Звук раздвигает стены
Даже не искушенный в музыке человек легко отличит живое звучание в концертном зале от воспроизведения записи. Для субъективного восприятия важны и качество тракта, и мастерство режиссуры, но особое значение приобретают ощущения, связанные с влиянием концертного зала, сценической площадки или студии звукозаписи.
Запись живого исполнения в зале со зрителями (Live recording) позволяет передать неповторимую атмосферу концерта. Но студийная запись более качественна, поскольку отсутствуют шумы публики, и в этом случае можно записывать музыкантов отдельно, делая дубли и добиваясь идеального исполнения. Однако фонограмма, просто сведенная из таких индивидуальных монотреков, звучит, как «оркестр без зала». Залом должна служить ваша комната, по размерам и особенностям акустики не сравнимая даже с камерными помещениями для записи отдельных музыкальных инструментов и ансамблей.
Понятно, что в таком случае вряд ли удастся получить ощущения, напоминающие о присутствии слушателя на реальном концерте. Опытный звукорежиссер хорошо знает, что делает зал со звуком, и в меру своей подготовки попытается воссоздать требуемую атмосферу на этапе окончательного сведения записанного материала.
Рис. 1. Пути прямого и отраженного звука в зале
Рис. 2. Временная характеристика для импульсного сигнала в зале
Рис. 3. У современных AV-ресиверов выбор режима DSP осуществляется перебором зашитых программ обработки
Рис. 4. В продвинутых моделях с экранным меню установок можно регулировать и параметры сигнала по каналам
Здесь режиссеру помогает цифровая обработка сигнала с помощью специальных устройств, которые называют DSP-процессорами. Особое значение для создания реалистичного звукового окружения приобретает цифровая обработка при записи звукового сопровождения современных фильмов, когда каналов уже не два, а шесть или даже семь.
Прогресс современной цифровой техники (увеличение быстродействия, разрядности обрабатываемого сигнала и мощности вычислительного блока микрочипа, в котором все это реализуется) позволяет перенести решение задачи воссоздания атмосферы зала на момент воспроизведения записи дома. Поговорим о процессорной обработке звука, которая широко используется в бытовой аудиоаппаратуре. Заметим, что поначалу DSP-обработка применялась для формирования пространственного звукового поля, но сегодня цифровая обработка применяется даже для обычной коррекции тембра. Но все равно важнейшей функцией DSP продолжает оставаться имитация пространственных характеристик звукового поля.
Что же делает DSP с исходным сигналом? Для пояснения снова вернемся в концертный зал. В общем виде условия для слушателя, сидящего, например, в консерваторском партере, достаточно понятны. Он слышит не только прямой звуковой сигнал, приходящий непосредственно от одного исполнителя (или групп музыкальных инструментов), но и отраженный от стен, пола потолка (см. рис. 1).
Если изобразить временнуўю диаграмму прихода к слушателю импульсного сигнала, то для зала это будет происходить подобно показанному на рис. 2. Прямой звук имеет самую большую амплитуду, а любой отраженный будет слабее за счет поглощения и большего пути, который ему приходится пройти при распространении. Сигналы после одного-двух отражений от стен еще можно отделить друг от друга, они называются ранними (или первыми) отражениями. Затем с меньшей амплитудой и еще более меньшими, но различимыми интервалами между ними — поздние (или вторые) отражения. Потом многократно переотраженные сигналы сливаются в единый затухающий звук. Это — реверберация помещения.
В зависимости от характера поглощения и расстояния до стен меняются параметры дошедшего до нас отраженного сигнала. Чем больше зал, тем больше временныўе задержки между отраженными сигналами.
А что получается при различном коэффициенте отражения от стен, когда, например, поглощение растет? Естественно, это влияет на амплитуду отражений, и более заметно на характере сигнала после многократных отражений.
Например, звучание в церкви (Church) отличает слабое затухание, что приводит к очень большому времени реверберации, то есть гулкому звуку. На стадионе, наоборот, отражения почти отсутствуют, но поскольку для озвучивания больших пространств обычно используются распределенные источники (масса дополнительных громкоговорителей), картина может иметь свои особенности (искусственное эхо).
Таким образом, чтобы в квартире воссоздать (имитировать) атмосферу зала, надо к прямому звуку добавить отраженный. Дело в том, что собственные отражения в небольшой комнате имеют очень малую задержку, и человеческий слух не в состоянии их отделить от основного (прямого) звука и воспринимает как единый сигнал. Нечто подобное делает DSP: в зависимости от выбранного режима рассчитывается добавочный сигнал, который суммируется с основным. В итоге из колонок идет звук, в котором замешаны и прямой, и «якобы отраженный» сигналы. Чтобы в звуке появлялось эхо и другие эффекты, формирующие у слушателя ощущение пространства, в принципе, можно обойтись «дедовскими методами». Раньше применялись пружинные и магнитофонные ревербераторы, линии задержки; главная проблема — научиться задерживать сигнал во времени. Но хитроумные схемы и механизмы имели массу недостатков, не позволяли точно подбирать задержку, были подвержены внешним помехам. В концертных залах такая техника использовалась, но в домашних системах почти не нашла применения.
Процессорная обработка дала этим идеям развиться в целое направление. Время задержки регулировать легко, пределы управления параметрами зависят, главным образом, от объема памяти и быстродействия процессора. Стало возможным вводить многократные отражения с различными задержками, контролировать время и частотные особенности реверберации. Микрокомпьютерные чипы можно запрограммировать по разным алгоритмам, и в этом отношении их потенциал почти безграничен. Дело — за малым: надо знать реальные величины задержек, которыми характеризуются концертные и кинозалы, чтобы реализовать конкретные программы для процессора. Описать теоретически процесс отклика любого помещения на звуковое воздействие можно в общем виде, но учесть все тонкости проблематично. Поэтому разработчики программ пользуются усредненными значениями (есть данные акустических измерений, есть расчетные значения). Ясно, что результат не всегда адекватен чаяниям слушателя…
Очень серьезно к проблеме программирования DSP отнеслась фирма Yamaha. Инженеры-акустики провели гигантскую работу. Разъезжая по всему миру, они проводили измерения акустических характеристик лучших киноконцертных залов; обобщали данные, выделяли наиболее значимые параметры и в итоге сформировали обширную библиотеку DSP-режимов, имитирующих различные условия для прослушивания стереозаписей (впоследствии появились и многоканальные варианты). Для иллюстрации мы использовали DSP-программы AV-ресивера Yamaha RX-V2400. Не будем утомлять читателя обилием результатов измерений, которые мы получили в своей лаборатории. Отметим лишь, что спектр сигнала при обработке меняется не очень заметно (иногда встречаются ограничения полосы по верхним частотам), а эффект в основном строится на имитации отражений. Так, например, для режима, имитирующего сводчатый зал собора или церкви (church), отмечается продолжительный процесс затухания почти шумового сигнала, который становится заметен через 200–250 мс после прихода основного сигнала. Длительность реверберации здесь измеряется секундами! При использовании исходной многоканальной записи (5.1–7.1) в разных колонках мы получаем свой набор «отражений». Это значит, что работы процессору прибавляется, объем вычислений растет. Возможны варианты, когда исходный стереосигнал раскладывается на 5.1-конфигурацию (процессор формирует сигналы для других каналов с учетом архитектуры зала, соответствующего выбранному режиму).
Конечно, далеко не любая аппаратура реализует подобные режимы. Бывает, что разработчики упрощают звуковую картину: эффект заметен, но напрямую не связан с акустикой конкретного зала. Возможность настройки режимов послезвучания — опция, которая предлагает слушателю поэкспериментировать со звуком. Дело это увлекательное, но, скажем так, — на любителя. Поэтому разработчики предлагают готовые программы или упрощают регулировку «силы эффекта» (Level 1, 2, 3…). Напротив, продвинутые «театралы» любят оптимизировать даже малозаметные детали, поэтому всевозможные регулировки для них представляют особую ценность. Перечень изменяемых параметров, которые предлагает для настройки Yamaha, внушителен: уровень DSP, начальная задержка (до первого отражения), размер зала, скорость затухания, время реверберации, задержка реверберации, уровень реверберации. Правда, в эпоху расцвета многоканального звука (только стандартных форматов насчитывается с десяток) значение DSP нивелируется, но не будем забывать о творческих аспектах в освоении акустической науки… Гибкий в управлении DSP напоминает сборник звуковых иллюстраций.
Реверберация
Определяется наличием постепенно затухающего звука в закрытом помещении вследствие повторных отражений после того, как источник звука перестал звучать. Эффект специально используется в архитектурной акустике при проектировании концертных залов и аудиторий. Акустические свойства помещения характеризует время реверберации. Временем реверберации помещения называется то, в течение которого уровень отраженных волн падает на 60 дБ. Разумеется, у различных помещений это время будет разным.
Кинотеатры Sony
На фоне большинства производителей, которые обходятся стандартным набором режимов DSP (зал, студия, стадион, церковь, кино и т.д.), интересен пример AV- ресиверов Sony с Digital Cinema Sound. Здесь на выбор предлагаются три специальных режима Cinema Studio EX A, B и C, для реализации которых используется моделирование акустики трех реальных помещений. Режим А, имитирующий театр Кэрри Гранта, оптимален для диалогов в мелодрамах и комедиях. Для сложных компьютерных звуковых эффектов идеальна обработка В: театр Кима Новака. И наконец, для живого воспроизведения мюзиклов и концертов предназначен режим С: — студия для записи музыки (scrolling studio). Используя меню CASTOMISE, можно не только задать для правильной работы процессора расстояние до акустики, но и ее расположение в пределах боковой зоны тыла и высоту установки.