СДАСК - часть 3

Симфония для акустики с компьютером - часть 3

Часть 3. Crescendo Capriccioso

Теперь я поделюсь с вами, что мне снизошло о правильности расстановки аудиосистемы.

Примем за основу, что я уже твердо уяснил, что звуковая карта — центральное, это бесспорно, но не единственное устройство компьютерной аудиосистемы. И уже присмотрел в магазине кое-что из активной акустики не только с отличным звучанием, но и вполне элегантной (для своей квартиры подбираю, а не шефу в кабинет :)). А, кроме того, являясь владельцем среднестатистических апартаментов, я однозначно предполагаю «наличие отличия» в размещении акустики у себя от установки солидного домашнего кинотеатра в огромном холле загородного особняка.

Итак, начнем со стереофонии. Первые стереозаписи 50-х годов прошлого столетия основывались на разнице громкости между каналами или на разнесении вправо-влево партий отдельных инструментов. Однако это не давало действительно объемной психоакустической картины. Но потом, не знаю кто (по непроверенным данным: Рей Долби) кроме старого метода создания стерео придумал использовать в каналах фазовые задержки (т.н. эффект фазовращения). Суть его в том, что если одинаковый по амплитуде звук прозвучит из левой колонки с задержкой более 3 мс, относительно правой, то для человеческого слуха он будет преобладать в правом канале. А если «придержать» на короткое время звук справа, то он покажется более сильным из левого динамика. Правда, если задержка превысит 60 мс, то услышишь не стереоэффект, а кваканье. В общем, правильно реализованная стереофония позволяет разместить звуки в пространстве, четко отделив их друг от друга. Это создает необходимую объемную звуковую атмосферу.

Независимо от физиологических особенностей слушателя на качество стереоэффекта влияют три взаимосвязанных параметра:

1) удаление слушателя от линии, на которой находится пара акустических систем (стереобазы);

2) ширина стереобазы (расстояние между излучателями каналов);

3) направленность акустических систем.

Если ширина стереобазы менее 2 м (колонки по бокам монитора), то зона оптимального стереоэффекта сужается до полосы меньшей, чем расстояние от уха до уха («репа» мешает, знаете ли). В итоге, никакого стерео. См. рис. 1 (слева). Можно, конечно, отодвинуться от экрана метра, эдак, на полтора, - примерно на таком расстоянии происходит некоторое расширение стереозоны. Но это приемлемо, если, к примеру, смотришь телевизор. Однако следует заметить, что при этом из-за узости стереобазы возникает множество звуковых огрехов, типа искажения низкочастотного резонанса. Что касается работы на компьютере, то такой вариант просто неприменим. Представляете себя, работающим за полтора метра от монитора и, соответственно, стола?

Слишком широкая стереобаза, тоже «не подарок» человеческому уху. При ней также появляется большое количество звукового брака. Приведу только один довод: находясь близко к линии колонок, правильную зону стереоэффекта получишь только ровно на середине расстояния от них. Стоит сдвинуться чуть в сторону, весь слух захватит та колонка, что стала ближе. И такое наблюдается вплоть до удаления от линии колонок на несколько метров. Вот почему не рекомендуется устанавливать в комнате акустику по углам вдоль длинной стены. Даже для профессиональных систем рекомендуемая ширина стереобазы – не более 5 м. Для бытовых же и того меньше – в районе трех.

Угол разворота акустических систем по отношению к линии базы должен укладываться в 45 – 75 градусов.

Оказывается, правильность стереораскладки определяется не организацией высокочастотных звуков, как мне всегда казалось (по крайней мере, на слух), а звучанием в диапазоне от 300 до 5000 Гц. Причем стереоэффект зачастую зависит от удачно распределенного сдвига фаз. Бывает, звукозаписывающие студии применяют т.н. фазировку, т.е., переворот на каком-нибудь из двух каналов звуковой составляющей одинакового диапазона на 180 градусов. Что интересно, теоретически волны в противофазе должны поглощать друг друга, поскольку взаимно складываются. Но так как оба наших уха расположены не на нулевом расстоянии друг от друга (между ними, как бы, еще и голова есть), то звук никуда не пропадает. А наоборот, колонки, излучая звуковые волны в противофазе, создают сложную звуковую картину. Свою лепту вносит и отражение от стен отставших по фазе волн. В результате, создается очень интересное звуковое поле, когда появляется множество фантомных источников звука: слева, справа, посередине и даже за спиной, хотя физически там никаких колонок не было и нет. Естественно такие фантомные громкоговорители реализуются только при условии достаточной ширины стереобазы.

Вообще, фантомные источники звука – очень интересная тема. Ведь надев наушники, при прослушивании какой-нибудь музыки мы отчетливо слышим «панорамный центр», как будто где-то между глаз появился еще один громкоговоритель. Также с прослушиванием звука в рамках обычной стереосистемы – как бы ниоткуда появляются дополнительные каналы. Локализация фантомных колонок находится в прямой зависимости от положения головы слушателя относительно оси панорамного центра. Однако из всех фантомных источников наиболее важным является центральный. Поэтому со временем его решили реализовать физически, выделив центральный канал. Помимо центрального канала, мы воспринимаем еще множество других фантомных, но они являются менее значительными и более сложны для отделения, поэтому и не заменяются на реальные. Добавьте к этому невозможность предугадать в какой точке пространства комнаты данный эффект проявится наиболее сильно. Ведь длина волны в стереофоническом диапазоне частот не так широка: от 6 см до 1 м. Достаточно немного передвинуться, и картина фантомных колонок кардинально изменится, а может и вовсе пропадет. Так что специалисты советуют заранее зарезервировать максимальную площадь пространства, определив впоследствии зону наилучшего стереоэффекта опытным путем.

Но это хорошо, когда есть возможность, не взирая на извечную загроможденность квартиры, все таки есть возможность расставить колонки согласно строгим классическим правилам. Если же такое, увы, не получается, знающие люди предлагают поискать другие пути решения. Один из них для небольшой комнаты представлен на рисунке 2 (слева). Такая схема гарантирует хорошую локализацию источников звука за счет расширения стереобазы и ослабление акустического давления. Практически единственный ее минус - несимметричность оптимальной зоны для прослушивания.

Удаление оптимальной точки прослушивания и расстояние между акустическими системами взаимосвязаны через направленность последних. Устанавливая колонки под разным углом к оси, получишь разную амплитудно-частотную характеристику. Направленность особенно выражена на высоких и средних частотах. Поэтому, когда появились широконаправленные колонки, у которых спад высоких и болтанка средних минимальны по мере возрастания угла отклонения, производители акустики дружно вздохнули. Теперь куда бы ни встал (в полуплоскости) слушатель, везде колонка будет звучать одинаково. Это если мы говорим об одной единственной колонке. А вот качество стереокартины, содаваемое двумя колонками, никто до сих пор толком не умеет ни измерять, ни оценивать. Сплошные научные споры. Я в них просто засыпался. Одни говорят, что широконаправленные колонки дают лучшую локализацию источников звука в зоне стереоэффекта, другие, наоборот, утверждают: чем шире направленность, тем меньше площадь зоны стереоэффекта. Вот пойми их!

Кстати, о продольном местоположении идеальной точки стереоэффекта единого мнения тоже нет. Кто-то считает, что она находится на расстоянии полторы длины стереобазы, другие настаивают, что это ровно одна длина, - при условии равноудаленности от акустических систем.

Короче, в такие тонкости я углубляться не буду.

Канал LFE, т.е. специально выделенный канал низкочастотных эффектов, тоже, оказывается, возник не только из-за эмпирического чувства неудовлетворенности какого-то меломана. На это еще повлияли неравномерность АЧХ и другие недостатки современных акустических систем. Если просто воткнуть в обычную колонку низкочастотный динамик, надеясь получить из этого ящика вариант «все-в-одном»: и общую добротную звуковую картину, и мощные спецэффекты «на низах», - вариант попадания «в яблочко» очень невелик. Скорее всего, низкочастотный динами окажет негативное влияние на нелинейность АЧХ всей колонки, и, как результат, немеримое количество искажений. Обжегшись на этом, производители разработали специальные многополосные системы, в которых более-менее корректно решалась реализация низких частот. Отдельный же LFE-канал применительно к большим залам был создан для максимальной «выпуклости» эффектов. В домашней акустике такая проблема не стояла до тех пор, пока не появились компактные мультимедийные комплекты. Тогда-то и было установлено, что, поскольку человек все равно физиологически не в состоянии определять локализацию источников звука в диапазоне примерно до 300 Гц, то мощный низкочастотный громкоговоритель может быть всего один, при этом стереовосприятие ничуть не пострадает. Это сразу облегчило ситуацию производителям и удешевило акустические системы. Конечно, если колонки сами в силах реально воспроизвести басы, то сабвуфер и даром не нужен, поскольку решение, когда низкий звук всех каналов идет из одной точки, честным, в общем-то, не назовешь. Но для мультимедийной акустики это вполне оправдано, тем более что современную многоканальную систему и создают именно для получения объемного звука с четкой локализацией отдельных источников. Сегодня, зачастую, даже комплекты студийных мониторов, работающих в стерео, имеют сабвуфер. Его диапазон лежит в пределах от 20 Гц до 200 - 300 Гц, что составляет около 0,1 от всего воспроизводимого частотного диапазона. Отсюда и пошло обозначение саба через запятую (читай: точку), как одной десятой: 2.1, 4.1, 5.1 и т.д.

Размещать саб советуют, опытным путем подобрав в комнате точку его наиболее «сочного» звучания при прослушивании из любого угла. Или другим способом: установить сабвуфер на то место, в котором планируется в дальнейшем слушать музыку или смотреть видео, включить качественный музыкальный трек, затем поискать точку, где низкочастотный звук покажется наиболее хорошим, и перенести туда саб. Гарантируется, что в месте, где аппарат стоял первоначально – лучшее восприятие «низов». На деле, сабвуфер размещается произвольно, поскольку лучшее место воспроизведения звука может оказаться, некстати, занято какой-нибудь мебелью (и это – как правило). На первое место выходит удобство пользования.

Теперь, о многоканальности. Согласно некоторым источникам поначалу дополнительные задние каналы были в киноиндустрии лишь каналами эффектов (effect channel). Их функции были только вспомогательными с незначительными звуковыми нагрузками. Как вы, наверное, знаете, есть такое понятие – псевдостерео. Это когда обычное моно раскидывают на два канала известным методом задержки или смещения фаз. В итоге получается, как бы, объемное звучание. А теперь представьте, что будет, если в нормальном стерео каждый из двух каналов продублировать с подобным фазовым сдвигом. Получим четырехканальную пространственную систему. До некоторых пор, пока совершенствовалась многоканальная система (под флагом Dolby, естественно), и частотный диапазон 3-го и 4-го каналов был намного меньше фронтальных колонок, они так и назывались: surround или S-каналами. Теперь же, став равноправными участниками процесса, эти каналы стали называться незатейливо: «rear», т.е. «тыл», что в противовес – «front». В результате общего взаимодействия всех колонок такой многоканальной акустической системы получается действительно объемная звуковая картина, причем, с огромным числом дополнительных «фантомных» каналов. И все это в комплексе имеет гордое название - Surround sound («звуковое окружение» или «звук вокруг»).

Что касается расстановки колонок в системах 4.0 и 4.1, то здесь самое главное – правильное размещение фронтальных колонок, потому что именно они отвечают за качественную передачу звука. По классической схеме, угол, образованный динамиками и рабочим местом, должен составлять 50°. Тыловые громкоговорители лучше всего разнести не просто по бокам, а чуть назад. Более подробные рекомендации я опишу, рассматривая акустические системы 5.1, так как они во многом совпадают. Единственное, что добавлю, так это то, что для качественного объемного звучания вовсе не обязательны именно 5 сателлитов. Пятый центральный канал в условиях наших стандартных квартир – скорее излишество, чем необходимость. Ведь, если помните, центральный громкоговоритель был рассчитан на просмотр в большом зале широкоформатного кино, когда зрители, сидящие с краю, не слышали, что произносится из противоположного угла. Дома же, как ни сядь, трудно не услышать звуки из обеих фронтальных колонок. При условии, например, просмотра видео за компьютерным столом, центральная колонка и вовсе перекричит своих фронтальных собратьев. В итоге придется убирать громкость этого канала практически до минимума. Ну, и какой тогда с него толк? И еще, многие системы 4.1 первыми среди многоканальной акустики получили сертификат THX.

THX - это, оказывается, такая хитрая программа, придуманная компанией «Lucasfilm» (Меня один «специалист» по звуку все стращал: формат THX, формат THX! А я все думал: что это за неизвестный формат такой?). С ее помощью сертифицируются наиболее продвинутые кинотеатры, студии звукозаписи, а также профессиональное и бытовое звуковоспроизводящее оборудование (обычно это усилители и акустические системы). Сертификация THX свидетельствует о соответствии продукта оптимальным требованиям, которые «Lucasfilm» предъявляет к качеству звука. Это дает производителям аппаратуры, владельцам студий и кинотеатров заметное преимущество перед конкурентами, в связи с чем, многие компании идут на такую проверку, несмотря на высокую цену сертификата THX.

И так, система 5.1. «Пятьдесят первая» акустика – результат появления на свет формата Dolby Digital. Вот где звук стал поистине пространственным (применительно к горизонтальной плоскости, конечно). Это попытка заменить окружающие нас натуральные источники звука отдельными громкоговорителями, качественно им соответствующими. Dolby Digital 5.1 – первая серьезная цифровая многоканальная система, получившая широкое распространение. Главное ее преимущество над другими технологиями – масштабируемость. Звук, записанный в формате Dolby Digital можно без потери качества воспроизводить хоть в 4.0, хоть в 2.0, хоть в моно.

При установке систем этого класса рекомендуется следовать следующей схеме: центральная колонка – прямо перед пользователем (перед монитором/телевизором, на нем, над ним); фронтальные излучатели размещаются таким образом, чтобы углы, образованные каждым из них, рабочим местом и центральным динамиком, составляли по 30°; тыловые колонки располагаются, как в системах 4.0, позади пользователя шире , чем фронтальные, при этом угол – левый тыл-пользователь-правый тыл – равен 140°.

Согласно спецификации «Dolby Labs» в идеале все сателлиты должны располагаться по кругу. У вас есть в квартире круглая комната? А у меня, как назло, нет.

Если говорить о 5.1 применительно к компьютерной среде, то стоит обратить внимание на то, что согласно этим рекомендациям расстояние между фронтальными излучателями равно радиусу этого самого круга, по которому должны расставляться колонки. Выходит, если фронтальные громкоговорители займут место на столе, а это не более 1 метра, то и тыловые колонки сгрудятся вокруг пользователя на расстоянии все того 1 метра. Представляю себя в окружении треног с колонками! Можно конечно раздвинуть базу, разместив сателлиты по кругу большего диаметра. Так, глядишь, и подходящее место на полках найдется, да и гвоздь в стену вбить не трудно. Но тогда, при условии, что компьютер не стоит посреди комнаты, однозначно придется отодвигаться от монитора, причем на приличное расстояние. А это значит: Клава на коленях, мышь на подлокотнике, - не удобно, как-то. Так что примем за аксиому, что соотношение расстояний, рекомендуемое приведенной схемой, не универсально, и строго придерживаться ему не обязательно. Нужно пробовать, искать компромиссы. Практика, как говорится, - критерий истины.

С другой стороны, на расстановке колонок можно вроде особо и не заморачиваться. Кто мешает отрегулировать громкость каждого канала в отдельности, используя возможности звуковой карты и не обращая внимание на разноудаленность громкоговорителей? Однако в этом случае пользователя поджидает маленький «подарок». Одна и та же акустическая система в зависимости от уровня громкости имеет разные частотные характеристики. Попробуйте сами. Отстройте звуковую картину на максимальной громкости, а затем прослушайте тот же трек «по-тихому». Неожиданно у фронтальных колонок пропадут средние частоты, или ни к месту выпятится центр, или тылы вдруг станут громче, или еще что-то. Поэтому настраивать нужно, тестируясь на разной громкости, подбирая что-то среднее более-менее приемлемое. Причем, чем лучше качество колонок, тем меньше подобного «разбаланса». Но это при условии правильной расстановки системы. А теперь представьте себе, что получится, если акустика расставлена несимметрично, еще и на разной высоте. Все настройки будут корректно работать только на одном уровне громкости. Любое его изменение – и конец целостности объемного звука. Хотя бывают исключения.

Те же проблемы поджидают и при использовании разнокалиберных колонок (в частности, по мощности). Особенно, если в каждом углу у вас разные громкоговорители.

Если система расставлена грамотно, то, при желании, можно «поиграться» со звуком, заменяя попарно фронтальные или тыловые колонки, или центральный громкоговоритель. Возможно, таким образом, удастся добиться получения каких-то дополнительных психоакустических оттенков звучания. Но это при условии, что у вас под рукой имеется определенное количество колонок, среди которых есть что выбрать.

Все сказанное выше о системе 5.1 в равной степени относится и к 7.1, 7.2. В принципе, схема расположения колонок этих систем практически полностью повторяет схему для акустики 5.1. Единственное отличие - два дополнительных излучателя (в системе 7.2 еще и дополнительный сабвуфер, но он полностью аналогичен основному – все равно, что запараллелен). В этом случае тыловые колонки устанавливаются по бокам пользователя, а центральные тыловые располагаются за ним. Угол, составленный тыловой колонкой, пользователем и центральным тыловым громкоговорителем должен составлять 30-40 градусов.

Вообще-то, есть способ отстроить звуковую картину, не напрягая себя проблемой расстановки колонок. Однако такое обусловливает наличие в компьютере дорогой продвинутой звуковой карты, имеющей более «тонкие» средства настройки, чем просто регулировка громкости, связанные с ручными или автоматизированными процедурами калибровки многоканальных акустических систем, имеющими нетривиальный алгоритм. Кстати, очень редко, но подобные регулировки встречаются и в усилителях-декодерах бытовой многоканальной акустики.

Часть 1. Allegro Maestoso

Часть 2. Andante Moderato

Часть 3 -------------------

Часть 4. Crescendo. In modo scherzo

Аскар Алиев, 2005

СДАСК - часть 4

Симфония для акустики с компьютером - часть 4

Часть 4. Crescendo. In modo scherzo

На этом, почти все, чем я хотел поделиться в плане расстановки акустических систем, - если коротко, если только о главном. Остается, разве что, добавить пару слов об акустике помещений.

Поскольку время реверберации прямо пропорционально объему озвучиваемого пространства и обратно пропорционально уровню поглощения звука, то понятно, почему один и тот же аудиокомплект в разных комнатах звучит по-разному. Чем дольше время реверберации – тем длиннее эхо. Правда, в наших стандартных «апартаментах» время реверберации никогда не превысит 0,3 с. И, тем не менее, в пустой комнате мы явно ощущаем эффект «Hall».

В заполненном же мебелью, коврами, паласами помещении главным образом воспринимают звуки, воспроизводимые непосредственно громкоговорителями. Звуки, отраженные от стен, в данном случае имеют слишком малую задержку, чтобы наше ухо успевало на них реагировать. Уровень поглощения звука, за счет чего пропадает эффект эха, зависит от многих факторов, в том числе и от количества находящихся в комнате людей и предметов. Поглощение звука зависит и от воспроизводимой частоты. Так на частоте 100 Гц оно втрое меньше, чем на частоте 4000 Гц.

То, что звуковая картина частенько умудряется через чур «выпячивать» какой-нибудь частотный диапазон или, наоборот, скрадывать, - виноваты не столько звуковая карта или аудиосистема, сколько архитектурные особенности и наполнение помещения. Происходит, так называемое, перераспределение мощности определенных частотных составляющих. Этот эффект называется эффектом стоячих волн на резонансных частотах, когда фронт волны не перемещается в пространстве и практически не затухает. Появление основных резонансных частот зависит от расстояния между противоположными стенами, полом и потолком. Кроме них обязательно присутствуют и дополнительные резонансы, возникающие в диапазоне высоких частот. В среднеразмерной гостиной комнате можно без труда обнаружить до сорока резонансов. Вот почему в маленькой комнатенке с низким потолком иногда даже включенный на средней громкости сабвуфер производит эффект «низкочастотного биения». А в помещении с высоким потолком не редко и небольшие полочные колонки выдают сочные басы.

Короче, для создания хорошего объемного звука необходимо качественное звукопоглощение. Конечно, создать в квартире абсолютные условия вряд ли удастся. Ведь для получения максимально не отражаемого звука толщина поглощающего слоя должна быть сравнима с длиной волны, а на низких частотах это от нескольких метров до полутора десятков. Да и ни к чему это. Звуковое отражение тоже в определенной степени необходимо. Иначе любая фонограмма покажется вам искусственной и нереальной, поскольку именно за счет картины отражения наш мозг, не задействуя зрительного органа, четко определяет наше местоположение: в комнате, в зале, на улице, в лесу. Так что толстого ковролана или паласа на полу, плотных штор на окнах и ковра на стене вполне достаточно. Если нет – добавьте пенопластовую плитку на потолок или какую-нибудь стену, повесьте еще один ковер, купите еще один диван и т.д., и т.п.

И еще такой небольшой моментик – кабели. В мультимедийных наборах, как правило, длинных проводов, достаточных для протягивания их по всей комнате, не сыщешь. Это не результат экономии со стороны производителя. Просто системы заточены в первую очередь на расположение излучателей вокруг компьютера. Во многих статьях специалисты, затрагивающие эту тему, не рекомендуют удлинять кабели (не в смысле, наращивать, конечно) более чем на половину штатной длины. Однако, на мой взгляд, к данному классу акустики надо относиться проще. По крайней мере, удлинив провода в 2,5 раза, я не ощутил каких-либо потерь. Также оговаривается, что сечение нового кабеля должно быть такое же, как у штатного. Однако будьте внимательны. Бывает, что производитель укомплектовывает систему тонкими проводами, весьма далекими от нужных по сопротивлению. Вот это уже результат экономии.

В общем, чтобы добиться красивой, в первую очередь на ваш взгляд, звуковой картины нужно экспериментировать. Глядишь, и получишь звук, вызывающий восхищение и зависть у тех, кто, имея более «крутую» технику, совершенно бездарно ее употребил.

Часть 1. Allegro Maestoso

Часть 2. Andante Moderato

Часть 3. Crescendo Capriccioso

Часть 4 ---------------------

Аскар Алиев, 2005