Стереометрические обоснования выбора микрофонной техники

При подготовке к созданию пространственной звуковой картины выясняется, какие из ее компонент будут излагаться с той или иной шириной (протяженностью), а какие — излагаться точечно. Исходя из этого, решается вопрос о выборе принципиального вида микрофона — стереофонического, монофонического, или группы микрофонов.

Ясно, что сигнал одного монофонического микрофона не может быть непосредственно использован для изображения протяженного квазиисточника. Иллюзию относительной ширины квазиобъекта можно получить, руководствуясь представлением о том, каким было психобиологическое воспитание нашей слуховой культуры. Конкретно: широкий звуковой источник всегда сообщал двум ушам, по меньшей мере, несинфазные (а, может быть, даже и несинхронные) сигналы из-за временной разницы в приходе звуковых волн от разных точек большого акустически колеблющегося тела. Впечатление усиливалось, если, так сказать, «левая» и «правая» составляющие звуковой информации отличались еще и по спектру (вспомним, к примеру, акустическую геометрию большого концертного рояля). Предельным случаем в ряду множества иллюстраций можно считать звучание огромной людской толпы, хора или оркестра, когда звуковые волны левого и правого направлений оказываются еще и неизоморфными.

Электроакустическому способу имитации протяжённости в случае монофонического микрофона могла бы отвечать скелетная схема, приведенная на рис. 5-8, где М— монофонический микрофон, М.У. — микрофонный усилитель, ЗДС — устройство задержки электрического сигнала, ТРУ — транспонирующее устройство, РН1 и РН2 — регуляторы направления соответственно для левой и правой составляющих квазиисточника, åL и åR — выходные сумматоры стереофонического звукорежиссерского пульта.

Спектры сигналов в точках А и В отличаются друг от друга на величину частотного сдвига в тех небольших пределах изменения высоты (транспонирования), пока слух не ощущает заметной интонационной расстройки. Как правило, для

музыкальных сигналов— это 1-5 центов, а для шумовых сдвиг может быть значительно больше.

Рис. 5-8

На рис. 5-9 такое транспонирование иллюстрируется парой спектрограмм.

В рассмотренном варианте произведено качественное преобразование спектра сигнала. Знак частотного сдвига, в принципе, не имеет значения. Если же в распоряжении звукорежиссера нет устройства, выполняющего изменение высоты звука (PITCH), то для создания простейших иллюзий протяженности его можно заменить корректором частотной характеристики или парой фильтров нижних и верхних частот, один из которых включен в цепь А, а другой — в цепь В (количественное преобразование спектра). Но использование

этих звеньев пульта должно быть очень деликатным, чтобы они не слишком влияли на тембр источника (см. главу «ФО-НОКОЛОРИСТИКА»).

Временной сдвиг осуществляется с помощью устройства задержки (DELAY) также на небольшую величину, соответствующую естественным акустическим смещениям времени прихода волн к слушателю от разных краев звучащего тела. Поскольку речь идет не столько об адекватности, сколько об аналогии, то для приблизительной оценки времени задержки можно представить себе протяженный источник, прослушиваемый асимметрично в смысле акустической стереометрии (рис. 5-10).

Рис. 5-10

При указанных геометрических величинах приблизительное время сдвига между сигналами левого и правого направ-лений равно 3 мсек. (Для сравнения: при прослушивании симфонического оркестра у слушателя, сидящего на крайнем месте первого ряда партера, подобное время составит величину порядка 12 мсек.)

Г. Хаас в своих исследованиях показал, что пока время относительного сдвига для большинства изоморфных звуковых сигналов не превышает 15-30 мсек., человеческий слух воспринимает их слитно. При создании же виртуальных

источников звука по временному способу оперируют задержками 0,1-3 мсек., в зависимости от характера сигнала и требуемого стереонаправления.

Поэтому практические рекомендации по величине временного сдвига для создания иллюзорной протяженности квазиобъекта лежат в пределах 3-20 мсек. Нужно только учесть, что чем ярче и короче атака звука, тем заметнее, при прочих равных условиях, может оказаться эффект задержки.

Впечатление протяжённости может быть создано применениями не только однократной задержки звука, но и множественными (см. ниже: «ранними») отражениями, а также, в некоторых случаях, и реверберационными сигналами.

Максимальная ширина квазиисточника, согласно рис. 5-8, получится, если сигнал А будет полностью воспроизводиться левым громкоговорителем, а сигнал В — правым. Нельзя, впрочем, утверждать, что эта максимальная протяженность покажется равной ширине стереобазы, — слишком велика зависимость эффекта от характера звукового сигнала.

Результат оценивается на слух. Виртуальная ширина квазиобъекта может быть уменьшена вращением панорамных регуляторов РН 1 и РН 2 во взаимно-встречных направлениях. Если при этом желательно сохранить начальную симметрию расположения квазиобъекта относительно стереофонической оси, то необходимо учесть, что при малых временных сдвигах сигнала А относительно сигнала В возможно смещение виртуального источника в сторону опережающего громкоговорителя. Это компенсируется, при необходимости, разницей усиления левого и правого каналов.

Нужно также заметить, что при «сужении» квазиобъекта, как правило, не уменьшается объемность его звучания, просто ширина, так сказать, трансформируется в глубину, ибо по-прежнему существуют спектрально-временные искусственные дополнения.

Мы уделили так много внимания пространственной обработке моносигнала для того, чтобы читатель смог убедиться, насколько проще и точнее оказывается применение стереофонического микрофона системы X/Y. Действительно, наличие двух соосно совмещенных акустических приемников, ориентированных на левую и правую части источника звука, обеспечивают весь необходимый набор спектрально-временных (спектрально-фазовых) дифференциалов для стереофонического изображения (рис. 5-11).

Рис. 5-11

Манипуляции с сигналами обоих приемников для получения протяженного квазиобъекта нужной ширины и азимута производятся не только панорамными регуляторами звуко-режиссёрского пульта. Угол а взаимного разворота соосных микрофонов — один из основных варьируемых параметров. Для его оптимального выбора существуют два соображения. Во-первых, эта величина должна быть такой, чтобы стерео-микрофон в соответствии с характеристикой его направленности охватывал весь источник; (здесь нужно учитывать, что при неизменном расстоянии между ними акустическое отношение возрастает с увеличением угла а, ибо в зону приема попадает все большее и большее количество диффузных сиг-налов). Во-вторых, центральная часть источника при малых углах а будет передана с непропорционально увеличенным уровнем, а при больших — наоборот, и это особенно заметно при относительно близком расположении стереомикрофона у протяженного источника (напр. хора, оркестра, т.п.).

В таких случаях необходима корректировка расположения исполнителей по отношению к микрофону. При этом преследуется цель достижения акустической изотропности, что

поясняется рисунками 5-12 и 5-13 на примерах фонографии хора:

Рис. 5-12

Согласно рис. 5-12, «плоское» расположение хористов в тонателье приводит к неодинаковым расстояниям R1 и R2 от единственного стереофонического совмещённого микрофона до срединных и крайних групп хора, что заметно влияет на пространственно-громкостные впечатления.

Рис. 5-13

В результате получается виртуальное звуковое изображение, в котором центральная часть хора (здесь: альты и тенора) представляется ближе (да и громче), чем группы сопрано и басов.

В оптимальном же варианте хористы, как показано на рис. 5-13, располагаются по дуге окружности, обеспечивая одинаковые расстояния от стереомикрофона до разных групп.

Теперь соответствующая фонография изображает хор как единое во всех направлениях, то есть акустически изоморфное, слитное тело. И только в этом случае линеарное звуковое изложение в своей динамике будет адекватно хоровой партитуре (по меньшей мере, тому, как она исполняется).

Сигналы для создания иллюзии протяженности можно получить от двух (или более) монофонических микрофонов, расположенных вдоль источника. Этот метод передачи получил в свое время название стереосистемы АВ (рис. 5-14).

Совокупность виртуальных источников V1-V4, получен
ных из сигналов мономикрофонов М1-М4. в соответствую
щих направлениях, дает впечатление некоего протяженного
квазиобъекта даже в случае всего двух микрофонов Ml и М4,
находящихся в точках А и В (отсюда и название способа).
Места расположения микрофонов, характеристики их на
правленности и расстояние от них до источника вполне могут
быть оптимизированы для получения звукопередачи, полно
ценной с точки зрения тембрально-громкостных соотноше
ний. Более того, если количество микрофонов превышает 2,
то наличие виртуальных точек V2, V3,......... Vn конкретизи
рует и обогащает фонографический рельеф, и дает возмож
ность откорректировать, в случае необходимости, громкост-
ной баланс. Уже только эти преимущества могли явиться
основанием для широких рекомендаций к использованию
стереофонического метода АВ, если бы не одно досадное об
стоятельство. Дело в том, что разные по длинам волн компо
ненты в широком спектре сигналов источника приходят к
отдельным микрофонам с постоянно меняющимся фазовым
соотношением, отчего фонографическое изображение теря
ет стационарность и азимутальная картина становится зна
чительно менее определенной, чем при использовании сте
реомикрофона. Ситуация может дойти до курьёза, когда,

Рис. 5-14

например, при изложении рояля звуки разной высоты локализуются в разных местах фонографического изображения, причем картина хаотически изменяется, то есть это явление даже не имеет стереометрического постоянства.

Кроме того, фазовая некоррелированность пагубно сказывается на совместимости стереофонограммы при монофоническом воспроизведении, так как электрическая интерференция беспорядочного характера искажает громкостные балансы.

Однако соблазн добиться яркой фонографии все время заставлял звукорежиссеров обращаться в том или ином виде к системе АВ, и к настоящему времени почти исключительное применение нашел комбинированный способ, названный в обиходе методом АВ / XY. В нем основная звукоизобрази-тельная нагрузка ложится на так называемый «общий» стереофонический совмещенный (XY) микрофон, создающий обзорный рисунок источника, а детали уточняются дополнительными монофоническими микрофонами, сигналы которых передаются в тех же стереометрических направлениях, где они слышатся (видятся) в общей картине. Чтобы описанные недостатки этих АВ-составляющих не приводили к сильным пространственным искажениям, их следует дозировать осторожно, скорее для намека на конкретность, нежели для ее полной очевидности.

Разумеется, инструментальная фактура и динамика исполнения записываемого музыкального произведения предполагают соответствующее тонателье, акустические характеристики которого обеспечат оптимальную структуру звукового поля, когда сигналы даже одного общего стереомикрофона смогут дать удовлетворительную фонографическую картину.

При изложении протяженного неоднородного источника (те же хор или оркестр) в качестве локальных микрофонов можно использовать также совмещенные стереофонические, регулируя как направление, так и ширину звукоизобрази-тельных фрагментов квазиобъекта. Но в этом случае требуется особенное внимание как к месту расположения отдельных стереомикрофонов, так и к установке угла разворота совмещенных приемников с тем, чтобы их «ракурсы» соответствовали конкретному фрагменту протяженного источника, передаваемого «общим» микрофоном, если таковой существует. Неаккуратность в этом смысле не только нарушит верность фонографического изображения, но и приведет к еще большему влиянию спонтанных фазовых сдвигов.

Хочется добавить следующее: не всегда априорно то, что для точечной звукопередачи категорически необходимо использовать монофонический микрофон. Пусть насыщенная

большим количеством звуковых элементов фонографическая картина в своих масштабных пропорциях требует точечного или минимально различимого углового азимута для квазиизображения источника, имеющего в естественной акустике отнюдь не точечные габариты, определяющие его звуковую природу. Тогда для полноценной передачи такого объекта применение совмещенного стереофонического микрофона с его возможностью двунаправленного охвата может оказаться весьма целесообразным. А соединение обоих его сигналов в одной точке виртуальной звуковой картины, во имя соблюдения масштабных условий, сохранит объемность звучания, только, как уже говорилось, простирающуюся теперь не в ширину, а вглубь.