Музыкальная акустика помещений

Наличие эстрады вместо сцены в значительной мере обуславливает архитектуру концертного зала, отличающуюся от архитектуры театральных залов. Оказалось не обязательным строить залы по ярусной системе, так как оборудование эстрады жесткими звукоотражающими конструкциями позволяет значительно увеличить уровень отраженной звуковой энергии, приходящей к слушателям в начальном периоде реверберационного процесса, и помогает обеспечить оптимальную структуру ранних отражений.

Рис. а -- две части зала с плавным переходом (концертный зал в Бонне); б -- сочетание двух разных форм сцены и зала (концертный зал в Детройте) очередь позволяет удалить слушателя от эстрады и увеличить размеры зала.

В современных залах используются разные формы зрительного зала для той части, которая примыкает к эстраде (примерно 1/3 общей длины), и остальной его части. Можно заметить два типичных направления при решении их интерьера [40]: единую форму зала с плавным переходом эстрады в зрительный зал и композицию из двух разных форм для зала и сцены.

Эстрада и ближайшая к ней часть зала: для музыкантов, находящихся на сцене, субъективные параметры, оказывающие наиболее существенное влияние на их качество исполнения, несколько отличаются от параметров, воспринимаемых слушателем. К числу основных из них можно отнести следующие [49]: время реверберации -- процесс затухания в зале должен быть отчетливо слышен в паузах и давать музыкантам чувство опоры; поддержка -- этот параметр позволяет музыкантам слышать себя даже на тихих уровнях; тембр позволяет оценить влияние помещения на звучание инструментов и на восприятие музыкантами тонального баланса между инструментами в ансамбле; динамика характеризует динамический диапазон в данном помещении и определяет степень, с которой помещение влияет на динамику исполнения; слышание друг друга -- необходимо для обеспечения ритмической точности, настройки и баланса по уровням; задержка сигналов во времени -- если музыканты далеко друг от друга, то возникают слишком большие временные задержки, которые нарушают ритмическую точность и влияют на тембр.

Исследования позволили установить, что ощущение поддержки возникает у музыкантов при высоком уровне ранних отражений на сцене. Измерения показывают, что в хороших залах их уровень значительно выше порогов слышимости.

Для обеспечения слитности исполнения в ансамбле существенное значение имеет величина задержки прямого звука от соседних участников. Результаты исследований показали, что максимальное время задержки должно быть в пределах до 20 мс.

Ширина и глубина эстрады (сцены) зависят от числа исполнителей (на каждого должно приходиться примерно 2 м²) и от высоты потолка припортальной части зала. Если потолок сравнительно низкий (ниже 10 м), то могут быть выбраны большая ширина и глубина сцены, т. к. при такой высоте прямой звук и ранние отражения попадают к исполнителям (что важно для их взаимной слышимости) и к зрителям.

Рис. Структура отражений на сцене

Если потолки высокие, то для обеспечения первыми отражениями исполнителей и зрителей необходимо ограничить площадь эстрады: ширина не более 15 м, высота не более 10 м. При низких потолках и широких стенах возникают также проблемы с обеспечением необходимого времени реверберации в зрительном зале; кроме того, боковые отражения приходят на сцену слишком поздно и при этом нарушается ощущение ансамбля. При высоких потолках необходимое время реверберации обеспечивается, но общая площадь эстрады оказывается слишком мала. Поэтому в современных концертных залах часто используются навесные панели над площадью оркестра и передней частью зрительских мест, форма, размер и степень наклона которых подбираются исходя из требований обеспечения первыми отражениями оркестра и зрителей.

Кроме того, в современных больших залах многоцелевого назначения, где оркестр размещается на просторной сцене, используются акустические раковины, состоящие из системы звукоотражающих поверхностей. Такая раковина может быть легко скомпонована в виде трансформируемой системы из отдельных щитов, которыми можно ограждать различные объемы на эстраде при выступлении ансамблей исполнителей. Размеры мобильных щитов должны быть достаточно велики во избежание потерь отраженной звуковой энергии на дифракцию вокруг краев. Эти потери, особенно в области низких частот, становятся ощутимыми, если любой размер щита меньше 5-6 м.

Рис. Концертный зал в Зальцбурге с акустической раковиной

В качестве интересного примера может служить зал в Зальцбурге вместимостью более 2000 человек. При проведении концертов на эстраде в нем устанавливается трансформируемая раковина, обеспечивающая запаздывание первого отражения на 23 мс. Классические концертные программы проходят при естественных акустических условиях, т. е. без помощи систем усиления звука. Кроме того, в зале ставят оперные и драматические спектакли.

Зрительская (дальняя) часть зала: основное требование к ее форме состоит в обеспечении высокой степени рассеяния звука для создания достаточного общего времени реверберации. Возможностей для реализации таких форм зала достаточно много, в настоящее время чаще всего для концертных залов используются следующие формы [40]:

-- высокая прямоугольная форма (Shoebox) -- старейшая форма, используемая как в музыкальных залах во дворцах XVII--XVIII веков, так и в крупнейших концертных залах XIX-XX веков, например Консертгебау (Амстердам, 1888), Мюзик-ферейнсаал (Вена, 1870). Из-за простой геометрии структура звуковых полей в таких залах лучше всего изучена и отмоделирова-на. Разновидностью являются залы с почти квадратной площадью;

-- веерообразная форма с расходящимися стенами и кривыми потолками (Fan), использовалась активно в период 1920-1960-х годов, сейчас признана неудовлетворительной из-за бедных боковых отражений;

-- форма с параллельными стенами, высокими потолками, криволинейной задней стеной (Horseshoe). Это типичная форма оперных залов, однако она часто использовалась и для концертных залов (например, Концертный зал Макдермотт в Далласе);

-- террасообразная форма (Vineyard) зала, разделенного на уменьшающиеся асимметрично поднимающиеся блоки.

Рис. Формы концертных залов

а -- высокая прямоугольная форма (Shoebox); б -- залы с почти квадратной площадью; в -- веерообразная форма с расходящимися стенами и кривыми потолками (Fan);

г -- форма с параллельными стенами, высокими потолками, криволинейной задней стеной (Horseshoe); д -- специальная геометрическая форма (geometric) боковые отражения для всех зон зала. Примером может служить зал Берлинской филармонии (1963);

-- специальная геометрическая форма (geometric), показанная на рис. Такой зал обладает большой гибкостью при настройке акустических параметров, но труден для проектирования.

Залы небольшой ширины могут иметь простую форму параллелепипеда; из-за их небольшой ширины количество отражений, приходящих на зрительские места, быстро нарастает со временем и в завершающей части реверберационного процесса становится настолько велико, что образуется достаточная диффузность поля. В залах же со сравнительно большой шириной, как правило, требуется введение звукорассеивающих элементов. Примером могут служить Большой зал СанктПетербургской филармонии и Колонный зал Дома Союзов в Москве, где два ряда больших колонн создают высокую степень диффузности звукового поля.

В современных залах, которые имеют большие объемы, рассеяние звука достигается членением стен и потолка под разными углами либо расположением на этих поверхностях специальных архитектурных элементов, способствующих рассеянию звука (например, диффузоров Шредера). В качестве материалов для отделки стен и потолка, в первую очередь акустической раковины и ближайших к сцене поверхностей, обычно используется дерево (это способствует созданию красивого тембра).

Обязательным требованиям к акустике концертных залов является низкий уровень внешних и внутренних шумов. Требования для концертных залов составляют NC-20, что заставляет применять специальные меры для повышения звукоизоляции в залах; подробнее эти вопросы освещены в специальной литературе

Акустическое проектирование помещений, предназначенных в основном для речевых программ, должно исходить из выполнения следующих задач:

-- обеспечение максимальной разборчивости речи, для того чтобы донести до слушателей семантическую (смысловую) информацию;

-- сохранение естественного тембра голоса и его изменений для передачи эстетической информации;

-- обеспечение правильной локализации звукового образа, совмещение его со зрительным.

Исследования зависимости разборчивости речи (методы ее определения даны ранее) от акустических свойств помещения, особенно выполненные за последние годы, позволили установить, что основные факторы, определяющие высокий процент разборчивости, следующие:

-- высокий уровень прямого звука на всех слушательских местах и максимальное отношение уровня прямого звука к реверберирующему (т. е. к поздним отражениям, пришедшим к слушателям после 80 мс);

-- сравнительно небольшое время стандартной реверберации (оптимальное время для речевых помещений показано на рис. и составляет от 0,4 с до 1,2 с в зависимости от объема помещения);

-- достаточно высокий уровень первых дискретных отражений, прибывающих к слушателям в течение первых 80 мс;

-- низкий уровень шумов (высокий уровень отношения «сигнал/ шум»); -- отсутствие эха и других помех в помещении.

Естественно, что уровень разборчивости зависит от содержания, способа произношения и темпа речи, а также от состава, возраста слушателей, их внимания и степени заинтересованности.

Сохранение тембральных характеристик речи определяется акустическими параметрами помещения, о которых уже было сказано ранее, в первую очередь отсутствием дискретных резонансов, что особенно актуально для помещений малых размеров, поскольку дискретные резонансы могут усиливать отдельные обертоны в спектре голоса и приводить к его «окрашиванию» (особенно это может проявляться для мужских голосов в диапазоне 80-300 Гц). Нарушение правильной локализации в помещениях с «естественной акустикой» может быть вызвано наличием сильных поздних отражений (эха или порхающего эха), для устранения которых необходимы специальные конструктивные меры. Кроме того, явление «гребенчатой» фильтрации за счет порхающего эха с редкими пиками -- провалами при малых временных задержках отраженных сигналов (может возникать в помещениях небольших размеров) также способно привести к искажению тембральных характеристик речи. Таким образом, во всех помещениях, предназначенных для передачи речи, должна быть обеспечена специальная структура реверберационного процесса, в котором имеются: максимальный уровень прямого звука; интенсивные дискретные отражения (причем желательно, чтобы запаздывание первых из них не превышало 20 мс, и число этих отражений было как можно большим на всех слушательских местах); сравнительно быстрое затухание поздних отражений; плавный характер спада уровня энергии (отсутствие эха). В зависимости от назначения помещения эти задачи решаются разными конструктивными методами -- в первую очередь выбором размеров и формы зала, размещением в нем специальных отражающих конструкций, а также выбором и размещением звукопоглощающих материалов. Лекционные залы (аудитории): для обеспечения слушателей интенсивным прямым звуком в них необходимо учитывать, что уровень звукового давления, который может создать голос оратора, в среднем составляет 86 дБ/м, при этом он уменьшается обратно пропорционально расстоянию (эффект «скользящего поглощения»,); диаграмма направленности голоса оратора существенно сужается с частотой; прямой звук при распространении вдоль голов сидящих слушателей в значительной степени поглощается, а на высоких частотах начинает влиять также их экранирующее действие.

Рис. а -- плоский пол в аудитории, б -- ступенчатый подъем слушательских мест



Рис. Особая форма потолка в аудитории

Рис. Специальные отражатели над кафедрой в лекционном зале

В лекционных залах обычно обеспечиваются подъем слушательских мест, особая форма потолка для усиления отражений, особенно для задних рядов, а также специальные отражатели над головой оратора. Следует только учесть, что для эффективного отражения звука размер отражающей панели должен быть больше длины волны (для низшей частоты диапазона); в частности, для речи эта частота должна быть не выше 500 Гц и размеры панели не менее 1,35 м. Кроме того, в больших лекционных залах плоскопараллельная форма боковых стен может не обеспечить попадания ранних отражений на всю площадь зрительного зала и быть причиной появления порхающего эха, поэтому часто применяются скошенные боковые стены.

При выборе отражающих материалов и их размещении учитывается, что поверхности, создающие первые отражения (потолок над оратором, нижняя часть боковых стен, передняя стена), должны быть отражающими. Оптимальным материалом при этом является дерево, поскольку материалы с большой добротностью, т. е. малым затуханием, например мрамор, металл и др., могут создавать окрашивание речи. Остальные части поверхности должны быть поглощающими для уменьшения времени реверберации, поэтому используются ковры на полу, мягкие кресла и т. д. В акустически правильно спроектированном лекционном зале лектору и слушателям легко читать и воспринимать лекции и доклады, а при плохой акустике зала звукоусиление может понадобиться даже для маленькой аудитории (до 50 человек).

Акустика залов драматических театров: акустические требования к залам драматических театров существенно отличаются от требований к лекционным залам и аудиториям. Это вызвано следующими основными причинами:

-- в театральном действии важно донести не только семантическую, но и эстетическую информацию, что требует точной передачи тембральных характеристик голоса;

-- голос актера (профессионально поставленный) позволяет обеспечить больший динамический диапазон (соответственно большую громкость в зрительном зале);

-- источники звука (голоса актеров) находятся на сцене, оборудованной декорациями, поэтому часть излучаемой энергии не попадает в зал (поглощается на сцене); кроме того, актеры находятся в движении, поэтому часть энергии также не попадает в зал из-за направленности человеческого голоса;

-- драматическое действие часто сопровождается музыкой, что выдвигает дополнительные требования к акустике зала;

-- актер должен постоянно находиться в зрительном и слуховом контакте с аудиторией, что накладывает определенные ограничения на размер и акустические параметры зала.

Все эти требования означают, что акустические характеристики зала должны обеспечивать не только достаточно высокий уровень прямого звука и первых дискретных отражений, что важно для хорошей разборчивости речи, но и определенные направления их прихода, от которых зависят такие субъективные критерии, как пространственность и интимность звучания. Кроме того, время реверберации в таких залах должно быть больше, чем в речевых аудиториях, чтобы обеспечить определенную полноту, жизненность и теплоту звучания. Экспериментальные исследования, выполненные в работе [22], показали, что для того чтобы удовлетворить таким противоречивым требованиям, целесообразно сформировать особую структуру реверберационного процесса: уровень сплошных отражений, начинающихся после участка дискретных отражений, должен быть существенно ниже уровня прямого звука, тогда при сохранении достаточно высокой разборчивости речи время реверберации может быть увеличено. Это можно обеспечить за счет хорошего рассеяния звука на завершающем участке реверберационного процесса.

Исходя из этих требований зал драматического театра может быть разделен на две части с разными акустическими параметрами: околосценическую часть (с сильными ранними отражениями)

Рис. Расположение балкона в зале театра

Рис. Различные варианты формы потолков и расположения отражающих панелей в зале театра и зрительскую часть, обеспечивающую хорошее рассеяние и поглощение звука.

Выбор размеров и формы зала определяется вышеуказанными требованиями: длина зала должна находиться в пределах 26-30 м, для сокращения этого расстояния часто используются балконы и ярусы. При правильном проектировании балконов на них приходит достаточное количество ранних отраженных сигналов, для этого глубина балкона D не должна превышать удвоенной высоты зала Н: D < 2Н. Ширина зала В должна удовлетворять условию 1< L/B < 2, т. е. В ~ 20-22 м. Высота зала обычно составляет 8-14 м: это связано, во-первых, с высотой портала сцены (и устройством осветительной системы), а во-вторых, с обеспечением оптимального времени запаздывания первых отражений от потолка, которое для драматических театров рекомендуется выбирать в пределах 15-20 мс (при этом длина пути отраженного звука будет больше прямого на 5-7 м). Рекомендуется также размещать несколько звукоотражающих панелей на участках потолка, примыкающих к порталу сцены. Используются панели выпуклой формы, чтобы отражения попадали на все места зрительного зала; материал для панелей также должен быть специально подобран, чтобы не вносить окрашивания в звучание (обычно применяется дерево). Размеры панелей должны быть больше длины волны отражаемого звука (для залов сравнительно больших объемов -- не менее 5-6 м).

Большое значение для получения сильных первых отражений имеет оборудование сцены. В частности, наличие только мягких декораций увеличивает поглощение звука. Использование твердых (фанерных) декораций, расположенных не слишком далеко от источника звука (не более 7 м), может увеличить уровень полезного сигнала.

Ширина зала и форма боковых стен у сцены имеют также очень большое значение в формировании структуры первых боковых отражений, максимальное время запаздывания от которых не должно превышать 35 мс. Поскольку площадки первых отражений располагаются в основном на 1/3 части боковых стен, форма плана зала может быть трапецеидальной с расширением до 24--26 м. Большое влияние на равномерность прихода первых отражений от боковых стен к зрительским местам оказывают размеры и форма простенков между порталом сцены и боковыми стенами. Если они слишком большие, на некоторых местах образуется «акустическая тень». Таким образом, околосценическая часть зала должна формировать сильные первые отражения, т. е. должна быть отражающей.

Зрительная часть зала должна обеспечивать: требуемое время реверберации, которое для драматических театров составляет Т = 1,35-1,6 мс в зависимости от объема помещения; создание диффузного звукового поля; обеспечение всех зрительских мест достаточным количеством прямой энергии и энергии ранних отражений, пришедших от передней части зала.

Этим условиям удовлетворяют классические залы драматических театров, построенные по ярусной системе, -- например зал Александринского драматического театра в Санкт-Петербурге. Пересечение стен ярусами и балконами способствует рассеянию энергии и обеспечивает ее значительное поглощение за счет чередования отражающих (барьеры ярусов) и поглощающих (зрители) полос. При такой системе зрительные залы могут иметь объемы от 4000 до 10000 м³ (в среднем 6000 м³). Объем на одного зрителя составляет V/N ~ 4,5 м³. В залах, построенных по ярусной системе, обычно не требуется дополнительных поглотителей. Общая форма зрительного зала при ярусной системе может быть выбрана достаточно произвольно (прямоугольная, трапецеидальная, овальная), однако она должна способствовать рассеянию звука.

Рис. Ярусная система классического драматического театра (продольный разрез зала Александринского театра -- XIX в.)



Рис. Зрительный зал современного драматического театра

В залах, созданных по другим системам, требуется размещение дополнительных звукопоглощающих материалов и введение звукорассеивающих элементов на стенах и на потолке. Методика расчета необходимого количества и способов размещения поглотителей приведена в работах.

АКУСТИКА СТУДИЙ И КОНТРОЛЬНЫХ КОМНАТ

Как уже было отмечено выше, в 30-е годы XX столетия появился новый тип помещения для записи и обработки звука в связи с развитием звукозаписи, радиовещания, кино и телевидения. В настоящее время все эти направления техники интенсивно развиваются, появляются новые возможности для передачи пространственного звукового образа (системы Surround Sound, бинауральная стереофония и др.), активно внедряются цифровые компьютерные методы обработки звука; соответственно меняются и требования к помещениям для его записи, т. е. к студиям.

Требования к акустическим характеристикам студий различного назначения подробно изложены в международных и отечественных стандартах, например EBUR22-1998, EBU R22-1994, RM-01-93, СНиП2.08.02-89, и многочисленных монографиях и учебниках, среди которых можно выделить книги всемирно известного дизайнера студий звукозаписи Ф. Ньюэлла (Ph. Newell) [60, 61].

В данном разделе будет приведена только краткая информация об основных акустических характеристиках студий и контрольных комнат.

Современные студии, как правило, включают в себя: студийное помещение (зал для исполнения и записи музыки и речи, в котором размещаются микрофоны и исполнители); контрольную комнату, где установлены основные виды аппаратуры для записи и обработки звука (микшерные пульты, контрольные агрегаты, компьютерные рабочие станции и др.) и где находится рабочее место звукорежиссера; техническую аппаратную, в которую выносятся.

Рис. Форма помещений современной студии звукозаписи некоторые виды аппаратуры, например стойки с усилителями и др.

Все студии можно классифицировать:

-- по применению -- на студии звукозаписи, радиовещательные и телевизионные звуковые студии, тонателье на киностудиях и т. д.;

-- по виду используемого для записи звукового материала -- на большие музыкальные, камерные, литературно-драматические и речевые;

-- по количеству исполнителей, т. е. по объему, -- на большие, средние, малые и др.

Классификация студий может быть проведена и по другим критериям.

Объективные акустические параметры студии для записи музыки должны быть выбраны исходя из тех же требований, что и для концертного зала. Первые студии звукозаписи, например в радиодомах и телецентрах Санкт-Петербурга, Москвы и др., строились как большие концертные залы, где была возможность записывать симфонические оркестры. Следовательно, и в студиях должны быть обеспечены все требования, которые были указаны выше для концертных залов, т. е. оптимальное время реверберации в разных частотных диапазонах; однородная структура звукового поля; определенные время, энергия и направление прихода ранних отражений, заданные уровни энергии поздних отражений; требуемый уровень шумов, а также другие объективные параметры, которые важны для слухового восприятия музыкальных и речевых программ. Очень часто одна и та же студия может использоваться для записи речи, музыки разных жанров и т. д., поэтому в ней должна быть предусмотрена возможность перестройки акустических условий. С другой стороны, студии часто строятся специально для записи определенного типа программ: для вокала, речи, камерных ансамблей, электронной музыки и т. д., -- соответственно, требования к их акустическим характеристикам должны отличаться.

Обеспечение необходимых параметров, прежде всего оптимального времени реверберации, накладывает определенные ограничения на форму и размер студий. Требования к размерам и времени реверберации студийных помещений для записи (принятые в свое время как отечественные нормы для их технологического проектирования) даны в таблице.

В настоящее время в связи с переходом на пространственные системы звукозаписи и широким использованием электронных инструментов требования к параметрам студий также меняются, разрабатываются новые стандарты и рекомендации, поэтому приведенные соотношения следует рассматривать как ориентировочные и в каждом конкретном случае определять требования в процессе акустической настройки студии.

Объем студии зависит от вида исполняемой музыки и должен выбираться в зависимости от заданного оптимального времени реверберации и от максимального числа размещаемых в ней исполнителей, удельный объем на одного исполнителя должен составлять примерно 10-18 м³.

Запись музыки в студиях малого объема неизбежно приводит к искажению тембра за счет резонансов помещения в слышимой области, нарушению пространственной панорамы и баланса громкости. Минимальный объем студии для записи музыкальных произведений должен быть не менее 200 м³.

Таблица

Студия	Площадь, м2	Высота, м	Оптимальное время реверберации, с	Кол-во исполни телей
Открытая для концертных программ в присутствии зрителей	1000	14	2-2,2	250-500
Большая музыкальная для симфонических оркестров и хоров с присутствием зрителей	1000	13	2	250
То же без зрителей	750	12	2	150
Средняя музыкальная для симфонических оркестров	350-450	8,5-10	1.5-1,7	40-65
Для эстрадной и джазовой музыки	350-450	9,5-10	0,9-1,1	35-60
Малая музыкальная для записи небольших оркестров и хоров	250-300	8-8,3	0,9-1,1	30-35
Камерная	150	6	1	10-15
Большая литератур но-драматическая	150-200	6-6,4	0,8-1	20-30
Средняя литературно-драматическая	100	5	0,5-0,7	10-15
Речевая	26-30	3,2-3,5	0,4	2-4

Рис. Способы защиты помещения студии от шумов

Контрольная комната -- это помещение, где находится рабочее место звукорежиссера и где размещается оборудование: микшерный пульт, контрольные агрегаты, цифровые звуковые станции, процессоры обработки звука, магнитофоны и другая дополнительная аппаратура. Пример размещения оборудования показан на рис. Требования к акустическим характеристикам контрольной комнаты вытекают из обеспечения условий для слухового контроля музыкальных и речевых записей. В настоящее время контрольные комнаты часто используются для непосредственного создания и записи электронной музыки.

Контрольные комнаты должны удовлетворять следующим основным требованиям:

-- позволять слышать сухой и чистый звук контрольных агрегатов;

-- не вносить существенных искажений в структуру ревербера-ционного процесса студии, где была произведена запись звука;

Рис. Размещение оборудования в контрольной комнате

-- обеспечивать возможность звукорежиссеру услышать и сформировать пространственный звуковой образ, который он хочет передать слушателю;

-- быть звуконепроницаемыми (изнутри и снаружи) для обеспечения низкого уровня шумов;

-- позволять звукорежиссеру видеть музыкантов, т. е. иметь звуконепроницаемое окно в студию.

До недавнего времени в основе акустического проектирования контрольных комнат лежала концепция повторения параметров среднестатистического жилого помещения, т. е. считалось, что звукорежиссер должен находится в условиях, близких к условиям домашнего прослушивания. Среднее время реверберации выбиралось 0,2-0,4 с. Объемы также были небольшими и составляли 30-40 м³. Такие помещения удовлетворительно работали для записи музыки с небольшим динамическим диапазоном. Кроме того, условия реального прослушивания музыкальных и речевых сигналов, переданных по каналам радиовещания, телевидения, звукозаписи и пр., настолько разноообразны, что приведенные выше требования нельзя считать типовыми для жилых помещений.

Следующим этапом явилась концепция построения контрольных комнат, получившая название LEDE (live-dead end), в которой звукорежиссер работал на границе двух сред -- «живой» (live) с большим количеством отражений и «мертвой» (dead), свободной от отражений. В основе такого принципа построения контрольных комнат лежали следующие соображения: одним из важнейших критериев качества акустики в помещении является время прибытия ранних отражений, которое должно быть в пределах 20-30 мс после прямого звука. Если в студии при записи обеспечено это требование, то первые отражения в контрольной комнате не должны маскировать их, поэтому полезно переднюю часть контрольной комнаты (стены за контрольными агрегатами, полы и потолки) сделать заглушенными (dead end), а заднюю часть комнаты сделать отражающей (live end). В этом случае структура реверберационного процесса в контрольной комнате должна иметь вид, показанный на рис. Для того чтобы часть комнаты сделать отражающей, на задней стенке и потолке должны устанавливаться различные отражающие конструкции (например, диффузоры Шредера). Такая конструкция комнаты позволяла звукорежиссеру ощущать живые отражения, но вместе с тем звук от студийных агрегатов воспринимался им без искажения, т. к. на прямой звук не накладывались отражения комнаты. Однако такие контрольные комнаты было очень трудно настраивать и, кроме того, возросшие требования к передаче стереопанорамы и расширенного динамического диапазона для цифровых записей требовали снижения уровня реверберационных помех. Целый ряд известных студий (Master Sound Astoria в Нью-Йорке,

Рис. Структура реверберационного процесса в контрольной комнате

Рис. Общий план контрольной комнаты с зоной свободной от отражений (RFZ) и отражающей задней стеной

Red Bus Studios в Лондоне, Winfeld Sound в Торонто и др.) продолжают использовать контрольные комнаты, построенные в такой идеологии, в настоящее время.

В конце 80-х годов была предложена конструкция «бессред-ных» контрольных комнат. Идея их проектирования была предложена Т. Хидпи (Т. Hidley), реализована на многих студиях мира Ф. Ньюэллом (Ph. Newell) и заключается в следующем: все поверхности, в направлении которых излучают студийные контрольные агрегаты, т. е. потолок, задняя стена и боковые стены, делаются звукопоглощающими, а поверхности перед звукорежиссером, т. е. передняя стена и пол, делаются звукоотражающими. Это позволяет звукорежиссерам слышать прямой звук контрольных агрегатов, не окрашенный дополнительными отражениями, и в то же время получать отражения собственных голосов от передней фронтальной поверхности пола и находящегося в комнате оборудования (пульта, компьютеров, стоек и др.). Для обеспечения поглощения звуковой энергии во всем воспроизводимом диапазоне частот (особую проблему представляет обеспечение поглощения на низких частотах) используется новая технология так называемых «звуковых ловушек». Конструкция стены с боковыми ловушками и общий вид «бессредной» контрольной комнаты показан на рис. На определенном расстоянии от главной несущей стены устанавливается дополнительная «диафрагменная» стена, состоящая из деревянной рамы с трехслойным покрытием (гипсовая штукатурка плюс древесно-волокнистая плита и снова гипсовая штукатурка), на котором закрепляется поглотитель из специальной минеральной ваты или синтепона. На некотором расстоянии от нее подвешиваются панели из фанеры, покрытые звукопоглощающим материалом, под углом 45°, на расстоянии 30-46 см друг от друга, общая глубина панелей 0,6-1,2 м.



Рис. «Бессредная» контрольная комната с ловушками

Установленные таким образом панели служат волноводами, поглотителями и рассеивателями для низкочастотных звуковых волн. Поглощение средних и высоких частот обеспечивается традиционными методами и зависит от свойств поглотителя на стене. Измерения процесса реверберации, выполненные в таких комнатах, показали, что в первые моменты времени (до 50 мс) происходит очень быстрое поглощение отраженной энергии, что сохраняет ощущение мельчайших нюансов в звучании контрольных агрегатов (в обычных комнатах они маскируются реверберационным процессом).

Такого типа комнаты потребовали применения контрольных агрегатов с высоким уровнем звукового давления и малыми переходными характеристиками, поэтому часто используются модели агрегатов с рупорными громкоговорителями (например, фирмы JBL).

Контрольные комнаты, построенные в такой идеологии знаменитыми дизайнерами Ф. Ньюэллом и Т. Хидли (более 100 студий в 32 странах мира), показали возможность получения в них записей высочайшего качества с особой прозрачностью звучания, что особенно важно для цифрового звука. Поскольку контрольные комнаты используются теперь и как исполнительские студии для записи электронной музыки, такой принцип их построения лучше соответствут новым требованиям (искусственную реверберацию в них можно вносить электронными средствами).

Уровень шумов в контрольных комнатах не должен превышать NC-25 для обеспечения большого динамического диапазона при записи, что накладывает особые требования к их размещению. Так же как и для студий звукозаписи, проблемы снижения уровня шумов в контрольных комнатах требуют решения сложнейших задач при их конструировании, в том числе при выборе средств звукопоглощения и звукоизоляции.

Широкое внедрение современных пространственных систем звукозаписи изменило и требования к параметрам контрольных комнат. В международных стандартах и рекомендациях: ITU-R BS.775-1, SMPTE RP-173, EBU R22, EBU Tech3276, ITU-R BS.1116-1 и др. -- оговариваются размеры и форма контрольных комнат, параметры звукового поля в них, способы расстановки контрольных агрегатов и др. Для контроля качества пространственных звукозаписей требуется установка контрольных агрегатов (например, для системы Surround Sound 5.1) по схеме, показанной на рис.

Эксперименты с выбором оптимальных условий для прослушивания пространственных звуковоспроизводящих систем показали, что общий объем студийных контрольных комнат должен быть не ниже 200 м³, а пропорции должны соответствовать данным в таблице 5.9 с целью обеспечения оптимального распределения резонансных мод в помещении. Форма комнаты должна быть в основном симметричной относительно зоны прослушивания. Расположение звукопоглощающего материала, особенно вокруг громкоговорителей, дверей, окон и технического оборудования, должно быть подобрано так, чтобы избежать любых акустических неоднородностей. Значение времени реверберации Т рекомендуется выбирать в пределах 0,2-0,3 с. Частотная характеристики времени реверберации должна быть постоянной и не иметь резких скачков. Отклонения Т_рев в диапазоне 200 Гц-4 кГц не должны превышать +/-0,05 с, ниже 200 Гц допускаются отклонения на 25% выше среднего значения.

Общие требования к контрольным комнатам для пространственных систем звуковоспроизведения приведены в таблице.

Рис. Расстановка контрольных агрегатов для пространственной звукозаписи по системе SS 5.1

В заключение необходимо подчеркнуть, что требования к акустическим характеристикам студий и контрольных комнат все время возрастают, поскольку они в значительной степени определяют качество музыкальных и речевых программ, поступающих к многомиллионной аудитории с помощью современных средств радиовещания, звукозаписи, телевидения и мультимедиа.

ОБЪЕКТИВНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И СУБЪЕКТИВНЫЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ПОМЕЩЕНИЯ Влияние помещения на качество исполнения и восприятия музыки и речи хорошо известно любому исполнителю, лектору и слушателю. Достаточно вспомнить звучание оркестра, хора или органа в хорошем концертном зале или соборе с «прекрасной акустикой» или, наоборот, в помещениях с «плохой акустикой».



Рис. Процесс распространения звука в помещении и структура отраженных сигналов

Влияние помещения на звуковой сигнал можно рассматривать как его обработку особым пространственным фильтром. Помещение производит линейную фильтрацию сигнала, в результате которой меняется его временная структура и АЧХ (следовательно, и его тембр) -- а также баланс громкостей, пространственные характеристики и др. Следует отметить, что при обычных уровнях звукового давления (в залах с естественной акустикой) помещение можно рассматривать как линейную систему, однако, как показали последние исследования, в современных залах с мощными системами озвучивания (например, дискотеках) начинают проявляться нелинейные свойства воздушной среды, и помещение оказывает влияние на нелинейные характеристики сигнала.



Рис. а -- временная структура звукового сигнала в помещении; б -- форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)

музыкальный акустика звук

Задачи анализа акустики помещений (концертных, театральных залов и др.) включают в себя ряд взаимосвязанных проблем: исследование физических процессов формирования звуковых полей в помещениях различной формы; установление связей объективных акустических параметров с субъективными оценками слушателей; создание методов расчета и проектирования и пр. Все эти проблемы активно исследовались на протяжении длительного периода и находятся в настоящее время на разной стадии изученности.

Размещено на Allbest.ru

...