[Теория] Ревербераторы и процессоры эффектов

Теория. учебники, видеоуроки.

Модераторы: Sibson, fat, Till Ulenspiegel, Yuri Prime, Deeman., SD, djnova

[Теория] Ревербераторы и процессоры эффектов

Непрочитанное сообщение TContinental » 16 июн 2008, 23:47

Ревербераторы и процессоры эффектов.
Анатолий Вейценфельд, Алексей Лукин.



Нынешний обзор посвящен ревербераторам и родственным им эффектам. За последние несколько лет технологии в области создания пространственно-временных эффектов значительно усовершенствовались, и можно говорить о значительном прогрессе в этой области. Этим прогрессом мы обязаны научным исследованиям в области акустики и психоакустики, разработкам новых методов синтеза звукового пространства и новых алгоритмов реверберации. О них вы можете прочитать в обзорах с конгрессов AES.

Но вначале — коротко о сути процесса реверберации. Коротко — потому что такое акустическое явление, как реверберация, описано в многочисленных пособиях, учебниках, популярных изданиях и даже упоминается в школьном курсе физики.

Реверберация (от латинского re-verberatus, «повторный удар») — это процесс продолжения звучания после окончания звукового импульса или колебания благодаря отражениям звуковых волн от поверхностей. Поэтому реверберация имеет место только в закрытых помещениях, хотя в особых условиях некоторые ее виды могут иметь место и на открытом пространстве (например, узкое горное ущелье, стадион, городская площадь и т.п.). К закрытым помещениям мы с полным основанием можем отнести и такое природное образование, как пещера — вот уж где реверберация так реверберация!

В закрытом помещении к слушателю приходит не только прямой звук, но и т.н. ранние отражения. Ранние отражения — это те, что по пути к слушателю отражаются от стен помещения только один раз.

Последующие «поздние» отражения — это «отражения отражений», или «переотражения», когда звуковая волна, прежде чем дойти до слушателя, многократно отражается от разных стен. Чем больше таких отражений, тем сильнее меняется их спектр за счет потери высоких частот, утрачивающих энергию быстрее, чем низкие. Поздние отражения соединяются в одно сплошное плавно затухающее послезвучание («реверберационный хвост»)

Изображение
Структура отражения в помещении

Для практического измерения времени реверберации было предложено измерять время, за которое уровень затухающего (реверберирующего) сигнала уменьшается на 60 дБ. Это параметр RT60, называемый также «временем реверберации». Однако при измерении времени реверберации RT60 не учитываются частотные характеристики реверберационного отзвука.

Еще один параметр — диффузность, или спектральная неравномерность. Она определяет неравномерность АЧХ реверберации в частотной полосе в 1 Гц. Чем больше этот параметр, то есть чем более неравномерна АЧХ — тем плотнее, насыщеннее реверберационный отзвук, и тем менее он тонально окрашен. А, как известно, тональная окраска реверберации, то есть присутствие в отзвуке интонационной определенности, есть существенный недостаток помещения, делающий его непригодным для использования в музыкальных целях.

В естественной реверберации происходит сложение множества сигналов, имеющих различную задержку, поэтому количество пиков и провалов в результирующей АЧХ будет расти. В силу случайности процесса сложения пиков и провалов отдельные элементы аппроксимируются, становятся незаметными для слуха, и сам «реверберационный хвост» становится плотным и ровным.

Именно возможность наиболее точно воссоздавать этот процесс электронным образом и отличает звучание высококачественных приборов от более простых и дешевых.

Как известно, первыми искусственными ревербераторами были появившиеся в 30-е годы эхо-камеры. Это были специальные помещения при студиях звукозаписи, обычно коридоры в подвалах. На одном конце комнаты устанавливался громкоговоритель, а на другом — микрофон. На громкоговоритель подавался сигнал, а снятый с микрофона сигнал подмешивался к прямому. Таким образом, принцип параллельной обработки, используемый в современных ревербераторах, ведет свое начало еще от эхо-комнат.

Первой электромеханической системой реверберации явился пружинный ревербератор, до настоящего времени все еще встречающийся в гитарных комбиках. Его устройство в каком-то смысле аналогично эхо-комнате (на одном конце электромеханический преобразователь, на другом конце — механоэлектрический), только средой распространения волн вместо воздуха служила пружина. В силу особенностей распространения колебаний в пружине (преимущественно продольные), звуковой сигнал на выходе механоэлектрического преобразователя мало напоминает исходный, но в сочетании с прямым сигналом суммарное звучание действительно похоже на реверберированное.

Следом появились другие электромеханические устройства — листовые ревербераторы. Их звук реверберации был более правдоподобен, но при подаче сложного и высокоуровневого сигнала (например, с нескольких каналов микшера) они давали заметные искажения. Да и в силу громоздкости конструкции использование листовых ревербераторов было ограничено.

Однако, несмотря на несовершенство, пружинные и листовые ревербераторы оставили свой след в звукозаписи, сформировали определенную эстетику звучания, и до сих пор их саунд имитируется почти всеми цифровыми ревербераторами.

Первые электронные ревербераторы представляли собой специальные магнитофоны со сквозным каналом и несколькими головками воспроизведения. Сигнал с выхода усилителя воспроизведения подавался обратно на вход усилителя записи. Строго говоря, ревербераторами их называли неправильно, на самом деле это были многоотводные задержки, так как их сигнал представлял собой ряд затухающих повторов. Регулируя уровень каждого повтора и скорость движения ленты, можно было менять характер эффекта.

Наконец, появились цифровые ревербераторы. По методу обработки сигнала они являются в определенной степени аналогами магнитофонных ревербераторов, только значительно более сложными по архитектуре. Основой «машины» обработки является многоотводная цифровая линия задержки, на которую подается оцифрованный входной сигнал, и она аналогична ленте в магнитофоне. Однако в цифровом приборе количество отводов сигнала может быть неограниченно большим.

Несмотря на то, что в паспортах на устройства указаны сотни видов реверберации, число основных типов алгоритмов в каждом приборе невелико, не более пяти. А вот количество вариантов звучания, то есть пользовательских и фабричных пресетов, — многие сотни.

Что же представляют собой основные типы алгоритмов?

Это несколько видов реверберации помещений, эмуляция, то есть имитация пружинного, листового и ленточного ревербераторов. А далее производители и пользователи составляют свои наборы звучаний путем варьирования множества параметров, входящих в эти алгоритмы. Если простых алгоритмов оказывается недостаточно, то соединяют вместе разные алгоритмы для получения комбинированных звучаний и эффектов.

Для удобства пользователя в программах заложены основные характеристики разных помещений, от маленьких комнат до огромных залов и пещер. Отдельно заложена информация о структуре ранних отражений, отдельно — о собственно реверберационном хвосте. Изменение параметров звучания также производится раздельно для этих двух групп.

Одним из важнейших параметров является Pre-Delay (предзадержка) — временной интервал между приходом к слушателю прямого сигнала и появлением самого первого отраженного сигнала.

Еще один важный параметр — характер затухания ранних отражений, выражающийся в огибающей.

Не менее важна и диффузность. Следует отметить, что в дорогих моделях диффузность создается путем увеличения количества самих отражений. Каждый импульс как бы распадается на гроздь из нескольких близко расположенных. В недорогих моделях просто изменяются интервалы между самими отражениями без изменения их количества. Это, конечно, упрощает алгоритм и разгружает процессор обработки сигнала, но упрощается и звук — он становится коротким и тонально окрашенным.

Многие приборы имеют возможность регулировки громкости ранних отражений, позволяют установить время их задержки относительно прямого сигнала и положение в стереобазе.

Можно регулировать также время задержки Rev Delay, но у разных производителей оно понимается по-разному — где-то это время задержки относительно прямого сигнала, а у других — поздних отражений относительно ранних. Бывают также регуляторы диффузности Diffusion и уровня реверберации Reverb Level.

Реверберационный «хвост» получается путем подачи задержанного выходного сигнала повторно на вход, в результате возникает последовательность затухающих во времени повторений исходного сигнала. Этот процесс регулируется параметром Decay, или Rev Time (время реверберации).

Регулирование спектра производится по-разному — в цепь обратной связи включается эквалайзер, и тогда получают различное время реверберации на разных частотах. Простой регулятор АЧХ обратной связи на высоких частотах Hi Ratio уменьшает уровень ВЧ-составляющих, а в дорогих приборах имеются сложные четырехполосные кроссоверы. С ними обращаются, как с параметрическими эквалайзерами, регулируя как частоты раздела, так и уровни сигналов в каждой полосе. В наиболее распространенных процессорах среднего класса обычно существует только возможность регулировки уровня НЧ- и ВЧ-компонентов обратной связи. Зато качественные дорогие модели оснащаются общим выходным эквалайзером, возможностью отдельного изменения спектра звучания ранних отражений и отдельно реверберационного «хвоста». На входе часто устанавливается эквалайзер или фильтр для удаления ненужных компонентов.

Встречаются регулировки, изменяющие одновременно целую группу параметров. Это, например, регулятор Size, изменяющий размер имитируемого помещения. Часто он калибруется в метрах, показывающих линейные размеры.

В некоторых ревербераторах имеются алгоритмы синтеза виртуального помещения. Можно установить его размеры: ширину, глубину, высоту, выбрать характеристики поглощения отдельно для каждой поверхности, и т.п.

В документации на приборы часто встречается характеристика «подлинно стереофонический» ревербератора (true reverb). Тут есть важный момент — ревербератор, в котором итоговый эффект определялся бы пространственным расположением реальных источников сигналов в стереобазе, пока не существует. Поэтому все стереоэффекты в ревербераторах — псевдостереофонические. Например, во многих есть регулятор ширины стереобазы выходного сигнала. В некоторых приборах работают две независимые «машины», то есть два отдельных процессора для левого и правого каналов. Вот такие ревербераторы называются «истинно стереофоническими», в отличие от ревербераторов, у которых стереосигнал формируется на основе монофонического входного.

В «подлинно стерефонических» ревербераторах часть выходного сигнала одного канала подается на вход другого.

Наряду с множеством достоинств цифровых ревербераторов, у них есть существенный недостаток — это некоторая предсказуемость, монотонность, излишняя стабильность получаемого звучания, отличающая его от реверберации в реальных помещениях.

Для имитации живости звучания разработаны различные способы. В простейших случаях «оживление» производится введением небольшой модуляции времени задержки специальным инфранизким FM-сигналом, при этом модулируются частота и глубина (как в синтезаторе). В «навороченных»дорогих аппаратах применяются сложные случайные алгоритмы для придания «живости» звучанию — Randomization. Они меняют случайным образом спектр компонентов реверберационного процесса, что делает звучание похожим на реальный зал.

Технологически прогрессивным и самым современным видом искусственной реверберации является конволюционная реверберация.

Эта технология основана на применении т.н. свертки (convolution) с импульсным откликом помещения. Одним из первых популярных программных модулей, реализующих эту функцию, был Sonic Foundry Acoustic Modeler. Он мог загружать в качестве «импульсов» обычные WAV-файлы и сворачивал с ними входной сигнал. В сети стали появляться библиотеки импульсов, полученные от различных «железных» приборов компаний Lexicon и TC Electronic, а также реверберационные импульсы реальных помещений.
TContinental
EXTROVERT
 
Сообщения: 10321
Зарегистрирован: 02 май 2006

Непрочитанное сообщение TContinental » 16 июн 2008, 23:51

Процессоры пространственной обработки сигналов.
Михаил Чернецкий



Процессоры пространственной обработки сигналов - чаще не совсем строго называемые просто ревербераторами - являются неотъемлемой частью любой современной студии и концертного зала. Своим появлением они обязаны повсеместному внедрению электроники - микрофонов, усилителей, и пр. - в практику звукозаписи и звукоусиления. Как только музыка вышла за пределы оперной сцены и академических концертных залов - начались поиски новых выразительных средств и художественных приемов, для получения оригинальных звучаний и создания спецэффектов. На этом пути ревербераторы были самым первым и естественным шагом. Действительно, ведь далеко не каждый зал обладает реверберацией - к примеру - как в Домском соборе или Тадж-Махале! Системы искусственной реверберации сняли эти ограничения. Путем моделирования, простого копирования, или синтеза характеристик не существующих в реальности помещений – стало возможно практически в любом месте получить нужные вам звучания. Современные процессоры позволяют, кроме разнообразных видов реверберации, более-менее похожих на естественные, создавать и целый ряд звучаний, которые в принципе невозможно получить в естественных условиях, но без которых палитра выразительных средств современной музыки стала бы сильно обедневшей - таких, как GATE REVERB, INVERS REVERB, и некоторых других.

Для того, чтобы как можно полнее разобраться в этих и других эффектах, вспомним - каким образом создается реверберация в реальных помещениях, и из каких основных частей состоит собственно сам реверберационный процесс.

На рис.1 схематически изображен разрез зрительного зала (вид сверху).

Изображение

В точке А находится источник сигнала (исполнитель), а в точке В - находится приемник сигнала (слушатель).

Очевидно, что звук от исполнителя до слушателя может доходить многими путями - прямой звук (обозначен цифрой “0”), и звук, отраженный от стен и других отражающих поверхностей (цифры 1 и 2). Правда, на этом рисунке не отображены отражения от потолка и пола - но, при желании, вы можете сделать это сами для любого интересующего вас помещения.

В результате, с учетом всех существующих в данном месте отражений сигналов, процесс затухания звука в помещении будет иметь вид, похожий на изображенный на рис.2.

Изображение

На этом графике по горизонтали отложено время, а по вертикали - интенсивность звука. Рассмотрим подробнее каждую из его составляющих.

Прямой звук (линия “0” на рис.1) - несет информацию только о расположении источника слева или справа от слушателя. Какой-либо иной пространственной информации в нем не содержится.

Первичные отражения (линии 1 на рис.1) - несут информацию о размерах помещения и месте расположения в нем исполнителя. Называются так потому, что эти сигналы претерпевают по пути к слушателю только одно отражение от ограждающих поверхностей. Как правило, эти звуки приходят к слушателю также спереди, со стороны исполнителя. Именно они вносят наибольший вклад в пространственное ощущение акустики зала. (Строго говоря, существуют также и первичные отражения от задней стены. Однако, наличие их хоть сколько-нибудь значительной, ощутимой на слух величины является серьезным дефектом концертного зала, т.к. звук при этом начинает “лупить в затылок”, что весьма неприятно. К сожалению, это - довольно широко распространенное явление во многих залах, особенно - с гладкой и плоской сплошной задней стеной.) Иногда - в случае большого количества первичных (по своей сути) отражений - их еще дополнительно “сортируют” по времени прихода к слушателю. При этом к собственно первичным (ранним) отражениям иногда относят те, для которых интервал между временем их прихода к слушателю и прямым звуком не превышает 60 миллисекунд. Это связано с интегрирующими свойствами нашего слуха, который звуки, находящиеся в пределах этого интервала воспринимает более-менее слитно, как единое целое. Эта группа отражений повышает субъективно воспринимаемую громкость звука, и в хороших залах они имеют довольно значительную величину, благодаря специально принятым при постройке мерам.

Вторичные и последующие отражения (линии 2 на рис.1) - это звуки, уже “переотраженные”, от одной стены - ко второй, от второй - к третьей, и так далее. По мере возрастания номера отражения - изменяется их АЧХ, отражения рассеиваются, “расщепляются”, увеличивается их число, и в конце концов - отзвуки уже перестают восприниматься по отдельности, сливаются в один сплошной, плавно затухающий отзвук (“хвост”) - собственно реверберацию.

Очевидно, что затухание звука - это процесс по самой своей сути, строго говоря, бесконечный. Поэтому для того, чтобы иметь возможность сравнивать между собой различные реверберационные процессы, для определения времени реверберации было предложено измерять так называемое RT60, иначе часто называемое временем стандартной реверберации. Это - время, за которое уровень затухающего (реверберирующего) сигнала уменьшается на 60 дБ.

Однако, помещения, имеющие одинаковые величины RT60, сплошь и рядом звучат абсолютно по-разному. Почему? А дело в том, что при измерении RT60 не учитываются частотные характеристики помещения. Более точную картину можно получить, если измерять RT60 по отдельности в нескольких частотных полосах. Вот тогда - будет возможно исследовать частотную характеристику реверберации, которая в общем случае должна быть несколько различной для разных видов музыки. Однако в большинстве залов эта характеристика близка к линейной, с небольшим уменьшением времени реверберации на низших и высших частотах, чтобы не “бубнило” и не “цыкало”.

Еще одной важной характеристикой реверберации является ее спектральная плотность. Этот параметр имеет размерность 1/Гц, и определяет, сколько пиков и провалов в АЧХ реверберации приходится на частотную полосу в 1Гц. Не вдаваясь излишне в теоретические дебри, скажем только, что чем больше этот параметр - тем плотнее, насыщеннее реверберационный отзвук помещения, и тем менее он “окрашен”. (Вспомните явно и сильно окрашенный отзвук в ванной, или любой другой пустой комнате!) Ведь если просто сложить два сигнала с небольшим сдвигом во времени, то получится эффект “Flanger”. Его АЧХ имеет вид “гребенки”, с чередующимися пиками и провалами. Как это звучит - все прекрасно знают. Но то, что хорошо в качестве эффекта - абсолютно неприемлемо в реверберации как таковой. Если же складываться будет множество сигналов, с различными задержками - то количество пиков и провалов в суммарной АЧХ будет увеличиваться, и они будут располагаться (в идеале) случайным образом. При этом отдельные элементы получающейся “гребенки” становятся более узкими и менее заметными на слух, “усредняются”, и звук становится менее окрашенным и более плотным, ровным. Для увеличения этой плотности (“диффузности”) необходимо, чтобы в создании реверберации принимало участие как можно большее число отражений сигналов от отражающих поверхностей. Поэтому в хороших залах вы не встретите простых плоских стен - для улучшения диффузности получаемого звукового поля их всегда делают изломанными, чтобы как можно больше увеличить число отражений.

В своем развитии системы искусственной реверберации прошли длинный и непростой путь. Исторически - первыми “искусственными ревербераторами” были эхо-камеры (“Echo chamber”). Они представляют собой систему из громкоговорителя и микрофона, размещенных в специальном помещении “сильно неправильной” формы с большим временем реверберации. В них получается “настоящий”, очень красивый реверберирующий отзвук, но изменение его параметров - практически невозможно, и осуществляется с большими трудностями. К тому же такую систему просто физически невозможно взять с собой - ни на концерт, ни на гастроли...

В попытках преодолеть эти трудности была создана первая электронная, а точнее - электронно-механическая система, пружинный ревербератор (“Spring reverb”). Его параметры сравнительно легко изменялись, размеры - были просто мизерными по сравнению с эхо-камерой, и эти ревербераторы в свое время имели огромное распространение. Однако создаваемый ими звук сильно уступал по качеству реальному. Ведь в пространстве помещения звук распространяется по трем осям - длине, ширине, высоте, а в пружине - только по длине. Вследствие этого реверберирующий отзвук был одномерным, т.е. более “тонким”, “жидким”.

Во “втором поколении” искусственных ревербераторов - листовом ревербераторе (“Plate reverb”) этот недостаток был в значительной мере преодолен путем замены пружины металлическим листом. При этом колебания в листе распространялись уже по двум осям - длине и ширине. Это, конечно, еще не три, как в реальном помещении, но все же - прогресс был значителен. Создаваемый этими ревербераторами звук был настолько хорош, что они практически завоевали весь “звуковой мир”, и во многих местах прекрасно работают и поныне. К сожалению, листовые ревербераторы имеют два принципиально неустранимых недостатка. Это весьма высокая чувствительность к акустическим помехам, и большие размеры, ведь - типичный размер применяемого в них стального листа составляет 1х2м! Естественно, что этим практически исключалась сама возможность использования этого типа ревербераторов в концертной, и тем более - гастрольной деятельности. А жаль, вещь хорошая!

Однако - пока успешно развивались различного рода акустико-механические ревербераторы, “электронщики” тоже не сидели сложа руки. Первые (условно!) “чисто электронные” ревербераторы использовали тракт записи-воспроизведения магнитофонов со сквозным каналом. Сигнал, снятый с выхода усилителя воспроизведения, подавался “назад” - на вход усилителя записи. Регулируя его уровень, можно было менять время затухания получаемого отзвука, т.е. как-бы “время реверберации”. Конечно, в системах с одной головкой воспроизведения получалась не настоящая реверберация, а просто ряд затухающих повторений исходного сигнала, т.е. обычное эхо.

Вот здесь - хотелось бы сделать маленькое отступление. Так как довольно долгое время в нашей - да и не только - стране этот вид “ревербераторов” имел наиболее широкое распространение, то создаваемый ими эффект многие и называли, и продолжают называть реверберацией. Неверно! Это - именно эхо, и ничего более! Или, по нашей традиции использовать иностранные слова вместо своих собственных - дилей, от английского Delay - задержка. Реверберация - это именно слитное послезвучание, в котором невозможно различить отдельные повторы. Если же четко слышен ряд отдельных повторов исходного сигнала - тогда это дилей. Вместо “длинного” слова “реверберация” иногда ее называют по-простому “холл”. Это не совсем верно, т.к. холл - это всего лишь один из режимов работы современных цифровых ревербераторв, но - не смертельно. А вот путаница в терминологии может слабонервного звукорежиссера довести и до инфаркта, если доведется услышать требование музыканта - “сделай мне на гитару ревер, но без холла...”. (???...) (Это, кстати, не выдумка автора, а вполне реальная фраза, услышанная в одной из студий). Давайте лучше называть вещи такими, какие они есть. Это и ваше время сэкономит, и работать будет легче...

Но - вернемся к теме. Ни о какой диффузности, настоящей реверберации в простейших “одноголовочных” устройствах и речи быть не могло. (Кстати, в англоязычной литературе этот класс устройств имел совсем другое название - “Echo Machine”, дословно - “машинка для создания эхо”.) Однако постепенно число головок воспроизведения увеличивалось, усложнялись алгоритмы создания обратной связи, и некоторые модели таких ревербераторов имели весьма хорошее (конечно, по тому времени) звучание - например, HOLLYWOOD, и некоторые другие. Но - прогресс в развитии микроэлектроники привел к “естественной смерти” этого класса устройств, и к полной замене их цифровыми ревербераторами.

По своей сути - цифровые ревербераторы являются просто твердотельными аналогами магнитофонных ревербераторов, только значительно более сложными. Для того, чтобы проще было понять процесс их работы, посмотрим на примерную упрощенную структуру “магнитофонного ревербератора” на рисунке внизу.

Изображение

Сигнал со входа подается на головку записи 1 , записывается на пленку, и затем воспроизводится с нее головками 2 и 3. Сигналы с головок 2 смешиваются в нужной пропорции в микшере, и через регулятор тембра в цепи обратной связи (позволяющий изменять частотную характеристику получаемой реверберации) подаются снова на запись. Этим создается основной реверберационный “хвост”. Сигналы с головок 3 также смешиваются в своем микшере, и подаются на выход всего устройства через регулятор баланса, позволяющий регулировать соотношение прямого (“Dry”) и реверберирующего (“Wet”) сигналов для установления требуемого уровня реверберации.

В цифровых ревербераторах также имеются все эти элементы, только некоторые из них носят другие названия.

“Сердцем” любого цифрового процессора является многоотводная цифровая линия задержки – “Multi-tap digital delay line”, на которую подается оцифрованный входной сигнал. (Эта линия выполняет функцию, аналогичную роли ленты в магнитофоне.) Для создания реверберации сигнал снимается со многих точек этой линии, называемых “отводами” (или, по-простому, “съемами”). Английское название этих отводов - “Tap” (отвод, ответвление). Каждая из этих точек съема сигналов с линии задержки выполняет роль головки воспроизведения в магнитофоне - 2 или 3. Естественно, что в случае с цифровыми процессорами полностью отсутствует главное ограничение магнитофонной техники - на количество головок. Ведь каждая из них имеет какой-то конечный размер, который невозможно уменьшать до бесконечности! А “в цифре” это количество может быть сколь угодно большим. Все ограничивается только мощностью самого процессора и быстродействием памяти. Очевидно, что эти величины на много порядков превосходят достижимые в магнитофонах, вследствие чего последние и вымерли, не выдержав конкуренции с более совершенной цифровой техникой.

Однако - это не относится к пружинным и листовым ревербераторам. Хотя они во многом и потеснены “цифрой”, однако их звучание имитируется, в той или иной мере, практически всеми цифровыми ревербераторами. Но об этом - чуть позже. Да и сами они еще, впрочем, применяются довольно широко.

В меню каждого цифрового ревербератора можно увидеть такое множество самых различных названий предлагаемых эффектов, что глаза разбегаются. Какой же выбрать? И чем, в сущности, они все различаются?

Как правило, несмотря на множество названий, число основных алгоритмов реверберации в каждом процессоре относительно невелико, и даже в самых дорогих моделях обычно не превышает трех - пяти. Число же созданных на их основе пресетов (пользовательских и заводских) может быть просто огромным!

И отличаются все они только вариациями параметров исходных алгоритмов. (Это, кстати, объясняет - почему в недорогих ревербераторах частенько гигантское количество программ, с весьма “эффектными” названиями, звучат уж очень одинаково...)

Обычно - это несколько (2 - 3) видов реверберации помещений (варианты названий - Hall, Reverb, Room, и др.), плюс... имитация наших старых знакомых, пружинного и листового ревербераторов - Spring и Plate соответственно. Да-да, это именно они! Только “упакованные” в цифры. Ну, и, естественно (куда ж без него!) наше старое знакомое эхо ленточного ревербератора, под названием Delay (задержка), а иногда - и просто эхо (Echo). Вот и все основные алгоритмы. Все - без исключения - рабочие программы создаются исключительно путем изменения множества параметров, входящих в эти алгоритмы, а также сочетания нескольких одновременно работающих алгоритмов для получения сложных, составных комбинированных звуков. Например, реверберация и эхо одновременно: Reverb + Echo.

Следует заметить, что большинство программ имеют в своей основе какой-либо набор характеристик существующих залов, только несколько модифицированный и “разъятый” на составные части - отдельно информация о структуре ранних отражений, отдельно - о самой реверберации.

Несколько особняком стоят программы, эмулирующие акустику реальных помещений - например, такие, как широко известный Тадж-Махал. В этих случаях возможности пользователя для изменения звучания чаще всего сильно ограничены - ведь не может же Тадж-Махал быть размером с кухню!

Итак - параметры... Здесь следует сразу оговориться, что последующее изложение не претендует на исчерпывающую полноту, т.к. у многих производителей (а если честно - то, увы, у подавляющего большинства!) одни и те же самые параметры именуются настолько по-разному, что “с ходу” далеко не всегда можно сразу разобраться, о чем вообще речь идет!

В соответствии с реверберацией реальных помещений все доступные для изменения пользователем параметры можно разделить на две основные группы - управление ранними отражениями (“Early reflections”) и собственно реверберационным “хвостом” (“Reverb”).

Посмотрите еще раз на отдельно взятые ранние (первичные) отражения:

Изображение

Очевидно даже из рисунка, что простор для изменения параметров звука - огромен. На самом же деле он еще больше, ведь не все можно отразить визуально, да к тому же - на одной картинке!

К сожалению, есть только один параметр, более-менее одинаково называющийся у разных изготовителей - “Pre-Delay”, интервал времени между приходом к слушателю (точнее, в данном случае - поступлением на выход процессора) прямого, необработанного сигнала, и моментом появления самого первого задержанного (“отраженного”) сигнала. Хотя и здесь, что называется, “возможны варианты” - встречается также название “IniDelay”.

Следующим важным параметром является характер затухания сигналов ранних отражений, их огибающая - “Liveness”. (Хотя иногда этим термином обозначается лишь регулировка тембра звука ранних отражений по ВЧ.)

Еще один параметр, имеющий “физически” разное применение, это плотность структуры ранних отражений, их диффузность - “Diffusion”. Это различие объясняется тем, что в дорогих моделях изменяется то, что и написано: так как большая диффузность должна создаваться путем увеличения количества самих отражений, то в них именно так и происходит. Каждый одиночный импульс на рис.4 при увеличении этого параметра как бы “распадается” на пачку (“cluster”) из нескольких близко расположенных. К сожалению, в недорогих моделях часто делается по-другому: просто изменяются интервалы между самими отражениями. При этом отзвук становится, конечно, более плотным, но и - более коротким и окрашенным. Иногда этот параметр называется также “Density”.

Естественно также, что необходимо иметь и возможность регулировать громкость ранних отражений, этот параметр чаще всего именуется “ER Level”, или “InitLevel”, хотя бывают и другие обозначения.

В большинстве процессоров имеется возможность выбирать нужный вам вид ранних отражений из нескольких наборов - “Shape”. (англ. “модель”, “образец”), иногда - “ER Type”. Некоторые модели процессоров позволяют пользователю создавать и свои наборы ранних отражений. Это часто используется для создания специальных “нелинейных” эффектов - типа “Gate Reverb”. При этом для каждого единичного отражения вы сами можете установить его время задержки относительно прямого сигнала - Delay, уровень - Level, и положение в стереопанораме - Pan. Но об этом подробнее - чуть далее.

Если посмотреть повнимательнее на собственно реверберационный хвост на рис.2 - то можно заметить, что его единственное, в сущности, отличие от ранних отражений заключается в большей “слитности”. Отдельные повторения сигналов в нем так находятся так близко, что сливаются друг с другом, становятся практически неразличимыми. Во всем остальном - с точки зрения управляющих параметров - они одинаковы.

Точно также для реверберационной части должна быть предусмотрена возможность регулирования времени задержки “REV Delay”, однако здесь существует опять-таки разнобой: в некоторых процессорах это время отсчитывается относительно прямого сигнала, а в некоторых - относительно ранних отражений. Вот и разберись тут...

Аналогично предыдущему, бывают и регуляторы диффузности “Diffusion”, и выходного уровня отдельно для реверберации “Reverb Level”. Хотя иногда последний устанавливается не в “абсолютном виде”, а относительно уровня ранних отражений.

Что касается регулировок тембра - вот тут уже начинаются значительные отличия от имеющихся в ранних отражениях. Вызывается это тем, что они (отражения) поступают напрямую на выход процессора, и на этом их “жизненный путь” в ревербераторе окончен. Длительный же реверберационный “хвост” возможно получить только путем подачи выходного задержанного сигнала снова на вход, чтобы получить последовательность плавно затухающих во времени повторений исходного сигнала. (Этот процесс регулируется параметром “Decay”, или “REV Time” - время реверберации.) Очевидно, что если в цепь обратной связи включить эквалайзер, то будет возможно получить различное время реверберации на разных частотах. Как правило, такой эквалайзер есть во всех современных процессорах.

Разнообразие параметров регулирования АЧХ обратной связи - также, весьма велико. От простейшего регулятора уровня ВЧ “Hi Ratio”, только уменьшающего уровень этих составляющих, до весьма сложных четырех-полосных регуляторов кроссоверного типа. В этом случае устанавливаются как частоты раздела (LO-Xovr, LM-Xovr, HI-Xovr), так и уровень сигналов в каждой полосе (xLOW, xLOMID, xHIGH). При этом регулятор в одной из полос (как правило, на средних частотах) отсутствует, и уровни всех остальных сигналов устанавливаются относительно этого, являющегося для них опорным.

В сложных регуляторах - как правило, возможно не только ослабление сигнала в полосах, но и его усиление, причем эти параметры устанавливаются не так, как мы все привыкли измерять АЧХ - в децибелах, а как множитель относительно общего времени реверберации, показывающий - во сколько раз изменится время реверберации на этой частоте относительно общего.

К сожалению, такие возможности - это редкость, и бывают только в дорогих моделях. В наиболее распространенных процессорах среднего класса чаще всего предусмотрена только возможность регулировать уровень НЧ и ВЧ составляющих обратной связи - “LowRatio” и “HighRatio” соответственно. (Возможные варианты - “Bass Decay”, “Treble Decay”, и некоторые другие.)

Иногда вместо “регуляторов тембра” в цепи обратной связи устанавливаются перестраиваемые обрезные фильтры, ограничивающие полосу частот в обратной связи - НЧ (“HPF”, или “Hi-Pass”), и ВЧ (“LPF”, или “Low-Pass”).

Нет, это не ошибка! Ведь фильтр “Hi-Pass” пропускает высокие частоты, т.е. соответственно обрезает - низкие. И наоборот, “Low-Pass” пропускает низкие частоты, обрезая высокие.

Существует также ряд так называемых “глобальных” регулировок, изменяющих одновременно целый ряд параметров. К ним относится, например, регулировка “Size”, изменяющая размер имитируемого ревербератором помещения. Достаточно часто этот параметр индицируется в метрах - он показывает наибольший линейный размер этого помещения. Как правило, этот регулятор является как-бы “мастер-регулятором” для зависимых от него параметров - таких, как “Spread” и “Shape” - в тех моделях, где последний является регулятором, а не переключателем выбора исходного алгоритма.

В некоторых процессорах имеются алгоритмы, позволяющие синтезировать не существующее в реальности, а придуманное вами помещение. Установите сами его размеры - ширину “Width”, глубину “Depth”, высоту “Height”. Почувствуйте себя строителем!

В таких случаях предусматривается также ряд параметров “помещения”, отсутствующих в других программах. Например (так как звук в помещении распространяется по трем осям - длине, ширине, высоте) - можно выбрать степень “заглушенности” отдельно для каждой пары ограждающих поверхностей - горизонтальных “Height Decay”, и двух вертикальных - по ширине “Width Decay”, и глубине “Depth Decay”. Так как речь может идти только об ослаблении звука, то, естественно, эти коэффициенты всегда меньше единицы. Иногда возможно даже подобрать “Wall Roughness” - степень “неровности” стен!

Кроме описанных выше регуляторов, влияющих на сам характер получаемой искусственной реверберации, в хороших моделях предусматривается также ряд регулировок, позволяющих изменять восприятие этой реверберации, а иначе говоря - опять же регуляторов тембра, только на выходе процессора. Иногда это простейший общий выходной эквалайзер, а иногда - возможно отдельно изменять тембры звучания ранних отражений и собственно реверберационного “хвоста”. Очень полезен может быть включенный на входе процессора эквалайзер (“Pre-Effect EQ”), или же перестраиваемый обрезной фильтр, для удаления из обрабатываемого сигнала нежелательных составляющих (например, мощных НЧ-сигналов). К сожалению, этот фильтр крайне редко встречается...

Несколько особняком стоят параметры стереорежима. Дело в том, что, чисто принципиально, невозможно создать “настоящий” стерео-ревербератор, в котором получаемый с его помощью эффект зависел бы от пространственного расположения источников входных сигналов в стереопанораме. (Что бы ни утверждали рекламные обещания!) Процессоры, именуемые “истинно стереофоническим” на самом деле просто имеют два независимых канала для раздельной обработки сигналов левого и правого каналов. И ничего более! Поэтому честнее было бы называть все электронные ревербераторы “псевдо-стереофоническими”, но это - как вы сами понимаете - “не звучит”. (Хотя и является абсолютно правильным). А раз “псевдо” - значит, должны быть и соответствующие регулировки. И они бывают на самом деле, только редко. Одна из возможных - это, естественно, регулятор ширины стереобазы получаемого сигнала, “Reverb Width”. Кроме него, иногда встречается регулятор “независимости” каналов - ведь в хорошем ревербераторе, по сути, находятся два независимых процессора, для левого и правого каналов. И чтобы получить сложный, красивый пространственный выходной сигнал - необходимо подавать часть выходного сигнала каждого канала на вход другого. ( Параметр “Cross-Feedback”, “X-Feed” и др.) Иногда это просто “общий” выключатель “On/Off”, а иногда этот параметр входит составной частью в какой-либо алгоритм, и может плавно регулироваться в числе других, доступных вам параметров.

Особо хотелось бы отметить еще один момент. Не секрет, что главный недостаток цифровых ревербераторов, в отличие от “живых” помещений – это некоторая “механистичность”, монотонность получаемого звучания. Ведь электроника будет всегда работать и звучать одинаково, будь то хоть в России, хоть в Африке. Реальный же зал – всегда “живой”, отзвук помещения – постоянно, хоть немного, хоть чуть-чуть да изменяется. Воздух движется, изменяется влажность, температура, и т.д. И плюс ко всему – происходит это в разных местах помещения неравномерно. Для имитации этих эффектов в хороших процессорах также предусматриваются различные меры. В простейших случаях осуществляется небольшая модуляция времени задержки специальным инфранизкочастотным сигналом, соответственно, с обычными параметрами модуляции – частотой “Mod Rate”, и глубиной “Depth”. Иногда для этих целей применяется особый, так называемый “псевдослучайный” НЧ-сигнал, при этом пользователь может изменять только глубину модуляции. В совсем уж “навороченных” процессорах имеются особые алгоритмы для придания “живости” звучанию – “Randomization”. Они позволяют, кроме описанной модуляции – только более “хитрой” – изменять случайным образом, но плавно, еще и тембр отдельных составляющих реверберационного процесса.

Несколько особняком от “обычных” - стоит большая группа программ для получения не существующих в природе, “ревербо-подобных” звучаний. Речь идет о “нелинейной реверберации” - эффектах, известных под названиями “Gate Reverb”, “Revers Gate”, “Non-Lin”, и некоторых других.

Почему - несуществующих? Да потому, что не может в реальных условиях процесс реверберации оборваться резко, скачком. Или и вовсе - увеличивать свою громкость с течением времени! А электронный - может...

Все программы и алгоритмы реверберации этого типа работают, естественно, без обратной связи, т.е. никакой сигнал с выхода процессора на его вход не подается, и выходной сигнал целиком и полностью состоит только из ранних отражений. Соответственно - и многие из параметров для них одинаковые, хотя есть и некоторые весьма специфичные, присущие только этому виду эффектов.

На рис.5 схематически изображены два эффекта:

Изображение

“Gate Reverb” - это обычные ранние отражения, только не сопровождающиеся последующим реверберационным “хвостом”. При этом уровень этих сигналов, как и положено реверберации, с течением времени уменьшается. Если же их уровень постепенно увеличивается - то это “Revers Gate”, или “Invers Gate”.

Для обоих этих режимов основные параметры - это время длительности послезвучания “Decay” и регулировка характера огибающей, затухающей или возрастающей - “Envelope”. Иногда “Revers Gate” и “Invers Gate”.- это две различных программы, иногда - одна и та же, в последнем случае просто переключается направление огибающей “Envelope Direction”, “Normal” - обычное, или “Reverse”.

В некоторых моделях можно встретить и совсем уж экзотические режимы нелинейной работы. Такой, например, как изображенный на следующем рисунке:

Изображение

Так как этот режим ни с какой стороны не похож на реверберацию, даже если его “перевернуть вверх ногами”, то он и носит “не-реверберационное” название “Non-Lin”. При этом у огибающей процесса есть все положенные гейту составляющие - “Attack”, “Hold”, и “Release”. Конечно, никакого реального гейта при этом не используется, этими регуляторами устанавливается только время нарастания или уменьшения амплитуд каждой из отдельных составляющих процесса. Или, иначе говоря, по аналогии с ленточным ревербератором - уровень сигнала, снимаемого с каждой из множества воспроизводящих головок. Например, сигнал с первой головки поступает на выход с уровнем -40дБ, со второй -30дБ, третьей -20дБ, четвертой -10дБ, пятой - “0”дБ. Если при этом временной интервал между задержанными сигналами составляет, скажем, 25мС, то время “Attack” (полного нарастания уровня выходного сигнала до номинального) будет равно 100мС. Вот именно это время и устанавливается этим параметром. Аналогично и с остальными временами.

(Естественно, это только для иллюстрации! В реальности - интервалы между задержанными сигналами различны, соответственно - и амплитуды будут разниться несколько по-другому.)

Справедливости ради следует отметить, что иногда в ревербератор встраивается и “настоящий” гейт, с полным набором положенных ему регулировок. Это в ряде случаев позволяет получать довольно интересные эффекты, но при этом процессор может использоваться только для одного инструмента одновременно, т.к. иначе гейт просто “не поймет”, на какой именно сигнал ему, бедняге, реагировать...

Однако рассмотрение всех возможных эффектов, которые можно получать с помощью цифровых процессоров - это тема для отдельного, и немалого, обзора. Здесь же упомянем лишь, что практически все эффекты, имеющиеся в том или ином современном процессоре, можно задействовать одновременно, для получения более сложных и интересных звучаний. Например, можно сочетать реверберацию с фленджером, хорусом, или питч-шифтом (“Pitch-Shift”), при этом получая просто головокружительные, неземные звучания!

Возможно, в одном из следующих номеров журнала мы еще вернемся к этой теме - конечно, если это будет вам интересно.

К сожалению, в одной статье невозможно охватить подробно весь круг тем, связанных с процессорами пространственной обработки и звуковых эффектов, и их применением в практике звукотехники. Если у Вас возникнут какие либо вопросы, неясности - то пишите непосредственно автору. Ваши письма помогут полнее узнать круг интересующих вас и/или не совсем понятных вопросов, и сделать этот сайт лучше и полезнее для Вас.
TContinental
EXTROVERT
 
Сообщения: 10321
Зарегистрирован: 02 май 2006

Непрочитанное сообщение TContinental » 16 июн 2008, 23:56

Время реверберации: проблемы измерений.
Теория проектирования студий звукозаписи.
Александр Кравченко



Время реверберации: проблемы измерений

Мы рассмотрели вопросы возникновения и распространения звуковых волн, их взаимодействие со своими отражениями от поверхностей помещений и изменение характера такого взаимодействия при изменении геометрической конфигурации помещения, а также особенности взаимодействия отраженных волн в зависимости от частотного диапазона. Но все эти процессы осуществляются и развиваются во времени. Что же именно происходит, например, при широкополосном импульсном возбуждении акустически неподготовленного помещения?
Спустя какое-то время после импульсного возбуждения в точку возбуждения возвращаются первые отражения от самых близлежащих поверхностей, так называемые ранние отражения. Затем приходят отражения от других поверхностей, а также отражения, которые успели отразиться под разными углами от нескольких поверхностей. На одних частотах эти отражения угасают быстро, а на частотах, совпадающих с резонансными частотами помещения, они как бы зависают и угасают гораздо медленнее (рис. 17). Вслед за ранними отражениями пойдут мириады отражений, которые вскоре сольются в то, что мы обычно называем реверберацией. Через какой-то период эти отражения затухают полностью. Если это время достаточно большое, то в возникшей сумятице совершенно невозможно расслышать какие-либо нюансы музыкального исполнения. Разница между акустически обработанным и необработанным помещением слышна, как говорится, «невооруженным ухом».

Изображение
Рис. 17. Характеристика затухания (реверберация)
а) нежелательное неровное затухание.
Кривая этого типа будет привносить в запись не нужную окраску;
б )плавное желательное затухание, при котором окраски звучания не наблюдается;
в) этот график типичен для малых комнат с меньшей энергией на низких частотах.

В этой связи очень интересно наблюдать за поведением рабочих, строящих студию. На наших стройках радиоприемник является таким же неотъемлемым атрибутом, как молоток и плоскогубцы. Звучание его в помещении в первые дни стройки просто ужасно: сплошной гул и бубнение, ничего не разобрать. Но уже через несколько дней рабочие слышат изменения в звучании своего радиоприемника. Большинство из них по окончании строительства признавались, что их удивило и потрясло звучание радиоприемника в законченной комнате. Другими словами, разницу отчетливо слышали люди, в силу своей профессии к работе со звуком никакого отношения не имеющие. Предполагаю, что в первую очередь они реагировали именно на изменение времени реверберации помещения.

За время реверберации (обозначается как RT60) принято считать время, в течение которого звук затухает на 60 дБ от своего первоначального уровня. Например, если звучание оркестра в концертном зале может достигать уровня в 100 дБ при уровне фонового шума где-то около 40 дБ, то финальные аккорды оркестра при затухании растворятся в шуме при падении их уровня примерно на 60 дБ, т.е. 60 дБ - это затухание звука до одной миллионной части от его первоначальной мощности.

Мы не будем сейчас рассматривать графики времени реверберации различных помещений. В действительности «голые» характеристики мало что нам говорят о воспринимаемых акустических особенностях помещений, а неправильная интерпретация их в «очумелых ручках» может даже нанести вред.

Понятие о типичной величине RT60 проиллюстрировано на рис. 18. На двух графиках представлены временные характеристики реверберации двух концертных залов, а время реверберации показано в зависимости от частоты. Данные графики дают неплохое представление о «частотных характеристиках» этих залов. Звучание в зале, характеристика которого изображена на рис. 18, а, субъективно будет восприниматься как более теплое и насыщенное. В то же время оно является менее отчетливым, чем звучание в зале, характеристика которого изображена на рис. 18, б, поскольку в первом случае время реверберации на низких частотах гораздо больше, а это не только делает бас более сочным, но и маскирует многие негромкие одиночные высокочастотные нюансы. К сожалению, такие графики говорят нам только о том, что происходит на уровне -60 дБ, но ничего не говорят о том, что же происходит в течение самого процесса затухания. И в зависимости от того, каким образом затухает реверберация, может случиться, что наши представления о субъективном качестве звука могут оказаться ошибочными.

Изображение
Рис.18. Время реверберации в двух концертных залах

Существует много методик измерения реверберации, ее «поведения». Свои методики в разные времена разрабатывали ведущие ученые-акустики мира: Бера-нек (Beranek), Шупьц (Schulz), Шредер (Schroeder), Сэ-бин (Sabine), Эйринг (Eyring) и многие другие.

Например, метод построения функций зависимости энергии реверберации от времени. Одним из вариантов такой методики является график Шредера (Schroeder). На рис, 19, а показан график затухания (по Шредеру), который характерен для хорошей реверберационной камеры. Однако в студиях всегда присутствуют звукопоглощение, рассеивание и целый ряд отражений, которые сообща вносят существенные коррективы в реальную картину затухания, делая ее кривую куда менее плавной (см, рис. 17, а).

На рис. 19, б приведены графики, характерные для типичных студийных помещений, а на рис. 20 - ряд реальных реверберационных характеристик разных помещений, которые имеют одинаковое значение RT60 и которые могли бы давать очень схожие графики, если бы замеры производились по такой же методике, как и на рис. 18. Из рис. 20 видно, что помещение, характеристика которого на диаграмме обозначена сплошной кривой линией, имеет гораздо меньше реверберационной энергии, чем остальные. У помещения с такой характеристикой более быстрое изначальное затухание, и оно будет меньше маскировать нюансы среднего уровня громкости в тех звуках, которые появляются во второй половине секунды после возбуждения громкого звука. А вот остальные помещения, характеристики которых имеют вид пунктирных линий, будут обладать более насыщенным звучанием. Таким образом, очень часто именно характеристика изначального времени затухания (например, время затухания на 10 дБ) больше говорит нам об акустике помещения, чем значение RT60 этого же помещения.

Изображение
Рис. 19. Графики Шредера:
а) в помещении с идеальной реверберацией график Шредера дал бы прямую линию зату хания, В описываемом же случае RТ60 чуть-чуть превышает 2,5 с;
б) этот график Шредера для экспериментальной комнаты показывает то, как установка для средств акустического контроля позволя-ет уменьшить энергию из начального отрезка кривой затухания, «очищая» комнату без значительного снижения времени затухания на уровне -50 dB.

Изображение
Рис.20. Три разные характеристики затухания с номинально одинаковыми значениями RT60 составляющими 2 с. Видно, что кривая №3 содержит в целом наибольшее количество энергии, поэтому, если бы эти кривые представляли собой комнаты, комната №3 звучала бы громче всех, а комната №1 давала бы более отчетливое восприятие нюансов.

Как можно заметить, измерение реверберации и оценка изначальных акустических свойств помещения - очень непростое депо. Существуют и другие более сложные методики измерений, которые здесь не рассматриваются. Но в принципе, можно сделать вывод о том, что если помещение не имеет серьезных проблем, связанных с яркими проявлениями резонансов в реверберационных хвостах, то график Шредера наиболее подходит для оценки времени реверберации, при этом основным интересующим нас моментом является скорость затухания энергии в помещении.

Развитие компьютерной техники привело к тому, что стало возможным объединение и отражение традиционных графиков RT6Q совместно с так называемыми графиками ETC. Такие графики очень удобны для анализа, так как дают вид в перспективе по трем осям (рис. 21): оси представляет собой соответственно амплитуду звука, время и частоту.

В любом случае надо помнить, никакие графики не позволят дать точную оценку акустическим свойствам помещения, потому что информация для любых графиков «снимается» с измерительных микрофонов, которые далеко не так чувствительны, как наш слуховой аппарат. Есть и другие отличия. Например, в процессе эволюции чувствительность нашего слухового аппарата к вертикальным отражениям стала ниже, чем к горизонтальным. В то же время у измерительного микрофона с круговой направленностью она во всех направлениях одинакова. Поэтому не исключено, что какое-то кажущееся безобидным в процессе измерений отражение в реальности может резать нам слух и быть назойливым. В то же время более громкое отражение, распространяющееся по вертикали, на слух может игнорироваться. Из сказанного можно сделать вывод, что никакие графики не должны быть единственным источником информации для принятия решения по акустическому проектированию. Если мы хотим узнать еще до строительства комнаты, как она зазвучит, то простое построение графиков каких-то заранее заданных характеристик мало что даст. Следует воспользоваться еще и другими методами.
Естественный вопрос: что нам с этим делать и как реализовать все это на практике?

Изображение
Рис.21. Пример графика ЕТС

Ответ в каждом конкретном случае зависит от опыта и даже от интуиции проектировщика вашей студии, а также от требований к вашим студийным помещениям, а они зачастую сильно отличаются. Да и одного и того же результата можно добиться разными методами и технологиями и потратить при этом разное количество денег. В последующих статьях мы рассмотрим требования к комнатам с нейтральной, переменной, «живой» акустикой (например, каменным), а также, естественно, к контрольным комнатам.


Методы измерения реверберации

Существует два общепринятых метода, применяемых для создания реверберации: отражений и рассеивания. В последние годы такие компании, как RPG из США, создали широкий ассортимент акустических рассеивателей (диффузеров), способных «работать» в широком частотном спектре. Они построены по принципу матрицы, в которой чередуются объемные ячеистые резонаторы разной глубины (рис. 22, III и IV). Порядок расположения ячеек и их глубина определяются в строгом соответствии с определенными рядами чисел. Рассеиватели изготавливаются, как правило, из дерева, бетона и пластмассы. Действие объемных резонаторов заключается в том, чтобы вызвать крайне хаотичное отражение звуковой энергии, при котором исключено заметное проявление каких бы то ни было отдельных отражений. Такое рассеивание создает чрезвычайно сглаженную реверберацию, что позволяет подстроить общее время реверберации так, чтобы оно соответствовало отношению диффузных поверхностей к звукопоглощающим, хотя для относительно равномерного распределения реверберации в помещении необходимо, чтобы и распределение рассеивающих поверхностей было относительно равномерным. Для рассеивания подойдут любые поверхности, кроме, естественно, пола, дверей и окон.

Казалось бы, что все просто: бери и добавляй диффузеры до тех пор, пока не получишь желаемого времени реверберации (поворотные панели с подобными рассеивателями, изображенные на рис. 22, применяются в помещениях с переменной акустикой). Но в таком случае помещение может проиграть в плане своей "музыкальности», потому что ему не будет хватать все-таки дискретных отражений, к которым мы все так привыкли. К счастью, добиться их достаточно легко с помощью отражающих панелей или поверхностей тех же поворотных панелей, изображенных на рис. 22.

Изображение
Рис.22. Детальный чертеж вращающихся панелей (вид с торца) - четыре варианта. Подобные поворотные устройства могут обеспечить отражающие, рассеивающие (диффузные) или поглощающие свойства как в целом, так и частично (при их установке в промежуточное положение). Их можно применять для стен и потолков.

Таким образом, при создании в помещении определенной реверберации необходимо использовать в той или иной мере оба метода: и рассеивание, и отражение. Следует отметить, что эти методы применимы только к сравнительно большим помещениям. В маленьких, наподобие дикторской кабины, они не работают, так как в таких помещениях явления диффузии и дифракции очень незначительны. Кстати, обсуждая акустические особенности таких маленьких помещений, уместнее будет говорить даже не о времени реверберации, а скорее, о времени затухания.
Подавляющее большинство тон-залов в студиях нашей страны смело можно отнести к категории небольших помещений. Основная задача при их проектировании обычно заключается в том, чтобы создать в них акустику, способствующую звучанию музыкальных инструментов, но в то же время не «заявляющую» о себе в виде резонансных всплесков на собственных частотах помещения. Другими словами, нужно добиваться, чтобы помещение было одинаково настроено на все ноты, а также чтобы ноты на частотах, совпадающих с резонансами помещения, не выделялись. Это помещение должно обладать такой звуковой пространственностью, при которой самые разные музыканты чувствовали бы себя комфортно: как лично, так и в плане звучания своих инструментов. Акустические характеристики такого помещения должны позволять звукоинженерам рассаживать музыкантов и устанавливать микрофоны практически везде, где им это заблагорассудится. Подобными акустическими свойствами обладают комнаты с нейтральной акустикой (так называемые нейтральные комнаты), о которых будет рассказано в следующей статье.


Заключение

В рамках этой статьи мы вскрыли достаточно много проблем, которым посвящено великое множество книг. В то же время мы попытались сделать это простым и понятным языком, без обилия сложных формул и специальной терминологии для того, чтобы ознакомить с этим материалом как можно больше читателей. И если владельцы студий, в которых стены оклеены упаковками из-под куриных яиц («для хорошей акустики» © ), поймут бессмысленность своей затеи, это тоже можно воспринимать как положительный результат.
Но как бы мы не старались обойти специальную терминологию, знакомиться с ней постепенно все-таки придется. Например, в этой статье была такая фраза: «Эта зона может простираться от инфранизких частот до нижних средних частот». Немного непривычно звучит «нижних средних частот», не правда ли? Дело в том, что весь звуковой диапазон условно разделен на несколько более узких диапазонов, имеющих свои названия. Вот они:

Наименование диапазона Частотный диапазон
Инфразвуковой 0 - 20 Гц
Очень низких частот 15-50 Гц
Низких частот 20 - 250 Гц
Нижних средних частот 200 - 500 Гц
Средних частот 250 Гц- 5 кГц
Верхних средних частот 2 - 6 кГц
Высоких частот 5-20 кГц
Очень высоких частот 15-25 кГц
Ультразвуковой 20-30 кГц


В этой и последующих статьях мы также часто будем оперировать таким понятием, как децибел.
Что такое децибел и уровень звукового давления (SPL)? Наш слуховой аппарат способен к восприятию огромного динамического диапазона. Изменения в давлении воздуха, вызываемые самыми тихими из воспринимаемых на слух звуков, составляют порядка 20 мкПа (20 микропаскалей), т.е. 0,00002 Па. В то же время звуковое давление с уровнем, приближающимся к порогу болевых ощущений для наших ушей, составляет порядка 20 Па. В итоге, соотношение между самыми тихими и самыми громкими звуками, которые может воспринимать наш слуховой аппарат,- один к миллиону. Если же говорить, например, об уровне звукового давления реактивных двигателей самолетов, то это соотношение почти один к миллиарду! Измерять такие разные по уровню сигналы в линейной шкале достаточно неудобно, а кроме того - не наглядно. С целью сжатия такого широкого динамического диапазона до удобоваримых чисел было введено понятие «бел» (bel). Бел - это простой логарифм отношения двух степеней; а децибел равен одной десятой бела.

Чтобы выразить акустическое давление в децибелах, необходимо возвести давление (в паскалях) в квадрат и разделить его на квадрат эталонного давления. Для удобства возведение в квадрат двух давлений выполняется вне логарифма (что является удобным свойством логарифмов).
Для преобразования акустического давления в децибелы существует такая формула:

децибелы = 10 x !og10 = {р2/р02} = 20 x log10 = {р/р0},
где p - интересующее нас акустическое давление;
p0- исходное давление.

Когда в качестве эталонного давления берется 20 мкПа, то звуковое давление, выраженное в децибелах, называется уровнем звукового давления (SPL - от англ. sound pressure level). Таким образом, звуковое давление, равное 3 Па, э квивалентно уровню звукового давления 103,5 дБ, следовательно:

SPL = 20 x log10 (3/20 x10-6 )= 103,5 дБ.
Вышеупомянутый акустический динамический диапазон можно выразить в децибелах в виде следующих уровней звукового давления: от 0 дБ - для самых тихих звуков, 120 дБ - для звуков на уровне болевого порога, до 180 дБ -для самых громких звуков.
Децибелами можно также пользоваться и для выражения электрических величин, таких как напряжение и сила тока, и в этом случае эталонное значение зависит от данного конкретного случая (и должно быть непременно указано).
При рассмотрении величин, у которых есть единицы мощности,- таких как мощность звука или электрическая мощность,- необязательно возводить эти величины в квадрат внутри логарифма, а поэтому отношение двух мощностей, W1, и W2, выраженное в децибелах, составляет:

10 x log10(W1\W2)
TContinental
EXTROVERT
 
Сообщения: 10321
Зарегистрирован: 02 май 2006


Вернуться в Учебные материалы

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0

Наши проекты: MixGalaxy.ru | Всё о FruityLoops и FL Studio на MixGalaxy.ru | Всё о Propellerhead Reason на ReasonMusic.ru