании крупных музыкальных студий площадью более 150 кв. м. Поэтому в данном разделе мы остановимся лишь на вопросах акустики музыкальных студий меньшей площади.

Попадающая под действие современной классификации камерная студия С-150 должна иметь Т = 0,9-1,1 с при строго горизонтальной форме частотной характеристики времени реверберации. Отметим, что последнее требование справедливо для всех музыкальных студий. Достаточно часто сооружаются музыкальные студии меньшей площади С-120, С-100 и т.п. Во всех случаях сооружение музыкальных студий площадью менее 60-70 кв. м является нежелательным. В одном из старых типовых проектов радиодомов были предусмотрены «камерные» студии площадью 46 кв. м. Однако, реально для записи камерных музыкальных программ они никогда не использовались и применялись, в основном, для речевых передач. С уменьшением размера студии ее оптимум реверберации должен иметь тенденцию к снижению. Так для студий С-100 обычно рекомендуют Т = 0,8-0,9 c, а для С-70 Т = 0,6-0,7 с.

Все указанные требования относятся к традиционным музыкальным студиям, ориентированным на режим так называемой «естественной акустики». В тоже время достаточно давно наметилась тенденция создания сильно заглушенных студий с «мертвой акустикой». Такие студии независимо от их размеров (они редко сооружаются с площадью более 100 кв. м) обычно проектируются на время реверберации от 0,35 до 0,55 с. Частотная характеристика времени реверберации здесь также должна быть строго горизонтальной.

При проектировании музыкальных студий нежелательно использовать типичные для ТВ студий плоские облицовки. Здесь необходимо применять достаточное количество звукорассеивающих конструкций, чередуя их со звукопоглощающими материалами. Проведенные исследования показывают, что большее количество звукорассеивающих конструкций должно размещаться на потолке студии. Хорошо зарекомендовали себя на практике конструкции в форме призм и пирамид, которые изготовляются в виде отдельных объемных модулей, крепящихся затем к потолку. При выборе данных конструкций следует учитывать их диаграммы рассеяния звука на разных участках звукового диапазона. Расчет подобных диаграмм встречает серьезные математические сложности. Приходится ориентироваться на экспериментальные данные, полученные, в основном, методом масштабного моделирования. Обычно звукорассеивающие конструкции изготавливаются в виде деревянного каркаса, который обшивается фанерными листами. Известны также примеры, когда их удавалось делать из гипса при использовании армирования и специальных отливочных форм.

В отечественной практике при проектировании музыкальных студий часто совсем отказываются от применения промышленных звукопоглощающих плит. Это связано как с их ограниченным ассортиментом, так и с недостаточно хорошим внешним видом, что весьма важно для музыкальных студий. При этом на стенах в ячейки несущего деревянного каркаса закладываются обернутые стеклотканью минерало-ватные плиты, а затем обращенная к студии их поверхность закрывается декоративным акустически прозрачным покрытием. В качестве последнего часто используются деревянные рейки. Такие весьма эффективно поглощающие звук конструкции выполняются в виде чередующихся фрагментов, а в промежутках между ними устанавливают звукорассеивающие элементы в виде членений разного профиля (пилообразного, треугольного и т.п.). Конструктивно эти элементы часто изготавливают из деревоплиты. При наличии соответствующих требований по технологии звукозаписи углы студии скашивают, размещая в них звукоизолированные кабины для ударной установки и отдельных исполнителей.

Завершая краткое рассмотрение акустического решения музыкальных студий, отметим, что в зарубежной практике находят широкое распространение высокоэффективные звукорассеивающие конструкции типа так называемых диффузоров Шредера. В своем классическом виде они представляют собой набор параллельных канавок (щелей), разделенных ребрами. Канавки имеют различную глубину, причем при переходе от одной канавки к другой она меняется по закону числовой последовательности с хорошими корреляционными свойствами. Подобные конструкции различного типа выпускаются американской фирмой RPG Diffusor Systems Inc., отметившей в этом году 10-летие своей деятельности.

Речевые студии

К речевым помещениям относятся литературно-драматические и дикторские студии. Первые из них, часто объединяемые в литературно-драматические блоки, имеются в составе радиодомов Москвы, Ст-Петербурга, ряда крупных региональных центров (например, Хабаровск) и в большинстве столиц республик бывшего СССР. Строительство новых подобных студий в настоящее время не планируется и по этой причине вопросы их акустики здесь рассматриваться не будут. Отметим только, что акустические решения помещений литературно-драматических блоков достаточно хорошо отработаны и имеются типовые, хорошо зарекомендовавшие себя на практике решения.

Более актуальной является проблема сооружения дикторских студий, являющихся самыми распространенными из студийных помещений. Для дикторских студий С-24-36 установлен оптимум реверберации Т = 0,3-0,4 с. Форма частотной характеристики времени реверберации также должна быть горизонтальной. При проектировании подобных студий следует тщательно подходить к выбору их габаритных размеров, так как соотношение длина/высота:ширина/высота:1 влияет на распределение спектра собственных частот помещения. В сравнительно небольших помещениях, к которым относятся и дикторские студии, данный спектр на низких частотах является существенно дискретным и в области до 150-200 Гц интервалы между смежными собственными частотами могут достигать нескольких герц.

При упомянутом соотношении 1:1:1 (кубическое помещение) спектр собственных частот является наиболее неравномерным, что приводит к специфическим тембральным искажениям, часто характеризующимся звукорежиссерами как бубнящее звучание. Также явно неудачным является квадратное в плане помещение. В нормативных документах на основе старой публикации Лаудена рекомендуется соотношение 1,9:1,6:1. Однако далеко не во всех случаях оно может быть применено. Поэтому перед началом проектирования дикторской студии следует уточнить ее габариты. Это можно сделать, вычислив спектр собственных частот по достаточно элементарной программе, либо обратившись к справочным данным. В частности, в работе «Об оптимальном выборе размеров речевых студий» приведены многочисленные таблицы, на основании которых можно подобрать наилучшее соотношение размеров для всех реально встречающихся на практике дикторских студий. После уточнения размеров будущей студии приступают к выбору ее акустического решения. В отечественной практике наиболее широко применяются два подхода.

Первый из них часто называется вариант «в дереве». Суть его сводится к следующему. На стенах и потолке монтируется каркас из деревянного бруса сечением 50 х 50 мм. В нижней части стен на высоту порядка 800 мм к каркасу крепится технологическая панель из деревоплиты. В остальные ячейки каркаса на стенах и потолке закладываются минерало-ватные плиты и поверх них делается прослойка из стеклоткани. Затем на потолке к ячейкам каркаса прикрепляются в шахматном порядке листы гладкой и перфорированной фанеры. Как правило, применяют листы размером 500 х 500 мм или 600 х 600 мм. Часто приемлемой здесь оказывается перфорация диаметром 10 мм при шаге в осях между отверстиями в 20 мм. На стенах (выше технологической панели) к каркасу в шахматном порядке или чаще в виде чередующихся полос шириной 500-600 мм прикрепляют листы гладкой фанеры и декоративное покрытие из деревянных реек. Обычно используют рейки сечением 20 х 20 мм при расстоянии между смежными рейками в 20-30 мм. Для удовлетворения требованиям пожарной безопасности рейки и деревоплиту надо пропитать антипренами, а фанеру окрасить (с тыльной стороны) огнезащитной краской.

Второй вариант, называемый «в гипсе» достаточно сходен с первым. Отличие состоит в том, что вместо фанеры используются листы СГШ, а вместо перфорированной фанеры — плиты ППГЗ. Часть плит ППГЗ при этом также размещается и на стенах студии. Конкретные детали размещения облицовок, соотношение их площадей определяются акустическим расчетом, проведение которого обязательно для каждой проектируемой студии. Многолетний опыт показывает, что при тщательном проектировании оба этих варианта обеспечивают вполне удовлетворительное качество звучания речи дикторов.

В настоящее время в эксплуатации находится достаточно много дикторских студий старой постройки, имеющих площадь всего 12-16 кв. м и даже менее. Часто приходится также сталкиваться с заказчиками, предлагающими спроектировать дикторскую студию в столь малых помещениях. Здесь возникает ряд проблем, связанных в первую очередь с тем, что упомянутый спектр собственных частот тем более дискретен, чем меньше размеры помещения. Поэтому искажения типа «бубнящее звучание» проявляются в подобных малых студиях весьма часто и достаточно отчетливо. При заниженных размерах дикторских студий рекомендуется уменьшать оптимум реверберации до величины 0.2-0.35 с. Однако далеко не во всех случаях это позволяет избавиться от бубнящего характера звучания. Известны некоторые методы, позволяющие если не исключить полностью, то по крайней мере ослабить подобные тембральные искажения, однако всегда (если есть такая возможность) следует стремиться размещать дикторские студии в помещениях площадью не менее 20 кв. м.

Аппаратные

К акустике аппаратных (в первую очередь это относится к аппаратным музыкальных студий) предъявляются не менее жесткие требования, чем к самим студиям. Наиболее распространенный в отечественной практике принцип равномерного размещения звукопоглощающих материалов с разной частотной зависимостью КЗП на поверхностях аппаратной сейчас является явно устаревшим. В зарубежной практике сложились два подхода к акустическому решению аппаратных. Первый из них это принцип LEDE (живая-мертвая зоны помещения). Он исходит из оптимума реверберации в 0,25-0,4 с при размещении эффективных звукопоглотителей в передней зоне помещения, где установлены контрольные агрегаты, и звукорассеивающих конструкций на задней стене. Второй — это принцип «мертвой акустики». Здесь применяется размещение очень эффективных звукопоглотителей на всех поверхностях помещения и время реверберации снижается до величины 0,2-0,25 с во всем диапазоне частот. Детальный анализ этих методов требует специального рассмотрения и ему планируется посвятить отдельную публикацию. Отметим только, что принцип LEDE является более распространенным и, по мнению автора, ему следует отдать предпочтение при создании аппаратных.

Литература

1. Ведомственные нормы технологического проектирования объектов телевидения, радиовещания и телекинопроизводства. ВНТП-01-81.
2. Рекомендация ТК ОИРТ 31/1.
3. Рекомендация ТК ОИРТ 51/1.
4. Руководство по расчету и проектированию шумоглушения в промышленных зданиях .М., Стройиздат, 1982.
5. Рекомендация ТК ОИРТ 86/3.
6. Руководство по расчету и проектированию звукоизоляции ограждающих конструкций зданий. М., Стройиздат, 1983.
7. Макриненко Л.И. Акустика помещений общественных зданий. М., Стройиздат, 1986.
8 .Ланэ М.Ю. Акустика студий. Обзорная информация ВНИИТР. Вып. 1(11). М., 1986.
9. Ланэ М.Ю. Об оптимальном выборе размеров речевых студий. Депонир. в ОНТИ ВНИИТР 05.10.89. N38-тр89.

Источник: Архив журнала «625»

Акустическое проектирование

В акустике все помещения можно условно разделить на две группы:

  • первичные помещения для записи звука;
  • вторичные помещения для звуковоспроизведения.

В данной статье мы будем рассматривать помещения только из первой группы. А из вторичных помещений — только аппаратные для контроля звука, не касаясь кинотеатров, концертных и конференцзалов, театров, и т.п. Помещения могут быть классифицированы по их назначению, исходя из ряда технологических особенностей процесса звукопередачи. Так, например, помещения, которые используются для звукопередачи в условиях кинематографа, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним с т.зрения акустических условий, можно разделить на следующие:

  • павильоны для синхронной записи звука,
  • студии для записи музыки (ателье озвучивания),
  • ателье для перезаписи музыки,
  • студии для записи речи и дублирования фильмов,
  • контрольно-просмотровые помещения.

Радиовещательные и телевизионные студии делятся на большие, средние и малые; музыкальные, камерной музыки и литературно-драматические. Разнообразие помещений, предназначенных для различных видов исполнения и звуковых передач, убеждают в том, что к ним, в отношении акустических условий, должны предъявляться особые требования. Это, прежде всего:

соблюдение оптимума реверберации, обеспечение необходимого уровня звуковых помех, проникающих в помещение студии и аппаратных извне, и по системам вентиляции и кондиционирования. Требования эти являются общими для всех вышеперечисленных помещений и об этом более подробно излагается ниже.

Радиовещательной или телевизионной студией называется помещение, специально предназначенное для исполнения речевых и музыкальных программ, используемых в системах звукового вещания. Студия является первым звеном тракта звукового или ТВ-вещания. Речевые студии или речевые ателье, как принято называть их в среде радистов и телевизионщиков, используются прежде всего, для записи и передачи речи диктора. В условиях кинематографии такие студии широко применяются для речевого озвучивания и дублирования фильмов, когда запись речи осуществляется при показе на экране «немых» кадров (озвучивание или тонировка) или кадров, речевое сопровождение которых, выполняется на др. языке (дубляж). В ТВ речевые студии широко используются для записи закадрового текста (комментарии, и т.п.).

Всякое строительство всегда начинается с проектирования, а строительство таких важных объектов, как студии, особенно нуждаются в тщательном проектировании. Хотя и существует в последнее время расхожее мнение, что любые дефекты помещения можно исправить за счет близкого расположения хороших микрофонов, которые невосприимчивы к шуму, и не ловят акустику помещения. Это обычное заблуждение, и при первой же записи все дефекты вылезают наружу, становятся очевидными, и начинается поиск путей устранения дефектов. А оборудование уже смонтировано, сроки поджимают, надо оправдывать кредиты, и тому подобный круг проблем. Студия, в итоге, становится дороже, и все равно с некоторыми дефектами. Целью акустического проектирования ателье, студий, аппаратных, является определение основных ее данных, обеспечивающих в соответствии с назначением и выбранной технологией, оптимальных акустических условий при проведении записи звука теле- или радиопередачи.

В основе проектирования лежит техническое задание, в котором указывается четкое назначение студии, количество исполнителей и назначение помещений, примыкающих к студии. Также указывается место, где должна располагаться студия, и дается характеристика источников шума, находящихся вблизи него. Акустический проект включает в себя планировку студий или аппаратных с последующим определением формы и геометрических размеров каждого помещения, определение оптимального времени реверберации, расчет необходимого звукопоглощения, и составление эскиза размещения звукопоглощающих материалов. Кроме того, в проект входит расчет звукоизоляции от внешних шумов, как воздушных, так и вибрационных, а также расчет снижения шумов, проникающих в студии по системам вентиляции и кондиционирования.

Т.е., казалось бы, вполне просто решаемая задача, оборачивается сложными расчетами, которые под силу только специалистам-акустикам. Важен также опыт проектирования и строительства, т.к. только специалист может определить, где можно дать слабинку, возникающую только, в основном, из-за финансовых затруднений заказчика. Только специалист может грамотно распределить выделенный ресурс при строительстве, даст оптимум материалов и конструкций, которые обеспечивали бы в полной мере требования Заказчика.

Рассмотрим более подробно основные акустические требования, применяемые к студиям. Основные требования, предъявляемые, в частности, к речевым студиям, является высокая разборчивость и четкость речи при сохранении тембральных особенностей исполнителя. А это может быть достигнуто только при определенных значениях времени реверберации, т.е. времени, в течение которого сигнал затухает до порога слышимости. Для оценки акустических свойств помещения введено понятие времени стандартной реверберации, т.е. времени, в течение которого звуковая энергия в помещении уменьшается в 10-ки раз, по сравнению с первоначальной (уровень энергии уменьшается на 60дБ).

Экспериментально установлено, что для получения хорошего звучания продолжительность реверберации должна иметь определенное значение. Оптимальное время реверберации зависит от объема студии и его назначения.

Значения времени реверберации T-optimum стандартизированы различными стандартами. Так, для территории РФ действуют нормы РМ-01-93, где в табличной форме представлены все значения T-optimum для всех видов помещений, будь то студии или аппаратные, или помещения прослушивания.

Акустические свойства студий нельзя оценить по продолжительности реверберации на какой-либо одной частоте звукового спектра. Студия или зал должны иметь определенную форму частотной зависимости реверберации. Так, для эксплуатации музыкальных студий рекомендуется прямолинейная характеристика реверберации в полосе частот 250-4000 Гц ниже 250 Гц желательно иметь подъем характеристики до 25%.

Для небольших камерных студий рекомендуется прямолинейные частотные характеристики. Для речевых студий, где основное требование — максимальная разборчивость речи, рекомендуется прямолинейная частотная характеристика реверберации с продолжительностью значительно меньшей, чем требуется для музыкальных студий того же объема, и должен быть спад в области низких частот, чтобы ослабить резонансные явления, возникающие в помещениях малого объема, которые на слух воспринимаются как «бу-бу-бу».

Для ТВ студии рекомендованы прямолинейные частотные характеристики со временем реверберации значительно меньшим, чем для музыкальных студий аналогичного объема, и даже с некоторым завалом в области низких частот. Так, для ТВ самое главное — хорошая разборчивость.

Сущность акустического расчета по достижению оптимального времени реверберации состоит в определении количества звукопоглощения, и выборе абсорбентов, способных обеспечить требуемый фон звукопоглощения.

Для того чтобы звуковое поле в студии было однородным (диффузным), абсорбенты располагаются равномерно по ограждениям, чередуя между собой материалы с различными звукозаписывающими свойствами. В музыкальных и камерных студиях широко применяются рельефные архитектурные элементы (пилястры, полицилиндры и т.п.). Кроме того, абсорбенты располагаются так, чтобы на противоположных стенах не были расположены друг напротив друга абсорбенты с одинаковыми коэффициентами звукопоглощения.

Важнейший элемент акустического проектирования — расчет звуко- и виброизоляции студии. Как правило, студии располагают в уединенных местах здания, как можно дальше от шумных помещений. Но даже в этих условиях всегда требуется проведение специальных мероприятий по защите студий от проникающих извне шумов. Наиболее трудновыполнима задача по защите студии от ударных шумов и вибраций. В этом случае студии на свои фундаменты со звукоизолирующими прокладками и двойными стенами, не имеющими жесткой связи с конструкциями основного здания. Расчет звуко- и виброизоляции, как и выбор материалов и конструкций для исполнения, под силу только специалистам, имеющим опыт строительства студий.

Сиводедов В.Г.

Выбор помещения для студии звукозаписи. Ещё один взгляд.

Выбор помещения для студии
Если вы пока только подбираете помещение для своей студии, вы можете сэкономить немало времени и денег, которые обычно потом приходится тратить на монтаж звукоизоляции, если сразу учтете все недостатки и достоинства помещения и сделаете правильный выбор. Прежде всего обратите внимание на структуру здания, его расположение; выясните, есть ли поблизости промышленные строения. Лучше, если студия будет располагаться на первом этаже кирпичного или бетонного здания. Первый этаж имеет массу преимуществ: во-первых, студия не будет мешать соседям снизу, и во-вторых, в такую студию легче попасть. Вам также следует осмотреть помещение, расположенное непосредственно над будущей студией. Если оно принадлежит не вам, а, например, сдается в аренду какой-нибудь фирме, то будьте готовы к тому, что сегодня ваши соседи сверху занимаются цветочным дизайном, а завтра на их место въехала металлоремонтная мастерская или, что еще хуже, ночной клуб. Вы должны послушать также, насколько сильно проникают внутрь помещения звуки (низкие частоты) от автотранспорта с улицы. Если поблизости проходит железнодорожная ветка, вы тоже должны обратить на это внимание и определить, насколько эти звуки слышны внутри помещения. Если низкие частоты отчетливо слышны, вам придется строить «плавающий пол». Если нет других вариантов и вам приходится открывать студию на одном из верхних этажей, то ознакомьтесь со всеми прилегающими помещениями и узнайте, используются ли они также ночью. К тому же, если вы собираетесь делать какую-либо серьезную акустическую обработку студии или строить настоящую «комнату в комнате», имейте в виду, что размеры помещения должны позволять вам это сделать; в особенности это касается высоты потолков. Даже если вы собираетесь поставить простую внутреннюю перегородку, у вас должно быть в запасе около метра сверх того размера, который вы хотите получить в результате. Конечно, в крайнем случае придется потесниться. Несмотря на то, что новый пол займет около десяти сантиметров, внутренний потолок должен отстоять как можно больше от настоящего потолка. Иначе вы не получите желаемой изоляции низких частот. Возможно, понадобится также, чтобы потолок был достаточно глубоким, чтобы можно было устроить низкочастотные ловушки. Требуемая глубина зависит от конкретного дизайна и плана акустической обработки, а также от того, есть ли в комнате дополнительные места — например, глубокие ниши, которые можно применить для этой цели.
Технические замечания
Есть математическая формула, позволяющая вычислить индекс звукопоглощения (SRI) твердой стены на основе массы на квадратный метр материала стены. Обратите внимание, что величина зависит от частоты, проникновение которой мы хотим уменьшить. R=20 log(fm)-47дБ f— частота звука m — масса стены, измеряемая в кг/кв.м R — коэффициент звукопоглощения Несколько простых вычислений могут показать интересные факты, касающиеся обычных, часто применяемых строительных материалов. Пористые материалы ведут себя иначе, чем твердые, и наилучший способ вычисления их коэффициента звукопоглощения — непосредственное измерение. Например, легкая панельная дверь, часто используемая в современных домах, имеет коэффициент звукоизоляции на низких частотах около 15 дБ. Но на практике вы получите куда худший результат. С другой стороны, двойная кирпичная стена, отделанная плитами из сухой штукатурки с внутренней стороны, может дать коэффициент звукоизоляции более 50 дБ.

Как улучшить акустику в комнате прослушивания

По своему опыту знаю, что многие люди полагают, что проблема с размещением АС в комнате ничуть не сложнее других, что должен же, в конце концов, существовать какой-то несложный способ оформить комнату акустически правильно, своего рода «Книга готовых рецептов», которую может понять даже ёж. Хотелось бы, конечно, чтобы это было так, поскольку это облегчило бы жизнь всем. На практике же достижение воистину хорошего звучания в комнате требует знания того, как звук ведет себя в этих самых комнатах, и определенного труда (а на самый худой конец чуть больше, чем самого настоящего везения или, так сказать, пёра).

Как добиться хорошего звучания в комнате?

Наука о комнатной акустике возникла преимущественно в контексте живых исполнителей, выступающих, как известно, в концертных залах, театрах и тому подобных помещениях. В связи с этим особых усилий понять, что же происходит в небольших комнатах при воспроизведении звука, не предпринималось. Самое смешное в этом то, что в домашних условиях музыку слушает НЕИЗМЕРИМО больше людей, чем в концертных залах. И все же определенный прогресс имеет место быть, и мы постепенно начинаем понимать некоторые вещи, которые нам по силам сделать, чтобы добиться приличного качества звука в практически бесконечном разнообразии комнатных размеров, форм, расстановок АС и меблировки. Звучит несколько пугающе, не так ли? Ну, это конечно не ракеты строить, но и книгой готовых рецептов тут не пахнет – и поработать надо, и подумать, т.е. заняться тем видом деятельности, который у нас не особо почитается…

Шаг №1: Нужна хорошая комната

Ну, это, разумеется, если есть выбор. В подавляющем большинстве случаев нам приходится довольствоваться тем, что есть, или тем, что строилось с учетом чего угодно, но только не акустики. Существует расхожее мнение, что определенные соотношения между размерами комнаты – «длина х ширина х высота» – ОСОБЕННО предпочтительны. Это НЕ так и вот почему – теории и вычисления, которые приводят к этим пресловутым «предпочтительным» пропорциям, основываются на некоторых моментах, которые в реальности не существуют, а именно:

Во-первых, считается, что комнаты строго прямоугольны, а стены абсолютно гладкие и столь же абсолютно отражающие. На практике такого НЕ бывает, а если бы и было, то, уверяю Вас, Вам бы тут же захотелось что-то с этим «сделать», поскольку такие помещения – отвратительные КдП.

Во-вторых, считается, что все вычисляемые резонансы помещения (или моды) ОДИНАКОВО важны. Это тоже НЕ так. В плане их воздействия на слышимые характеристики достаточно очевидно, что в большинстве помещений громче всех «орут» аксиальные моды, за которыми следуют тангенциальные и косые. Из всех тех помещений, где я серьезно слушал музыку, мне попалось лишь одно с очень массивными и жесткими стенами, в котором одна или две тангенциальные моды представляли собой реальную проблему. Других таких случаев я не припомню.

В-третьих, считается, что все вычисляемые резонансы помещения возбуждаются источниками звука в равной степени и ОДИНАКОВО слышны. Это могло бы быть так ТОЛЬКО в том случае, если бы у нас был один единственный источник звука на полу в углу, и если бы мы пытались слушать его, засунув голову в какой-нибудь другой угол. Понятно, что это маразм. На практике же источников звука НЧ как минимум два, а то и больше. Два физически разнесенных басовика, даже если они оба засунуты в углы, НЕ возбуждают все моды в одинаковой степени, если вообще возбуждают. Если же они установлены не в углах, возбуждение мод может вообще оказаться весьма и весьма СЕЛЕКТИВНЫМ. Точно также и слушатели вряд ли засовывают свои бошки в углы. В середине же комнаты сопряжение с различными модами ПРЕДЕЛЬНО селективно, что представляет собой одну из ВЕЛИЧАЙШИХ проблем, с которыми только приходится иметь дело.

Так откуда же пошли все эти «особые» пропорции комнат? В общем-то, началось все это несколько десятилетий тому назад, очень по-научному, когда вполне серьезные люди пытались оптимизировать акустические реверберационные камеры, которые предназначались для проведения точных измерений звуковой мощности. Вот оттуда все и пошло и распространилось на жилые комнаты, в которых, правда, все эти теории по понятной причине работать отказались. Это, разумеется, НЕ означает, что соотношения между размерами комнат не важны. В помещениях кубической и прямоугольной формы с целочисленными соотношениями сторон, а также длинных коридорах музыку лучше не слушать. В остальных же случаях, если ХОРОШО понимать, что делаешь, можно добиться отменного звука даже в комнатах, которые находятся в прямом противоречии с «правилами». Точно также можно иметь «никакой» звук в комнатах, которые по знаменитому «общему» мнению являются «хорошими». Откровенно говоря, самыми проблематичными комнатами, которые только можно встретить, являются те, что приближаются к первому из «идеалов», о которых шла речь в самом начале «Шага №1», т.е. когда стены, потолки и полы ОЧЕНЬ жесткие, ОЧЕНЬ плотные и ОЧЕНЬ плоские. В результате все моды становятся ОЧЕНЬ интенсивными, высокодобротными и ОЧЕНЬ «резонансными». Как следствие резонансные пики получаются ОЧЕНЬ высокими, провалы ОЧЕНЬ глубокими, а бубнение продолжается бесконечно. Для того чтобы быть хорошей (а не «хорошей»), комната должна обладать некоторой поглощающей способностью на НЧ, и если сама конструкция помещения этим не отличается, то ее нужно внести. Несколько сантиметров звукопоглощающего материала вроде стекловолокна, синтепона или акустической пены на НЧ НЕ дадут вообще ничего. Поглощение на НЧ наиболее эффективно реализуется при помощи больших панелей или мембранных поглотителей. Когда большие поверхности, включая стены, пол и потолок, движутся в результате воздействия на них звуков мощного баса, они ведут себя подобно мембранам и поглощают при этом энергию звука. Эта поглощенная звуковая энергия не может вносить вклад в комнатные резонансы (моды) и, как следствие, резонансы ослабевают. И это здорово! Мембранные поглотители можно купить или сделать самому, хотя сделать поглотитель, который был бы эффективен на самых низких частотах – задачка та еще. Большинство устройств, которые можно купить, практически неэффективны на частотах ниже 100Гц, т.е. там, где начинается САМОЕ интересное. Если есть возможность, можно попробовать устроить интерьер комнаты таким образом, чтобы, скажем, стены в комнате были немного гибкими. Оказывается, что один слой гипсокартона на деревянных (а можно и железных) направляющих – это и неплохой компромисс, и совсем недорого. А если еще проложить гипсокартон сзади акустическими панелями (или хотя бы плотным пенопластом), то механическое демпфирование еще больше увеличится, а масса и жесткость конструкции возрастут совсем несущественно. Кроме того, можно варьировать расстояние между направляющими (обычно оно составляет 60 см) и, тем самым, «расстраивать» резонансы. Примерно такого же эффекта можно добиться периодическим дублированием направляющих, а также приданием стенам легкой (невидимой глазу) неидеальности (наклонности, например) – для диффузии это очень хорошо. После того, как этот этап будет завершен, нужно будет заняться другим, не менее важным делом, а именно улучшением однородности баса вокруг зоны прослушивания. Путем снижения добротности комнатных резонансов, пики давления снижаются, а провалы становятся не так глубоки, что позволяет получить неплохой бас более чем в одной конкретной точке.

Шаг №2: Нужны хорошие АС, которые могут ужиться с комнатой

То, что мы слышим в комнате, на разных частотах определяется различными факторами. На НЧ превалирует комната, на СЧ и ВЧ – АС, АЧХ и направленность которых определяют качество звука. НИКАКИМ эквалайзером ничего нельзя сделать в комнате с АС, которые изначально убоги. Отсюда вывод – выбирать нужно такие АС, которые сконструированы так, чтобы иметь возможность уживаться с разными комнатами. Вам может это показаться удивительным, но далеко не все производители это могут (а точнее хотят). Настоящим решением этой проблемы, как для профессионалов, так и для любителей, являются АС, которые обеспечивают одинаково хорошую тембральную окраску как в прямом, так и раннеотраженном и прочих звуковых полях. Такие АС можно иначе охарактеризовать как АС с ровной и гладкой аксиальной АЧХ и постоянной направленностью, что в совокупности дает ровное и однородное звуковое давление. Тогда вопрос акустической задемпфированности комнаты становится опциональным, т.е. как бы вторичным. Если отраженные звуки поглощаются, слушатель оказывается преимущественно в прямом звуковом поле, что делает ощущения от музыки более интимными, а звуковые образы более плотными и точными. Если же отражениям позволено вносить свой вклад в сложность звучания, то общее впечатление в целом становится более объемным и открытым, а для многих слушателей – более реалистичным. Отчасти это дело вкуса, однако, в любом случае АС, которые легко уживаются с комнатой, дадут более высокую тембральную точность. Итак, в области СЧ и ВЧ наилучшим решением задачи о получении хорошего качества звука будет приобретение хороших АС.

Шаг №3: Нужно улучшить бас или как работать со стоячими волнами

Как мы знаем, на НЧ ситуация совершенно иная и качество баса определяется самой комнатой, а также расположением АС и слушателей в ней. Разумеется, басовик сам по себе должен быть рассчитан на воспроизведение достаточного количества звука с малыми искажениями в необходимом диапазоне частот. Для того, чтобы иметь возможность управлять басом, необходимо несколько углубиться в технику и понять, как именно энергия басовиков сопрягается с комнатными резонансами (модами), и что именно слышат слушатели. Существует несколько компьютерных программ, которые существенно облегчают жизнь, но многого можно добиться и «вручную». Если Вы действительно хотите добиться успеха, то без измерений того, что происходит в КдП, НЕ обойтись никак. Однако здесь есть большое «но» — измерения эти должны быть «правильные», т.е. куда более детальные, чем можно получить при помощи обычного третьоктавного эквалайзера, работающего в режиме реального времени (в дальнейшем РРВ). Необходимо использовать системы с высоким разрешением – наподобие SpectraLab – или даже старомодные свопирующие или ступенчатые тона, настроенные на, по меньшей мере, 1/10-октавное разрешение (что на частоте 20Гц соответствует разрешению в 2Гц) и померить, что же доходит до места слушателя. В случае если комната представляет собой простой прямоугольник, моды вычислить несложно, уж во всяком случае, аксиальные, которые, как правило, являют собой наибольшие проблемы. Для начала нужно вычислить частоты, на которых происходит резонанс. Затем определить, где в структуре пиков и провалов давления (т.е. среди стоячих волн) лучше всего разместить басовики (или сабвуферы), а где – место слушателя. Вы очень быстро поймете, что максимизация удовольствия и минимизация нежелательных эффектов требует определенных компромиссов. Если воспользоваться калькулятором мод (Рис. 1), который я могу Вам выслать по по