[Теория] О стереофонической звукозаписи.

[TContinental]

О стереофонической звукозаписи.
В дебрях микрофонной техники.



Можно надеяться, что аудиофилы в конце концов, будут так же требовательны к звуковому качеству оборудования и микрофонной технике, применяемых при звукозаписи, как и к качеству своей домашней аудиоаппаратуры.
Прежде всего, в буклетах, прилагаемых к компакт-дискам, должна появиться информация о том, с использованием какой микрофонной техники делалась запись, с какими соединительными кабелями, усилительной и микшерной техникой, цифро-аналоговыми конверторами, записывающей аппаратурой, каковы акустические параметры студии звукозаписи.

Что касается электронного оборудования, то производители звукозаписей уже делают робкие шаги в направлении high end, однако в области микрофонной техники царят разброд и шатание. Причина этого в том, что совершенная микрофонная техника стереозаписи пока еще не создана. По этой причине выпускаемые на рынок записи представляют собой рожденный звукорежиссером - в муках - компромисс между реализмом передачи натурального звучания и его иллюзией.
Нам кажется, что знакомство с техникой звукозаписи, и, прежде всего с микрофонными системами, поможет аудиофилу спуститься с небес на землю и научиться соотносить возможности стереозаписи с качеством звучания своей домашней аудиосистемы.
Если не считать массовых случаев иррационального, „алхимического” применения микрофонной техники, в стереозаписи наметились две непротиворечивые, с точки зрения акустика, тенденции.

Первая - это использование индивидуальных микрофонов, улавливающих прямой звук от акустически изолированных друг от друга музыкальных инструментов (или групп инструментов) в условиях сильно заглушенной студии. Звук записывается в этом случае на многоканальный магнитофон, то есть сигнал от каждого микрофона записывается на отдельную звуковую дорожку. Записанные сигналы обрабатываются в „компьютерном пространстве”, имитирующем акустические свойства „идеального” зала, после чего из них синтезируют два стереосигнала.

Возможности этого метода неограниченны, однако его разработка еще только началась.
Вторая тенденция - это использование только двух микрофонов, конструктивное оформление которых позволяет улавливать временные (фазовые) и/или интенсивностные различия ушных сигналов [1]. Запись в этом случае должна производиться в безупречном, с акустической точки зрения, концертном зале или студии. Ясность и прозрачность звучания стереозаписи достигаются тщательным подбором акустических условий в студии и хорошим стереофоническим разрешением, которое обеспечивается правильно выбранной стереомикрофонной техникой. При сочетании одного с другим открывается возможность удалять микрофоны на расстояние, при котором без применения вспомогательных микрофонов получается удовлетворительный музыкальный баланс и хорошее пространственное впечатление.
Поговорим о технике двухмикрофонной стереозаписи. Но сначала - о том, в какой мере в стереофонии может быть задействован пространственный слух.


СТЕРЕОФОНИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СЛУХ

Использование в стереосистеме только двух каналов продиктовано вовсе не экономическими соображениями. Принцип стереофонической звукопередачи опирается на способность нашего мозга „конструировать” из сигналов двух громкоговорителей один или несколько фантомных источников звука. Если сигналы от громкоговорителей одинаковые, то мы воспринимаем один фантомный источник, который локализуется точно посередине между громкоговорителями. О том, насколько сигналы одинаковы, можно судить по так называемому коэффициенту когерентности. Сигналы считаются когерентными, если после совмещения их во времени и выравнивания масштаба по амплитуде они совпадут. Если сигналы совпадают частично, говорят о неполной когерентности. В этом случае область локализации фантомного источника звука размывается. Некогерентные (или, как иногда говорят, статистически независимые) сигналы вызывают у слушателя ощущение, что фантомный источник распался на две зоны звучания, каждая из которых локализуется у своего громкоговорителя.

Если сигналы когерентны, но при этом громкость звучания громкоговорителей различна, то фантомный источник перемещается в сторону того громкоговорителя, который звучит громче. Эта особенность нашего восприятия используется, например, в регуляторах стереобаланса. Важно заметить, что, как бы мы ни вращали ручку стереобаланса, фантомный источник не выйдет за пределы пространства между громкоговорителями.
Эффект перемещения фантомного источника звука можно создать и при одинаковой громкости звучания громкоговорителей - для этого нужно сигнал одного из них задержать во времени. В этом случае фантомный источник переместится в сторону того громкоговорителя, из которого звук приходит раньше. Чтобы таким способом переместить фантомный источник до предела (то есть правого или левого громкоговорителя), необходимо задержать сигнал другого громкоговорителя на 3 мс. Этот эффект наблюдается, когда в эксперименте используются импульсные сигналы. Тональные же сигналы вызывают у слушателя ощущение, что фантомный источник блуждает. Как выяснилось, причиной этого является возникающая как в правом, так и в левом ухе интерференция прямого и перекрестного сигналов. Напомним, что сигнал из правого громкоговорителя попадает не только в правое ухо (прямой сигнал), но также, обогнув голову, - в левое (перекрестный сигнал). Если задержка перекрестного сигнала относительно прямого равна (или кратна) половине периода локализуемого звука, то сигналы в зоне уха компенсируются, а когда задержка равна или кратна целому периоду, то складываются. При одинаковой громкости прямого и перекрестного сигналов возникает эффект так называемой гребенчатой фильтрации. Это означает, что звуковое давление у каждого уха начинает периодически изменяться в зависимости от частоты сигнала, падая на определенных частотах до нуля. При длительности задержки около 3 мс гребенчатая фильтрация наблюдается, начиная с частоты 160 Гц и выше. Если задержка между прямым и перекрестным сигналами для правого уха не равна аналогичной задержке для левого уха (этот случай соответствует смещенному вправо или влево фантомному источнику), то частоты пиков и провалов звукового давления у правого и левого уха не совпадут. Ощущаемая слушателем нестабильность соотношения уровней ушных сигналов в этом случае воспринимается как блуждание фантомного источника звука.

При восприятии реальных источников звука (не фантомных) или при прослушивании стереозаписи через головные телефоны перекрестные сигналы не образуются и, как следствие, не возникает гребенчатая фильтрация. Локализация же источников звука происходит в соответствии с несколько иными закономерностями, чем те, которые мы рассмотрели выше. Так, при локализации источников звука в горизонтальной плоскости действуют три независимых и дополняющих друг друга слуховых механизма:
1. временной (или фазовый); действует ниже частоты 1600 Гц и основан на различии между временем прихода сигнала от источника звука в одно и другое ухо, определяемом расстоянием между ушами. Максимальная разница во времени, соответствующая полному смещению источника звука вправо или влево, не может быть больше 630 мкс;
2. интенсивностный (или уровневый); действует выше частоты 1600 Гц. Здесь работает различие интенсивностей сигналов для левого и правого уха, которое образуется при смещении источника звука вправо или влево от слушателя. Это различие возникает из-за ослабления интенсивности звука, направленного в противоположную от источника звука сторону, и объясняется экранирующим действием головы. В этом же диапазоне частот слухом улавливается разница между временем прихода огибающей сигнала в одно и другое ухо;
3. частотный; действует выше частоты 500 Гц. Базируется на различии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) ушных сигналов, которое наблюдается при смещении источника звука влево или вправо от центра и объясняется действием дифракции звука вокруг головы и ушных раковин слушателя. Особенности АЧХ ушных сигналов позволяют нашему мозгу безошибочно определять направление на источники звука, расположенные не только спереди, но и сзади.

По обобщенным экспериментальным данным, точность локализации источника звука в горизонтальной плоскости на частотах от 100 до 800 Гц составляет 1°, а на частотах от 1,4 до 4 кГц - 3°. Как оказалось, временной механизм локализации обеспечивает наибольшую разрешающую способность. Наихудшее разрешение наблюдается в области частоты перехода от временного к интенсивностному механизму локализации.
Человеческий слух обладает феноменальной способностью локализовывать источник звука в так называемой медианной плоскости [2]. Для слушателя всегда ясно, где находится источник звука - впереди, над ним или сзади него. По какому критерию слух определяет направление, в котором находится источник звука? Понятно, что не по различию ушных сигналов - они в данном случае равны. Оказалось, что для слушателя признаком того, в каком направлении находится источник звука, является соотношение подъемов и провалов в АЧХ ушных сигналов на частотах 500 Гц, 2 и 8 кГц. Эти области частот принято называть пеленговыми полосами. Перераспределение уровней пеленговых полос объясняется дифракцией звуковых волн на голове и ушных раковинах слушателя.

Проще всего объясняется локализация источников звука в глубину.
Признаками того, насколько удален источник звука от слушателя, являются
- уровень его громкости относительно других источников звука;
- степень затухания высоких частот;
- то, насколько размыта локализация (в результате смешивания сигнала источника звука с реверберацией);
- соотношение между прямым звуком и реверберацией.
Из всего этого можно вывести главные отличия восприятия „живого” исполнения музыки от прослушивания его через стереосистему. Во-первых, существенно различаются размеры воспринимаемого слушателем пространства. При „живом” исполнении слушатель улавливает звуки, приходящие отовсюду, для слушателя же стереосистемы это пространство сжато в горизонтальную плоскость, ограниченную с боков громкоговорителями. Во-вторых, точность локализации источников звука при прослушивании через стереосистему заметно хуже, чем при „живом” исполнении, из-за некорректного, как правило, использования микрофонной техники, а также из-за уменьшения когерентности стереосигналов. Ведь они проходят через сотни метров микрофонного кабеля, звукорежиссерский пульт и другое электронное оборудование [3], включая вашу домашнюю аудиосистему.
Как отличие стереозаписи от „живого” исполнения слушатель воспринимает невосполнимую потерю пространственного впечатления, а, кроме того, потерю ясности (прозрачности) звучания.

Объяснение последнего эффекта следует искать в механизмах так называемой бинауральной маскировки. Наш мозг устроен так, что, когда два источника звука совмещены в пространстве (например, при монозвучании), источник более низкого по частоте звука маскирует (мешает слышать) более высокий по частоте звук другого источника. Если же источники звука разнесены в пространстве, эффект маскировки заметно ослабляется. Чем точнее локализуются источники звука и чем больше угол, вершиной которого является слушатель, а сторонами - воображаемые линии, соединяющие его с источниками, тем меньше маскировка и тем более ясным становится звучание источников.

Благодаря бинауральной маскировке слушатель „живого” исполнения музыки легко различает голоса инструментов в оркестре и отделяет их от реверберации. Если же с этого слушательского места произвести стереозапись, то она, скорее всего, будет забракована как не соответствующая критерию „ясность”.
Получение ясной (прозрачной) звукозаписи при не полностью задействованных механизмах бинауральной маскировки - самая трудная задача для специалистов звукозаписывающих фирм. Отчасти они решают ее, совершенствуя акустику студии звукозаписи и стремясь оптимально размещать в ней музыкантов и микрофоны.


АКУСТИКА СТУДИИ ЗВУКОЗАПИСИ

„Живая” музыка, по мнению автора, может принести наслаждение, только если она звучит в зале с превосходной акустикой. Качество звучания стереозаписи в еще большей степени зависит от акустических свойств помещения, в котором эта запись осуществлена.

Рассмотрим, что привносит в звучание акустика студии звукозаписи и какие акустические условия в ней следует считать наилучшими.
Звуки, достигающие микрофона (или ушей слушателя), следует разделять на прямые (идущие непосредственно от источника) и отраженные от стен, пола и потолка студии. Результатом многократных отражений и частичного поглощения их энергии внутренней поверхностью студии является звуковой процесс, который принято называть реверберацией.

Если наблюдать за процессом реверберации в точке размещения микрофона, можно увидеть, что он разворачивается во времени, начиная с момента прихода первых отражений (от ближайших к источнику стен, пола или потолка), и постепенно затухает после того, как источник перестает звучать. Первые, или ранние, отражения имеют дискретный характер (разделены во времени). Однако плотность отражений возрастает пропорционально третьей степени текущего времени, поэтому очень быстро процесс реверберации приобретает непрерывный характер. Огибающая реверберационного процесса достигает стационарного уровня, когда мощность, излучаемая источником звука, становится равной мощности, поглощаемой студией.

Стандартное время реверберации является главной константой, характеризующей акустическое качество студии, оно определяется как период времени (начиная с момента окончания сигнала), в течение которого уровень реверберационного сигнала падает на 60 дБ. Время установления реверберации (до половины установившегося значения ее интенсивности) равно 0,05 от величины времени реверберации.
Для формирования впечатления от звучания главным является участок затухания реверберации до -15 дБ. Слушатель воспринимает этот участок как отзвук помещения студии. Важно, чтобы на этом участке затухание реверберации было плавным. Записанный на самописце уровня спад реверберации должен иметь вид наклонной прямой без изломов и периодических колебаний. Например, появление колебаний частотой от 16 до 40 Гц вызывает у слушателя ощущение жесткости звучания. Время реверберации в студии должно иметь оптимальную величину, которая, в зависимости от объема студии, может находиться в пределах от 0,5 до 2 с. Установлено, что в этих пределах опытный слушатель различает около 30 градаций времени реверберации.
При оценке акустического качества студии обязательно определяют зависимость времени реверберации от частоты. Важно, чтобы эта зависимость была монотонной: области частот, где время реверберации больше среднего значения, слушатель воспринимает как зоны окрашенного звучания. Область частот с „окраской” нельзя скомпенсировать, например, с помощью эквалайзера. До некоторой степени ее можно регулировать, меняя положение музыкантов и микрофонов, однако наилучшие результаты дает применение звукопоглощающих элементов, настроенных на частоту „окраски” студии.

Рассмотренные параметры и характеристики реверберации относятся к студии в целом. Чтобы точно определить, где лучше всего разместить музыкантов и микрофоны, учитывают дополнительно следующие параметры. Первый - это отношение интенсивности прямого звука к интенсивности вызываемой им реверберации, взятое в точке предполагаемого размещения микрофона. Так как интенсивность прямого звука определяется расстоянием от микрофона до источника звука, а интенсивность реверберации практически не зависит от этого расстояния, отношением этих величин можно управлять, изменяя только расстояние между музыкантами и микрофоном (микрофонами).

Следующий параметр относится к определенному месту в студии. Для его вычисления обычно используют осциллограмму акустического отклика студии на выстрел из стартового пистолета. Численное значение этого параметра определяется как отношение энергии прямого звука выстрела, вместе с отражениями за первые 80 мс, к энергии отклика студии за время, следующее за этим интервалом. При оптимальном размещении микрофонов относительно музыкантов и при соответствующем ему времени реверберации студии упомянутое отношение энергий будет находиться в пределах от 1 до 2,5. Это отношение рассматривается саунддизайнерами как критерий ясности (разборчивости) звучания будущей записи.

И последний параметр - отношение интенсивности отражений в студии, приходящих из любого направления (кроме того, в котором размещены источники звука), к интенсивности суммы прямого звука и отражений, приходящих из того же направления. Эта величина должна находиться в пределах от 1,5 до 0,7 и рассматривается как критерий хорошего пространственного впечатления у слушателя от звучания музыки в студии. Я не оговорился - у слушателя: дело в том, что стереотехника не способна полноценно передать пространственное впечатление от прослушивания „живого” исполнения, поэтому к последнему параметру саунддизайнеры относятся с осторожностью - в основном для выбора наилучшего размещения музыкантов в студии, то есть поиска мест, где поле реверберации имеет наибольшую диффузность. Если упомянутое отношение выбрано правильно, то решающим для получения хорошего пространственного впечатления от записи становится правильный выбор стереомикрофонной техники.


ТИПЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ЗВУКОЗАПИСИ МИКРОФОНОВ

Эра высококачественной электрической звукозаписи началась после изобретения двух совершенных по своим характеристикам микрофонов: конденсаторного (Д. Оливер, 1930) и ленточного (Г. Олсон, 1931).

Они стали родоначальниками двух основных типов микрофонов, которые до сих пор используются при звукозаписи и отличаются друг от друга, прежде всего способом регистрации звукового поля. К первому типу относят так называемые приемники давления. В их число входит, в частности, конденсаторный микрофон Оливера. Ко второму типу - приемники градиента давления. Сюда относится и ленточный микрофон Олсона. Сигнал на выходе приемника градиента давления пропорционален разности давлений воздуха между передней и тыльной сторонами мембраны микрофона. Микрофоны - приемники давления имеют независимую от направления прихода звуковых волн чувствительность.

Наглядно это можно представить с помощью так называемой характеристики направленности - зарегистрированной в полярных координатах зависимости чувствительности микрофона (на определенной частоте сигнала) от угла поворота его оси относительно направления на источник звука. Характеристика направленности микрофона приемника давления имеет форму круга, поэтому микрофоны этого типа часто называют круговыми (шаровыми) или всенаправленными (omni).

У микрофонов, которые являются приемниками градиента давления, вид характеристики направленности другой. Их характеристика имеет два инвертированных по фазе выходного сигнала максимума чувствительности. Эти максимумы ориентированы в направлении оси микрофона, а минимум чувствительности находится под углом 90° к этой оси. Характеристика направленности микрофонов этого типа напоминает восьмерку, поэтому их часто называют восьмерочными, или двунаправленными.
В помещении, где нет реверберации, например в звукозаглушенной камере, действующее у мембраны всенаправленного микрофона звуковое давление и, соответственно, напряжение на его выходе изменяется обратно пропорционально расстоянию до источника звука. Например, при сокращении расстояния между источником звука и микрофоном в два раза напряжение на его выходе увеличивается на 6 дБ.

При приближении к источнику звука микрофона - приемника градиента давления напряжение на его выходе увеличивается обратно пропорционально расстоянию до источника только на средних и высоких частотах.
На низких частотах (обычно ниже 200 Гц) напряжение растет быстрее. Это означает, что АЧХ этого типа микрофонов на близком расстоянии от источника звука имеет подъем низких частот, который обычно достигает 10-15 дБ. Этот „недостаток” часто используют эстрадные певцы. Для того чтобы подчеркнуть нижнюю форманту своего голоса, они не отрывают микрофон ото рта.
Отмеченная нами особенность восьмерочных микрофонов свойственна всем типам направленных микрофонов, в которых хотя бы частично задействован принцип действия приемника градиента давления.

В современной технике звукозаписи широко применяются еще четыре вида направленности микрофонов (кроме восьмерочной), которые формируются за счет использования составляющей градиента давления. Так, если приемник давления и приемник градиента давления совместить в пространстве (иначе говоря, поместить в один корпус), а их сигналы сложить, то мы получим так называемый комбинированный микрофон, характеристикой направленности которого можно управлять, изменяя соотношение суммируемых на его выходе сигналов.

Когда сигналы равны (при условии, что максимум чувствительности приемника градиента давления ориентирован на источник звука), характеристика направленности комбинированного микрофона представляет собой кардиоиду (некоторым микрофонным фирмам она по форме, видимо, напоминает почку, потому что эту характеристику иногда называют „почечной”). В этой характеристике максимум чувствительности расположен с фронтальной, а минимум - с тыльной стороны микрофона.

Если сигнал от приемника градиента давления меньше, чем от приемника давления, график характеристики направленности комбинированного микрофона имеет форму круга, приплюснутого с одной стороны (соответствующей тыльной стороне микрофона). Так выглядящую характеристику направленности микрофона называют субкардиоидой.
Если же сигнал от приемника градиента давления больше, чем сигнал от приемника давления, то характеристика направленности имеет вид кардиоиды, в точке минимума которой образуется дополнительный лепесток направленности. Этот лепесток тем больше, чем больше сигнал от приемника градиента давления. Характеристику направленности микрофона с меньшим дополнительным лепестком называют суперкардиоидой, а с большим - гиперкардиоидой.

Комбинация приемника давления и приемника градиента давления - не единственный способ формирования характеристики направленности микрофона.
Например, в двухмикрофонной стереотехнике получило распространение формирование характеристики направленности за счет дифракции звуковых волн на объемном теле, в которое вмонтирован всенаправленный микрофон.

Направленные микрофоны используют в студиях звукозаписи, прежде всего для формирования интенсивностных различий стереосигналов. Кроме того, их применяют для уменьшения в микрофонных сигналах составляющей реверберации относительно прямого звука. Например, в случае применения суперкардиоидного или гиперкардиоидного микрофонов относительный уровень реверберации ослабляется на 5 дБ. Направленные микрофоны также применяют для того, чтобы „отстроиться” от мешающих источников звука (или шума).


ДВУХМИКРОФОННАЯ СТЕРЕОТЕХНИКА

Когда на концерте симфонической музыки вы видите много микрофонов, можете быть уверены, что качественной записи этого концерта не получится. Причин этому две. Во-первых, каждый установленный в зале микрофон принимает звучание не только тех музыкальных инструментов, около которых он установлен, в него также попадают звуки других инструментов оркестра. Это явление получило название „утечка” (leakage). Даже при правильном использовании характеристик направленности микрофонов уровень утечки относительно уровня полезного сигнала составляет от -15 до -20 дБ. Если обратить внимание на расстояние между микрофонами (которое достигает 10-15 м), то нетрудно подсчитать, что сигналы утечки могут по сравнению с полезным сигналом опаздывать на 30-40 мс. Это означает, что запись, в которой сведены сигналы от нескольких микрофонов, оказывается „размазанной” во времени. Обычно это ощущается как нечеткость атаки коротких звуков, нивелирование их динамики, а также жесткость и загрязненность звучания оркестра в целом.

Во-вторых, ощущение реального размера зала формируется у слушателя из приходящих к нему отражений от стен и потолка. Когда отражения попадают в микрофоны, расположенные в разных местах зала, естественное соотношение между ними нарушается. В итоге „записанное” пространство зала утрачивает свою индивидуальность. И это еще не худший результат. Чаще в записи, произведенной подобным образом, каждая группа музыкальных инструментов начинает звучать как бы в своем пространстве (эффект так называемой многопространственности).

Судя по качеству большинства коммерческих звукозаписей, они производятся именно таким, некорректным с акустической точки зрения, способом. Эти записи вызывают у аудиофилов буквально идиосинкразию к симфонической и камерной музыке, так как именно эта музыка наиболее чувствительна к тому, насколько профессионально используется при звукозаписи микрофонная техника.

Нынешний интерес к двухмикрофонной стереотехнике можно объяснить стремлением потребителей high end иметь, наконец, звукозаписи, по качеству соответствующие их дорогостоящей аппаратуре.
Наибольшее распространение среди вариантов двухмикрофонной стереотехники получили четыре.

1. Микрофонная техника, основанная на различиях интенсивности стереосигналов (Intensivity Stereo). К ней относят стереомикрофоны, состоящие из двух (см. рис. 2) направленных микрофонов, которые чаще всего объединены в один корпус и угол между осями которых составляет от 80° до 100° (этот угол обычно регулируется).
В зависимости от вида характеристик направленности применяемых микрофонов к этой стереотехнике относят следующие системы:
систему Блюмляйна [4] - восьмерочные характеристики направленности;
Х/Y - кардиоидные (или суперкардиоидные) характеристики;
М/S— комбинация кардиоидной и восьмерочной характеристик направленности.
Система М/S принципиально не отличается от системы Х/Y, так как она преобразуется в нее путем суммирования и вычитания сигналов с помощью прилагаемого к стереомикрофону блока М/S-матрицы.
Перечисленные системы формируют стереосигналы, которые отличаются только по интенсивности. Эти отличия могут достигать 12-15дБ. Временные (фазовые) отличия стереосигналов отсутствуют, так как микрофоны совмещены. Локализация источников звука в этом случае происходит в соответствии с закономерностями, рассмотренными нами выше. Стереомикрофоны этого типа обеспечивают полезную зону (зону охвата) в 180° и равную громкость одинаково удаленных от него источников звука.
К достоинствам микрофонной техники, основанной на различиях интенсивности стереосигналов, следует отнести хорошее стереофоническое разрешение во всем диапазоне звуковых частот. По точности локализации с этой техникой может конкурировать только монофоническая запись.
Стереомикрофоны этого типа получили широкое распространение благодаря отсутствию побочных явлений, таких как гребенчатая фильтрация, а также в силу хорошей совместимости с другими, вспомогательными микрофонами.
Однако пространственное впечатление от прослушивания стереозаписей, выполненных с применением рассмотренной микрофонной техники, неубедительное, и это главный ее недостаток. Объяснение этого - в ослабленной чувствительности стереомикрофона к диагональным составляющим отражений в студии. Именно эти отражения в основном и формируют пространственное впечатление и при этом не маскируют звучание музыкальных инструментов. Неестественность воспринимаемого пространства можно объяснить также отсутствием в стереосигналах временных (фазовых) различий. Сюда следует прибавить „нечувствительность” этой микрофонной техники к изменениям положения источника звука по высоте. В итоге воспринимаемое слушателем пространство обеднено и представляет собой горизонтальную плоскость, ограниченную с боков громкоговорителями.
Слушатель также может узнать эту микрофонную технику по ощутимому ослаблению баса (до 3 дБ) смещенных к краям стереобазы источников звука.

2. Микрофонная техника, основанная на временных различиях стереосигналов (Time-based Stereo). Она представляет собой систему из двух разнесенных всенаправленных микрофонов (см. рис. 3). Расстояние между ними выбирают от 0,1 до 1 м. При таком расстоянии звук от источника, смещенного от центра полезной зоны, приходит в микрофоны в разное время.
Так как микрофоны всенаправленные и расположены на относительно близком расстоянии друг от друга, различие интенсивностей стереосигналов незначительно.
К достоинствам этой микрофонной техники следует отнести создаваемое ею вполне удовлетворительное пространственное впечатление, при этом стереопанорама получается несколько шире, чем расстояние между громкоговорителями. Слушатели также отмечают присутствие „воздуха” и „теплоту”, а кроме того, ощущается некоторое раздвижение пространства по высоте.
Источники звука и его отражения пространственно хорошо разделены, поэтому звучание звукозаписей, выполненных с применением этой микрофонной техники, ясное и разборчивое.
Главный ее недостаток, как оказалось, - это не очень хорошее стереофоническое разрешение, а также блуждание в стереопанораме источников звука при изменении частоты сигнала. Это явление объясняется образованием в ушах слушателя гребенчатой фильтрации. Гребенчатая фильтрация является также причиной ухудшения тонального баланса в области средних и высоких частот.
Для того чтобы уменьшить влияние гребенчатой фильтрации на локализацию источников звука и при этом сохранить хорошее пространственное впечатление, расстояние между микрофонами выбирают не больше 0,2—0,3 м, а музыкантов-исполнителей располагают в центре полезной зоны, в пределах угла 40°. Это ограничивает возможности применения рассмотренной микрофонной техники записью одного солиста или небольшой группы музыкантов-исполнителей.

3. Микрофонная техника, основанная на использовании и временных, и интенсивностных различий стереосигналов, была разработана специалистами французского радио и телевидения и получила распространение под названием „система ORTF”.
Система ORTF состоит из двух кардиоидных микрофонов, оси которых развернуты под углом 110°, а их приемные мембраны разнесены между собой на 0,17 м (см. рис. 4).
Эта система позволяет получить одновременно интенсивностные и временные различия стереосигналов во всем диапазоне звуковых частот, при этом полезная зона получается не уже 180°.
Система ORTF позволяет создать хорошее пространственное впечатление и вполне удовлетворительное разрешение. Из-за различий интенсивности стереосигналов влияние гребенчатой фильтрации сведено к минимуму.
К недостаткам системы ORTF следует отнести:
- „нечувствительность” (как и у рассмотренных выше вариантов микрофонной техники) к размещению источников звука по высоте;
- явно выраженная зависимость тонального баланса от особенностей конструкции применяемых в этой системе микрофонов. Это можно объяснить тем, что оси микрофонов в системе ORTF сориентированы относительно направления на источник звука под углом около 55°, а в этом режиме большинство кардиоидных микрофонов имеют не идеальную АЧХ;
- как и в случае применения микрофонной техники, основанной на различии интенсивности стереосигналов, наблюдается заметное ослабление баса при смещении источника звука к краю стереобазы.
Несмотря на недостатки, систему ORTF можно признать одной из наиболее перспективных, но только после того, как будут разработаны более совершенные кардиоидные микрофоны.

4. Микрофонная техника, основанная на использовании временных (ниже 1500 Гц) и интенсивностных (начиная с 3 кГц и выше) различий стереосигналов, была запатентована М. Биллингсли в 1987 г. под названием „Stereo Ambient Sampling System” (SASS).
В системе SASS реализуется геометрическое тело (см. рис. 5), в которое вмонтированы два всенаправленных микрофона 4003/4006 фирмы „В & К”.
Временные различия стереосигналов в этой системе образуются за счет разницы во времени попадания звука в разнесенные на 0,19 м микрофоны, а интенсивностные различия формируются в результате дифракции звуковых волн на поверхности упомянутого геометрического тела, причем характеристики направленности системы в области высоких частот соответствуют характеристике направленности, которой обладает человеческое ухо.
Полезная зона системы SASS составляет 180°.
Система SASS имеет явные достоинства:
- очень хорошее стереофоническое разрешение сочетается с великолепным пространственным впечатлением (частично и в медианной плоскости);
- прекрасно передаются низкие частоты; нижний регистр рояля, контрабасы, литавры и низкочастотный отклик зала передаются удивительно естественно.
Ощутимый недостаток системы SASS - это окраска звучания в области частот 2,8 и 10 кГц. Окраска является платой за то, что направленность системы формируется методами дифракции.

В каждой микрофонной технике, рассмотренной нами, задействованы разные механизмы пространственной локализации, а также их возможные сочетания. Тренированный слушатель без труда может на слух уловить отличия каждой техники. Однако не следует объяснять эти различия и отдельные недостатки микрофонных техник ущербностью принципов их действия и в связи с этим хоронить какую-нибудь из них. Имеет смысл задуматься над нераскрытыми возможностями этих техник и о путях их усовершенствования. Пути возможны следующие:
а) повышение остроты локализации источников звука. Здесь непочатый край работы по поиску и замене частей тракта звукозаписи, в которых „разрушается” когерентность стереосигналов;
б) расширение воспринимаемого слушателем пространства за пределы громкоговорителей и одновременно получение стабильного положения источников звука в стереопанораме. При решении этой задачи основные усилия следует направить на ослабление перекрестных сигналов, которые возникают при прослушивании стереозаписей через два громкоговорителя. Частично эта задача была решена в системе многократной электронной компенсации (М. Шрёдер, Б. Отал, 1963);
в) расширение воспринимаемого слушателем пространства в медианной плоскости. Это, пожалуй, самая сложная задача. Она может быть решена путем формирования определенным образом меняющихся в зависимости от частоты характеристик направленности микрофонов.
В результате этих изменений следует ожидать образования пеленговых полос, требуемых для локализации в медианной плоскости. Попытка решить эту задачу была предпринята при создании системы SASS.


ПОСЛЕСЛОВИЕ

„Ух, тяжело! - скажет читатель. - И зачем я потратил столько сил на прочтение этого занудного материала? Какая мне от этого польза? Все равно - как „химичили” при звукозаписи, так и дальше будут, повлиять на это я не могу. Лучше бы рассказали, чем чистить контакты, какие конусные подставки „звучат” лучше, стоит ли перед употреблением замораживать компакт-диски. Есть еще много интересных тем, по которым я жду от журнала подробных разъяснений”.
Дорогой читатель, я убежден, что ты не напрасно потратил свое драгоценное время. Использование „химии” при звукозаписи прекратится только тогда, когда аудиофилы начнут на профессиональном уровне интересоваться стереомикрофонной техникой и оборудованием, которое используется в студиях, и будут голосовать долларом за „экологически чистые” звукозаписи.
Вспомните историю развития fi-fi и затем high end. Именно интерес аудиофилов к деталям схемотехники и конструктивным особенностям аудиоаппаратуры заставил ее производителей использовать самые передовые (применяемые только в космической технике) решения и технологии.
Прекрасные звукозаписи можно сделать уже сейчас, но на аудиорынке они появятся только тогда, когда массы проявят к их качеству хоть какой-нибудь интерес.


АМ № 4(5) 1995, с. 66-73