component.ru: Библиотека
Назад в раздел | Оглавление библиотеки | На главную страницу

О пользе «фантомов»

Сергей Клобуков

Ну, и дела! То мы ханжески ворчим на Hi-Fi-усилитель за неотключаемый тембр, то всерьез подумываем: «А не причислить ли к неприкасаемому High End'y дорогущие многоканально-кодированно-электронно-обрабатывающие звук домашние кинотеатры... Крайностям не только в мнениях, но и в аппаратуре, противостоит спасительная середина с более спокойным подходом к звуку и демократичной ценой. Очертив таким образом границы влияния данного материала, можно спокойно поговорить об устройстве и принципах работы электронных процессоров объемного звучания. Тем более, что тему подсказала редакционная почта с вашими вопросами, уважаемые читатели. Речь пойдет не о настоящих «театральных» процессорах (например, разработки от Dolby Laboratries), а о многочисленных Surround'ax, которые обнаруживаются в современных микро-мини-миди-системах и портативном аудио под этим именем или, например, под аббревиатурой DSP (Digital Signal Processor). Здесь пора первый раз упомянуть «то, чего на свете нет»: мнимые источники звука, виртуальные образы, если хотите, фантомы или звуковые привидения — «милые и симпатичные» (любопытная игра слов: привиделся звук...). Коротко говоря, подавляющее число электронных систем, модифицирующих стереозвучание музыкальных программ, основано на идее формирования с помощью обычной стереопары (два разнесенных на определенное расстояние громкоговорителя) такого акустического поля, которое можно ощутить или в совершенно другой обстановке (вместо кухни — пространство ревущего от восторга стадиона), или при увеличении количества источников звука (кинотеатр), или при расширении звукового пространства (настольная магнитола с голосом системы с двухметровой стерео-базой). Немного истории по вопросу объемности звучания. Стерео, основанное на биноуральном (два уха!) принципе, является самодостаточным. Два канала давно и прочно утвердились в бытовой аппаратуре, они неплохо прорисовывают пространственную картину, позволяют локализовать на слух музыкальные инструменты. Разительное отличие стерео от моно не заставит вас поменять стереосистему на одинокий до грусти точечный источник звука. А если применить четыре информационных канала и четыре громкоговорителя? Квадрофония (Q-sound) оказалась не простым орешком: удорожание было явно неадекватно достигаемому эффекту. Стерео выстояло, но его позиции в настоящее время атакуются со стороны энтузиастов многоканального Home Cinema. И вот рядом с проблемами объемного звука как раз и нашлось место простым электронным средствам обработки звука: DSP, 3D-sound, Surround, Sound Retrieval System, Incredible Sound... Как правило, такие системы с помощью того или иного схемно-технического решения, оформленного, например, в виде микросхемы, реализуют один или несколько алгоритмов частотно-фазовой обработки исходного электрического сигнала. На заре портативных стереомагнитол уже применялись простейшие схемы искусственного расширения стереобазы, действующие по методу вычитания. А вот примеры современных «генераторов звуковых фантомов»: Digital controlled audio processor (SGS-Thomson, TDA7344), Matrix surround IC (NEC, PC1853), Spatializer (Desper Products), RSS (Roland), SRS или Vivid 3D (Hughes), Incredible Sound (Philips Research Laboratories). Существование этих средств оправдано из-за относительной дешевизны и универсальности. А самое главное — из-за того, что для проявления дополнительных звуковых эффектов достаточно одной стереопары. Элементная база разнообразных процессоров в настоящее время активно используется разработчиками бытовой аудиоаппаратуры. Так, например, многие современные модели мини-систем Sharp и Kenwood оснащены процессорами Sound Retrieval System (SRS) американской корпорации Hughes; голландский Philips выпускает широкую номенклатуру аппаратуры (от портативных аудио до ТВ) с функцией Incredible Sound; в магнитоле Panasonic-«кобра» установлен Spatializer. Надо сказать, что в своем большинстве DSP довольно близки друг другу по конечному результату. Давайте посмотрим на конкретном примере, как используются процессоры DSP. Инженеры фирмы Sharp разработали на базе SRS-технологии систему виртуального окружающего звучания — Virtual Surround, которая работает со стереосигналом любого источника (кассета, CD, LD, ТВ, видео, радио) и не требует дополнительных громкоговорителей. Дизайнеры сделали две градации трехмерности звука при виртуальном расширении стереобазы: музыкальный режим (Virtual I — создается ощущение, что колонки раздвинуты от первоначального положения), режим кинотеатра (Virtual 2 — возникает иллюзия работы дополнительных боковых громкоговорителей). Кроме того, есть возможность воссоздать акустическую обстановку концертного зала средних размеров (Hall, заметна реверберация), собора с куполом (Dome, большое время реверберации проявляется как гулкость многократных отражений) и «живое» пространство концертной площадки (Live). Истины ради необходимо отметить, что искусственно приобретенная объемность стоит не только денег, но и связана с нежелательными артефактами, которые могут проявляться, например, в нарушении тонального баланса. Впрочем, такого рода искажения как раз и формируют пространственные ощущения. А теперь для самых любознательных и терпеливых хочу предложить разобраться с вопросом: «Как именно с помощью электроники на обычном стерео достигаются эффекты объемности?» Возьмем за основу материалы о системе, которая получила широкое распространение в аппаратуре Philips — Incredible Surround Sound, которая является предметом изобретения Рональда Аартса и Роберта Деккерса (авторы — сотрудники исследовательской лаборатории Philips). Стоит лишний раз подчеркнуть, что качество стереозвучания большинства портативных систем, мультимедийных комплексов и ТВ ограничено малым расстоянием между громкоговорителями, поэтому электронное расширение стереобазы часто становится одним из немногих, сравнительно недорогих способов сделать звучание объемным. Это обстоятельство, по-видимому, и послужило причиной поиска нового технического решения. Суть изобретения «Расширение стереобазы при воспроизведении звука — Incredible Sound (невероятный звук)» поможет понять схема.

На ней изображены: слушатель, блок обработки сигнала, стереопара, мнимые громкоговорители («фантомы») и картина распространения прямых (неотраженных) звуковых волн. Показано, что виртуальные источники фактически расширяют расстояние и угол между левым и правым громкоговорителем. Авторы, обобщив данные психоакустических исследований, проведенных в том числе на реальных людях, получили зависимость изменения звукового давления в левом и правом ухе при последовательном перемещении реальных громкоговорителей от исходного положения в расширенное. Из иллюстрации следует, что звуковые волны, которые приходят к слушателю от смещенных динамиков, по восприятию будут существенно отличаться от исходных по фазовым и частотным параметрам, зависящим от времени прихода фронта волны к барабанным перепонкам левого и правого уха, эффектов затенения и дифракции волн на голове слушателя. Найденная функциональная зависимость трансформации звука, которая получила название Head Related Transfer Function (HRTF), была определенным образом заложена в электронную схему, обрабатывающую выходной стереосигнал. Введение соответствующих изменений в левый и правый каналы приводит к воссозданию существующими громкоговорителями в зоне слушателя именно той структуры акустического поля, которая характерна для модифицированного положения излучателей. Таким образом у слушателя возникает реальное ощущение, что перед ним распахивается звуковое пространство Можно предположить, что полученная авторами информация была исчерпывающая, а функция имела линейную структуру, поскольку управление ею на практике осуществляется с помощью простейшего двухканального потенциометра. Поэтому в аудиоаппаратуре (например, переносная магнитола AZ8070) стало возможным плавно изменять режим расширения базы от обычного стерео (0% расширения) до максимального проявления эффекта — 100% «невероятного звука». Кстати, группа зарубежных экспертов, проведя сравнение по методу «двойного слепого тестирования» упомянутых в нашей статье систем искусственного расширения стереобазы, отметила наилучший тональный баланс и естественность звучания именно у Incredible Sound, несмотря на то, что это техническое решение очень просто реализуется на практике и стоит совсем недорого... А в исследовательских лабораториях новые охотники за «привидениями» продолжают поиски натурального звука, и не надо удивляться, если завтра с помощью крохотной магнитолы в комнате материализуется громадный звуковой «фантом».

Журнал «Stereo&Video» N6 1997 г.


Назад в раздел | Оглавление библиотеки | На главную страницу

Яндекс.Метрика