Связь спектрального состава акустического сигнала и амплитудно-частотной характеристики (ачх) электроакустического преобразования микрофона

Амплитудно-частотный спектр звуковых волн, излучае­мых одиночным источником, как правило, начинается с ком­поненты, соответствующей основному тону самой низкой интонации, если речь идёт о звуковысотном музыкальном инструменте. Сказанное особенно справедливо для одного­лосных инструментов — медных или деревянных духовых.

Что касается музыкальных инструментов, на которых воз­можны исполнения аккордами, и инструментов, где звукооб­разование происходит посредством так называемого «хора», то есть двух-трёх струн (у роялей, пианино, мандолин, т. п.) или нескольких язычков (органы, баяны, аккордеоны, гар­мони), то энергетический спектр их излучения простирается гораздо ниже, вплоть до инфразвуковой области. Это объяс­няется биениями при относительной расстройке колеблю­щихся элементов. Спектр собственных частот дек, в особен­ности больших, также существенно обогащает звучание в низкочастотной зоне.

Значительное расширение спектрального состава на низ­ких частотах наблюдается при унисонном исполнении му­зыкального материала группой однородных инструментов. В оркестровой ткани это типично для играющих унисон смычковых струнных, тромбонов, валторн. Ещё больший эффект дают хоровые унисоны; им особенно свойственно наличие инфранизкочастотных излучений.

Спектры ударных и ударно-шумовых инструментов, бла­годаря импульсному характеру атак при звукоизвлечении, имеют достаточно заполненную низкочастотную область, независимо от того, являются ли эти инструменты интони­рующими (настраиваемыми), или нет.

Надо учесть, что некоторые ударные инструменты, напри­мер, литавры и большие барабаны, обнаруживают, пожалуй, самый ощутимый подъём спектральной плотности на низ­ких частотах; излучая акустическую волну, близкую к шаро­вой, они создают поле, характеризующееся непосредственно у звучащих мембран высокой величиной градиента давле­ния. Следовательно, любой направленный микрофон (в той или иной степени реагирующий на градиент звукового дав­ления), устанавливаемый вблизи от них, должен обладать собственным низкочастотным компенсатором, либо допол­няться внешним фильтром верхних частот.

Ecли кому-то кажется, что приведенное замечание носит гипотетический характер, можно предложить поочерёдное прослушивание сигналов двух микрофонов, расположенных рядом друг с другом в непосредственной близости от источни­ка указанного вида. Один из микрофонов должен быть ненап­равленным, то есть приёмником звукового давления, а дру­гой — приёмником градиента звукового давления. При этом необходимо обратить внимание на естественность звучания.

Всякий услышит, что ненаправленный микрофон даёт го­раздо более натуральную звукопередачу. И дело здесь далеко не только в том, что этот микрофон обеспечивает больший пространственный охват объекта; в конце концов, экспери­мент можно провести при таком расстоянии до источника, когда последний полностью попадёт в зону эффективного приёма направленного микрофона. Причина неестественно­сти в этом случае объясняется гиперболическим подъёмом частотной характеристики в нижней части спектра, назван­ном в электроакустике «эффектом, ближней зоны».

К сказанному, впрочем, не следует относиться, как к вето. Эффект сверхкрупного плана (см. главу «ФОНОГРАФИЧЕС­КАЯ КОМПОЗИЦИЯ»)вполне может оправдать применение микрофона — приёмника градиента звукового давления с ги­пертрофированной передачей низких частот.

Что касается высокочастотной части спектра акустичес­кого источника, то она определяется отнюдь не частотой ос­новного тона самого верхнего звука интонирующего музы­кального инструмента, а частотами обертонов, практический учёт которых может потребовать их передачи во всём диапа­зоне, доступном тому или иному электроакустическому трак­ту. Это в максимальной степени относится к источникам с им­пульсным характером атак, например, фортепиано, ударным и ударно-шумовым инструментам, человеческим голосам.

Заметное обогащение спектра на высоких частотах так­же происходит при инструментальных или хоровых унисо-нах. Изобилуют высокочастотными составляющими и спек­тры шумовых призвуков, сопутствующих звукоизв лечению.

Но поскольку в естественных акустических полях высоко­частотные компоненты в полной мере прослушиваются лишь вблизи источника, а при удалении — постепенно затухают, то требования к амплитудно-частотной характеристике мик­рофона на верхних частотах тем строже, чем ближе к нему находится акустический объект, соответственно, чем крупнее план фонографического изложения.

В этом случае оказывается, что для большинства источ­ников высокочастотная характеристика микрофона должна простираться до предела человеческой слышимости, несмот­ря на то, что полный тракт звукопередачи, включая устрой­ства записи-воспроизведения и системы мониторинга, может вносить собственные ограничения. В справедливости сказан­ного точно так же убеждают сравнительные эксперименты

t j\1> S20

с парой микрофонов, обладающих при прочих равных усло­виях неодинаковыми частотными диапазонами электроаку­стического преобразования.

Но гораздо серьёзнее требования, предъявляемые не к про­тяжённости частотной характеристики микрофона, а к её рав­номерности в высокочастотной области. Речь идёт об экст­ремумах (резонансах) АЧХ, обусловливающих жёсткую, металлическую окраску, часто нежелательную. Благодаря этим неравномерностям спектральной передачи в обертоновом ряду источника нарушаются пропорции между отдельными высо­кочастотными составляющими, причём компенсировать этот дефект удаётся далеко не всегда из-за неполной адекватности характеристик корректирующих фильтров и форм локальных подъёмов частотной характеристики микрофона.

Некоторые фирмы-изготовители микрофонов, рассчиты­вая на положительные субъективные оценки потребителей, добиваются намеренных высокочастотных резонансов в сво­их конструкциях. Применять эти микрофоны следует с изве­стной осторожностью. Впечатления действительно хороши, если такие приёмники устанавливаются на большом рассто­янии от акустического объекта, и указанные подъёмы АЧХ возмещают дистанционные потери на высоких частотах, пусть даже с некоторой окраской. В ближней же зоне избира­тельное, резонансное подчёркивание высокочастотных со­ставляющих почти всегда оставляет в звуке некий «электро­акустический налёт».

Заметим попутно, что в этом кроется одна из причин ги­пертрофированной передачи звонких и шипящих согласных человеческой речи.

Звукопередача музыкальных инструментов нижних реги­стров, в особенности при их изложении в дальнем плане, зна­чительно снижает требования к высокочастотной области АЧХ применяемых микрофонов. Желательно только, чтобы частотная характеристика имела в верхней области спад мо­нотонного характера.

Среднечастотный диапазон спектров звуковых источни­ков, как правило, проблем в микрофонной передаче не вызы­вает. Исключения составляют случаи специфической окрас­ки, вносимой микрофонами опять-таки в тех случаях, когда их АЧХ имеет локальные экстремумы в средней части; это, в основном, характерно для конструкций с большими габа­ритами, сложными геометриями форм и т. п.

Но необходимо помнить, что причиной заметной акустичес­кой окраски звука могут быть некоторые дефекты тонателье, особенно, когда его размеры невелики, имеются архитектурные ниши, полости или образуются стоячие волны. Иногда окраска объясняется местом установки микрофона вблизи протяжен­ного источника, в формировании звука которого большую роль играют дека или мензура, излучения разных участков которых могут интерферировать в области нахождения микрофона. При этом спектр обретает ненатуральные экстремумы.

Ниже будет сказано также о колористическом влиянии ха­рактеристик направленности источников и микрофонов в их взаимоотношениях.

Убедится на практике в том, что вина в окраске звука ле­жит именно на микрофоне, сравнительно несложно: его нуж­но поочерёдно располагать в разных точках тонателье, же­лательно ближе к источнику, чтобы исключить влияние архитектурной акустики. Если «красит» действительно мик­рофон, то перемещения мало что изменят. Для точности оце­нок такой эксперимент звукорежиссёру лучше всего прово­дить с ассистентом, и, по возможности, быстро, дабы не сработал эффект привыкания, когда окраска звука переста­ёт обращать на себя внимание.

Инженерные службы звукозаписывающих студий предо­ставляют звукорежиссёрам техническую документацию, где с тем или иным приближением отражены амплитудно-час­тотные характеристики имеющихся микрофонов. Благодаря этому, во время предварительного анализа записываемого материала возможен отбор, в какой-то степени априорный, необходимых электро-акустических приёмников.