: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 2003 : #5

114 конвенция AES в Амстердаме.
Научные результаты, часть 1
Ирина Алдошина

С 22 по 25 марта в Амстердаме прошла очередная конвенция AES. Конвенция проходила в специальном центре RAI, очень удобном комплексе зданий, специально построенном для этих целей на окраине города. Учитывая, что город по нашим меркам небольшой (меньше 700 тысяч жителей) и очень уютный, эта "окраина" находится на расстоянии 35 минут пешком от центра.

Как обычно, на конвенции работали научные секции, семинары, технические комитеты, организационные комитеты, комитеты стандартов, специальные студенческие форумы и семинары, а также большая выставка. Новыми мероприятиями были: организация специальных семинаров 22 различных фирм, например, таких, как Genelec, DPA microphones, Yamaha, Dolby, AKG и др., а также организация специальных лекций-семинаров по отдельным направлениям науки.

Активную работу, как и на предыдущих конвенциях, провел исторический комитет: на выставке был организован специальный стенд, где были показаны экспонаты первых микрофонов, громкоговорителей и усилителей. Кроме того, было прочитано несколько докладов с демонстрацией различного оборудования, из них можно отметить:

• "Измерительное оборудование былых времен", где были показаны первые образцы оборудования фирмы B&K;
• "Исторический обзор стереофонии", где была продемонстрирована различная техника звукозаписи от начала века до наших дней;
• "История механической музыки", где было рассказано и показано устройство различных механических инструментов: музыкальных ящиков, пианол и др.

"Старинная электронная музыка", - под этим понимается период 50-х годов ХХ века, когда впервые в Брюсселе был показан музыкальный проект композиторов Э. Вареза и Л. Ксенакиса вместе со световым представлением и декорациями Ле Корбюзье и П. Агостини.

Безусловно, важнейшим событием конвенции была очередная лекция, посвященная памяти Р. Хайзера. Как уже было рассказано в предыдущих статьях, на эти лекции приглашаются знаменитые ученые и инженеры. Достаточно напомнить, что на предыдущих конвенциях выступали такие легендарные специалисты, как Р. Долби, П. Брюль, М. Шредер и др.

На этот раз был приглашен не менее знаменитый ученый Йозеф Блауэрт, который выступил с лекцией "Коммуникационная акустика: аудио идет к сознанию". Профессор Блауэрт на протяжении многих лет занимается проблемами психоакустики, в том числе бинаурального слуха, акустики речи, архитектурной акустики и др., он автор 150 статей и монографий, в том числе знаменитой книги "Пространственный слух". Установленный им "критерий Блауэрта" является базой для проектирования акустических систем в мировой аудиоиндустрии. Он является основателем немецкого Акустического общества, членом государственного Совета по защите окружающей среды, профессором университета в Руре (Ruhr-Universitat Bochum) и руководителем Института коммуникационной акустики (Institute of Communication Acoustics).

Его речь была посвящена роли акустики в глобальных коммуникационных технологиях, в которых за последние 30 лет произошли громадные изменения. Основой для этого послужил значительный прогресс в создании компьютерных моделей слухового анализа и синтеза (CASA), некоторые примеры алгоритмов были показаны во время лекции, в частности, модель бинаурального пространственного слуха. Создание таких моделей позволяет извлечь наиболее значимые признаки аудиосигналов, выделяемые в процессе первичной обработки, а также в процессе символьной и смысловой обработки звуков в слуховой системе. На современном этапе стоит задача разработки мультимодальных моделей, позволяющих создавать и передавать пространственные картины окружающего мира в синтезе звука, цвета и движения.

Большое внимание AES по-прежнему уделяет работе со студентами, на этой конвенции работали такие обычные мероприятия, как студенческая ассамблея, образовательный форум, семинар по проблемам выбора работы, образовательная ярмарка, где ведущие университеты мира предлагали свои программы, конкурс звукозаписей, в котором принимала участие также студентка из Москвы Наталия Теплова. Новым направлением была работа секции студенческих стендовых докладов. Кроме того, было решено, начиная со следующей конвенции, организовать конкурс студенческих научных работ, так что у наших студентов появится возможность посылать свои научные работы и звукозаписи, тем более что для поездки студентов предусмотрено выделение стипендий (правда в ограниченном количестве, но все-таки). Я полагаю, что многие работы наших студентов по своему уровню соответствуют международным требованиям.

На этой конвенции работало 16 научных секций, всего было прочитано 134 доклада. Как мне показалось, участников из Америки было меньше, чем обычно, по-видимому, в связи с политической ситуацией.

В первый день конвенции работали три секции: "Микрофоны", "Громкоговорители" и "Психоакустика, восприятие и тесты прослушивания".

Рис.1. Устройство из двух микрофонных капсюлей с адаптивной настройкой (АДМ)

На секции "Микрофоны" было прочитано семь докладов, из них можно отметить новое направление исследований - в таких докладах, как, например, "Автоматически настраиваемые двойные микрофоны" (А. Голдин, Израиль, пр. 5715), где описывается новая технология цифровой процессорной обработки звука ADM, обеспечивающая адаптивную перестройку ширины характеристики направленности для двух тесно расположенных ненаправленных капсюлей (рисунок 1). ADM-технология обеспечивает оптимальную и варьируемую характеристику направленности в каждой час-тотной полосе. Время адаптации очень быстрое, и позволяет существенно улучшить отношение "сигнал/шум" в постоянно меняющихся окружающих условиях. Применение этой технологии позволяет избежать "эффекта близости", присущего всем направленным микрофонам, и уменьшить чувствительность к шуму ветра.

Рис.2. Характеристики направленности круговой антенны из 288 микрофонов

Несколько докладов было посвящено проблеме выбора системы микрофонов для записи в технике Surround Sound (форматы 5.1, 7.1 и др.): обычные микрофонные стереосистемы (кардиоида, гиперкардиоида, "восьмерка" и др.) не могут обеспечить нужного углового разрешения, что приводит к нежелательным перекрестным связям при записи пространственных систем. В докладе (пр. 5716) описывалась круговая антенна радиусом 1 м из 288 микрофонных капсюлей, выходные каналы которой группировались сначала в 24 канала, затем передавались в компьютерную станцию, где обрабатывались и группировались в 12 дискретных каналов воспроизведения (рисунок 2). В докладе французских ученых (пр. 5717) предлагалось рассмотреть трехмерное микрофонное устройство с последующей цифровой обработкой с использованием 24 ненаправленных капсюлей. Аналогичная задача была рассмотрена в докладе из Хельсинкского университета (пр. 5721), где предлагался метод цифровой процессорной обработки для формирования оптимальной полярной диаграммы при различных комбинациях микрофонов для пространственной звукозаписи. Очень полезные результаты были представлены в докладе представителей фирмы Nokia (Финляндия) и Университета Сэлфорд (Англия) (пр. 5718), где изучались спектры шумов, возникающих в микрофонах различной конструкции, и предлагались методы их уменьшения.

Рис.3. Распределение звукового поля в помещении от плоских излучателей типа NXT

На секции "Громкоговорители" за первые два дня конференции было сделано 13 докладов. Их анализ позволяет выделить два главных направления: оптимальное согласование АЧХ громкоговорителей с параметрами помещения при помощи цифровой процессорной обработки, и детальный анализ причин возникновения нелинейных искажений в громкоговорителях, методах их измерения и рекомендации по их снижению. К первому направлению, которое сейчас очень активно развивается (предстоящая 18 конференция английской секции AES будет почти целиком посвящена этой проблеме), относится доклад А. Гольдберга (фирма Genelec, Финляндия) "Автоматическая оптимизация частотной характеристики активных громкоговорителей в реальном времени" (пр. 5730), а также доклад Н. Харриса и М. Хоуксфорда (пр. 5732) о взаимодействии параметров плоских громкоговорителей типа NXT с параметрами помещения во временной и частотной областях. Пример распределения звукового поля в помещении при работе плоских громкоговорителей показан на рисунке 3.

Из докладов по второму направлению необходимо выделить прежде всего доклад Р. Смолла "Измерения амплитудно-модулированных искажений в громкоговорителях". (пр. 5731). Р. Смолл - всемирно известный ученый, все кто имеет отношение к аудиотехнике, знают, что такое "параметры Смолла-Тиле". Обычно он присутствует на всех секциях по громкоговорителям и слушает доклады, очевидно, отбирая некоторые, как председатель комитета AES по публикациям. За последние годы он практически никогда не выступал сам, поэтому появление его как докладчика было своего рода сенсацией конвенции, и вызвало огромный интерес. Причины, заставившие его выступить, по-видимому, связаны с тем, что на всех последних конвенциях шли оживленные дискуссии по выбору методов измерения нелинейных искажений громкоговорителей с помощью сложных многотоновых сигналов. Цель его доклада состояла в том, чтобы выявить и классифицировать основные виды амплитудно- (АМ) и частотно-модулированных (ЧМ) искажений, возникающих в громкоговорителях, и предложить методы их измерений и оценки. Если ЧМ-искажения обусловлены в основном эффектом Допплера в многополосных акустических системах, то АМ-искажения связаны с большими смещениями диафрагмы, что, в свою очередь, приводит к нелинейным смещениям подвесов и диафрагмы, а также искажениям за счет несимметричности и неоднородности магнитного поля при больших смещениях звуковой катушки и др. В докладе показано, что использование двухтонового метода измерений интермодуляционных искажений в сочетании с современной процессорной обработкой позволяет выделить и оценить вклад различных видов нелинейных искажений в общий процесс излучения многополосных акустических систем.

Рис.4. Тепловые потоки в громкоговорителях

Проблемам нелинейных искажений, порождаемых тепловыми процессами в головках громкоговорителей, и импульсных искажений, вызывающих дребезг, призвуки и др., были посвящены два доклада В. Клиппеля (пр. 5733 и 5734). Вольфганг Клиппель на всех последних конвенциях очень активно выступает с докладами на секциях, семинарах, комитетах стандартов, и демонстрирует на выставках аппаратуру своей фирмы для измерения различных видов нелинейностей в громкоговорителях. В первом из своих докладов Клиппель рассмотрел причины искажений, обусловленных тепловыми процессами в звуковой катушке, которые при больших мощностях начинают играть очень существенную роль в нелинейных процессах. Пути отвода тепла из зазора магнитной цепи показаны на рисунке 4. Во втором докладе он предложил методику оценки нелинейных искажений не только в частотной, но и во временной области, что важно при оценке таких дефектов, как дребезг и призвуки в громкоговорителях.

Из докладов этой тематики следует отметить доклад Дж. Стюарта "Выявление и диагностика субгармонических искажений в низкочастотных громкоговорителях" (пр. 5741). Причины возникновения унтертонов (гармоник порядка 1/n) в широкополосных громкоговорителях, вызванных потерей устойчивости диафрагмы, исследовались достаточно давно, однако в данной работе проанализированы причины возникновения унтертонов именно в низкочастотных громкоговорителях в зоне их резонанса. Механизм их возникновения совершенно другой, и обусловлен в первую очередь нелинейной зависимостью коэффициента электромеханической связи от смещения катушки.

Рис.5. Расчетная модель свернутого рупора

Рис.6. Расчетная модель колебаний диафрагмы

В докладе "Анализ свернутых рупоров" (А. Брайт, фирма Nokia, Финляндия, пр. 5745) применен численный метод граничных элементов для расчета структуры звуковых полей в свернутых рупорных громкоговорителях. Кроме того, показано, как с помощью полученных методов можно перейти к обычным сосредоточенным моделям рупоров, что позволяет использовать уже накопленный опыт их расчетов в инженерной практике. Расчетная модель свернутого рупора показана на рисунке 5.

Наконец, очень ценный доклад был представлен французскими учеными "Методы конечных элементов и эквивалентные электромеханические модели громкоговорителей" (пр. 5743). Действительно, уже несколько десятилетий разрабатываются способы расчета акустических систем, основанные на методах электромеханических аналогий, которые применимы в области низких частот, но в то же время в последние годы для расчета колебательных процессов в полном диапазоне частот используются численные методы. В данном докладе предложена модель перехода от точных результатов, полученных методом конечных или граничных элементов, к синтезу эквивалентных электромеханических моделей, что позволяет, наконец, связать два подхода к анализу работы громкоговорителей, до этого развивавшихся параллельно. Пример расчета колебаний диафрагмы численным методом конечных элементов (МКЭ) показан на рисунке 6.

Рис.7. Громкоговоритель с высоким BL

Рис.8. Характеристика направленности криволинейной звуковой колонки

В докладе "Громкоговорители прямого излучения с высоким ВL" (пр. 5742) показано, что применение громкоговорителей с высоким коэффициентом электромеханической связи (рисунок 7) может улучшить параметры закрытых систем (уменьшить объем, повысить эффективность и др.), в то же время для систем с фазоинвертором это может не дать существенного выигрыша из-за возникающих проблем с настройкой фазоинвертора. Наконец, в докладе Д. Кили (США, пр. 5746) приведена теория расчета нового вида криволинейных звуковых колонок, позволяющих сформировать особый вид характеристик направленности, пример приведен на рисунке 8.

В первые два дня конвенции работала секция "Психоакустика, восприятие и тесты прослушивания". Первым был сделан доклад на тему "Технология прослушивания для автомобильных звуковых систем" (Д. Кларк, США, пр. 5723). Совместный доклад английских, немецких и голландских специалистов был сделан на тему "Субъективная оценка качества телекоммуникационных систем, включая терминалы" (пр. 5724). В нем обсуждалась проблема оценки качества речи в телекоммуникационных системах. Как известно, в них используются измерительные модели PESQ (ITU рекомендации Р.862), однако эти модели позволяют оценить качество только в электрическом тракте, без учета акустических входов-выходов терминалов. В докладе представлена новая методика оценки с учетом влияния акустических преобразователей и процессорной обработки в них. Сейчас эта методика готовится к публикации как документ ITU-TSG12. В докладе "Значимость спектрального перекрещивания при множественной локализации источников" (пр. 5725) рассматривалась проблема локализации в окружающем пространстве одновременно работающих множественных источников. Механизм локализации одиночного источника известен достаточно давно, а механизмы локализации множественных источников еще недостаточно ясны, и в докладе обсуждалось влияние перекрестных связей на точность локализации.

Очень полезная работа была представлена в докладе "Разница в оценках и предпочтениях между тренированными и нетренированными слушателями при слуховых оценках громкоговорителей" (пр. 5728). На протяжении года проводились слуховые экспертизы четырех видов акустических систем со 184 нетренированными и с 12 тренированными слушателями. Результаты статистической обработки показали: хотя разброс в оценках у нетренированных слушателей выше, в среднем различия в предпочтениях тех или других АС у обеих групп слушателей совпадают. Это очень важный вывод для практики - он означает, что результаты экспертиз, полученные с помощью небольших групп тренированных экспертов, могут быть экстраполированы на большие группы населения.

Очень важный доклад "Методология слуховых тестов для оценки телефонов" (пр. 5736) был сделан специалистами фирмы Nokia. В нем дана методика организации субъективных экспертиз для оценки стереотелефонов, что очень важно для развития этого вида аппаратуры. Два доклада были посвящены качеству речи в мобильных телефонах (пр. 5737 и 5738) - очевидно, что эта тематика привлекает сейчас серьезное внимание специалистов.

Почти "вечная проблема" была рассмотрена в докладе английских специалистов "Значимость фазы как слухового признака" (пр. 5740). Развитие моделей аурализации потребовало уточнения механизмов локализации звука. Как известно, в азимутальной плоскости используется два механизма: временная и интенсивностная разности звуковых волн. Были поставлены эксперименты по оценке влияния фазовых сдвигов на точность локализации, и показано, что даже при значительных фазовых сдвигах точность локализации сохраняется достаточно высокой.

Результаты работ по созданию новых программ по распознаванию и синтезу музыки были представлены в докладе специалистов из Лондонского университета (пр. 5754). Доклад "Эффективное моделирование акустических и аудиосистем" (пр. 5756) представлял новый программный продукт Block Compiler, предназначенный для компьютерного моделирования музыкальных инструментов, речи, многомерных акустических структур, а также громкоговорителей. Кроме того, на этой же секции был представлен доклад китайских специалистов "Новый метод вычисления времени реверберации в салонах автомобиля" (пр. 5759), в котором был предложен более точный способ определения времени реверберации, основанный на численном анализе звукового поля в салоне, поскольку требования диффузности звукового поля, необходимые для расчета времени реверберации по формуле Сэбина, в салонах машин не выполняются.

Работа этой секции была продолжена в последний день конференции в форме нескольких стендовых докладов. Доклад итальянских специалистов (пр. 5835) "AQTool - автоматический инструмент для проектирования и синтеза психоакустических эквалайзеров", в котором рассматривалась новая концепция создания эквалайзеров. Как следует из доклада, старый подход, основанный на представлении их как линейки многополосных фильтров, используемых для коррекции стационарных амплитудночастотных характеристик, недостаточен для компенсации искажений, возникающих в акустическом окружении. Предлагается новый метод автоматического проектирования эквалайзеров, исходя из динамических характеристик помещения и оценок разборчивости. Этот подход был проверен в салонах ряда автомобилей и показал существенные преимущества.

Большая работа была проделана специалистами фирмы Pioneer, Япония, и представлена в докладе "Метод контроля звукового поля, основанный на объективном измерении пространственного впечатления" (пр. 5841). Были построены психологические шкалы для оценки пространственного впечатления в различных малых помещениях. Затем были получены соотношения между физическими параметрами импульсных характеристик помещения и этими шкалами. Оказалось, что наибольшая корреляция пространственного впечатления достигается с вычисленным из импульсной характеристики распределением энергии во времени и пространстве. На основе этого был создан метод контроля звукового поля, основанный на объективных измерениях, и проверен на ряде помещений.

Близкий по тематике доклад "Важность отражений при построении бинауральных импульсных характеристик" (пр. 5839) был представлен специалистами фирмы Siemens (Дания) и Harman (США). В нем исследовалась возможность, при построении компьютерных моделей помещения (аурализации), замены части бинауральной импульсной характеристики, обусловленной появлением отражений малого уровня, на более упрощенный вид сигнала, исходя из порогов маскирования слуха. Проверка этого подхода на ряде моделей показала, что можно значительно ускорить процедуру расчетов без внесения заметных слышимых искажений в сигнал.

На небольшой (шесть докладов) секции "Автомобильный звук, инструментарий и измерения" наиболее интересным, с моей точки зрения, был доклад "Системы измерения и моделирования с помощью шума и музыкальных отрывков" (М. Хоуксфорд, Университет Эссекса, Англия, пр. 5749). В нем был предложен метод измерения передаточных функций и нелинейных искажений в различных системах (усилителях, ЦАП, кодерах, громкоговорителях и др.) с использованием реальных сигналов: шума и музыки. В настоящее время почти на всех конвенциях обсуждается вопрос, на каких видах сигналов надо проводить измерения, - причем сигналы эти все время усложняются, от однотональных синусоидальных до многотональных. Поэтому логично было перейти к измерению прямо на реальных сигналах. Если предложенная методика извлечения из этих измерений информации о линейных и нелинейных искажениях окажется достаточно эффективной, то, возможно, эти методы найдут очень широкое применение.

Под руководством председателя конвенции Э. Сварте прошло заседание секции "Акустика помещения и системы звукоусиления", на которой было представлено семь докладов. Доклад американских специалистов (пр. 5760) был посвящен проблеме создания специальных поглотителей для низких частот с помощью поршневых диафрагм и резонаторов Гельмгольца. Проблема эта очень актуальна для проектирования различных помещений, в первую очередь студий звукозаписи. Анализ современных методов проектирования многопрофильных концертных залов на примере нового фестиваль-центра в Ландау был представлен немецкими специалистами.

Два доклада (пр. 5762 и 5763) голландских специалистов были посвящены проблемам объективной оценки разборчивости. В них была предложена модификация уравнения Пойтца для расчета разборчивости в залах с пространственными системами звукоусиления. Были проведены сравнения с другими известными метолами, например STI. Интересно, что оба доклада назывались оригинально: "Что померяли, то и получили" (What You Specify is What You Get). Специалист из института IRCAM (Франция) представил доклад о работах по проекту Carrouso (пр. 5764). Проект этот выполняется совместно рядом европейских стран, и направлен на создание технологий для записи, передачи и воспроизведения трехмерных звуковых пространств, интегрированных вместе с передачей визуальной информации. Для кодирования информации используются инструменты MPEG-4. Эти работы будут являться основой для создания нового поколения стандартов - MPEG-7 и др.

О докладах на остальных секциях будет рассказано во второй части этой статьи, а здесь хотелось бы остановиться на новой форме деятельности, начатой на этой конвенции: школах-семинарах, где ведущие специалисты читали лекции по отдельным направлениям аудиотехники, очень полезные как студентам, так и специалистам. Остается только пожалеть, что от них не осталось никаких письменных материалов, поскольку к семинарам не издаются препринты. Всего было организовано десять таких семинаров, из них три были посвящены микрофонной технике стерео и surround. Два из них вел Дж. Мартин (фирма Bang &Olufsen), третий - Р. Штрайхер (известный американский звукорежиссер, интервью с ним см. "Звукорежиссер", 7/2002).

На семинарах был обобщен опыт работы звукорежиссеров с микрофонами при записи в различных форматах (стерео, surround 5.1, 3/2 и др.). Специальный семинар под руководством А. Голдберга (Genelec) был посвящен вопросам выбора и расстановки контрольных акустических агрегатов при записи в различных форматах 5.1, 6.1 и 7.1. Всемирно известные звукорежиссеры (Дж. Массенбург, С. Брюс, Т. Нельсон и др.) провели лекцию-семинар по вопросам микширования при записи пространственного звука в форматах от 5.1 до 10.2. Еще два семинара были посвящены основам акустики помещения (руководитель - профессор де Врие из знаменитого Университета в Дельфте, Голландия) и принципам построения систем звукоусиления (ее провел председатель конвенции П. Сварте, Голландия).

Очень полезный семинар был посвящен проблемам потери слуха музыкантами. Ряд специалистов из Голландии и Германии рассказали об увеличивающейся опасности потери слуха среди музыкантов, работающих с большими уровнями звука, а также о современных методах защиты и реабилитации слуха.

(продолжение следует...).