Звукопідсилення: фактори звучання

Незважаючи на всі переваги нових технологій звукопідсилення, традиційні акустичні системи горизонтального розташування − «трапецієвидні» або, як їх ще іноді називають, «віялові» − не вийшли та й навряд вийдуть з ужитку. В повсякденній роботі концертний звукорежисер раз за разом буде використовувати саме такі, нехай і застарілі на думку декого, але професійні та працездатні звукові комплекси

Виробники акустичних систем, особливо їхні маркетинг-відділи, зробили все можливе, щоб ми якнайменше думали, настроювали, оптимізували та крутили ручки, але це не означає, що сучасна звукова система, будучи встановлена і включена, «зазвучить» автоматично в будь-якому середовищі. Постійний дотик до оточуючого нас чародійства високих технологій і беззастережна довіра рекламним гаслам, непомітно може позбавити нас розуміння базових принципів поширення хвиль у середовищі, чим по суті і є звук. Як наслідок, звукоінженера може охопити розчарування − якість звуку в реальному житті найчастіше залишає бажати кращого.

Безсумнівно, за останні 20-25 років у звукопідсилювальній індустрії світу відбулися надзвичайні зміни. Цифрові мікшери надали можливість зберігання настроювань і динамічної обробки на кожний канал. Підсилювачі виросли в потужності та економічності, непід’ємні стали легше, дорогі впали в ціні. Власник ноутбука може дозволити собі мобільний акустичний вимірювальний комплекс, виклавши всього близько 1000 доларів. Набір різноманітних приладів сигнальної обробки − від ретро-лампових схем до надпотужних 1 HU-мініатюрних сигнальних процесорів − гордість будь-якої прокатної компанії. Навіть хронічну проблему XLR-роз’єму (який контакт «гарячий»?), схоже вдалося-таки вирішити! Воістину фантастика, але от питання: чому зальний мікшер ставлять у залі? Звукооператор бажає «чути те саме, що й усі» − перебувати в тих же акустичних умовах, в яких знаходяться глядачі. Тоді, нібито, тембральна картина та баланс інструментів передається глядачам так, як задумано, що в сукупності з використанням найсучаснішої електроніки повинно забезпечити глядачеві чудове звучання. Все правильно. Чому ж іноді виявляється, що гарний звук тільки на мікшерній точці − для задоволення вимог звукорежисера, а інша площа залу виявляється озвучена далеко не найкращим чином? Сучасне обладнання, досвідчені фахівці, а результат − гірше очікуваного. Мабуть, щось не враховано, якісь аспекти звукопідсилення випущені з виду.

За роз’ясненнями звернемося до теорії та до програм-симуляторів, які є в наявності та які дозволяють моделювати звукове поле від декількох джерел. Стосовно до середніх і великих відкритих концертних площадок це дасть досить точні результати і можна буде більш ясно уявити собі виникаючі проблеми, а це вже половина успіху в досягненні нашої мети − якісного і вигідного озвучування. Там, де можливо, намітимо заходи щодо усунення проблем. Дамо спокій електричному тракту − кабелі, пульти, обробки, підсилювачі. Набагато шкідливішими є сюрпризи, які несуть нам акустичне випромінювання і поширення звуку.

Великі відстані

Без сумніву, Вам відомо, коли щось стає великим, все радикально змінюється. Як ілюстрацію уявимо собі історію створення зоопарку − вольєри заселяють різними тваринами: мишами, мавпами, ведмедями. Якийсь час по мірі появи нових мешканців, приміщення заповнюються, але зоопарк ще може успішно виконувати свої функції. Але з’являється слон, здавалося б, ще одна тварина… Однак, кількісні критерії вже не діють, починаються якісні зміни − потрібне приміщення великого розміру. Так, грубо можна описати те, що відбувається, коли збільшується звукопідсилювальна система. І хоча виникає спокуса перенести і масштабувати на концертну площадку акустичні умови студійної контрольної кімнати або клубної стереосистеми, такий підхід не доведе до добра, якщо навіть фізично вдасться здійснити такий задум. Умови роботи стають набагато гіршими − концертне звучання більш нерівномірне, мінливе та спотворене, а найчастіше, важко передбачуване.

Енергія нікуди не зникає

Для початку варто зазначити наступне: енергія звукового сигналу, багаторазово посилена та вивільнена динаміками, нікуди не подінеться − вона споживається, поширюючись в акустичному середовищі − повітрі. Після випромінювання потрібні нам коливальні рухи більше ніде не підсилюються. Все, що відбувається з корисним звуком при русі − це лише різні форми втрат коливальної енергії. Будь-який феномен, будь то гармонійний резонанс або реверберація, − усього лише особлива форма її споживання та перерозподілу, який залежить від розташування гучномовців та акустичних властивостей навколишнього середовища. Це важливо пам’ятати при розгляді наступних перетворень звукового сигналу в просторі.

…І ні звідки не береться

Основна проблема криється вже в терміні «поширення звуку». Уявіть собі мильну бульбашку, в яку закачують повітря. Він росте в розмірах, оболонка розтягується і стає все тоншою. Якщо збільшити діаметр удвічі товщина шару оболонки зменшиться вчетверо. Нічого не нагадує? Правильно, «inverse square low», або закон 1/r2: з кожним подвоєнням відстані від сферичного джерела сила коливань часток повітря падає на 6 дБ (у чотири рази за потужністю). Це падіння пояснюється розбіжним характером поширення хвильового збудження в середовищі. Енергія коливань часток повітря (як і мило в бульбашці) нікуди не зникає, вона просто розподіляється на все зростаючу сферичну площу. З деякими уточненнями більшість джерел звуку можна вважати джерелами саме сферичних хвиль.

Рисунок 1. Енергія сферичної звукової хвилі розподіляється на всезростаючу площу хвильового фронту, завдяки чому звуковий тиск втрачає 6 дБ із кожним подвоєнням відстані від джерела

Навіщо згадувати загальновідомий закон? Як вам претензії організаторів вуличного концерту, коли хтось із них, зазнавши дії максимальних децибелів поблизу сцени і трохи оглухнувши, вирішив прогулятися «у маси»… Він здивується, що на відстані 60 м від сцени «занадто тихо»! Але не будемо відволікатися…

Для джерел циліндричної хвилі справа простіша і коливальна енергія зменшується на 3 дб з кожним подвоєнням відстані. Саме це твердження проходить наскрізною лінією через опис лінійних масивів майже всіх фірм-виробників. Цей ефект проявляється в обмеженому діапазоні частот, нижче якого фронт хвилі стає сферичним, а також проявляється до певних відстаней від джерела. Для більш докладного роз’яснення відсилаю вас до статті І. Алдошиной «Акустическая аппаратура для озвучивания. Часть 3» в журналі Install-Pro N 5.

Атмосферні ефекти

Подолання товщі повітря в десятки, а тим більше в сотні метрів, досить серйозно позначається на звуці. Основні проблеми, що виникають − це додаткове поглинання високих частот і скривлення руху звукової хвилі.

Товща повітря в декілька десятків метрів безповоротно «краде» верхній край чутного спектру, так що частоти вище 10-12 кГц на великих концертних площадках використовуються лише умовно. Ефект поглинання при цьому залежить від відстані, вологості й температури.

Рисунки 2а та 2b: Модуль Servodrive TD1 зсередини − всі три смугові підсистеми навантажені на один рупор, а їхні акустичні центри перебувають на одній осі

Другий ефект насторожує більше: звук на концерті може радикально відрізнятися від звуку на саундчекі, якщо до вечора земля прогріється й зміниться величина різниці температур на поверхні та на деякій висоті. Хоча в більшості випадків викликані цим зміни звуку незначні, в окремих випадках може виявитися необхідним додаткове настроювання апарата перед концертом. Іноді є можливість поставити свій улюблений CD для настроювання і прослухати зміни в звучанні або «продути» рожевим шумом систему прямо перед початком концерту в присутності глядачів, оцінюючи зміни в частотній характеристиці за допомогою аналайзера. Іноді це неможливо і тоді виявляються корисними т.зв. стимуло-незалежні аналізатори, які показують АЧХ звукової системи, ґрунтуючись на порівнянні сигналу з пульту та сигналу з тестового мікрофону. Досвідчений інженер може оперативно оцінити глибину виниклих у системі змін практично на будь-якому сигналі, наприклад, на інтро першої виступаючої групи або під час промови ведучого, і відкоригувати відповідно еквалізацію. Докладніше про такі аналізатори поговоримо наступного разу.

Якщо дія температурного ефекту відбувається повільно і тому піддається коректуванню, то пориви вітру носять частий і часом непередбачений характер. Тут стовідсотково вірних рекомендацій немає: все залежить від швидкості та мінливості вітру. При вітрі звук на відстані більше 50 м міняється прямо на очах, і верхня середина/верх, то прорізається, то пропадає в реальному часі.

Ескалація потужності

Означені вище фактори поглинання проявляються тим сильніше, чим більша відстань до слухача. Помножені на необхідність озвучити велику територію, вони незмінно спричиняють необхідність забезпечити більш високу випромінювану акустичну потужність для подолання повітряного шару між АС і слухачем.

Рисунок 3.

Збільшення амплітуди коливань до можливих меж в будь-яких механічних системах автоматично супроводжується ростом спотворень. Нічого не можна збільшувати нескінченно і, навчившись вигравати у вихідній потужності, ми систематично програємо в якості звучання. Утопічною виглядає ідея створення дуже великого і потужного студійного монітора для проведення концертів. Ми стикаємось з численними електричними, механічними та акустичними обмеженнями, які викликають новий вид споживання коливальної енергії − нелінійні спотворення.

Будь-яке нарощування потужності звукових систем можна розділити на три види: підвищення потужності самих випромінювачів, тобто збільшення потужності гучномовців, вдосконалення рупорів і корпусів для збільшення віддачі; пристосування різних за розмірами випромінювачів для роботи в складі однієї двох-, трьох- або чотирьохсмужної системи; використання деякого числа таких багатосмужних систем: групування в кластери, розподілене розташування, формування ліній затримки і т.ін.

Поява багатосмугових акустичних систем

Не бажаючи більше нарощувати гучність за рахунок нескінченного збільшення потужності динамічних головок і підсилювачів, людина змушена збільшувати їх кількість при одночасному використанні. Як зберегти коефіцієнт нелінійних спотворень на низькому рівні при збільшенні звукового тиску? Частково, за рахунок звуження ефективної робочої смуги частот. Тоді можна дещо збільшити чутливість головок гучномовців і/або підведену потужність, і за допомогою акустичного оформлення та електроніки задати такий діапазон, де звук буде максимально прозорим і сильним. Доведеться додатково розробити інші гучномовці, які ефективні на інших частотах і в комплекті з першими утворять АС широкого діапазону та включити їх в одну конструкцію, яка практично реалізовується.

Рисунок 4. Симуляція акустичного поля горизонтального кластера з трьох стандартних турових модулів: звуковий тиск на 1/3-октавних смугах, відбиття відсутні. Симулятор EASE 3.0

Сьогодні такі багатосмужні системи − стандарт професійного звукопідсилення, в них досягається компроміс між кількістю спотворень і гучністю, практичністю використання і якістю звучання, витраченими інтелектуальними і матеріальними ресурсами та вартістю на ринку.

Але, як виявляється, багатосмужність – ще один камінь спотикання. Використані в кросоверах концертних систем фільтри 4-го (іноді й 5-го) порядку вносять значні фазові зсуви в сигнал, чим ускладнюється «стикування» смуг між собою. Компенсується ця різниця шляхом введення електронної затримки або фазового зсуву в одну або кілька смуг, що ще більше погіршує інерційні властивості всієї системи. Існує багато думок про те, як впливає скривлена ФЧХ на звучання систем, але одне очевидно − неузгоджений за часом прихід звуків різних частотних діапазонів викликає відповідні нерівномірності в АЧХ, а це, безсумнівно, чутно на слух як тембральне фарбування, що впливає на чистоту, багатство та музикальність звучання. Інша справа, що тільки складні акустичні виміри можуть показати, чи можемо ми щось з цим зробити, чи ні. Якщо проблема несинхронності смуг у часі криється в механічних і акустичних недоліках конструкції, то, швидше за все, будь-які спроби притаїти це за допомогою електроніки негативно позначаться на звучанні. Якщо конструкція вдала, то за допомогою цифрових фільтрів і затримки можна домогтися характеристик, дуже близьких до лінійних. Але, навіть якщо ми досягнемо лінійної АЧХ і ФЧХ на осі такої системи, це ще не означає, що «звір» переможений, адже глядачі перебувають не тільки на осі системи. Я б навіть сказав, більшість з них виявляться поза віссю будь-якого гучномовця в залі.

Оскільки низько-, середньо- і високочастотні випромінювачі акустичної системи фізично не можуть бути сполучені в одній точці, то між їхніми акустичними центрами завжди існує деяка відстань, що викликає додаткові часові помилки при поширенні звуку, особливо на «частоті поділу». Сьогоднішній великий вибір традиційних модульних АС пояснюється тим, що конструктори знаходять все нові способи такого розташування рупорів і динаміків у корпусі модуля, щоб ці помилки були мінімальні. Багатьом виробникам модульних АС вдається сполучити 2-3 смуги співвісно (коаксіально). Такий підхід дає переваги «точкового джерела», що випромінює рівномірну хвилю у всіх напрямках на всіх частотах, упакованого в комерційно доступній і практичній конструкції. Звичайно ж, приблизно-точкові властивості проявляються не в усіх напрямках, а тільки в межах кутів охоплення системи. Такими є EAW та їх KF750 ( три-аксіальне розміщення НЧ/СЧ/ВЧ), Servodrive TD1 (рисунок 2), де в одному рупорі цілком успішно співіснують три смуги, Renkus-Heinz і цілий ряд моделей цієї фірми, де СЧ/ВЧ секції не тільки сполучені, але й навантажені на один рупор, Nexo і серія Alpha (співвісні СЧ/ВЧ) і т.ін.

Хтось згадає компактні коаксіальні моделі від Tannoy, коаксіальні монітори L-Acoustics і McCauley. Досвідчений читач згадає про конструкції «лінійних масивів» в яких дві/три смуги сполучені на одній осі або, принаймні, співвісні їх акустичні центри. Мабуть, саме завдяки цій властивості − «точечності» в горизонтальній площині й виник підвищений інтерес до філософії «лінійних» масивів.

Навіть сполучивши динаміки та рупори на одній осьовій лінії, стикаємося з труднощами. Якщо коаксіально «упаковані» середньо- та високочастотний рупори, виходить, що лінійні розміри внутрішнього (ВЧ) в 2-3 рази менше зовнішнього. Питання: де провести частоту поділу такої системи, щоб вона успішно виконувала «точечні» властивості у своєму секторі паспортних робочих кутів? Якщо зафіксувати певну частоту, то великий рупор буде спрямований гостріше, ніж малий. Іншими словами, на частоті поділу хвильові фронти ВЧ і СЧ будуть відрізнятися радіусом − тобто, вони не повністю погоджені в просторі, не когерентні. Знову електроніка дає свою швидку брудну відповідь − «перекривання» смуг і затримка з метою «затінити» роботу великого рупора роботою маленького в діапазоні навколо частоти поділу. Звук здобуває «характер», студійщики та прихильники High End залишають зал.

Як бачимо, практично неможливо повністю сполучити хвильові фронти різних смугових випромінювачів у просторі, щоб відтворити єдину хвилю-прообраз вихідного сигналу. Зате багатосмужні системи можна зробити не тільки дуже голосними, але й секторально-спрямованими на середніх і високих частотах. Тим самим вдається зменшити деструктивну взаємодію в порталі, а також направити звук на глядача та уникнути зайвого поширення убік стін, стелі та в інших небажаних напрямках. Допитливий читач може простежити, як протягом останніх 25 років виникло безліч реінкарнацій цієї ідеї в трапецієвидних і прямокутних системах самих різних виробників, які з успіхом від’їздили всесвітні тури та озвучували найгучніші та якісні концерти популярних та іменитих артистів. Повинен відзначити, що серед цих «бабусь» зустрічаються воістину шедеври електроакустичного мистецтва.

Модуль − ліворуч, модуль − праворуч

Більш ефективний спосіб нарощування гучності − збільшення числа задіяних багатосмужних систем або модулів. Великі звукові системи збираються з таких «цеглинок», що призводить до збільшення акустичної потужності. З’являються модульні звукові системи, до складу яких входять кластери (портали, масиви, грона та т.ін.).

Рисунок 5. Порівняння звукового поля кластерів різних конфігурацій: а) горизонтальний, б) вертикальний, в) вертикально-горизонтальний. Зі збільшенням числа систем у кластері нерівномірність зростає, проте вдається озвучити більшу площу з більшою гучністю

Використання в складі кластера грамотно сконструйованих модулів дозволяє зберегти нелінійні спотворення на прийнятному рівні, одночасно збільшуючи характеристики потужності системи, та вирішити проблеми спрямованості різних смуг, направляючи модулі в різні сторони під кутом. Подвоюючи число акустичних систем, подвоюємо акустичну потужність, що розсіюється в повітря. Треба «охопити» територію більш широку − додай по акустичній системі ліворуч і праворуч. Так з’являються трапецієвидні за формою модулі. Здавалося б, на цьому місці можна й закінчити.

Справді, групування безлічі систем почасти вирішує всі перераховані проблеми. Для подолання поглинання високих частот і одержання високих рівнів гучності на значних дистанціях застосовують багаторядні портали з окремою обробкою верхнього ряду (див. рис.) або додаткові віддалені портали з часовою затримкою сигналу, т.зв. «лінії затримки». Високої спрямованості досягають за допомогою певних конфігурацій порталів − вважається, що вузький і високий кластер «вихопить» широкий сектор аудиторії, при цьому «проб’є» далі через гостру спрямованість у вертикальній площині. Широкому та низькому стеку приписується навпаки, вузький звуковий промінь по горизонталі та широкий по вертикалі. Але, на жаль, така концепція виправдовує себе тільки для вузького діапазону частот − низьких і нижньої середини.

Справа в тому, що наявність певної відстані між випромінювачами (а інакше й не буває) призводить до появи двох видів взаємодії вироблених ними у просторі хвиль. Конструктивна взаємодія характеризується повним підсумовуванням випромінюваної енергії від декількох АС у всіх точках поверхні, яка озвучується, що й відбувається на низьких частотах і нижній середині. Умова виконання такої взаємодії хвиль частотно залежна: відстань між сусідніми джерелами повинна бути менше, ніж довжина напівхвилі на випромінюваній частоті. Деструктивна взаємодія характеризується неоднаковим підсумовуванням хвиль у просторі − десь виникають максимуми, десь − придушення звукової енергії. На частотах, довжина напівхвилі яких менше, ніж відстань між сусідніми джерелами, взаємодія стає деструктивною. Зверніть увагу на рисунок 5, взаємодію трьох відомих акустичних систем, підвішених у горизонтальному кластері, можна назвати конструктивною тільки на частотах нижче 200 Гц.

Цей ефект інтерференції залежить від частоти та місця розташування слухача, тобто в кожній точці простору нерівномірності будуть на своїх унікальних частотах. Можна переконатися в цьому, пробігаючи повз великий портал у момент «продувки» рожевим шумом − виразне «шшііххшшііхх» не дасть вам заснути ще кілька днів після цього експерименту.

Ми розглянули тільки горизонтальне розташування систем. Якщо портал має кілька таких рядів один над одним, додаткові «пелюстки» ріжуть діаграму спрямованості по вертикалі. Результуюче звукове поле − це комбінація горизонтальних і вертикальних «пелюстків», які викликають безліч провалів і піків на діаграмі звукового поля.

Що можна сказати звукорежисуру, який ставить біля пульта вимірювальний мікрофон, включає аналізатор і намагається коректувати проблеми в частотній області за допомогою еквалайзера «зі своєї дзвіниці»? Якщо зрушити мікрофон на 2-3 м убік, аналізатор покаже іншу картину і «різати» прийдеться вже інші частоти. По мірі віддалення від порталу, звукове поле стає настільки складним і неоднорідним по площі та частотам, що спектральна оцінка, взята в окремій точці простору, просто нічого не говорить про електроакустичні (а виходить, і звукові) властивості системи в залі. А еквалізація, заснована на такій оцінці, не поліпшить, а зіпсує звучання. Винуваті тут не конструктори звукової системи і не системний інженер, а фізичні закони природи та практичні обмеження.

Рисунок 6. Діагностика концертної звукопідсилювальної системи за допомогою SIA SmaartLive: а) зібравши декілька АЧХ, отриманих у різних точках залу, можна робити висновки про загальні тенденції у звучанні. На всіх показаних АЧХ є присутнім провал у районі 280 Гц, що вказує на глобальний характер аномалії − непогодженість між НЧ і СЧ-головками гучномовців у часі або відбиття від підлоги. Інші гострі провали, як бачимо, носять локальний характер і є наслідком горизонтального розташування колонок у масиві. б) АЧХ, усереднена за даними кривих. Загальні тенденції залишилися, локальні суттєво втратили своє значення

Уявимо, що Вам потрібен портал охопленням в 120°. Ставимо в ряд 3 трапецієвидні системи з чесним горизонтальним кутом покриття в 40° кожна, і що? Так, на верхніх і нижніх частотах, швидше за все, ми одержимо необхідне розкриття або більше. Але обов’язково з’явиться цілий діапазон частот, переважно в межах двох октав навколо 1 кГц, для яких спрямованість порталу буде набагато менше необхідного. Отже не дивуйтеся, якщо глядач, який сидить у ряді n на місці m, в антракті буде скаржитися на надлишок низів, середини або верхів, надлишкову гучність або загальний дискомфорт. Що саме він скаже, залежить від місця розташування його та звукорежисера. Ви еквалізували систему та отримали гладку АЧХ біля пульта? Зате ви зіпсували й без того порізану «гребінками» АЧХ звукового поля в інших місцях.

Як ми можемо з цим боротися? Виконати умови конструктивності взаємодії: по-перше, звузити частотний діапазон, щоб умова виконувалася на найвищій робочій частоті випромінювача, що й робиться в низькочастотних секціях і практично нездійсненно в СЧ і ВЧ секціях трапецієвидних систем; по-друге, скоротити відстань між сусідніми гучномовцями/рупорами, що неможливо без покупки нової звукової системи, в якій ці відстані були б витримані конструктивно, по-третє, скоротити кількість джерел до можливо меншого, що негативно позначиться на максимальній потужності. Залишається тільки зітхнути і розглянути наявні в нашому розпорядженні хитрощі.

Ми нічого не можемо зробити з «фірмовою» системою − частоти поділу смуг оптимальні, міняти їх нерозумно, з геометрією гучномовців ми теж нічого не зробимо − буде тільки гірше. Єдине, що в нас залишається − це вуха та бажання зробити звучання якомога рівномірним і однаковим для максимально більшого числа глядачів. У більшості випадків так і відбувається − інженер включає музику й ходить по рядах, намагаючись отримати загальне враження про звук, і тільки потім у хід йдуть ручки та повзунки еквалайзерів. Збираючи інформацію про звучання в різних місцях залу, мозок здатний усереднювати її, а грамотний інженер відштовхується від отриманого середнього звукового враження при оптимізації системи.

Але, оскільки слух також непостійний і неоднаковий у різних людей, іноді доцільно звіряти його з об’єктивними показниками акустичних вимірювальних систем. Із цієї причини, а також через постійне бажання полегшити свою роботу, багато хто із звукоінженерів воліють використовувати при настроюванні звукових систем різні вимірювальні пристрої. Дійсно, «збирати статистику» за допомогою приладів набагато легше, та й об’єктивні параметри, такі як звуковий тиск в залежності від частоти, більш стабільні та показові для оцінки якості звуковідтворення. SIM II, SIA SmaartLive, TEF20, MLSSA, MacFOH та інші засоби акустичних вимірів являють собою не просто аналізатори спектру, а розвинені комп’ютерні системи з потужним математичним апаратом, які дозволяють діагностувати АЧХ, ФЧХ та імпульсні характеристики систем, знаходячи причини проблем і допомагаючи розробити заходи для їх нейтралізації.

Рисунок 7. Симуляція «субового коридору» в октавних смугах. Звуковий тиск представлений кольоровим маркуванням. Між двома всеспрямованими синфазними випромінювачами відстань 10 м. Октавного розрішення недостатньо, щоб побачити виразні бічні «пелюстки». Симулятор MAPP Online

В цьому й полягає пропонована методика боротьби з «пелюстками» інтерференції в порталі. Не можна еквалізувати за показниками аналайзера в одній точці − виміряємо звукову картинку в декількох характерних точках залу, усереднюємо отриманий результат і маємо ту криву, яку потрібно відкоригувати. «Провали» гребінчастого фільтрування, що обумовлені взаємодією декількох гучномовців, будуть відрізнятися по частоті для кожної позиції і дадуть малий внесок у загальну АЧХ системи, а проблеми, властиві системі в цілому, залишаться і ми зможемо прийняти адекватні еквалізаційні міри. Система настроюється не тільки для звукооператора − необхідно зробити її максимально «прозорою» для всіх глядачів. Звучання на пульті, звичайно ж, має свої пріоритети, якщо показання аналайзера на пульті сильно відрізняються від усереднених по залу, тоді, швидше за все, бути демократом буде нелегко. Звукооператор повинен розуміти та відчувати цю різницю і приймати відповідні рішення за пультом.

Такий метод настроювання накладає нові вимоги на вимірювальну систему, адже звичайний аналізатор спектра тут уже не підійде, по-перше, через відсутність функції усереднення декількох спектрів. Звичайно, можна встановити великий час усереднення − це добре співвідноситься з інерційністю слухового апарата, але все-таки ходити з мікрофоном по залу під час вимірів дуже незручно, особливо якщо ви хочете уникнути «шумів користування» мікрофоном і отримати правдиві результати… По-друге, непогано було б розуміти причини виникаючих у спектрі провалів і підйомів, адже деякі проблеми можна вирішити еквалайзером, а деякі − ні. І по-третє, було б добре зробити систему вимірів стимуло-незалежною, щоб уможливити вимірювання на будь-якому сигналі. Сучасні засоби акустичної діагностики дають нам такі можливості.

«Субовий коридор»

Цей ефект настільки актуальний і широко обговорюється світовою звукопідсилювальною громадськістю, що я вирішив присвятити йому окрему главу. Проблема «субового коридору», або power alley, має ту ж природу, що й «пелюстки» діаграми спрямованості середньо/високочастотних кластерів − це взаємодія акустичних хвиль у середовищі. Відмінність в тому, що мова йде про хвилі великої довжини та навмисно рознесених по обидві сторони сцени низькочастотних системах. Така вимушена схема розташування дає дуже нерівномірний розподіл низькочастотної інформації по площі, з широкими провалами та підйомами, які сприймаються на слух як зміни гучності або тембру супербасового регістру.

Рисунок 8. Зсув «субового коридору» убік при внесенні часової затримки в правий (верхній) стек. Октавна смуга 63 Гц. Між двома всеспрямованими випромінювачами відстань 10 м. Симулятор MAPP Online

Щоб зрозуміти принцип, спростимо завдання, помістивши по краях сцени на відстані 1 м один від одного по одному субвуферу. Енергія, випромінювана, відповідно лівим і правим субвуфером, буде приходити одночасно тільки на лінії симетрії, яка лежить по центру між порталами, де відстань до кожного із субів однакова. Рухаючись ліворуч від цієї лінії, одержуємо деяку різницю ходу. Поки різниця відстаней менша довжини напівхвилі найвищої робочої частоти, значних змін у звучанні не відбувається, бо ще немає фазової компенсації (cancellation) і чистота низькочастотного впливу не страждає − пружний, повноцінний низькочастотний край. Рухаючись далі ліворуч, попадаємо в точку, де довжина хвилі на частоті, скажімо, 80 Гц збігається з різницею ходу звуку від субів у точку прослуховування і відбувається практично повне придушення звукової енергії. Рухаємося далі − і придушення вже відбувається на іншій частоті, наприклад, 70 Гц. Так, у кожному місці площадки утвориться свій унікальний характер звучання, звук збіднений у порівнянні з вихідним через «гребінку» на частотній характеристиці. До того ж, еквалайзером ці провали не виправити, по-перше, тому, що на кожному провалі придушення повне (цієї частоти просто немає, підсилювати нема чого), по-друге, тому, що дана аномалія локальна і штучне коректування за допомогою фільтра викличе небажаний підйом на цій частоті в інших напрямках (де вібрації на цій частоті й так мають достатню амплітуду). Якщо на більш високих частотах провали будуть вузькими та щільно «упакованими», так що на слух можуть бути нерозпізнані, то на низьких частотах цього не буде − «пелюстки» широкі і слух здатний розрізняти їх по частоті. На рисунку 7 змодельовано поводження звукового поля рознесених джерел. Добре видно «гарячу» зону, яка поширюється, а згодом переміняється з боків глибокими провалами (чим не коридор?) і міняє свою ширину залежно від частоти.

Ілюстрація показує, що при рознесеному розташуванні в гарній ситуації виявляються глядачі на центральній лінії, яка збігається з «коридором» і де вплив обох стеків підсумовується синфазно, а також глядачі, які перебувають напроти одного з порталів, де внесок протилежного стека незначний і превалює ближній стек субів і де звуковий тиск удвічі менший, але звучання досить рівномірне. Між цими лініями існує досить великий простір з людьми, для яких субниз в більшому/меншому ступені буде «розмитий». В кожній точці звук поводиться по-своєму і без математичних розрахунків практично непередбачено. Що ще можна сказати про ситуацію на рисунку 7? Якщо подвоїти відстань між субвуферами, то для тієї ж картинки частота зменшиться вдвічі, тому рисунки будуть підписані октавними смугами в 16,31 і 63 Гц. Загалом, збільшення відстані між системами при фіксованій частоті викликає звуження «коридору» і «бічних пелюстків», роблячи звукове поле більш порізаним. Те ж саме справедливо при фіксованій відстані та збільшенні частоти.

Рисунок 9. Симуляція «субвуферної дуги»: між крайніми системами 10 м. Звукове поле залу більш рівномірне у всьому низькочастотному діапазоні. Недолік «дуги»: занадто багато енергії сфокусовано на сцені. Симулятор MAPP Online

Як правило, звукооператор перебуває саме в центральному «коридорі», що не кращим чином позначається на умовах його роботи. Йому «багато низу», в той час як глядачам праворуч і ліворуч його не вистачає. Варто відійти на 1-2 метри убік від пульта і створюється враження, начебто хтось прорізав на еквалайзері смуги від 60 до 100 Гц, залишивши тільки суперниз і «мукання» частотою 130-160 Гц від усього басового спектру. Це і є провали з боків від «коридору». Пересуваючись далі паралельно крайці сцени, спостерігаємо плавну зміну провалів і підйомів меншої виразності, поки не опиняємося в області, куди ближній субвуфер «приходить» набагато голосніше дальнього і звук стає досить прийнятним.

Якщо в FOH-рубці стоять 2 пульти, то велика ймовірність, що обидва звукооператори виявляться в зоні цих провалів і помиляться в іншу сторону − їм «мало низу». Тримайте Ваші дифузори. Якщо один пульт має більший пріоритет і стоїть по центру, а другий − від нього убік, то 2 групи на концерті звучать катастрофічно по-різному і в сенсі якості, і в сенсі тонального балансу. Звичайно, досвідчений звукорежисер походить і послухає, перш ніж приймати глобальні рішення, але працювати однаково некомфортно, до звуку занадто швидко звикаєш. Іноді до пульта допускаються люди, для яких відірватися від пульта та походити по залу − нонсенс. Вони не уявляють собі, як це звук може бути різним у різних місцях. Найчастіше вони приписують це дефектам свідомо справної звукової системи. Постійне зіткнення з проблемами, які виникають через ефект «субової алеї» та нерозуміння звукооператорами пов’язаного з цим базового принципу акустики, рано чи пізно наведе Вас на думку про пошуки рішень цих проблем.

Найпростіша і в той же час чудернацька порада, яку я чув, − змінити полярність сигналу однієї зі «сторін» субів на протилежну. Тоді даний діапазон скрізь стає надзвичайно рівномірним, крім центру, де вплив зникає зовсім. Такий підхід відразу викликає сумніви: мало того, що розташований по центру оператор залишиться не при справах, так ще й виникнуть проблеми узгодження з наступною басовою смугою, як мінімум, одного з порталів. Про чіткість і синхронність басових інструментів (бас, великий барабан) треба забути. Хоча не можна виключати, що в деяких ситуаціях така міра може виявитися доречною.

Інше можливе рішення – внести затримку в лівий або правий стек. Тоді «коридор» більше не проходить через центр залу, відхиляючись від лінії симетрії убік, але не більше того. Звукооператор виявляється в «провалі» і запитує у техніка: «А що це у вас сьогодні з низькими?» Він помітить, що передача на нижніх частотах «ватяна», «неконкретна» та т.ін. Від того, що він виявиться в зоні непогодженості низькочастотних систем у часі, ні йому, ні глядачам легше не стане. Проекспериментуйте самі − послухайте систему з часовим зсувом одного стека субів, і ви назавжди повернетеся до стандартного варіанту без нього.

Також широко поширені ідеї, що пропонують різну геометрію самих стеків для вирішення проблеми. Одні пропонують зробити стеки максимально вузькими та високими. Дійсно, тоді горизонтальна спрямованість стека більш широка, він поводиться в горизонтальній площині як всеспрямований. Але всеспрямовані джерела сильніше інтерферують і утворюють віяло «пелюстків» з центральною «алеєю»… Однак, така схема звужує вертикальну спрямованість і, якщо у вас глибока пряма площадка, це вам на користь.

Інші, навпаки, розширюють стек по ширині, щоб хоч трохи звузити низькочастотний промінь по горизонталі, тим самим зменшуючи взаємодію між рознесеними стеками. Але різниця ходу хвиль нікуди не подінеться − «алея» і «провали» знову на місці, перевага тільки в тому, що напроти порталів звуковий тиск трохи більший, ніж при вузьких і високих стеках, і бічні малі «алейки» значно менш виражені. Слід зазначити, що глибина «провалів» у такому випадку дещо зменшується за рахунок меншого внеску далекого стека.

Кілька передових виробників вийшли з дуже цікавим рішенням − зробити субвуферні системи спрямованими подібно кардіоїдним мікрофонам. Перевага таких субвуферів у тому, що взаємодію від рознесених стеків можна регулювати їхнім поворотом по горизонталі, вибираючи між ступенем інтерференції та рівномірністю озвучування.

Деяке «згладжування» проблеми дає підвіс субів. Хоча при такому рішенні ми втрачаємо, як мінімум, 3 дБ дорогоцінної звукової віддачі, неважко переконатися в тому, що «коридор» при підвісі субів швидше розширюється і бічні «пелюстки» дещо більш згладжені. Підвіс не завжди виправданий: треба враховувати, що відбиття від стін і стелі приміщення при підвісі зростуть. Однак підвіс дає більш рівномірне озвучування в цілому

Найефективніший, але не завжди можливий спосіб порятунку від «коридору» − відмовитися від двостороннього розташування субів і розосередити їх дугою по фронту сцени. Якщо відстань між кожними двома найближчими субами в такій дузі менше довжини напівхвилі вищої робочої частоти, то отримане джерело звуку генерує одну цільну хвилю в горизонтальній площині. На рисунку 5 Ви бачите симуляцію такого методу: звукове поле набагато більш рівномірне. Відстань між сусідніми системами 1,5 метри, тому на частоті 125 Гц (довжина хвилі ~ 1,36 м) дуга починає втрачати рівномірність впливу, хоча ще цілком ефективна.

У «субової дуги» є й недоліки. По-перше, не завжди конструктивно можна розставити системи по дузі перед сценою. По-друге, при такому розташуванні занадто багато низькочастотної енергії виявляється на сцені, що небажано (а іноді й нестерпно) для роботи музикантів. І нарешті, такий стек набагато складніше сполучити в часі з басовими гучномовцями широкосмужної портальної системи, які, як і раніше, розташовуються праворуч і ліворуч від сцени.

Частково такі недоліки можна усунути, якщо розташувати суби не дугою, а по прямій лінії − і зовнішній вигляд більш нейтральний, і встановлювати простіше. Для отримання у своєму робочому діапазоні частот тієї ж однакової спрямованості, що і в «субової дуги», рекомендується створювати «дугу затримок», коли до кожного субвуфера симетрично, відносно сцени, прикладається свій часовий зсув. Розташовані в лінію суби повинні спільно створювати круговий хвильовий фронт, а їхні затримки нескладно буде обчислити, задавшись певним радіусом цього фронту. Простір на сцені не буде більше перенасичений низькими частотами, а звуковий вплив буде рівномірний у всьому секторі, який озвучується. Але така схема вимагає використання великої кількості цифрових процесорів (DSP) для формування «дуги затримок», що не завжди може бути економічно виправданим.

Якщо відстань між звуковими порталами невелика, приблизно 8–10 м, то можна відмовитися від побудови будь-яких «дуг», удавшись до центрального і зосередженого розташування стека субів. Тоді варто переконатися, що він не занадто гостро спрямований на своїх верхніх робочих частотах через свою ширину. Тоді глядачі ліворуч і праворуч від сцени отримають такий же «низ», що і в центрі. У зв’язку з цим треба підкреслити, якщо верхня робоча частота суперниз-смуги становить 80 Гц, то субовий стек шириною 4 м буде досить добре спрямований, з шириною кута приблизно 90°, що може бути помітно по фізичних відчуттях. «Коридор» теж присутній, але він тепер широкий, плавний і не переміняється різкими провалами.

Основний недолік цих трьох методів у тому, що іноді розташування субів перед сценою просто неможливо. Наприклад, багато замовників у своїй шоу-творчості роблять акцент на сцену, декорації, телебачення та світло, тому якісь масивні чорні та неестетичні, з їхнього погляду, корпуси перед сценою не додадуть вам преференцій для майбутнього співробітництва. Більшість концертних залів просто конструктивно не дозволяють іншого розташування субвуферів, окрім як по сторонах. Тому в кожному випадку вибираємо те, що оптимально саме тут і саме зараз.

Інший важливий аспект полягає в тому, що моностек субів звучить по-іншому в складі системи. І тут думки фахівців розділяються на тих, кому таке звучання подобається, і тих, хто воліє перебувати по центру між двома рознесеними стеками, де звучання низів дуже когерентне, нехай і на дуже малій площі − «однаково ніхто не оцінить».

На закінчення

Існує ще багато факторів, які впливають на звучання звукових систем. Багато залежить від того, як система зкомутована, які люди з нею працюють − наскільки вони кваліфіковані й уважні. Робота в приміщенні висуває свої унікальні вимоги та додає нових турбот. Наступні статті будуть присвячені взаємодії звукової системи і приміщення, а також акустичним вимірам у повсякденній роботі звукоінженера.

Стаття опублікована в журналі «Шоу-Мастер» №35 (4-2003)

Popularity: 26% [?]

Розповісти іншим:
Digg Google Bookmarks reddit Mixx StumbleUpon Technorati Yahoo! Buzz DesignFloat Delicious BlinkList Furl

Відгуків немає до “Звукопідсилення: фактори звучання”

Ваш відгук:

Name (required):
Mail (will not be published) (required):
Website:
Повідомлення (обов'зково):
XHTML: You can use these tags: <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