Звукоусиление: факторы звучания

Несмотря на все преимущества вновь появившихся технологий звукоусиления, традиционные акустические системы горизонтального расположения – «трапециидальные», или, как их еще иногда называют, «веерные» – не ушли, да и вряд ли уйдут из употребления. В повседневной работе концертный звукорежиссер то и дело будет использовать именно на такие, пусть и устаревшие по некоторым мнениям, но все же профессиональные и работоспособные звуковые комплексы

Производители акустических систем, а особенно маркетинг – отделы, сделали все возможное, чтоб мы как можно меньше думали, настраивали, оптимизировали и крутили ручки – но это ведь не значит, что современная звуковая система, будучи установлена и включена, «зазвучит» автоматически в любой среде. Постоянное прикасание к окружающему нас волшебству высоких технологий и безоговорочное доверие рекламным лозунгам может незаметно лишить нас понимания базовых принципов распространения волн в среде, чем по сути звук и является. Как следствие, звукоинженера может постичь разочарование – качество звука в реальной жизни чаще всего оставляет желать лучшего.

Несомненно, за последние 20..25 лет в звукоусилительной индустрии мира произошли удивительные изменения. Цифровые микшеры предоставили возможность сохранения настроек и динамическую обработку на каждый канал. Усилители выросли в мощности и экономичности, «неподъемные» стали легче, а дорогие упали в цене. Владелец ноутбука может позволить себе мобильный акусто-измерительный комплекс, «выложив» всего около 1000$. Набор разнообразных приборов сигнальной обработки – от ретро-ламповых схем до сверхмощных 1HU-миниатюрных сигнальных процессоров – гордость любой прокатной компании. Даже хроническую дилемму XLR-разъема (какой контакт «горячий»?), похоже, удалось-таки разрешить! Поистине, фантастика, но вот вопрос…

Почему зальный микшер ставят в зале? Звукооператор желает «слышать то же, что и все» – находиться в тех же акустических условиях, в которых оказывается зритель. Тогда, якобы, тембральная картина и баланс инструментов передается потребителям так, как им задумано, что в совокупности с использованием самой современной электроники должно обеспечить зрителю превосходное звучание. Все правильно. Почему же иногда выясняется, что хороший звук только на микшерной рубке – для удовлетворения требований звукорежиссера, а остальная площадь зала оказывается озвучена далеко не лучшим образом? – Современное оборудование, опытные специалисты, а результат – хуже ожидаемого. Видимо, что-то не учтено, какие-то аспекты звукоусиления упущены из виду.

За разъяснениями обратимся к начальной теории и имеющимся в наличии программам-симуляторам, позволяющим моделировать звуковое поле от нескольких источников. Применительно к средним и большим открытым концертным площадкам это даст достаточно точные результаты, и можно будет более ясно представить себе возникающие проблемы, а это – уже полпути к достижению нашей цели – качественному и выгодному озвучиванию. Там где возможно, наметим возможные меры по устранению проблем. Оставим в покое электрический тракт – кабеля, пульты, обработки, усилители. Гораздо вреднее сюрпризы, преподносимые нам стадией акустического излучения и распространения.

Большие расстояния

Вам, несомненно, известно: когда вещи становятся большими – все радикально меняется. В качестве иллюстрации можно представить себе историю создания зоопарка, как вольеры заселяют разными животными – мышами, обезьянами, медведями. По мере появления новых «жильцов» здание постепенно заполняется, но еще может успешно выполнять свои функции. Но вот хозяин купил слона: казалось бы, еще одно животное… Только вот здесь количественные критерии при поселении «жильца» уже не действуют, а в ход идут изменения качественные – необходимо здание больших размеров. Вот таким грубым примером можно описать то, что происходит, когда вырастает звукоусилительная система. И хотя, волей-неволей возникает искушение перенести и масштабировать на концертную площадку акустические условия студийной контрольной комнаты или клубной стереосистемы, но такой подход не приведет ни к чему хорошему, даже если нам удастся физически осуществить такую задумку. Условия работы становятся намного хуже: концертное звучание более неравномерно, изменчиво и искаженно, а зачастую – слабо предсказуемо.

Энергия никуда не исчезает

Для начала стоит отметить следующее: энергия звукового сигнала, многократно усиленная и высвобожденная в воздух динамиками, никуда не девается – она потребляется, распространяясь каким-то образом в акустической среде – воздухе. После стадии излучения нужные нам колебательные движения больше нигде не усиливаются: все, что происходит с полезным звуком при движении – всего лишь различные формы потерь колебательной энергии. Любой феномен, будь то гармонический резонанс или реверберация – всего лишь особая форма ее потребления и перераспределения, зависящая от расположения громкоговорителей и акустических свойств окружающей среды. Это важно будет помнить при рассмотрении последующих превращений звукового сигнала в пространстве.

… и ниоткуда не берется

Основная проблема кроется уже в названии – распространение звука. Представьте себе мыльный пузырь, в который вкачивают воздух. Он растет в размерах, оболочка растягивается и становится все тоньше. Увеличьте диаметр вдвое, и толщина слоя оболочки уменьшится вчетверо. Ничего не напоминает? Правильно, «inverse square low», или закон 1/r: с каждым удвоением расстояния от сферического источника сила колебаний частиц воздуха падает на 6дБ (в 4 раза по мощности). Это падение объясняется расходящимся характером распространения волнового возмущения в среде. Энергия колебаний частиц воздуха (как и мыло в пузыре) никуда не исчезает, она просто распределяется на все возрастающую сферическую площадь. С некоторыми уточнениями, большинство источников звука можно считать источниками именно сферических волн.

Рунок 1. Энергия сферической звуковой волны распределяется на все возрастающую площадь волнового фронта, благодаря чему звуовое давление теряет 6 дБ с каждым удвоением расстояния от источника

Зачем упоминать этот общеизвестный закон? Как вам претензии организаторов уличного концерта, когда кто-то из них, подвергнув себя максимальным децибеллам вблизи сцены и слегка оглохнув, решил прогуляться «в массы»… Удивительно будет узнать, что на расстоянии 60 м от сцены «слишком тихо»! Но, не будем отвлекаться.

Для источников цилиндрической волны дело обстоит проще, и колебательная энергия уменьшается на 3 дБ с каждым удвоением расстояния. Именно это утверждение проходит красной нитью через описания «линейных массивов» почти всех фирм-производителей. Этот эффект проявляется в ограниченном диапазоне частот, ниже которого фронт волны становится сферическим, и до определенных расстояний. Для более подробного разъяснения отсылаю вас к статье И. Алдошиной в журнале Install-Pro #5 «Акустическая аппаратура для озвучивания, Часть 3».

Атмосферные эффекты

Преодоление воздушной толщи в десятки, а тем более, сотни метров сказывается на звуке достаточно серьезно. Основные проблемы, которые здесь возникают, это дополнительное поглощение высоких частот и искривление движения звуковой волны.

Воздушная толща в несколько десятков метров безвозвратно крадет у нас верхний край слышимого спектра, так что частоты выше 10..12 кГц на больших концертных площадках используются лишь как условное понятие. Эффект поглощения высоких зависит от расстояния, влажности и температуры.

РИС 2а, 2b. Модуль Servodrive TD1 изнутри – все три полосовых подсистемы нагружены на один рупор, а их акустические центры находятся на одной оси

Второй аспект настораживает больше: звук на концерте может радикально отличаться от звука на саундчеке, если от утра к вечеру земля прогреется и изменится разность температур у поверхности и на некоторой высоте. Хотя в большинстве случаев вызванные этим изменения незначительны, в отдельных случаях может оказаться необходимой дополнительная настройка аппарата перед концертом. Иногда есть возможность поставить свой любимый настроечный CD и прослушать возникшие изменения, или «продуть» розовым шумом систему прямо перед началом концерта в присутствии зрителей, оценивая изменения в частотной характеристике при помощи аналайзера. Иногда это невозможно, и тогда оказываются полезными т.н. стимуло-независимые анализаторы, которые показывают АЧХ звуковой системы, основываясь на сравнении сигнала с пульта и сигнала с тестового микрофона. Тогда опытный инженер может оперативно оценить глубину возникших в системе изменений практически на любом сигнале, например, на интро первой выступающей группы или речи ведущего, и откорректировать эквализацию по необходимости. Подробнее о таких анализаторах – в следующий раз.

Если действие температурного эффекта происходит медленно и, потому, поддаются корректировке, то порывы ветра носят частый и порой непредсказуемый характер. Здесь стопроцентно верных рекомендаций нет: все зависит от скорости и изменчивости ветра. В присутствии ветра звук на расстояниях выше 50 м меняется прямо на глазах, и верхняя середина/верх то прорезается, то пропадает «в реальном времени».

Эскалация мощности

Все эти факторы поглощения проявляются тем сильнее, чем больше расстояния до слушателя. Помноженные на необходимость озвучить обширную территорию, они неизменно влекут за собой реакцию человека – необходимость обеспечить более высокую излучаемую акустическую мощность для преодоления воздушного слоя между АС и слушателем.

Рисунок 3.

Увеличение уровня амплитуд колебаний до возможных пределов в любых механических системах автоматически сопровождается ростом искажений. Ничего не может улучшаться бесконечно и, научившись выигрывать в выходной мощности, человечество систематически проигрывает в качестве звучания. Утопическим выглядит в этой связи идея создания очень большого и мощного студийного монитора для проведения концертов. Мы наткнемся на массу электрических, механических и акустических ограничений, которые вызывают новый вид потребления колебательной энергии – нелинейные искажения.

Любое наращивание мощности звуковых систем можно разделить на три вида: 1) умощнение самих излучателей, т.е. увеличение мощности динамиков, совершенствование рупоров и корпусов для увеличения отдачи; 2) приспособление разных по размерам излучателей для работы в составе одной двух-, трех- или четырехполосной системы и 3) использование некоторого числа таких многополосных систем: группировка в кластеры, распределенное расположение, формирование линий задержки и т.д.

Появление многополосных акустических систем

Не желая больше наращивать громкость за счет бесконечного умощнения динамических головок и усилителей, человек вынужден увеличивать их количество в одновременном использовании. Как сохранить КНИ на низком уровне при увеличении звукового давления? – ответ отчасти кроется в сужении эффективной рабочей полосы частот. Тогда можно немного увеличить чувствительность динамика и/или его подводимую мощность, и при помощи акустического оформления и электроники задать ему такой диапазон, где он будет максимально прозрачен и силен в звучании. Придется разработать дополнительно другие динамики, которые эффективны на других частотах и в комплекте с первым образуют АС широкого диапазона, и уместить их в составе одной практически реализуемой конструкции.

Рисунок 4. Симуляция акустического поля горизонтального кластера из 3-х стандартных туровых модулей: звуковое давление на 1/3-октавных полосах, отражения отсутствуют. Симулятор EASE 3.0

Сегодня такие многополосные системы – стандарт профессионального звукоусиления, в них достигается компромисс между объемом искажений и громкостью, практичностью использования и качеством звучания, затраченными интеллектуальными и вещественными ресурсами и стоимостью на рынке.

Но, как оказывается, многополосность – еще один камень преткновения. Используемые в кроссоверах концертных систем фильтры 4го (иногда и 5го) порядка вносят значительные фазовые сдвиги в сигнал, чем осложняется «состыковка» полос между собой. Компенсируется эта разница путем введения электронной задержки или фазового сдвига в одну или несколько полос, что еще больше ухудшает инерционные свойства всей системы. Существует много дискуссий о том, как влияет искривленная ФЧХ на звучание систем, но одно очевидно: несогласованный приход разных диапазонов звука во времени вызывает соответствующие неравномерности в АЧХ, а это, несомненно, слышится на слух в виде тембральной окраски, влияет на чистоту, богатство и музыкальность звучания. Другое дело – только сложные акустические измерения могут показать, можем ли мы что-то с этим сделать, или нет. Если проблема несинхронности полос во времени кроется в механических и акустических недостатках конструкции, то, скорее всего, любые попытки скрыть это при помощи электроники отрицательно скажутся на звуке. Если конструкция удачна, то при помощи цифровых фильтров и задержки можно добиться характеристик, очень близких к линейным. Но, даже если мы добьемся линейной АЧХ и ФЧХ на оси такой системы, это еще не значит, что «зверь» побежден, ведь зрители находятся не только на его оси. Я бы даже сказал, большинство из них окажутся вне оси какого-либо динамика в зале.

Поскольку низко-, средне- и высокочастотные излучатели акустической системы физически не могут быть совмещены в одной точке, то между их акустическими центрами всегда существует некоторое расстояние, что вызывает дополнительные временнЫе ошибки при распространении звука, особенно на «частоте деления». Большой выбор традиционных модульных АС сегодня и объясняется тем, что конструкторы находят все новые и новые способы такого расположения рупоров и динамиков в корпусе модуля, чтобы эти ошибки были минимальны. Многим производителям модульных АС удается совместить 2-3 полосы соосно (коаксиально). Такой подход дает преимущества «точечного источника», который излучает равномерную волну во всех направлениях на всех частотах, упакованного в коммерчески доступной и практичной конструкции. Естественно, приблизительно-точечные свойства проявляются не во всех направлениях, а только в пределах углов охвата системы. Таковы EAW и их KF750 (три-аксиальное размещение НЧ/СЧ/ВЧ), Servodrive TD1, (рис. 4) где в одном рупоре вполне успешно уживаются три полосы, Renkus-Heinz и целый ряд моделей этой фирмы, где СЧ/ВЧ секции не только совмещены, но и нагружены на один рупор, Nexo и серия Alpha (соосные СЧ/ВЧ), и т.д. Кто-то вспомнит компактные коаксиальные модели от Tannoy, коаксиальные мониторы L-Acoustics и McCauley. Искушенный читатель упомянет о тех конструкциях «линейных массивов», где две/три полосы совмещены на одной оси, либо, по крайней мере, соосны их акустические центры. Видимо, именно благодаря этому их свойству «точечности» в горизонтальной плоскости мы и видим повышенный интерес к философии «линейных».

Даже совместив динамики и рупора на одной осевой линии, натыкаемся на трудности. Если коаксиально «упакованы» средне- и высокочастотный рупоры, то значит, линейные размеры внутреннего (ВЧ) в 2-3 раза меньше внешнего. Ставится вопрос: где провести частоту раздела такой системы, чтобы она успешно выполняла «точечные» свойства в своем секторе паспортных рабочих углов? Если зафиксировать некоторую частоту, то большой рупор будет направлен острее, чем малый. Иными словами, на частоте деления волновые фронты ВЧ и СЧ будут отличаться радиусом – не полностью согласованы в пространстве, не когерентны. Опять электроника дает свой быстрый грязный ответ – «перекрывание» полос и задержка с целью «затенить» работу большого рупора работой маленького в диапазоне вокруг частоты деления. Звук приобретает «характер», студийщики и активисты High End покидают зал.

Как видим, практически невозможно полностью совместить волновые фронты разных полосовых излучателей в пространстве, чтобы воссоздать единую волну-прообраз исходного сигнала. Зато многополосные системы можно сделать не только очень громкими, но и секторально-направленными на средних и высоких частотах. Тем самым удается уменьшить «деструктивное взаимодействие» в портале, а также направить звук на зрителя и избежать излишнего распространения в сторону стен, потока и в других нежелательных направлениях. Пытливый читатель может проследить как на протяжении последних 25 лет возникло множество реинкарнаций этой идеи в трапециидальных и прямоугольных системах самых разных производителей, с успехом отколесивших всемирные туры и озвучивших самые громкие и качественные концерты популярных и именитых артистов. Должен отметить, что среди этих «старушек» встречаются поистине шедевры электроакустического искусства.

Модуль – слева, модуль – справа

Более эффективный способ наращивания громкости – увеличение числа задействованных многополосных систем, или модулей. Крупные звуковые системы собираются из таких «кирпичиков», что приводит к увеличению развиваемой акустической мощности. Появляются модульные звуковые системы, в состав которых входят кластера (порталы, массивы, грозди и т.д.)

Рисунок 5. Сравнение звукового поля кластеров разных конфигураций: а) горизонтальный, б) вертикальный и в) вертикально-горизонтальный. С увеличением числа систем в кластере неравномерность возрастает, но зато удается озвучить большую площадь с большей громкостью

Использование в составе кластера грамотно сконструированных модулей позволяет сохранить нелинейные искажения на приемлемом уровне, одновременно наращивая мощностные характеристики системы, и решить проблемы направленности разных полос, направляя модули в разные стороны под углом. Удваивая число колонок, удваиваем рассеиваемую в воздух акустическую мощность. Надо «охватить» территорию пошире – добавь по колонке слева и справа. Так появляются трапециидальные по форме модули. Казалось бы, тут можно и закончить.

В самом деле, группировка множества систем отчасти решает все вышеприведенные проблемы. Для преодоления поглощения высоких частот и для получения высоких уровней громкости на значительных дистанциях применяют многорядные порталы с отдельной обработкой верхнего ряда (см. рис) или дополнительные удаленные порталы с временной задержкой сигнала – т.н. «линии задержки». Высокой направленности добиваются при помощи определенных конфигураций порталов – считается, что узкий и высокий кластер «выхватит» широкий сектор аудитории, при этом «пробьет» дальше из-за острой направленности в вертикальной плоскости. Широкому и низкому стеку приписывается же, наоборот, узкий звуковой луч по горизонтали и широкий по вертикали. Но, к сожалению, такая концепция оправдывает себя только для узкого диапазона частот – низких и нижней середины.

Дело в том, что наличие некоторого расстояния между излучателями (а иначе и не бывает…) приводит к появлению двух видов взаимодействия производимых ими волн в пространстве. Конструктивное взаимодействие характеризуется полным суммированием излучаемой энергии от нескольких АС во всех точках озвучиваемой поверхности, что и происходит на низких частотах и нижней середине. Условие выполнения такого взаимодействия волн частотно – зависимо: расстояние между соседними источниками должно быть меньше, чем длина полуволны на излучаемой частоте. Деструктивное взаимодействие характеризуется неодинаковым суммированием волн в пространстве – где-то возникают максимумы, где-то – подавление звуковой энергии. На частотах, длина полуволны которых меньше, чем расстояние между соседними источниками, взаимодействие становится деструктивным. Обратите внимание на рис.5: взаимодействие трех известных акустических систем, подвешенных в горизонтальном кластере, можно назвать конструктивным только на частотах ниже 200Гц.

Этот эффект интерференции зависит от частоты и местоположения слушателя, то есть в каждой точке пространства неравномерности будут на своих уникальных частотах. Можно убедиться в этом, пробегая мимо большого портала в момент «продувки» розовым шумом – отчетливое шшиихх-шшиихх не даст вам уснуть еще несколько дней после этого эксперимента.

Мы рассмотрели только горизонтальное расположение систем. Если портал имеет несколько таких рядов один над одним – тогда дополнительные «лепестки» изрезывают диаграмму направленности по вертикали. Результирующее звуковое поле – это комбинация горизонтальных и вертикальных «лепестков», вызывающих бесконечное множество провалов и пиков в звуковом поле.

Всвете сказанного, что можно сказать звукорежиссеру, который ставит возле пульта измерительный микрофон, включает анализатор и пытается корректировать проблемы в частотной области при помощи эквалайзера «со своей колокольни». Сдвиньте микрофон на 2-3 метра в сторону – анализатор покажет другую картину, и «резать» придется уже другие частоты. По мере роста такого портала звуковое поле становится настолько сложным и неоднородным по площади и по частотам, что спектральная оценка, взятая в отдельной точке пространства, просто ничего не говорит об электроакустических (а значит, и звуковых) свойствах системы в зале! А эквализация, основанная на такой оценке, не улучшит, а испортит звучание. Виноваты здесь не конструкторы звуковой системы, и не системный инженер, а физические законы природы и практические ограничения.

Рисунок 6. Диагностика концертной звукоусилительной системы при помощи SIA SmaartLive: а) Собрав серию АЧХ, полученных в различных точках зала, можно судить о глобальных тенденциях в звучании. На всех показанных АЧХ присутствует провал в районе 280 Гц, что указывает на глобальный характер аномалии – несогласованность между НЧ и СЧ – головками во времени, или отражение от пола. Другие острые провалы, как видим, носят локальный характер и являются следствием горизонтального расположения колонок в массиве. б) АЧХ, усредненная по данным кривым. Общие тенденции остались, локальные – значительно потеряли свой вес

Допустим, вам необходим портал охватом в 120°. Ставим в ряд 3 трапециидальных системы с честным горизонтальным углом покрытия в 40° каждая, и что? Да, на верхних и нижних частотах, скорее всего, мы получим требуемый раскрыв или больше. Но обязательно появится целый диапазон частот, преимущественно в пределах 2х октав вокруг 1 кГц, для которых направленность портала будет намного меньше необходимой. Так что не удивляйтесь, если зритель, сидящий в ряду n на месте m в антракте будет жаловаться на избыток низов, середины или верхов, на избыточную громкость или общий дискомфорт. Что именно он скажет – зависит от месторасположения его и звукорежиссера. Вы эквализировали систему и получили гладкую АЧХ на пульте? – зато вы испортили и без того изрезанную «гребенками» АЧХ звукового поля в других местах.

Как можно с этим бороться? – Выполнить условия конструктивности взаимодействия, например: 1) сузить частотный диапазон, чтобы условие выполнялось в наивысшей рабочей частоте излучателя, что и выполняется в низкочастотных секциях и практически неосуществимо в СЧ и ВЧ-секциях трапециидальных систем; 2) сокращать расстояние между соседними динамиками/рупорами, что невозможно без покупки новой звуковой системы, в которой эти расстояния были бы выдержаны конструктивно, и 3) держать количество источников как можно меньшим, что отрицательно скажется на максимальной мощности. Остается только вздохнуть, и рассмотреть имеющиеся в нашем наличии хитрости.

Мы ничего не можем сделать с «фирменной» системой – частоты деления полос оптимальны, и менять их неразумно, с геометрией колонок мы тоже ничего не сделаем – только хуже будет. Единственное, что у нас остается в запасе – это наши уши и желание сделать звучание как можно более равномерным и одинаковым для как можно большего числа зрителей. В большинстве случаев так и происходит – инженер включает музыку и ходит по рядам, пытаясь получить общее впечатление о звуке, и только потом в ход идут ручки и ползунки эквалайзеров. Собирая информацию о звучании в разных местах зала, мозг способен усреднять ее, а грамотный инженер отталкивается от полученного среднего звукового впечатления при оптимизации системы.

Но слух также непостоянен и неодинаков от человека к человеку, что все же целесообразно иногда сверять его с объективными показателями акустических измерительных систем. По этой причине, а также из-за постоянного желания облегчить свою работу, многие звукоинженеры предпочитают использовать при отстройке звуковых систем различные измерительные устройства. Действительно, «собирать статистику» при помощи приборов намного легче, да и объективные параметры, такие как звуковое давление в зависимости от частоты, более стабильны и показательны для оценки качества звуковоспроизведения. SIM II, SIA SmaartLive, TEF20, MLSSA, MacFOH и другие средства акустических измерений представляют собой не просто анализаторы спектра, а развитые компьютерные системы с мощным математическим аппаратом на борту, позволяющие диагностировать АЧХ, ФЧХ и импульсные характеристики систем, находя причины проблем и помогая разработать меры по их нейтрализации.

Рисунок 7. Симуляция «субового коридора» в октавных полосах. Звуковое давление представлено цветовой маркировкой. Между двумя всенаправленными синфазными излучателями расстояние 10м. Октавного разрешения не достаточно, чтоб увидеть отчетливые боковые лепестки. Симулятор MAPP Online

В этом и состоит предлагаемая методика борьбы с «лепестками» интерференции в портале: нельзя эквализировать по показаниям аналайзера в одной точке – тогда измерим звуковую картинку в нескольких характерных точках зала, усредним полученный результат – и получим ту кривую, которую нужно откорректировать. «Провалы» гребенчатого фильтрования, обусловленного взаимодействием нескольких колонок, будут отличаться по частоте для каждой позиции и дадут малый вклад в «общую АЧХ» системы, а проблемы, присущие системе в целом останутся, и мы сможем принять адекватные эквализационные меры.

Мы же настраиваем систему не только для звукооператора – наша задача сделать ее максимально «прозрачной» во всем зале, для всех зрителей. Звучание на пульте, конечно же, имеет свои приоритеты: Если показания аналайзера на пульте сильно отличаются от усредненных по залу, то, скорее всего, быть демократом будет нелегко. Звукооператор должен понимать и чувствовать эту разницу, и принимать соответствующие решения за пультом.

Такой метод отстройки накладывает новые условия на измерительную систему, ведь обычный анализатор спектра здесь уже не подойдет – во-первых, по причине отсутствия функции усреднения нескольких спектров. Можно, конечно, установить большое время усреднения – это хорошо соотносится с инерционностью слухового аппарата – но все же ходить с микрофоном по залу в момент измерения очень неудобно, особенно если вы хотите избежать «шумов обращения» микрофона и получить правдивые результаты… Во-вторых, неплохо бы понимать причины возникающих в спектре провалов и подъемов, ведь некоторые проблемы можно решить эквалайзером, а некоторые – нет. И, в-третьих, хорошо бы сделать систему измерений стимул – независимой, чтобы измерения можно было проводить на любом сигнале. Современные средства акустической диагностики дают нам такие возможности.

«Субовый коридор»

Этот эффект настолько актуален и широко обсуждаем в мировой звукоусилительной общественности, что решено было вынести его в отдельный пункт. Проблема «субового коридора», или power alley, имеет ту же природу, что и «лепестки» диаграммы направленности средне/высокочастотных кластеров – взаимодействие акустических волн в среде. Отличие в том, что речь идет о больших длинах волн и намеренно разнесенных по обе стороны сцены низкочастотных системах. Такая вынужденная схема расположения дает очень неравномерное распределение низкочастотной информации по площади, с широкими провалами и подъемами, воспринимаемыми на слух как изменения громкости или тембра супер-басового регистра.

Рисунок 8. Сдвиг «субового коридора» в сторону при внесении временной задержки в правый (верхний) стек. Октавная полоса 63 Гц. Между двумя всенаправленными излучателями расстояние 10м. Симулятор MAPP Online

Чтобы понять принцип, упростим задачу, поместив по краям сцены на расстоянии 1-м друг от друга по одному сабвуферу. Энергия, излучаемая соответственно левым и правым сабами, будет приходить одновременно только на линии симметрии, лежащей по центру между порталами, где расстояние до каждого из сабов одинаково. Двигаясь влево от этой линии, получаем некоторую разницу хода. Пока разница расстояний меньше длины полуволны наивысшей рабочей частоты – значительных изменений в звучании не происходит, так как еще нет фазовой компенсации (cancellation), и чистота низкочастотного воздействия еще не страдает – упругий, полноценный низкочастотный край. Двигаясь дальше в сторону, попадаем в точку, где длина волны на частоте, скажем, 80 Гц, совпадает с разностью хода звука от сабов в точку прослушивания, и происходит практически полное подавление звуковой энергии на данной частоте. Двигаемся дальше – и подавление уже происходит на другой частоте, к примеру, 70Гц. Так в каждом месте площадки образуется свой, уникальный характер звучания, звук обеднен по сравнению с исходным из-за «гребенки» в частотной характеристике. Причем эквалайзером эти провалы не исправить – во-первых, потому что на каждом провале подавление полное (этой частоты в узком смысле просто нет, усиливать нечего), во-вторых, потому что данная аномалия локальна и искусственная корректировка при помощи фильтра вызовет нежелательный подъем на этой частоте в других направлениях (где вибрации на этой частоте итак имеют достаточную амплитуду). Если на более высоких частотах провалы будут узкими и «упакованными» плотно, так что на слух могут быть нераспознаны, то на низких частотах это не пройдет – «лепестки» широкие и слух способен различать их по частоте. Посмотрите на рис.7, где промоделировано поведение звукового поля разнесенных источников. Отлично видна расширяющаяся «горячая» зона, которая сменяется по бокам глубокими провалами (чем не коридор?) и меняет свою ширину в зависимости от частоты.

Иллюстрация показывает, что при разнесенном расположении в хорошей ситуации оказываются зрители: 1) на центральной линии, которая совпадает с «коридором» и где воздействие обоих стеков суммируется синфазно, и 2) находящиеся напротив одного из порталов, где вклад противоположного стека незначителен и превалирует ближний стек субов, и звуковое давление вдвое меньше, но зато звучание довольно равномерно. Между этими линиями существует довольно большое пространство с людьми, для которых субниз в той или иной степени «размыт». В каждой точке звук ведет себя по-своему, и без математических расчетов практически непредсказуем.

Что еще можно сказать по рис.7? Если удвоить расстояние между субами, то для той же картинки частота уменьшится вдвое. стало быть, рисунки будут подписаны октавными полосами в 16, 31 и 63 Гц. В общем, увеличение расстояния между системами при фиксированной частоте вызывает сужение «коридора» и «боковых лепестков», делая звуковое поле более изрезанным. То же самое справедливо при фиксированном расстоянии и увеличении частоты.

Рисунок 9. Симуляция «сабвуферной дуги»: между крайними системами - 10м. Звуковое поле зала гораздо равномернее во всем низкочастотном диапазоне. Недостаток «дуги»: слишком много энергии сфокусировано на сцене. Симулятор MAPP Online

Как правило, звукооператор находится именно в центральном «коридоре», что не лучшим образом сказывается на условиях его работы. Ему «много низа», в то время как зрителям справа и слева его не хватает. Стоит сдвинуться 1-2 метра в сторону от пульта – и создается впечатление, будто кто-то прорезал на эквалайзере полосы от 60 до 100 Гц, оставив только супер-низ и мычание 130..160 Гц от всего басового спектра. Это и есть провалы по бокам от «коридора». Передвигаясь далее параллельно кромке сцены наблюдаем плавную смену провалов и подъемов меньшей выразительности, пока не оказываемся в области, куда ближний суб «приходит» намного громче дальнего, и звук становится довольно приемлемым.

Если на FOH-рубке стоят слева направо 2 пульта, то велики шансы, что оба звукоператора оказываются в зоне этих провалов, и обманываются в другую сторону – им «мало низа». Ловите ваши диффузоры. Если один пульт имеет больший приоритет и стоит по центру, а второй – от него в сторону, то 2 группы на концерте звучат катастрофически по-разному и в плане качества, и в плане тонального баланса. Конечно, опытный звукореж походит и послушает, прежде чем принимать глобальные решения, но работать все равно некомфортно, к звуку слишком быстро привыкаешь. Иногда к пульту допускаются люди, для которых оторваться от пульта и походить по залу – нонсенс. Они не представляют себе, как это звук может быть разным в разных местах. Зачастую это приписывается дефектам заведомо исправной звуковой системы. Постоянное столкновение с проблемами, возникающими из-за эффекта «субовой аллеи» и непониманием звукооператорами связанного с этим базового принципа акустики, рано или поздно, подведет Вас к мысли о поисках решений этой проблемы.

Самый простой, и в то же время самый нелепый совет, который я слышал – изменить полярность сигнала одной из «сторон» субов на противоположную. Тогда данный диапазон везде становится на редкость равномерным, кроме центра, где воздействие исчезает вовсе. Такой подход сразу вызывает сомнения: мало того, что центрально расположенный оператор останется не у дел, так еще возникнут проблемы согласования со следующей, басовой полосой как минимум одного из порталов. Про четкость и синхронность басовых инструментов (бас, большой барабан) нужно забыть. Хотя нельзя исключать, что в некоторых ситуациях такая мера может оказаться уместной.

Другое возможное решение – внести задержку в левый или правый стек. Тогда «коридор» больше не проходит через центр зала, отклоняясь от линии симметрии в сторону, но не более того. Звукооператор оказывается в «провале», и спрашивает у техника: «А что это у вас сегодня с низкими?» Он заметит, что передача на нижних частотах «ватная», «неконкретная» и т.д. Оттого, что он окажется в зоне несогласованности низкочастотных систем во времени, ни ему, ни зрителям легче не станет. Поэкспериментируйте сами и послушайте систему с временнЫм сдвигом одного стека субов, и вы навсегда вернетесь к стандартному варианту без него.

Также широко распространены идеи, предлагающие различную геометрию самих стеков для решения проблемы. Одни предлагают сделать стеки максимально узкими и высокими. Действительно, тогда горизонтальная направленность стека шире, он ведет себя в горизонтальной плоскости, как всенаправленный. Но ведь всенаправленные источники сильнее интерферируют и образуют веер лепестков с центральной «аллеей»… Зато такая схема сужает вертикальную направленность, и если у вас глубокая прямая площадка – вам на пользу.

Другие, наоборот, расширяют стек по ширине, чтобы хотя бы немного сузить низкочастотный луч по горизонтали, тем самым, уменьшая взаимодействие между разнесенными стеками. Но разница хода волн никуда не девается – «аллея» и «провалы» снова на месте, преимущество только в том, что напротив порталов звуковое давление несколько больше, чем при узких и высоких стеках, и боковые малые «аллейки» куда менее выражены. Нужно сказать, что глубина «провалов» в таком случае несколько уменьшается – за счет меньшего вклада дальнего стека.

Несколько передовых производителей вышли с очень интересным решением – сделать сабвуферные системы направленными подобно кардиоидным микрофонам. Достоинство таких субов в том, что взаимное взаимодействие от разнесенных стеков можно регулировать их поворотом по горизонтали, выбирая между степенью интерференции и равномерностью озвучивания.

Некоторое «сглаживание» проблемы дает подвес субов. Хотя при данном решении мы теряем как минимум 3 дБ драгоценной звуковой отдачи, нетрудно будет убедиться в том, что «коридор» при подвесе субов быстрее расширяется и боковые лепестки чуть более сглажены. Подвес не всегда оправдан: нужно учитывать, что отражения от стен и потолка помещения при подвесе возрастут. Однако, подвес дает более равномерное озвучивание в целом.

Самый эффективный, но не всегда возможный способ избавления от “коридора” – отказаться от двустороннего расположения субов и рассредоточить их дугой по переду сцены. Если расстояния между каждыми 2мя ближайшими субами в такой дуге меньше длины полуволны высшей рабочей частоты, то полученный источник звука генерирует одну цельную волну в горизонтальной плоскости. На рис. 5 вы видите симуляцию такого метода: звуковое поле намного более равномерно. Расстояние между соседними системами – 1.5 метра, поэтому на частоте 125 Гц (длина волны ~ 1.36 м) дуга начинает терять равномерность воздействия, хотя, еще вполне применима.

У «субовой дуги» есть и недостатки. Во-первых, далеко не всегда конструктивно возможно расставить системы по дуге перед сценой. Во-вторых, при таком расположении слишком много низкочастотной энергии оказывается позади на сцене, что нежелательно (а иногда и невыносимо) для работы музыкантов. И, наконец, такой стек гораздо сложнее совместить во времени с басовыми динамиками широкополосной портальной системы, которые по-прежнему располагаются справа и слева от сцены.

Частично эти недостатки можно устранить, если расположить субы не дугой, а по прямой линии – и внешний вид нейтральнее, и установка проще. Для получения той же одинаковой направленности в своем рабочем диапазоне частот, как у «субовой дуги», рекомендуется создавать «дугу задержек», когда к каждому сабвуферу симметрично относительно сцены прикладывается свой временной сдвиг. Расположенные в линию субы должны совместно производить круговой волновой фронт, а их задержки несложно будет вычислить, задавшись некоторым радиусом этого фронта. Пространство на сцене больше не будет перенасыщено низкими частотами, а звуковое воздействие будет равномерно во всем озвучиваемом секторе, но зато такая схема требует использования большого числа цифровых процессоров (DSP) для формирования «дуги задержек», что может не всегда быть экономически оправданным.

Если расстояние между звуковыми порталами небольшое, порядка 8..10м, то можно отказаться от построения каких либо «дуг», прибегнув к центральному и сосредоточенному расположению стека субов. Тогда следует убедиться, что он не слишком остро направлен на своих верхних рабочих частотах из-за свое ширины – что зрители слева и справа от сцены получают такой же «низ», как и центровые. В этой связи нужно подчеркнуть, что если верхняя рабочая частота суперниз-полосы составляет 80Гц, то субовый стек шириной 4 метра будет уже довольно хорошо направлен, с шириной угла примерно 90°, что может быть заметно по физическим ощущениям. «Коридор» тоже присутствует, но он теперь широкий, плавный и не сменяется резкими провалами.

Основной недостаток этих трех методов в том, что иногда расположение перед сценой просто невозможно. К примеру, многие заказчики в своем шоу-творчестве делают упор на сцену, декорации, телевидение и свет: какие-то массивные черные и неэстетичные с их точки зрения корпуса перед сценой не добавят вам бонусов для будущего сотрудничества. Большинство концертных залов просто конструктивно не позволяют иного расположения субов, как по сторонам. Поэтому в каждом случае выбираем то, что оптимально именно здесь и именно сейчас.

Другой немаловажный аспект состоит в том, что моно-стек субов звучит по-другому в составе системы. Здесь мнения специалистов делятся пополам: на тех, кому такое звучание нравится и на тех, кто предпочитает находиться по центру между двумя разнесенными стеками, где звучание низов очень когерентно, пусть и на очень малой площади – «все равно никто не оценит».

В заключение

Существует еще много факторов, влияющих на звучание звуковых систем. Многое зависит от того, как система скоммутирована, какие люди с ней работают – насколько они квалифицированы и внимательны. Работа в помещении выдвигает свои, уникальные требования и добавляет новых хлопот. Следующие статьи будут посвящены взаимодействию звуковой системы и помещения и акустическим измерениям в повседневной работе звукоинженера.

Статья опубликована в журнале «Шоу-Мастер» №35 (4-2003)

Popularity: 19% [?]

Рассказать другим:
Digg Google Bookmarks reddit Mixx StumbleUpon Technorati Yahoo! Buzz DesignFloat Delicious BlinkList Furl

Отзывов нет к “Звукоусиление: факторы звучания”

Ваш отзыв:

Имя (обязательно):
Почта (обязательно, не публикуется):
Сайт:
Сообщение (обязательно):
XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Spam Protection by WP-SpamFree