: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 2002 : #6

112 Конвенция AES в Мюнхене. Научные результаты
Ирина Алдошина

Конвенция в Мюнхене прошла в лучших традициях AES. Это было серьезное многоплановое мероприятие: параллельно шли работы в 16 научных секциях, на которых были представлены 140 докладов; работали 18 семинаров: проходили заседания 15 технических комитетов и 21 рабочей группы комитета стандартов, а также работала выставка, где участвовало более 250 фирм. Много проводилось студенческих мероприятий, включая соревнование звукозаписей и научных работ. Были организованы технические туры и обширная культурная программа.

Однако новости заключались в организации конвенции: обычно она продолжается четыре дня, а несколько лет назад появилась традиция – основные заседания комитетов стандартов и рабочих групп начать проводить за 1-2 дня до начала работы конвенции. В этот раз, кроме комитетов стандартов, за два дня до начала был проведен специальный симпозиум по теме "Метаданные" под руководством Г. Штоля (институт радиотехники IRT в Мюнхене), на котором обсуждались вопросы современного положения, развития и стандартизации цифрового радиовещания. Очевидно, мероприятие уже не вмещается в отведенные четыре дня.

Официальное открытие конгресса прошло 10 мая и на нем была своего рода сенсация: после приветственных речей Президента AES, Председателя конвенции и других, была как обычно процедура награждения. Среди награжденных было много достойных людей, но подлинным открытием стало награждение золотой медалью "За выдающийся вклад в современную аудиотехнику" Фрица Зенхайзера, которому в этом году исполнилось 90 лет. После окончания Берлинского университета он начал в 1938 году работать в Ганноверском институте радиочастотных технологий. В 1958 году он создал фирму "Sennheiser Electronic", которая разработала всемирно известные микрофоны. Сейчас он передал управление своему сыну Йоргу, хотя продолжает регулярно приходить на фирму. Во время ответной речи Зенхайзера зал встал и аплодировал стоя, – думаю, это и есть подлинное признание заслуг конструктора.

В первый же день работы конгресса было еще одно специальное мероприятие – заседание, посвященное 20-летию компакт-диска. В 1982 году на рынке впервые появились диски, разработанные фирмой Philips и Sony, и произведенные фирмой PolyGram в Ганновере. На этом заседании обсуждались история создания CD, этапы его развития, современное состояние и дальнейшие перспективы. Как было отмечено на заседании, внедрение цифровых и оптических технологий в технику звукозаписи изменило облик бытовой электроники, и обещает революционные изменения в дальнейшем.

Прежде чем переходить к анализу работы научных секций, хочу остановиться еще на одной сенсации конгресса.

На последних нескольких конвенциях была введена новая традиция – в память о выдающемся ученом Хайзерe организованы специальные лекции, на которые приглашаются ведущие ученые. На 112 конвенции был приглашен для выступления сам Рэй Долби.

Рэй Долби

Рэй Долби – легендарная личность, имя это стало почти нарицательным. Dolby A, Dolby B, Dolby C, Dolby S, Dolby SR, Dolby E, Dolby Surround, Dolby Stereo, Dolby Pro Logic, Dolby Digital... Многие вообще удивляются, узнав, что это имя живого человека… Кстати, ему был задан вопрос: "- Используется ли Ваше имя, столь широко распространенное, с Вашего разрешения?" Он сказал, что это абсолютно неконтролируемый им процесс, и он не удивится, если его имя появится на гамбургерах.

Рэй Долби родился в Портланде (Орегон, США) в 1933 году. Закончил Стэндфордский университет в 1957 году по специальности "электроинженер". Еще будучи студентом, работал на фирме Ampex, где занимался системами звукозаписи. В 1965 году основал в Лондоне лабораторию Dolby. В 1976-м создал ее филиал в Калифорнии, где сейчас и живет. Рэй Долби является автором более 50 патентов и сотен статей по звукозаписи, подавлению шумов и др. Продукция его компании известна сейчас всему миру.

Лекция Рэя Долби называлась "Некоторые размышления о прогрессе в аудио – поиски лучшего звука за приемлемую цену" ("Some Musings on Progress in Audio – A Quest for Better Sound at Affordable Prices"). В ней на примере разработок своей фирмы он сделал обзор развития звукотехники от 100% аналоговой в 1965 году – до 80% цифровой в настоящее время. Он сказал, что такого развития событий никто не мог предвидеть – стремительное падение стоимости цифрового оборудования, возможность получить приемлемое сочетание цены, качества и удобства управления и позволили получить такой результат. На вопрос, каким он предвидит дальнейшее развитие событий, Долби ответил, что десять лет назад он не смог предсказать сегодняшнюю ситуацию, поэтому сейчас делать всякие прогнозы он не берется. Интересно, что в заключение своей речи он сказал: "Я испытываю противоречивые чувства относительно перехода от аналоговой техники к цифровой. Я понимаю, что цифровая техника дешевле, эффективнее и обладает большими возможностями, но я всегда буду испытывать ностальгию по более комфортному, более человечному и более понятному аналоговому миру".

На конгрессе работало 16 научных секций: микрофоны (4 доклада), громкоговорители (11), компьютерный и Интернет-звук (7), музыкальная акустика (9), запись, реставрация и обработка звука (8), автомобильный звук (6), история аудиотехники (5), психоакустика, восприятие и тесты прослушивания (8), аудиокодирование с низкобитовой скоростью (16), акустические системы (5), пространственная звукозапись (8), процессорная обработка (23), пространственный звук (16), измерения и инструментарий (5), аудиоэлектроника (3), акустика помещений и звукоусиление (7).

Всего был сделан 141 доклад, из них 35 из Англии,20 из Германии,13 из США,11 из Финляндии, 9 из Голландии. Остальные страны представили по 2…3 доклада (от России было заявлено 2 доклада). Анализ данных по нескольким последним конвенциям показывает, что основные центры мировой аудионауки сосредоточены прежде всего в университетах Англии, Германии, Голландии, Финляндии – несмотря на то, что идет постоянная утечка специалистов из Европы в Америку, видимо, там более прагматичный подход.

Начнем с очень интересной секции "История аудио". На ней немецкими специалистами было представлено пять докладов, и работала небольшая выставка, где были показаны первые образцы громкоговорителей, микрофонов, магнитофонов – во вполне рабочем состоянии. Доклады были посвящены следующим вопросам: Г. Хоффман "Первые громкоговорители – некоторые исторические аспекты" (рис. 1), Е. Вернер "Отдельные этапы истории микрофонов", М. Краузе "Легендарный магнитофон AEG", Е. Фолкер и др. "От первого телефона к первому микрофону" и О. Виллер "Аудио- и видеозапись без механики".

Рис 1. Первый промышленный  громкоговоритель "Радиола-100А" 1926 г.

Работа этой секции организована специальным историческим комитетом, который за последние годы проявил необычайную активность: в разных странах секции AES пишут историю развития аудиотехники в своей стране, предполагается выпуск такой антологии и создание музея. Японская секция уже представила труд "История развития аудиотехники в Японии". Пора бы и нам заняться написанием истории аудиотехники в России; во всяком случае мое сообщение, что у нас есть специальный Музей связи им. Попова, где собираются подобные материалы, был встречен с большим удивлением.

Среди 11 докладов, сделанных на секции "Громкоговорители", можно выделить доклад Вольфганга Клиппеля "Определение максимального смещения звуковой катушки" (пр. 5508). Это продолжение его работ по анализу, измерениям и созданию идентификационных моделей нелинейных искажений в громкоговорителях. В этом докладе были проанализированы существующие методы измерения максимальных смещений громкоговорителей, принятые в стандарте AES 2-1984 года. Эти данные используются при расчете акустических систем, они входят в комплект "параметров Смолла-Тиля", поэтому точность их измерений очень важна для проектирования АС.

Показано, что оценка максимальных смещений по уровню гармонических искажений в 10% недостаточна. На основе построенных зависимостей смещений громкоговорителя от уровня гармонических и интермодуляционных искажений (рис. 2) предлагается методика измерений с помощью двухтонового сигнала с соотношением частот 4:1. Фирма Клиппеля имела свой стенд на выставке, там были выставлены измерительная установка и комплект программ для оценки нелинейных искажений.

Рис. 2 Зависимость смещения звуковой катушки  от уровня нелинейных искажений

На протяжении уже нескольких лет фирма B&W (Англия) занимается разработкой цифровых громкоговорителей, то есть излучателей, где преобразование цифрового сигнала в аналоговый происходит непосредственно в самом преобразователе. В представленном на секции докладе "Технологии цифровых преобразователей – современное состояние и развитие в будущем" П. Фрайера (пр. 5518) рассматриваются две альтернативные технологии построения цифровых излучателей: решетка из маленьких преобразователей, количество которых, подключаемых в данный момент, кодирует уровень разряда, и излучатель с многосекционной катушкой (рис. 3), где площадь подключаемой катушки пропорциональна значимости разряда, – это своего рода ЦАП. Современные технологии позволяют получить уже 16-битное преобразование, правда, остаются проблемы с шумами и искажениями, но в фирме надеются, что применение современных полупроводниковых технологий позволит их решить.

Рис. 3 Цифровой излучатель  с многосекционной катушкой

Продолжаются работы на фирмах Celestion и KEF (Англия) по применению численных методов к расчету процессов преобразования в излучателях: в докладе M. Додда (пр. 5521) излагается методика расчета с помощь МКЭ тепловых полей в громкоговорителях. В докладе Дж. Панцера (пр. 5520) используется численный метод МГЭ для оценки влияния формы диафрагмы на импеданс излучения (рис. 4).

Наконец, стоит отметить интересный доклад специалистов из Франции "Геометрия корпуса акустических систем с фазоинвертором и низкочастотное звуковоспроизведение: аэродинамическое приближение" (пр. 5522). Воспроизведение низких частот, как известно, ограничивается объемом корпуса и нелинейными турбулентными шумами фазоинвертора. В докладе исследуются турбулентные потоки через фазоинвертор, и предлагается форма специальной насадки для уменьшения искажений за счет турбулентных потоков (рис. 5). Применение специальной конструкции фазоинвертора и корпуса позволило получить в акустических системах объемом 1куб. дм нижнюю частоту порядка 40 Гц.

Рис. 4 Влияние формы  диафрагмы на импеданс излучения

Интересно, что большое внимание на этом конгрессе было уделено проблемам проектирования и расчета акустических систем: работала специальная научная секция и был проведен отдельный семинар (W-12). На секции "Акустические системы" было представлено пять докладов, посвященных, в основном, расчету и оптимизации звуковых полей от распределенных излучателей (пр. 5609-5612), или сосредоточенных излучателей (пр5608), что позволяет на компьютерных моделях рассчитать форму, число громкоговорителей и фазовые соотношения между ними для получения заданных форм характеристик направленности (рис. 6).

На секции "Акустика помещений и системы звукоусиления" несколько докладов были посвящены описанию систем звукоусиления в конкретных залах, например в концертном зале в Веймаре (см. фото) (пр. 5599), один доклад из Хельсинского университета был посвящен улучшению метода мнимых источников (за счет учета дифракции на углах) для расчета структуры поля в помещении (пр. 5603). Кроме того, был представлен очень ценный доклад Питера Маппа (Англия) (пр. 5604), где дан сравнительный анализ существующих методов оценки разборчивости речи для различных систем звукоусиления в различных залах (более 80 вариантов). Было показано, что такие известные критерии, как STI, RASTI,C50,C80, имеют высокую степень корреляции друг с другом, в то же время как такой критерий, как %Alcons, оказывается мало коррелированным с другими.

Рис. 5 Турбулентный поток (а) и форма насадки (б)  на фазоинвертор для уменьшения уровня шумов

Самой большой была секция "Процессорная обработка звука" (23 доклада).

Как всегда, был большой доклад Липсица и Вандеркоя "К лучшему пониманию однобитной сигма-дельта модуляции, часть 3" – это стало уже почти традицией на последних конгрессах. (Героическая борьба двух ученых мужей с форматом DSD действительно стала уже легендой. Только вот мировая аудиоиндустрия, судя по успеху технологии DSD, никак не хочет внять этим апокалиптическим предостережениям – прим. ред.).

Ряд докладов были посвящены вопросам снижения шумов квантования, в том числе и доклад нашего соотечественника из Томска Э. Семенова (пр. 5621). Подробный анализ специальных требований к архитектуре цифровых процессоров, предназначенных для профессионального применения в аудиотехнике, и к программному обеспечению для них, был выполнен в докладе представителя фирмы Texas Instruments (США) (пр. 5622).

Рис. 6 Влияние фазовых соотношений на  характеристику направленности акустической системы

Чрезвычайно интересный доклад был представлен Ким Ханг Лау (Сингапур)(пр. 5625). "Система для гибридизации вокальной речи". Вокальная речь (пение) характеризуется такими субъективными характеристиками, как тембр, ритм, высота, темп и др., которые, в свою очередь, связаны с ее объективными параметрами: спектр, изменение фундаментальной частоты, амплитудной огибающей и др. Уже существуют компьютерные программы, позволяющие изменять многие из объективных параметров вокальной речи (сдвиг высоты, изменение спектра и др.). В докладе представлены результаты работ по созданию компьютерного комплекса, позволяющего изменять широкий круг объективных параметров вокальной речи с целью, например, изменения ее индивидуальных характеристик, или приближения ее параметров к заданному эталону. Если эта система будет активно развиваться дальше, то можно предположить, что из любого голоса можно сделать, например, голос Карузо…

Очень интересный доклад был представлен группой специалистов из университета в Салониках (Греция) (пр. 5626). В нем обсуждался алгоритм, позволяющий производить фонемное распознавание речи по выражению лица говорящего в трехмерной графике (рис. 7), что очень важно для создания мультипликационных фильмов и виртуальных телеконференций. На этой же секции был сделан доклад специалистами фирмы Philips (пр. 5627), в котором был предложен эффективный алгоритм улучшения качества звучания для очень популярного сейчас формата передачи звука МР3.

На небольшой секции "Инструментарий и измерения" (5 докладов) можно выделить очень полезное сообщение специалистов из Вроцлавского университета (Польша) (пр. 5588) о компьютерной системе автоматизации субъективных измерений разборчивости речи в различных точках помещения. Думаю, что для практики озвучивания помещений такая система очень полезна. Можно отметить также интересный доклад (пр. 5590) из Хельсинкского университета о создании специального компьютерного комплекса ARMA для анализа и моделирования мод (форм) колебаний резонансных и реверберирующих систем, который может применяться для моделирования музыкальных инструментов и различных звуковых полей в помещении.

Рис. 7 Идентификация фонем по выражению лица

На секции "Микрофоны" из четырех представленных докладов три были сделаны финскими специалистами. Один из них посвящен технике измерений с использованием параболических микрофонов (пр. 5499), второй – оценке с помощью бинауральных моделей различных технологий микрофонной записи как для совмещенных стереосистем (ХY, МS и др), так и для разнесенных (АВ и др.). В докладе было показано, что для многоканального воспроизведения ни одна из этих систем не обеспечивает достаточно хорошей локализации (пр. 5500). Наконец, в третьем докладе обсуждались принципы построения трехмерных микрофонных решеток для измерения характеристик пространственного звукового поля внутри помещения.

Очень много внимания уделяется на всех конвенциях созданию пространственных систем озвучивания и улучшению их характеристик и качества звучания в салонах автомобилей. Причем в основном эти работы проводятся итальянскими специалистами под руководством проф. A. Фарина (университет в Парме).

На этом конгрессе также работала специальная секция "Автомобильный звук" (6 докладов). Первый доклад был посвящен новой компьютерной технике моделирования головок громкоговорителей с учетом их специфики использования в автомобилях (пр. 5539), второй (пр. 5540) – влиянию шумов на восприятие качества звучания звуковых систем в автомобиле: были записаны шумы в салонах четырех типов автомобилей при разных скоростях, затем с помощью специального компьютерного моделирования были проведены специальные субъективные прослушивания для оценки степени деградации качества звучания и разборчивости речи в условиях различных шумов.

Два доклада были посвящены созданию алгоритмов и проектированию на цифровых процессорах специальных эквалайзеров для аудиосистем в салонах автомобилей (пр. 5541, 5542). Необходимо отметить, что именно в этом направлении используются самые передовые технологии, которые находят применение для моделирования структуры звуковых полей в обычных помещениях.

Два последних доклада были посвящены гашению шумов в салоне автомобиля, причем последний доклад (пр. 5544) Р. Ширмахера (Германия) представлял результаты по созданию системы активного гашения шумов (ASD), что представляет значительный интерес в различных приложениях (рис. 8).

Рис. 8 Система гашения шума в салоне автомобиля

На этой конвенции работала специальная секция "Музыкальная акустика" – такой секции не было на предыдущих конвенциях. Вообще, по классической музыкальной акустике проводятся специальные международные конгрессы (ближайший будет в Швеции в 2003 году), но здесь были представлены доклады, посвященные новым направлениям использования компьютерного моделирования, среди которых можно выделить следующие: автоматическое распознавание и выделение отдельных музыкальных инструментов из общих музыкальных звучаний, и физическое моделирование, т. е. построение компьютерных моделей механизмов звукообразования различных музыкальных инструментов (см. "Звукорежиссер", 4/1999).

По первому направлению можно выделить доклад Б. Костека и др. из Гданьского университета "Статистический анализ признаков музыкальных звуков" (пр. 5523). Были исследованы музыкальные отрывки двенадцати групп различных музыкальных инструментов, проведен статистический и корреляционный анализ их основных признаков, разработан алгоритм создания специального вектора признаков, который исследован с помощью механизма нейронных сетей, показавшего возможность успешного автоматического распознавания и классификации музыкальных инструментов. Таким образом, все больше реализуется предсказанная идея о переложении ряда функций звукорежиссера на компьютер. Этим направлением в Гданьском университете занимаются достаточно давно, результаты этих работ изложены в недавно изданной книге автора доклада.

Проблемам извлечения семантических признаков из аудиосигнала был также посвящен доклад "PCM to MIDI Transposition"(пр. 5524), в нем, кроме того, была предложена автоматическая система транскрипции реального музыкального сигнала в MIDI. В докладах специалистов из Англии (пр. 5529, 5530) также рассматривалась специальная ком- пьютерная система ICA, позволяющая разделять отдельные инструменты, голос или другие звуковые источники из общего потока – доклад назывался "Интеллектуальное разделение звуковых источников с помощью ICA".

Два доклада были посвящены алгоритмам автоматического определения высоты тона для разделенных музыкальных звучаний, т. е. в системе может реализовываться не только автоматические разделение и распознавание типов музыкальных звучаний, но и точное определение их высоты в различные моменты времени (пр. 5527, 5528). Наконец, еще два доклада были посвящены проблемам построения физических моделей фортепиано, в частности, в совместном докладе специалистов из Венгрии и Италии (пр. 5526) рассматривались проблемы построения цифровых фильтров, моделирующих колебания деки. Частотная характеристика излучаемого ею звука показана на рис. 9, что позволяет судить о степени сложности задачи.

Система автоматического распознавания и идентификации отдельных музыкальных отрывков в общем потоке радиовещательного сигнала, так называемая система "звуковых отпечатков" (audio fingerprint), была представлена в последнем докладе на этой секции(пр. 5531).

Рис. 9 АЧХ излучения деки рояля

Специальная секция была посвящена теме "Звукозапись, реставрация и цифровая обработка", ее вел Д. Шуллер (Австрийская Академия наук). Из представленных на ней 8 докладов можно, прежде всего, выделить большой обзорный доклад Г. Брод-Наннештад (Дания) "Влияние технологии звукозаписи на слушателей и исполнителей" (пр. 5533). В нем систематизируются различные факторы, влияющие на процесс создания, исполнения, записи, передачи и восприятия музыкального произведения. Музыка рождается как некоторая идея в голове композитора, но затем она трансформируется под влиянием идей дирижера, аранжировщика, звукорежиссера и др., и достигает ушей слушателей, имеющих разный слушательский опыт и привычки. В прежние годы, когда технические возможности звукозаписи и передачи звука были очень ограничены (моно, ограниченные частотный и динамический диапазоны и др.), приходилось решать задачи неискаженной передачи звука. В настоящее время несоизмеримо выросли технические возможности, открывающие новые перспективы для композитора и звукорежис-сера, значительно вырос объем знаний о параметрах и методах проектирования аппаратуры, об акустике залов, о законах слухового восприятия, появилась электронная музыка и т. д. Поэтому надо осмыслить все этапы прохождения передаваемой с помощью современных систем звукозаписи и звукопередачи музыки – от замысла композитора до ушей слушателя – и понять, какие задачи должны ставить перед собой композитор и звукорежиссер, какую информацию они должны принести к слушателю: воссоздание полной иллюзии пространства или создание каких то других слуховых ощущений. Техника, особенно цифровая, развивается так стремительно, что надо осмыслить: что же мы хотим донести до слушателя с ее помощью. Мне кажется это действительно актуальный вопрос, и требует совместных размышлений музыкантов, музыковедов и инженеров.

В какой-то степени близкая проблема была рассмотрена в докладе С. Ротшильда из университета Колорадо в Денвере (США) (пр. 5532), который был посвящен анализу техники и эстетики ранней электронной музыки, создававшейся на аналоговых устройствах в первой половине ХХ века – эти вопросы изучаются студентами в университете. Вопросы реставрации старых аналоговых записей рассматривались в докладе специалистов из Финляндии (пр. 5535), в частности был предложен новый алгоритм удаления импульсов (щелчков) и сглаживания волновой формы.

Доклад "О проблемах уровней и громкости на телевизионных и радиовещательных студиях" был представлен институтом IRF (Германия). Этот институт – один из главных разработчиков системы цифрового вещания по проекту "Эврика-DAB" (пр. 5538). Проблема существенных различий в громкости программ радиовещания давно известна. В настоящее время, когда имеются возможности параллельного использования аналоговых и цифровых сигналов в радиовещании и телевидении, эта проблема особенно актуальна. В докладе был рассмотрен разработанный в институте алгоритм решения задачи контроля и регулирования уровня громкости в реальном времени с учетом современного понимания слуховых законов восприятия . Наконец, на этой же секции был еще один доклад из Германии (пр. 5536), посвященный новому алгоритму поиска звукового материала из больших банков данных по ряду признаков, например, по последовательности нескольких первых нот.

Последняя секция, о которой я расскажу в этой части статьи (об остальных событиях конгресса будет рассказано во второй части), – это наиболее интересная для меня секция "Психоакустика, восприятие и слушательские тесты". Первые два доклада (один из Индии, другой из Финляндии – пр. 5545, 5546) были посвящены актуальной в настоящее время проблеме улучшения качества речи в мобильных телефонах, причем, судя по тому, какие современные методы и алгоритмы используются для решения этой задачи, видимо, научно-исследовательские работы хорошо финансируются фирмами-производителями.

Интересные результаты были представлены в докладе Ф. Рамсея и др. (Англия) "Субъективная оценка воспринимаемых пространственных различий в салоне автомобиля". Были представлены результаты субъективных тестов по оценке искажений стереообраза при использовании обычных стереосистем и систем Surround Sound, причем обработка результатов происходила с помощью специально разработанного графического языка (пр. 5547).

В докладе ""Иллюзии непрерывности в виртуальном слушательском пространстве" M. Келли (Англия) (пр. 5548) рассматривалась одна из самых любопытных задач в современной психоакустике – "Эффект вечеринки" (Cocktail party effect), т. е. выделение разговора конкретных людей, при определенной концентрации внимания на них, среди общего разговора. В докладе изучены различные спектральные признаки, влияющие на этот эффект.

В следующем докладе "Восприятие множественных широкополосных шумовых источников, одновременно представленных в виртуальном слуховом пространстве" (пр. 5549), на компьютерных моделях внутреннего уха изучались различные бинауральные признаки в сигналах (временные, интенсивностные, дифракционные и др.), определяющие способность слуха к их раздельному восприятию. Похожие вопросы были исследованы в докладе из Брайтоновского университета (Англия) (пр.5551), "Определение относительной иерархии слышимых признаков в конфликте", где рассматривается относительная важность различных признаков – междуушная разница во времени, фазовая и интенсивностная разности, эффект дифракции на ушной раковине, реверберация и др. – для различения множественных источников звука в помещении.

Проблеме "Связь восприятия тембра в бинауральной модели с восприятием направления при наличии нескольких источников в помещении" был посвящен совместный доклад финских и японских специалистов (пр. 5550).

Наконец, большой доклад (пр. 5552, Япония) был представлен по вопросу "Многомерное шкалирование вариаций тембра для трех моделей гитарных усилителей", в котором исследовались различные виды искажений в усилителях и их влияние на субъективно воспринимаемый тембр.

(Продолжение следует)...