Surround Sound / part Ⅱ /
В прошлой статье мы начали с самого основного: выяснили значение термина Surround Sound, какую роль в кино и ТВ он занимает, ну и немного о помещениях.
Во второй части речь пойдёт о технических параметрах. Я постаралась сжать и рассказать по чуть-чуть о каждом выделенном пункте.
Первый пункт — Психоакустические особенности объёмного звука
Относительная устойчивость фантомных образов в условиях обычной стереофонии хороша только тогда, когда они «видятся» в секторе приблизительно 60 градусов относительно нашего носа. Этот факт был очень сильно недооценен во времена эры квадрофонии в 1970-х годах. Огромное количество людей намеревались панорамировать музыкальные сигналы по всему окружению помещения с помощью квадрофонических панорарамирующих джойстиков. Для многих людей было большой загадкой, почему при панорамировании в крайнее левое положение (на передний левый канал и/или задний левый канал) стабилизация образа наступает только при панорамировании на крайний передний или крайний задний монитор, а все точки панорамы между ними создают образы, которые резко меняют положение в пространстве или исчезают при малейшем движении головы. В действительности этот эффект существует только в горизонтальном фронтальном секторе прослушивания, так как нам вообще от природы свойственна именно здесь хорошая локализация образов. Некоторые люди в пределах этого сектора могут отчётливо слышать различия в положении некоторых звуков с точностью до одного градуса. Но когда монитор находится за головой, точность локализации уменьшается, а устойчивость фантомных образов при работе двух и более мониторов снижается. Восприятие частотного спектра музыкального материала (тонального баланса) будет также различным. Восприятие слушателем одного и того же звучания (с точки зрения тонального баланса), исходящего поочерёдно от фронтальных и тыловых мониторов, будет разным.
Дэвид Белл (David Bell) успешно использовал одиночные дискретные громкоговорители в качестве surround-каналов в маленьких пост-продакшн контрольных комнатах, подвешивая их под потолком и разворачивая противоположно месту расположения слушателей, но направляя непосредственно на оригинальные диффузные панели для диффузного отражения энергии внутрь района прослушивания. Автор успешно использовал распределенные громкоговорители с такими панелями, которые являются естественными диффузными источниками, в монтажной комнате фильм-лаборатории, поддерживающей спецификацию Dolby.
Всё вышесказанное является довольно-таки субъективным, но существует большое прочное мнение, предполагающее, что звучание отдельных инструментов, воспроизведённое через вышеупомянутую диффузную surround-систему, страдает меньшей потерей реализма, чем двухканальное пространственное воспроизведение через пару дискретных тыловых громкоговорителей. Потребительский рынок может в конечном счёте фактически диктовать те стандарты, которые нужно использовать, но источники диффузных типов, упомянутые в предыдущем параграфе, всё-таки являются более терпимыми к неизбежным изменениям акустических условий при прослушивании, чем полностью дискретные системы с выбором пяти идентичных мониторов, которые стремятся достичь казалось бы абсолютно одинакового мониторинга от пяти точек воспроизведения без учёта того, будут ли источники воспроизведения идентично восприниматься в других условиях прослушивания или нет.
Пункт второй — Характеристики звучания различных систем
Ясно, что обо всех пяти различных системах, которые мы пока успели обсудить, будут весьма разные отзывы как в результате измерений, так и в результате их субъективного восприятия, а также в зависимости от положения слушающих. Так что давайте теперь рассматривать характеристики различных подходов в различных акустических условиях.
- Простой дискретный источник
Если сначала взять простой одиночный громкоговоритель, то его звучание в положении прослушивания будет зависеть, во-первых, от условий его установки, особенно от задней половины (стены) помещения для прослушивания, а во-вторых, от характера поверхностей стен, которые расположены перед громкоговорителем. Если бы мы установили полную 5-канальную систему из таких же громкоговорителей в условиях безэховой камеры, смонтировав их по периметру круга в рекомендуемых точках, тогда измерения, сделанные при помощи всенаправленного микрофона, установленного в точке прослушивания, показали бы сходные частотные характеристики звучания от каждого громкоговорителя – источника звука. Но если в том же месте прослушивания, где был установлен всенаправленный микрофон, размещался бы слушатель, то он воспринимал бы от тыловых громкоговорителей меньшее количество высоких частот, чем от фронтальных громкоговорителей из-за того, что ушные раковины являются более отзывчивыми и чувствительными к высоким частотам, приходящим спереди, а не к тем, которые приходят сзади. А поскольку в безэховой камере не было бы никаких отражений звука, то можно было бы ожидать, что тыловые громкоговорители будут восприниматься как отдельные дискретные источники звука. Однако именно эти условия могли быть такими, при которых от всех громкоговорителей можно было бы действительно ожидать самого «гладкого» воспроизведения.
Если бы в типичной (по геометрии) стереофонической контрольной комнате “мертвая” половина была бы спереди, а “живая” – сзади, ситуация была бы несколько другой. На высоких частотах фронтальные мониторы звучали бы прямо в уши слушателя и вызывали бы отражения от задней стенки, а тыловые мониторы вызвать аналогичного восприятия бы не смогли. Ситуация на низких частотах зависела бы от условий установки мониторов.
В контрольной комнате, которая имеет сплошную отражающую звук переднюю стену и полностью поглощающую звук и отражения заднюю стену, тыловые мониторы субъективно звучали бы более ярко, чем в безэховой камере, или если бы передняя стена была “мёртвой” из-за отражения высоких частот от передней стены и возвращения их уже спереди к ушам слушателя. Измерительный микрофон, установленный в месте расположения слушателя, показал бы менее ровное звучание в среднечастотном диапазоне, чем в комнате с демпфирующей передней стеной из-за смешения прямых и отражённых волн. При свободно установленных мониторах звучание surround-каналов может восприниматься как более ровное чем в комнате с диффузно-отражающей задней стеной из-за относительно неотражающей задней поверхности, находящейся на некотором расстоянии от тыловых мониторов.
Томлинсон Холмэн (Tomlinson Holman) был одним из тех, кто предложил, что комнаты для работы с объёмным звуком должны были иметь вообще более низкое время затухания, чем обычные помещения для прослушивания, чтобы избежать окраски записанного объёмного звука и помогать в решении различных низкочастотных проблем. Необходимо добиться некоторой потери ощущения пространственности комнаты в сравнении с комнатой для прослушивания в стерео-формате, потому что пространственность и так придаётся surround-каналами. Они также предложили, чтобы комната была спроектирована акустически более ровной с помощью осторожного и целевого распределения звукоотражающих и демпфирующих материалов по поверхностям стен и потолков.
2. Многократно распределенный источник
Этот подход используется в surround-каналах кинематографических систем Dolby. В условиях безэховой камеры главное различие между этим подходом и концепцией дискретных источников заключается в том, что в условиях безэховой камеры даже многократно распределённые источники звука могут восприниматься как отдельные (дискретные) источники, а «эффект задержки» будет иметь тенденцию смещать фантомный образ к самому близкому громкоговорителю группы. В зависимости от точности распределения громкоговорителей может получиться так, что распределенные громкоговорители будут звучать более ярче, чем отдельные дискретные тыловые мониторы, потому что некоторые из громкоговорителей могут оказаться более близко и более непосредственно обращёнными к уху, как мы можем заметить это на рисунке 3. Если в условиях безэховой камеры в месте расположения слушателя установить измерительный всенаправленный микрофон, то он покажет, что звучание было бы менее ровным, чем в случае с использованием дискретных источников из-за конструктивной и деструктивной интерференции, порождаемой даже незначительными различиями в длинах волн от разных источников. С точки зрения субъективного восприятия это вообще может не являться проблемой, и когда добавляются отражающие поверхности, ситуация снова изменяется.
3. Дипольные surround-громкоговорители
Ясно, что в условиях безэховой камеры такой вариант выглядит как какой-то нонсенс, потому что к слушателям дипольные громкоговорители развёрнуты глухой неизлучающей стороной, и те не могут слышать от них никакого звука. В контрольной комнате стерео-формата сторона диполя, направленного на самую твёрдую поверхность, приводила бы к отражению наиболее высоких частот. Поэтому очевидно, что наиболее подходящий тип комнаты для использования такой системы был бы тип с относительно равномерно распределёнными отражающими поверхностями, что довольно часто встречается в бытовых условиях. Это не слишком удивительно, потому что Том Холмэн первоначально предложил эту технологию для бытового использования, где её использование может иметь больший потенциал, но при этом варианте трудно ожидать максимально гладкой частотной передачи в позиции прослушивания, ведь используется только отраженная энергия в условиях произвольных поверхностей.
4. Диффузные источники
Цель этого обсуждения состоит в том, что вариант использования истинных раcпределённых источников типа DML и вариант использования направленного в стену дискретного монитора с установленным в стене рассеивателем-отражателем часто путаются и смешиваются в кучу, потому что вполне разумно ожидать от них обоих относительно гладкого звучания в позиции прослушивания, практически не обращая внимания на акустику помещения. В отличие от обычных громкоговорителей, DML-источники ведут себя совсем по-другому. При уходе из зоны ближнего поля падение по звуковому давлению (SPL) при увеличении расстояния вдвое будет составлять, скорее всего, 3 dB, а не 6 dB, как у обычных громкоговорителей.
Распределённые источники имеют широкие характеристики излучения в расширенном диапазоне частот и имеют тенденцию меньше страдать от эффектов комнатных резонансов и стоячих волн. Проблема DML-ов в том, что они страдают от довольно-таки обрезанного звучания по низким частотам; но тем не менее они могут вполне использоваться в качестве источников для большей пространственности, поэтому вполне заслуживает внимания идея добавления к ним общего суб-вуфера. По существу, однако, они состоят из излучающей поверхности, сделанной от материала, который дает сильно демпфированное, но очень густое модовое звучание, которое распространяется по всей его (материала) поверхности.
Пункт третий — Низкие частоты и surround
Типичная архитектура системы 5.1, где «точка-один», или канал низкочастотных эффектов, предназначен для подключения суб-вуфера. В микшировании для кино в формате Dolby Digital, DTS и SDDS, приходящие на этот канал сигналы создаются и микшируются инженером. Однако в аналоговой системе Dolby Stereo (которая, несмотря на своё название является системой матричного объёмного звука), сигнал на суб-вуфер поступает от низкочастотной схемы управления процессоров, что чем-то напоминает работу систем домашних кинотеатров.
На рисунке можно увидеть, что суб-вуфер установлен от центра. Это сделано в попытке избежать симметричного возбуждения комнаты. Симметричное размещение суб-вуфера способствовало бы возникновению симметричных (и поэтому – сильных) резонансов. Размещение от центра имеет тенденцию производить большее количество пиков и провалов в звучании, но меньшей амплитуды, чем это могло бы быть при симметричной установке. Степень, в которой удаление суб-вуфера от центра становится заметным на слух, определяется не столько собственно удалённостью от центра, сколько верхним частотным порогом.
На частоте ниже 80 Hz вообще очень трудно обнаружить месторасположение источника звука, но с повышением частоты обрезания расположение источника низкочастотного сигнала может начать проявляться. Чтобы устранить или свести к минимуму возможность распознавания местоположения источника от центра и в то же время поддержать ассиметричный характер комнаты по низким частотам, Dolby рекомендует теперь использовать два суб-вуфера, на которые подаётся один и тот же сигнал: один субвуфер размещается на расстоянии третьей части ширины комнаты от одной боковой стенки, а другой размещается на расстоянии одной пятой части ширины комнаты от другой боковой стенки. При использовании одного или двух больших суб-вуферов при инсталляциях в кинотеатрах принимается во внимание тот факт, что кинотеатры, причём спроектированные с соблюдением приличных акустических критериев, не так трудно управляемы, как контрольные комнаты, предназначенные для работы с музыкальным материалом. Поэтому использование меньшего количества низкочастотных источников является более практичным, чем использование трёх или пяти полнодиапазонных источников.
Существование в кинотеатрах хороших и плохих мест (в смысле акустики) было бы коммерчески нежизнеспособным. Большие субвуферы также предполагают наличие большой мощности, требуемой для воспроизведения взрывов и прочих звуковых эффектов, которые бы заставили работать полнодиапазонные громкоговорители на пределе своих возможностей в больших театрах.
Таким образом, у сделанных под заказ каналов «низкочастотных эффектов» для цифрового кино, с одной стороны, и у суб-вуферов для расширения низкочастотного диапазона, которые применяются в системах кино Dolby Stereo и домашних бытовых системах, с другой стороны, общего совсем мало. Последние подключаются к системам управления низкими частотами в системах воспроизведения и обычно используются для того, чтобы сделать возможным использование на основных пяти каналах меньших громкоговорителей-сетеллитов. Последний случай также продиктован коммерческой необходимостью, ибо у большинства бытовых пользователей нет никакого желания устанавливать у себя дома (например, в гостиной комнате) пять больших полнодиапазонных акустических систем. (Даже если они могли найти хорошие места (в смысле акустики) для их размещения, то они неизбежно где-нибудь перекрывали бы дверной проём или загораживали наполовину окно.)