Install Pro Magazine - Журнал про професійне обладнання та інсталяцію
Частина 1
І.А. Алдошина
  |
Сучасна аудіотехніка активно розвивається в даний час у напрямку створення, впровадження та вдосконалення різних просторових систем звукозапису, передачі та відтворення (Dolby-Surround, Binaural, Ambiophonic, Wave Field та ін. – докладніше див. «Шоу-Майстер», 2003, N№ 2-3;2004, N№4). Відповідно для забезпечення багатоканального запису розробляються спеціальні мікрофонні системи, особливо багато нових і досить складних систем з'явилося останніми роками (на кожному конгресі AES, включаючи і останній 118 у Барселоні, цій проблемі завжди присвячується досить багато доповідей). Вперше ідея використовувати систему з двох мікрофонів для запису стереосигналів була запропонована в 1931 р. Блюмляйном (це була суміщена система з двох спрямованих мікрофонів) та реалізована у виробництві у 1950 р. фірмою Neumann. З цього моменту було створено багато різних мікрофонних систем для стереофонії, основні принципи яких використовуються і зараз при створенні мікрофонів для Surround Sound. Тому на початку цієї статті будуть розглянуті стереомікрофони, потім мікрофони для сучасних просторових систем. Більшість мікрофонних стереосистем, що випускаються в даний час, можна розділити на такі групи: - роздільні стереосистеми - (АВ, DIN stereo, NOS stereo, ORTF stereo, Baffled stereo); - суміщені стереосистеми - (XY stereo, MS-stereo, Blumlein stereo); - "верхні" стереосистеми - (Overhead microphones); – типу «штучна голова» – (Head relatedstereo, Sphere stereo, Stereo 180); - бінауральні стереосистеми (Binaural stereo).
Роздільні мікрофонні стереосистеми – АВ-система: при записі за такою системою по фронту перед виконавцями встановлюються два (або кілька включених на один канал) однакових за чутливістю та спрямованістю мікрофона на деякій відстані один від друга, щоб кожен канал міг працювати на свою зону.
 |
Акустичні осі мікрофонів можуть бути паралельними або розгорнутими, а мікрофони – як неспрямованими, так і спрямованими (наприклад, дві кардіоїди або дві вісімки). Загальна схема запису показано на рис.1; приклад промислової реалізації – на рис.2. Оскільки основний вплив на локалізацію при такому записі зсув часу між різними джерелами, то систему називають «тимчасовою стереофонією», хоча якщо застосовувати спрямовані мікрофони, то можна отримати і різницю по інтенсивності, що зробить локалізацію більш чіткою. Однак, як показали експериментальні дослідження системи АВ, вона має певний недолік: при переміщенні реального джерела звуку (наприклад, соліста) відповідне переміщення уявного джерела у вторинному приміщенні спостерігається у досить вузькій зоні. Результати вимірювань показують, що з розширення цієї зони треба зменшити відношення Y/L, де Y – відстань від джерела до лінії установки мікрофонів, L – відстань між мікрофонами.
Мал. 4. Мікрофонна система ORTF Мал. 5. Мікрофонні системи: а - DIN stereo; b - NOS stereo |
Однак можливостітаких змін обмежені, оскільки мікрофони не можна зрушувати надто близько (для збереження стереоефекту), а наближення мікрофонів до солістів збільшує спотворення по глибині і призводить до спрямованих мікрофонів до підйому низьких частот. Зміна кута охоплення під час запису зі зміною відстані між мікрофонами показано на рис.3. Як видно з цих даних, зі зменшенням відстані між мікрофонами кут охоплення розширюється, проте при наближенні мікрофонів на відстань менше 40 см стереоефект практично зникає. Стереосистеми АВ використовуються в основному для передачі відчуття простору (за рахунок «схоплювання» натуральних ревербераційних процесів у приміщенні), наприклад, при записі органу. Для точної локалізації окремих джерел усередині ансамблю система АВ менш корисна. Зазвичай, вона використовується з додатковими центральними або суміщеними мікрофонами. – The ORTF stereo technique (французьке радіомовлення) використовує два кардіоїдні мікрофони, рознесених на 17,5 см під кутом 1100 між капсулями (рис.4). Розміщення мікрофонів відповідає відстані між вухами, а кут моделює тіньовий ефект людської голови. Оскільки тут використовується як різниця між сигналами за часом, так і інтенсивністю, ця техніка створює досить чіткий стереообраз, хорошу локалізацію джерел, забезпечує кут охоплення 950 і тому широко використовується на практиці. – DIN stereo (німецьке радіомовлення) є різновидом системи АВ. Стереообраз створюють два кардіоїдних мікрофони, розміщених під кутом 900 на відстані 20 см. Система також створює тимчасовий та інтенсивно-різницевий стереосигнал, забезпечує кут охоплення порядку 1100, корисна для запису на близьких відстанях (рис. 5 а). – NOS stereo (датське радіомовлення) використовує два кардіоїднімікрофона, розміщених під кутом 900 з відривом 30 див друг від друга (рис. 5 б). Стереообраз також створюється за допомогою комбінації інтенсивності та тимчасової стереофонії. Ця техніка використовується переважно на близьких відстанях для запису малих ансамблів (кут охоплення менше 800). – Baffle stereo – це рознесена мікрофонна стереотехніка, що використовує акустичний поглинаючий екран, який розміщується між двома мікрофонами у рознесених стереосистемах, наприклад типу ORTF stereo. Поглинаючий ефект екрана позитивно впливає на загасання звуку від джерел поза осі і покращує роздільність між каналами. Одна з широко відомих екранованих стереосистем Jecklin Disc (на ім'я її винахідника Jоrg Jecklin) використовує два ненаправлені мікрофони, розміщені на відстані 17,5 см, і спеціальний акустично оброблений диск діаметром 36 см, розміщений між ними (рис.6). Реальні переваги такої системи виявляються при її встановленні на відносно великій відстані від джерела, де є баланс між прямими і відбитими сигналами в приміщенні. Спроби знайти оптимальні співвідношення між відстанями та кутами установки мікрофонів продовжуються весь час. Узагальнюючи отримані результати таких робіт, M. Вільямс побудував корисну номограму (рис.7), що дозволяє встановити зв'язок між відстанню і кутом між мікрофонами і ефективним кутом охоплення джерел при записі (параметр кривих).
Сумісні мікрофонні стереосистеми Ця техніка стереозапису передбачає використання двох спрямованих мікрофонів, розташованих в одній точці. Ширина стереообраза залежить від форми характеристик спрямованості мікрофонів та способу їх встановлення. Найбільш відомі системи XYstereo, MS stereo і Blumlein stereo.
– XY stereo – у цій системі використовуються два спрямовані мікрофони (дві кардіоїди або дві суперкардіоїди), встановлені на одній осі, у яких акустичні осі повернені та утворюють деякий кут (найчастіше 90 – 1200, хоча вони можуть змінюватися і в межах 0 – 1800) ). Приклад такої конструкції показано на рис.8. Оскільки обидва мікрофони знаходяться в одному місці, відмінності в часі приходу сигналів практично відсутні. Стереофонічний ефект виникає тут за рахунок різниці інтенсивностей сигналів від джерела (так звана «інтенсивна» стереофонія). Система ХY дає правильну відповідність уявного та реального джерела, якщо він знаходиться у певних кутових межах. Зв'язок між кутом розвороту мікрофонів (стереокутом) та кутом охоплення при записі показано на рис.9 для кардіоїдних та суперкардіоїдних мікрофонів. Завдяки відсутності в сигналах лівого та правого каналів тимчасових зрушень, система ХY має гарну сумісність з монофонічною системою. Однак при використанні цієї системи також виникають перекручування просторової панорами (особливо в глибину).
    |
У цій системі повинні виконуватися жорсткі вимоги до гостроти характеристики спрямованості мікрофонів (інакше не вдається отримати різниці за інтенсивністю), крім того, у спрямованих мікрофонів проявляється «ефект близькості» при наближенні до джерела. – МS stereo: також містить два поєднані мікрофони в одному місці, але з різними характеристиками спрямованості, сигнали якихпіддаються сумарно-різницевому перетворенню. Зазвичай використовуються два суміщені мікрофони з характеристиками спрямованості коло/вісімка або кардіоїда/вісімка (рис.10). Назва системи утворена першими літерами MS, де Mittel – середина, Seite – сторона. Напруга на виході мікрофона М буде незмінною при будь-якому положенні джерела, а напруга з мікрофона S визначається формою його характеристики спрямованості (вісімки): при положенні джерела зліва або праворуч воно буде максимальним, при положенні в центрі - дорівнює нулю. Тому при розташуванні джерела під кутом 900 вихідна напруга дорівнюватиме сумі напруг з мікрофонів М і S, при положенні джерела під кутом 00 - тільки напруги з М-мікрофона, а при положенні - 900 воно дорівнює різниці напруг з мікрофонів М і S. сумарно-різностного перетворення формуються сигнали у двох каналах передачі. Система MS вимагає введення у схему додаткових вузлів: сумарно-різностних перетворювачів, стереорегуляторів напрями та бази, але вона має й ряд переваг перед системою ХY, оскільки дозволяє легко регулювати як загальну ширину бази, так і ширину окремих ділянок, зайнятих групами виконавців. Приклад такого регулювання з допомогою зміни форми характеристики спрямованості М-микрофона показано на рис.11. МS-техніка забезпечує точну локалізацію джерел всередині ансамблю і дуже корисна для запису джерел звуку, що рухаються. – Blumlein stereo – суміщена стереотехніка (різновид MS-стереофонії), що використовує два мікрофони з характеристикою спрямованості типу «вісімки», встановлених в тій же точці під кутом 900, отриманий при цьому кут охоплення показаний на рис.11.
Overhead-стерео (мікрофони над головою) Розміщуючи мікрофон вищемузичних інструментів на великій відстані, часто виявляється можливим отримати більш натуральний тембр, так як звуки від різних індивідуальних інструментів досягають мікрофонів з реальнішим розподілом за часом, ніж за їх близького розташування. З іншого боку, можна записати у своїй кілька перших відбитків у приміщенні, що більше відповідає природному оточенню інструментів.
– Spaced Оmni stereo – ненаправлені мікрофони встановлюються на стійках перед виконавцем на висоті 1,2 – 2,4 м, для покращення просторовості їх іноді піднімають на 3 м або вище. Ця техніка дає глибину і добрий стереообраз, але може вносити фазові спотворення. - Decca Tree - ця техніка була розвинена на English Decca Records-студії в середині 50-х рр.. і ще досі використовується при записі звуку. Три ненаправлені мікрофони розміщуються на стійках на 3 - 3,7 м вище і злегка позаду голови диригента. Вони нахилені приблизно на 30 0 вниз до оркестру і встановлені під певним кутом один до одного: один направлений в центр, два інших під 450 від центру (рис.12). Відстань між стійками правого та лівого мікрофонів приблизно 2 м, центральний мікрофон зрушений на 1,5 м уперед. Крім того, два додаткові мікрофони розташовуються по краях оркестру, зазвичай трохи позаду, щоб записати реверберацію зали. Ця техніка дає реалістичний стереообраз, забезпечує хороший баланс між інструментами оркестру та дозволяє записувати окремо центральний канал, що корисно при мікшуванні систем типу Surround Sound.
Стереосистеми типу «штучна голова» Два ненаправлені мікрофони розміщуються на твердій сфері діаметром 20 см, що моделює акустичне поле навколо людської голови. Діафрагми мікрофонів поєднаніз поверхнею сфери. Геометричні розміри, які у цій техніці, моделюють базові пропорції людської голови, тобто. міжушний час затримки. Приклад такої мікрофонної системи показано на рис.13. Однак слід мати на увазі, що при запису джерел з широким кутом охоплення бічні джерела будуть записуватися занадто підкреслено для найближчого мікрофона і занадто слабко для далекого, тому краще використовувати сферу розташування джерел з кутом охоплення 900 або менше.