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, РН1и 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.