Новий метод корекції частотних характеристик гучномовців, журнал АвтоЗвук
Завдання неспотвореної трансляції звукової програми від виконавця до слухача старе як світ. Як світ електроакустики ...
Проблема в тому, що технічні засоби оцінки звукових систем приймають та оцінюють звук інакше, ніж людський слух. Вони «бачать» більше «проблем», ніж наше слухове сприйняття (хоч би як парадоксально це звучало). Ці проблеми беруть свій початок у фізичній інтерференції звукових хвиль у місці вимірювання звукового тиску. Але інтерференція настає лише тоді, коли прийшли, у найпростішому випадку, два сигнали — прямий і відбитий (випадок, що встановився). Але на якусь коротку мить є лише прямий сигнал і відсутня інтерференція. Нашому слуху цієї короткої миті вистачає, щоб зробити оцінку.
Спробую довести тимчасову вибірковість слуху та його здатність ігнорувати інтерференцію двома простими для повторення експериментами.Досвід перший. . Граючи вгору, сигнал здається тьмяним, з втраченими верхами. Граючи вниз - звучить красиво, музично, з яскраво вираженими верхами. А для спектроаналізатора обидва випадки однакові та невиразні.
Досвід другий. Сядемо перед класичною стереосистемою. Подамо моносигнал. Якщо в системі все гаразд, почуємо вузьке уявне джерело звуку рівно посередині між гучномовцями. Тепер самі рухаємося з боку на бік. При цьому ми почуємо лише, що уявне джерело злегка переміщатиметься в той самий бік, що й ми. Тепер поставимо на нашемісце мікрофон. Слухатимемо сигнал з цього мікрофона і спонукаємо його. Почуємо красивий ефект фленджера, створений мінливим гребінчастим фільтром. Спробуйте.
Отже. На мою думку (яку я перетворюю на реальну технологію вже майже десять років), треба вимірювати та оцінювати звукову систему на кшталт того, як це робить наш слух. Це виявилося можливим, якщо замість спроб щось зрозуміти за результатами вимірювання звукового тиску в одній точці міряти частотну характеристику випромінюваної звукової потужності гучномовця. Це і є основою моїх робіт і рішень.
Хочу взяти на себе сміливість переглянути підхід до неспотвореної трансляції звукової програми. Ось класичний принцип. У кімнаті (студії, відкритій площадці) перед виконавцем встановлений мікрофон, який перетворює звуковий тиск на пропорційний електричний сигнал незалежно від частоти. За ним тракт передачі (передсилювач, радіоканал, пристрій затримки в часі і.т.д., і.т.п.), що закінчується підсилювачем та гучномовцем у кімнаті прослуховування. Тракт повинен передавати сигнал однаково, незалежно від частоти, а гучномовець пропорційно перетворювати електричний сигнал на звуковий тиск. І знову – незалежно від частоти. Про те, чи відповідає гучномовець цій вимогі, ми переконалися в заглушеній камері на його «акустичній осі» і тепер чекаємо на успіх. Часто це очікування виявляється марним та наївним.
Підхід, який я розвиваю, — інший. Гучномовець у місці прослуховування для отримання неспотвореного звукового образу повинен випромінювати таку ж чи пропорційну за спектральним складом та тимчасовими характеристиками звукову потужність, яку випромінює музикант у місці виконання.
Правильність цього підходу вже неодноразово булаперевірена на практиці і з великим успіхом демонструвалася на виставці AES у травні 2007 року, коли запис акордеонного дуету програвався через відкоригований тракт, що завершується добре знайомими українцям колонками Radiotehnika S90, і порівнювався з живим виступом того ж дуету, який погодився взяти участь.
Точність методу дозволяє використовувати його в студіях з якісними моніторами, в той же час можливості глибини корекції настільки великі, що зазвучить навіть відро. Ми й такий досвід ставили…
Як на практиці реалізується метод корекції за випромінюваною акустичною потужністю? Вимірювання акустичного тиску відбувається в багатьох (приблизно 200) точках простору, розташованих на якійсь уявній поверхні або її сегменті. Простіше кажучи: вимірювач креслить мікрофоном у повітрі уявні грати з вертикальних ліній, на це йде близько хвилини. Спеціально розроблена програма самостійно фіксує величину звукового тиску в окремих точках, а потім обчислює частотну характеристику акустичної потужності (AJFL), де виявляються враховані фактори інтерференції та фазових зрушень. На основі цієї характеристики синтезується крива, що коригує. Вона створюється як дзеркальна по відношенню до кривої АЧХ випромінюваної потужності, при цьому є можливість дотримуватися цієї кривої з точністю, недоступною традиційним еквалайзерам. Справа в тому, що в ролі еквалайзера в технології AJFL застосований фільтр із кінцевою імпульсною характеристикою – FIR. Для радіотехніки він не новий, але в звуковій апаратурі досі використовувався дуже рідко. Можна навіть сказати, не використовувався взагалі (я знаю лише один прилад з FIR-фільтром, самі його творці до ладу не знають, як з ним працювати). Відбувається це з трьох причин:високі вимоги до обчислювальної потужності, несуттєва практична вигода від отриманої точності та складність управління, звідси — повернення до зрозумілих та звичних параметричних та графічних еквалайзерів.
І ще одне: корекція фази. У технології AJFL вона відбувається автоматично. Справа в тому, що якщо проблему (нерівномірність) викликала мінімально фазова система (а такою є більшість електричних ланцюгів і фільтрів з одним шляхом сигналу з входу на вихід), то створивши мінімально фазовий коректор проблема коригується ідеально — як по амплітуді, так і по фазі. Коригуючий фільтр-еквалайзер, застосований у системі AJFL - саме такий мінімально фазовий.
У 2010 році з'явилося рішення для автомобіля. Тут довелося дещо доопрацювати як техніку вимірів, і приладовий блок, відповідальний за подальшу корекцію. З урахуванням складнішої, ніж у звичайному приміщенні, акустики АЧХ випромінюваної потужності в салоні знімається в кілька прийомів і в трьох (а не двох) координатах. Результати вимірювання інтерпретуються спеціальною версією програми на ноутбуці та завантажуються в блок, який залишається на борту між джерелом сигналу та підсилювачами. У ході вимірювання та налаштування (це важливо) є можливість, окрім автоматичної корекції по «дзеркальній» кривій, вносити і ручне підстроювання, для цього передбачена підсистема високоточного параметричного еквалайзера.
За методом AJFL виміри проводяться не в одній, а в безлічі точок, що утворюють сегмент поверхні
Демонстрація методу на виставці AES у Відні 2007 року
За синтезованою з безлічі точкових вимірів АЧХ випромінюваної потужності програма будує «дзеркальну» криву, що коригує.
Підсумок корекції: крок почастоті одиниці герц недоступний для традиційних еквалайзерів
Один із важких випадків (у салоні автомобіля). Результат - аналогічний
Перша автомобільна модель блоку корекції