Оглавление

• Вступление
• Качественный звук
• Линейные искажения
• Нелинейные искажения
• Субъективное и объективное

Вступление

Обычно в темах по выбору акустики люди рекомендуют просто брать то, что понравится. Даже тестовые статьи с серьезными измерениями за редким исключением заканчиваются расплывчатыми выводами. На то есть причины. Пусть известны некоторые факторы, ухудшающие качество звукопередачи, и опубликованы работы психоакустиков, в большистве случаев информации не достаточно для однозначных выводов. Да и само понятие качественной звукопередачи не прозрачно.

Качественный звук

«Качественный звук» - это идеал, который в природе не встречается и к которому можно только (безуспешно) стремиться. Нечто настолько неопределенное, что даже единой шарообразной модели в вакууме для этого явления не существует. Есть несколько противоречивых определений, остановимся на паре самых известных и рациональных.

Первое: качественный звук – тот, который абсолютно идентичен натуральному звучанию: сидя перед идеальным аппаратом, слушатель не сможет отличить звучание натуральной, скажем, скрипки, от ее же записи. Красивая идея, но не более того. По мере приближения модели к действительности возникают замечания.

Не понятно, как должны в реальности звучать электронные, не акустические инструменты – электрогитары, синтезаторы, семплеры и т.п. Схематическое изображение звуковой волны нельзя считать натуральным хотя бы потому, что слуховая система человека вносит в звук собственные искажения. Естественное звучание акустических инструментов мы воспринимаем уже с ними, и то, что регистрирует бесстрастная и безглючная машина, не похоже на привычные нам звуки. Кроме того музыканты, что-то синтезируя, сочиняя или исполняя, ориентируются на звучание собственной системы. Не идеальное, с уникальными искажениями.

Но допустим, что аудиотракт, который воспроизводит голоса инструментов неотличимо от их живого звучания, справится и с электроникой. Нам от этого не легче. Если мы посадим перед мониторами не шарообразного слушателя, а чуть менее гипотетического тренированного аудиоэксперта Суперовича, требования к нему окажутся запредельными. Он должен обладать нечеловеческой памятью: звучание множества инструментов, которое он слышал однажды в процессе записи (причем в том же помещении, где будет затем оценивать аппаратуру), должно раз и навсегда намертво отпечататься на его извилинах. Плюс к тому, ИМХО, эксперт вечно должен сидеть в колбе и на особой тщательно рассчитанной диете, чтобы состояние его нервной и гуморальной систем никогда не менялось.

Второе определение: идеальное звучание записи в точности соответствует тому, что слышит на своих мониторах звукорежиссер. Тоже не вполне конкретное. Даже получив в дар идеальную аппаратуру от инопланетян, с сертификатом качества от галактического разума, мы не сможем поставить ее дома, плюхнуться в кресло и насладиться идеальным звуком, так как акустические свойства помещения будут неизбежно отличаться от той студии, где трудился звукорежиссер. Мы даже вряд ли сможем узнать ее параметры, не говоря о невозможности привести в соответствие с оригиналом размеры жилого помещения.

Это не все. Как известно, слуховая система вносит в тембральный баланс сигнала свои коррективы. Субъективно воспринимаемая громкость звуков разных частот при равном SPL (Sound Pressure Level) не одинакова, а сами различия не постоянны – они зависят от уровня звукового давления. (Кроме того, при повышении интенсивности звука громкие низкие звуки кажутся еще ниже, а высокие звуки с повышением громкости кажутся слегка выше, но эти различия мало заметны). Вот график кривых громкости (фон – единица измерения громкости):

Как узнать, при каком SPL работал над фонограммой звукорежиссер? Вопрос праздный. На самом деле обработкой и сведением записи не занимается один человек, а в процессе работы над фонограммой используется масса разной аппаратуры. Работники аудиоиндустрии, кстати, чаще всего стремятся сделать запись, которая будет более-менее одинаково звучать на любой аппаратуре, а не воплотить некую идею на своих рабочих девайсах. Таким образом, когда выходит новый аудиодиск, никто во всем мире не знает, как эта запись в конечном итоге должна звучать :).

Однако запредельная воздушность идеала звучания - вовсе не повод для нигилизма. Каким бы таинственным и неведомым не был «всамделишный» сигнал, никакая отсебятина аппаратуры его не улучшит. Чем меньше искажений любого рода появится в сигнале, тем лучше. Впрочем, дело не только в количестве.

Линейные искажения

Линейными искажениями называются нарушения в структуре сигнала, без появления новых составляющих. К ним относятся изменения в амплитуде и временной структуре сигнала. Амплитудные искажения сигнала отражает хорошо всем известная амплитудно-частотная характеристика, АЧХ. В идеале аппаратура должна воспроизводить сигнал на всех частотах с одинаковой амплитудой во всем диапазоне записи (для Audio CD – от 20 Гц до 20 кГц), на практике этому требованию соответствуют только хорошие звуковые карты и усилители. Акустических систем и наушников с ровной АЧХ нет и в обозримом будущем не предвидится.

Неравномерность часто указывают в цифрах (например, +/- 4 дБ), но две АС с одинаковыми показателями могут сильно отличаться по качеству, так что сами по себе цифры мало о чем говорят. Характер искажений можно посмотреть на графике АЧХ, где отображаются изменения амплитуды сигнала по всему спектру сигнала в заданном диапазоне. Всплески или спады амплитуды по-разному влияют на звук в зависимости от ширины частотной полосы, которую они охватывают, отклонения амплитуды от нормы и того, в какой части звукового спектра они находятся.

Провалы АЧХ сильнее влияют на качество звукопередачи, чем подъемы - правда, надо учесть, что резкие высокие пики на графике свидетельствуют о наличии мощных резонансов на тех же частотах и, соответственно, одними амплитудными искажениями дело тут не обходится. Чем провал или подъем на графике шире, чем большую область частот он охватывает, тем заметнее дефект на слух; если ширина пика или провала меньше трети октавы (под октавой здесь подразумевается удвоение частоты, что не всегда соответствует музыкальной октаве), его влияние на качество звука очень мало.

Общий наклон АЧХ в сторону высоких или низких частот можно расценить как один гигантский спад или подъем шириной в половину рабочего диапазона устройства; такой дефект звукопередачи хорошо заметен на слух, даже если неравномерность составляет всего +/-1 дБ. Также имеет значение форма пика / провала: при равной амплитуде и ширине полосы меньше раздражения вызовет яма или ухаб с более плавными краями.

Глубина или высота пика или провала тоже важны. Стандарт DIN 45000 (соответствующая ему аппаратура относится к классу Hi-Fi, High Fidelity) устанавливает рамки неравномерности в пределах +/- 3 дБ. Несмотря на возраст стандарта, девайс, у которого пики и провалы АЧХ не больше трех децибел по модулю, обычно можно назвать хорошим (хотя сейчас немало АС и наушников с неравномерностью АЧХ +/-2 дБ). Наличие на графике пика или провала амплитуды сигнала, скажем, в 6-12 дБ по модулю скорее всего указывает на серьезный дефект у аппарата и оставляет мало надежд на приличный звук. В целом важно соотношение амплитуды и ширины пика или провала на графике, как и частоты, на которых он находится.

Слух человека наиболее чувствителен к звукам в диапазоне 1 - 4,5 кГц, и все дефекты звукопередачи, в том числе и амплитудные искажения, в этой части спектра воспринимаются наиболее остро. Например, провал АЧХ на -3 дБ на интервале 1-2 кГц доставит слушателю больше неприятностей, чем просаженные на те же -3 дБ высокие частоты с в полосе с 8 до16 кГц, и уж тем более, чем провал аналогичной ширины в области ВЧ – скажем, с 10 до 11 кГц. Понятно, что одни и те же дефекты будут более или менее заметны на записях разных инструментов, в зависимости от их тембров и диапазона звучания.

Фазовые искажения – это нарушения временной структуры сигнала, задержка в воспроизведении сигналов в одной части спектра относительно другой. При сильных фазовых искажениях меняются голоса инструментов, а высота основного тона (к примеру, нота, которую берет инструмент) может измениться или стать неопределенной. Ухудшается и позиционирование (виртуальных) источников звука в пространстве, стереопанорама. Считается, что на слух заметны фазовые искажения сигнала более 15 градусов, и лучше всего они слышны в области средних и низких частот (слуховая система при восприятии низкочастотных звуков особенно тщательно анализирует временные процессы).

Картину фазовых искажений можно увидеть на графике фазо-частотной характеристики (ФЧХ). Для оценки тех же искажений используют и другую характеристику, ГВЗ (групповое время задерживания (задержки)). Это - производная от ФЧХ. ГВЗ описывает скорость изменения фазы, так как именно ее перепады наиболее неприятны на слух. Считается, что порог слышимости составляет около 1,5 мс в области средних и низких частот.

К линейным искажениям также относят динамические – изменения в скорости нарастания сигнала. Как правило, их измеряют с помощью сигнала не синусоидальной, а прямоугольной формы. В тестированиях околокомпьютерной аудиоаппаратуры – звуковых карт, активных колонок, наушников – измерения динамических искажений обычно не проводят, однако, скоростные характеристики громкоговорителей можно оценить, посмотрев график АЧХ, если только диапазон измерений не был ограничен стандартными 20 Гц – 20 кГц. Скажем, система, способная воспроизводить сигнал до 32 кГц будет лучше передавать нарастание сигнала, чем та, чей рабочей диапазон ограничен 20 кГц: если громкоговоритель способен способен выдать за секунду 32к колебаний, значит, он шустрее, и фронт сигнала отработает лучше.

Нелинейные искажения

Нелинейными искажениями называют составляющие, которых в изначальном сигнале (тестовом, или прослушиваемой фонограмме) не было. К нелинейным искажениям относят, например, паразитные гармоники и интермодуляционные искажения. Под то же определение попадают и шумы, привнесенные в сигнал звуковым трактом, хотя их обычно рассматривают отдельно.

Нелинейные искажения воспринимаются на слух как некая неприятная резкость в звучании записи (что часто не осознается как дефект звукопередачи), а в особо запущенных случаях как хрипы и трески. Кажущееся слишком громким звучание бюджетного музыкального центра часто обусловлено именно больШим количеством примесей, которое растет по мере увеличения громкости усилителя, звуковое давление при этом может оказаться скромным. Нелинейные искажения количественно описывают соответствующим коэффициентом (КНИ, коэффициент нелинейных искажений). Он отражает отношение полезной информации к количеству примесей (используются среднеквадратичные значения) и выражается в процентах. Считается, что до 10% примесей терпеть можно, но на самом деле влияние нелинейных искажений может быть заметно и при меньшем значении КНИ. Многое зависит от распределения паразитных гармоник. Наиболее неприятны для слуха лишние обертона высоких порядков, чем раньше гармонические примеси сходят на нет, тем лучше. Также известно, что большинство слушате

лей отдает предпочтение аппаратам, у которых гармонические искажения четных порядков преобладают над нечетными.

Если гармонические примеси (помимо прочего) искажают тембры инструментов, меняя соотношения уровней обертонов и обогащая спектр его звучания гармониками высоких порядков, интермодуляционные искажения по влиянию на звукопередачу больше похожи на шумы. И, по крайней мере как нам известно, тут все просто: чем меньше примесей к тестовому сигналу мы наблюдаем на графике, тем лучше.

Если паразитный шум аппаратуры при прослушивании записи отчетливо воспринимается на слух как фон, значит, дело совсем плохо, девайс (плеер, усилитель, звуковая карта) никуда не годится. Когда мы имеем дело с более-менее нормальной аппаратурой, влияние паразитных шумов сказывается на детальности, динамичности, выразительности звучания. В звуке инструментов присутствуют обертона и шумовые составляющие, и все, что по уровню ниже уровня шумов аппаратуры, просто тонет в этих искажениях. С оценкой влияния шума на качество звукопередачи аппарата все просто: чем их уровень меньше, тем лучше. Важно только иметь в виду, что уровень шумов в присутствии сигнала и в его отсутствии у одного и того же устройства может сильно различаться.

Субъективное и объективное

Есть аксиома: объективные измерения всегда надежнее субъективных. Если аксиомы Евклидовой геометрии актуальны на Земле, но теряют актуальность в далеком космосе, то с нашим бытовым гносеологическим утверждением все ровно наоборот. По крайней мере, когда речь идет об электроакустике и аудиоаппаратуре.

Использование вполне современных измерительных станций не гарантирует совпадения результатов, полученных в двух лабораториях на одинаковых измерительных комплексах. Точность измерений АЧХ в пределах +/- 2 дБ до сих пор считается очень хорошей. Такой разброс амплитуды сигнала может сильно влиять на качество звукопередачи. Из личного опыта: амплитудно-частотная характеристика одних и тех же АС (не одинаковой модели, речь об одном экземпляре), сделанная в разных лабораториях, может различаться так сильно, что тестеры приходят к несовместимым выводам. Причин может быть множество: не удается до конца свести на нет влияние помещения, зависимость аппаратуры от качества электросети и энергоснабжения, разброс параметров станций.

Несовершенство тестовой аппаратуры и методик, как и недостаток данных о влиянии искажений сигнала на субъективно воспринимаемое качество звука - не повод отрицать значимость измерений; все сказано к тому, что незачем молиться на графики и коэффициенты, и презирать методики оценки качества звукопередачи на слух как неточные.

Еще один инструмент в багаже лишним не будет, тем более, что обычному любителю музыки резоннее разобраться с методами оценки аппаратуры на слух, чем покупать, скажем, программно-аппаратный комплекс Linear X и арендовать для него подходящее помещение только затем, чтобы выбрать себе пару колонок.