: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 2003 : #7

Время, назад!
(Применение задержек в звукоусилении)
Дмитрий Сухин

С возникновением современных цифровых технологий в звукоусилении произошел качественный скачок. Появилась возможность "связать воедино пространство и время": для этой цели был разработан ещё один метод озвучивания больших и не очень больших пространств - распределенные системы. Распределенные системы существовали давно, наверное, со времен изобретения громкоговорителей, но работали не слишком хорошо, и при озвучивании закрытых помещений от них постепенно отказались. Некорректность их работы заключалась в том, что в местах пересечения диаграмм излучения отдельных громкоговорителей возникали интерференционные, фазовые и временные искажения. Попытки избавиться от этих искажений, вводя задержки, во времена аналогового звука не имели успеха. Линией задержки служил либо обычный магнитофон, либо специальное устройство, называемое амбиофоном, на основе того же принципа записи-воспроизведения на ленту. Без фазовых коррекций распределенные системы работали сносно лишь на больших открытых площадках (в парках, на стадионах), там, где прямой звук от ближайшего к конкретному слушателю громкоговорителя значительно перекрывал отражения от строений, деревьев и пр. и паразитные излучения от соседних громкоговорителей.

В бывшем СССР самой старой и, пожалуй, единственной работоспособной была распределенная система , установленная еще в 60-е годы в Кремлевском Дворце съездов. Но она была предназначена лишь для усиления и донесения до народных масс выступлений руководителей государства, и к музыке отношения не имела, хотя в этом зале периодически и устраивались концерты.

Развитие цифровых и компьютерных технологий позволяет на новом современном уровне создавать системы, способные донести до каждого слушателя качественный, разборчивый и комфортный звук.

Представим себе зал, который необходимо озвучить. Можно повесить традиционные порталы и, при необходимости, центральный кластер и в результате получить большую неравномерность по давлению и частотной характеристике. Зрители, купившие билеты на первые пять рядов, будут хорошо видеть происходящее на сцене и… плохо слышать - звук порталов пролетит мимо. Из-за отражений от стен и потолка разборчивость (при высоком уровне громкости) будет очень слабой. Зрители, сидящие в середине, получат не только приличную разборчивость (поскольку излучение порталов сфокусируется здесь), но и еще большую громкость, что не всем приятно. А что до задних рядов партера, амфитеатра и балконов - им достанется то, что осталось: сильно искаженный тембр, недостаточная разборчивость, да и громкости может быть маловато. Так всегда было и, за редким исклю-чением, есть и сейчас.

Один из выходов из этой ситуации - применение новой технологии линейных массивов. За счет незначительного угла рассеивания в вертикальной плоскости имеем намного меньше отражений от потолка, затухание с удвоением расстояния не 6, а только 3 дБ, что позволяет прямому звуку от акустических систем долетать до задних рядов. Но и здесь не все гладко. Весьма широкий угол раскрыва по горизонтали не только плюс, но и минус, поскольку отражения от боковых стен помещения становятся соизмеримыми с прямым звуком. Замкнутый круг? Нет, необходимость поиска очередного компромисса.

На помощь призовем распределенную систему, где каждая группа громкоговорителей озвучивает определенную зону. Сегодня не будем рассматривать "зонные системы", такие как, например, PEAVEY MEDIA MATRIX, зонные микшеры ALLEN & HEATH и им подобные - о них поговорим в другой раз. То, что будет описано ниже, не следует также путать и с широко распространенными системами DOLBY для кинотеатров. Цели и задачи у всех этих систем совершенно разные, хотя везде конечным звеном является акустическая система с усилителем.

Несмотря на существование очевидного решения, в нашей стране крайне мало залов с правильно построенной и настроенной системой задержек (да и с системами звукоусиления вообще). А между тем, во многих залах имеется большая часть необходимого оборудования.

Существует достаточно средств, чтобы обеспечить распространение звука так далеко, как это требуется. Проблема в том, что всякое действие имеет и свое противодействие: если звук ударится об оштукатуренную заднюю стену зала, он отразится от нее практически с тем же уровнем.

Добавление к основным акустическим системам зала линий задержки помогает решить проблему сокращения нежелательных отражений. Можно значительно уменьшить громкость основной системы, скомпенсировав недостаток ее в большинстве мест слушателей дополнительными громкоговорителями линий задержки. Цель построения систем задержки одна - расположить громкоговорители настолько близко к слушателям, насколько это возможно, удерживая, таким образом, уровень во всех акустических системах настолько низким, чтобы предотвратить отражения.

Справедливости ради следует заметить, что существует еще один способ уменьшить влияние отражений. Способ жесток как для зрителей, так и для самих выступающих, но действенен. Применяли его (да и сейчас случается) по бедности. Смысл способа в том, чтобы не предотвратить отражения, а попросту замаскировать их. Порталы располагаются как можно выше, направляются на аудиторию как можно точнее, и запускаются на максимальную мощность. Тогда, при уровне звукового давления в зале 115…120 дБ (близком к болевому порогу), отражения почти не воспринимаются слухом нормального человека. Но и сам слух долго не выдерживает: катастрофическая потеря остроты слуха - профессиональная болезнь нынешних музыкантов и звукорежиссеров…

Как правило, место, где расположена главная система, подходит для озвучивания партера и совершенно непригодно для озвучивания подбалконного пространства и самих балконов. Правильно установленные громкоговорители системы задержки пошлют звук точно на "проблемные" места, которые окажутся изолированными от главной системы. В связи с тем, что расстояние от колонок системы задержки до слушателей значительно меньше расстояния от них до главной системы, "верха" будут прорисованы значительно лучше (вспомним, что с расстоянием затухание верхних частот больше, чем средних и, особенно, низких). Главную систему в этом случае можно сделать значительно менее мощной - ей не придется покрывать большие площади. Под балконами и в других проблемных местах, где работает система задержки, прямой звук от главных систем и отражения от их излучения не будут играть существенной роли. Амплитудно-частотную характеристику системы меньше придется корежить эквалайзером, что даст ощутимую прибавку в качестве.

Рис.1

Есть несколько причин для применения линий задержки:

• озвучивание сложных по конфигурации залов;
• дополнительные системы для донесения звука на дальние расстояния (это касается также и шоу на больших открытых пространствах, стадионах, площадях);
• сложности с расстановкой звуковых планов в оперных постановках и мюзиклах;
• залы, где есть оркестровая яма.

Имеется еще пара возможностей применения систем задержек, о которых мы и не задумываемся, а жаль. Это - сложные мониторные системы и совмещение аудиообраза и визуального восприятия, происходящего на сцене.

Рассмотрим несколько вариантов.

Рис.2

Вариант 1. Длинный зал с колоннами - характерно для западных церквей и для наших Домов Культуры 30…50 годов прошлого века, их в стране десятки. Все они, как правило, прямоугольной формы с балконом и оштукатуренными стенами безо всякой акустической обработки (рисунок 1). Такой зал сложно хорошо озвучить одной портальной системой, поэтому было бы логичным применение распределенной системы, состоящей из двух-трех линий, где А - основной портал, В - подбалконная система, С - система озвучивания самого балкона. Причем, как увидим дальше, при большой глубине сцены (более 3…5 метров) целесообразно оснащать системой задержки и основной портал.

Вариант 2. Концерт на площади. Дома и другие отражающие поверхности находятся далеко и не оказывают заметного влияния на звук. Системы задержки используются для озвучивания удаленных частей заданного пространства. Рисунок 2: А - главная система, В - система задержки для достижения равномерного покрытия всей площади. Нередко для экономии места и материальных средств системы задержки размещаются либо за башней, где располагаются световые и звуковые пульты, либо непосредственно на ней. Последнее - не самое разумное решение, так как звукорежиссер вынужден находиться в поле излучения задних частей колонок, что не добавляет в его работе комфорта.

Рис.3

Рис.4

Вариант 3. Тот же концерт на площади, но здания и другие сооружения расположены близко (рисунок 3), и отражения от них создают большую неравномерность звукового поля. Результат будет удовлетворительным, если громкость основной системы А сделать достаточной лишь для покрытия центральной части площади. Системы С и D в этом случае могут быть и монофоническими, так как слушатели, находящиеся в этих местах, лишены и "визуального" стереообраза. Время задержки t1 и t3 для этих систем должно быть различным и соответствовать реальным расстояниям.

Прежде чем вернуться в зал, где репетируется очередной мюзикл, поговорим о том, что мы видим на сцене, - о соответствии аудиообраза образу визуальному. Сцена - сооружение отнюдь не двумерное: помимо ширины, высоты, имеет еще и глубину. Между тем, сплошь и рядом, при проектировании и настройке акустических систем глубина сцены не учитывается. За примерами далеко ходить не надо - достаточно заглянуть в хорошо известный ГЦКЗ "Россия", который имеет все необходимое оборудование для того, чтобы это учесть. Однако, видимо, руки не доходят. Кто работал там с живыми (подчеркиваю, живыми!) коллективами, тот знает. Настроить барабаны, не "размазав" атаку, там не получится. Разберемся, почему (рисунок 4).

Барабаны - громкий инструмент, атака которого имеет первостепенное значение. Предположим, что сцена идеально (или близко к тому) заглушена. При расположении барабанов на расстоянии более 3…5 метров от линии порталов ощутимо слышна разница во времени прихода звука от порталов и, позже, от живого инструмента. Вспомним, скорость звука 330 м/с, то есть за одну десятую секунды звук пролетает 33 м, а за одну сотую - три с лишним метра! То есть 10 метров звук пролетает за 33 миллисекунды! А теперь проведите маленький эксперимент: на любом приборе задержки, реальном или компьютерном, выставьте значение 30 миллисекунд. Подайте любой сигнал, смикшировав прямой с задержанным в пропорции один к одному, - и послушайте результат. Покрутите ручку микса до тех пор, пока задержанный сигнал не будет слышен, и увидите, что он начинает маскироваться только лишь при 15…20%. А теперь сами переведите это в децибелы, а оттуда - в отношения мощности. Вывод из этой простенькой "лабораторной работы" сделаем позже. Можно, конечно, опять же, перебить живое звучание громкостью порталов, но мы же занимаемся музыкой, а не дробим асфальт отбойным молотком.

В вышеупомянутом зале имеются линии задержки, но слышно "невооруженным ухом", что их вряд ли пытались настроить. Дальнейшее исследование показывает, что система, состоящая из нескольких кластеров (порталы нижние, порталы верхние, центральный кластер и "рампа", работающая на первые ряды партера), не настроена и сама по себе. А, между тем, все эти части системы расположены не на одной линии, что уже предопределяет появление фазовых искажений. В идеале система должна выдавать когерентную волну. (Понятие когерентности здесь весьма условно и означает совпадение фазы всех кластеров в одной точке прослушивания, например, у пульта звукорежиссера). Предположим, что система удовлетворяет этим требованиям. При помощи линий задержки можно "отодвинуть" портал и "совместить" кажущийся источник звука, выдаваемый порталом, с реальным источником, находящимся на сцене.

Первым должен достигать зрителя фронт звуковой волны от актера, от музыканта, а не от звуковой системы! Тогда, при удобоваримой громкости, можно получить отчетливую артикуляцию и неразмазанную атаку. Зал зазвучит совершенно по-другому: барабаны перестанут двоиться, струнные и духовые "фленджерить", рояль не будет казаться "вечно нестроящим", а голоса артистов приобретут давно ими забытую "полетность".

Вообще, следует заметить, что в жизни гораздо эффективнее идти не по экстенсивному пути развития, а по интенсивному. Например, не только открывать новые нефтяные место-рождения и, не выбрав и половины и упершись в несовершенство технологии, бросать их, и искать новые, а, развивая технологию, выбирать до конца имеющиеся месторождения. Применительно к нашим делам: качество звука заключается далеко не в количестве киловатт на пару ушей, но и в том, как эти киловатты размещены, в их настройке и правильном использовании. Ходят разговоры о грядущем очередном переоборудовании ГЦКЗ "Россия". В связи с этим хотелось бы обратить внимание заказчиков, а также возможных исполнителей, как раз не на киловатты, а на технологии, на настройку и умение работать! Ну, а чтобы научиться работать, назрела необходимость иметь регулярные учебные центры, для них могли бы привлекаться специалисты различного профиля, теоретики и практики, как российские, так и зарубежные. В последнее время, в связи с появлением хорошо оборудованных концертных залов, студий, зарождается возможность использовать и практико-технологический потенциал этих театрально-зрелищных предприятий.

Вернемся в "зал мюзиклов" и вновь обратимся к рисунку 4. Мюзикл и оперная постановка отличаются от простого концерта большим количеством разных музыкальных и звуковых планов. Задача звукорежиссера здесь не только простое "увеличение громкости" выступления артистов, но и создание звукового образа, который не должен противоречить визуальному восприятию. Звукорежиссеру не следует также чрезмерно увлекаться и модным нынче surround'ом - ведь действие все же происходит на сцене, а не позади зрителя. Оркестр играет в яме (это отдельная головная боль звукорежиссера), чечеточники щелкают каблуками на авансцене, солисты находятся посередине, массовка - в арьере.

Для успешного решения этого вопроса можно пойти двумя путями. Первый был использован в мюзикле "42 улица". Система звукоусиления была построена таким образом, что являлась как бы отдельным аппаратом для различных групп исполнителей (см. "Звукорежиссер" 9/2002), линии задержки стояли на входе каждой части звуковой системы и, выставляя разное время, можно было создавать разные звуковые планы и совмещать реальных исполнителей с их звуковым образом. Это было тем более необходимо, что мюзикл шел на небольшой громкости (требование американцев) и живая составляющая в звуке была велика, а, значит, был велик риск "раздвоения личности". Когда же мюзикл был снят со сцены, система была переоборудована. По требованию администрации был оставлен семиканальный вариант, а линии задержки настроены таким образом, чтобы поместить звуковой образ в центр сцены, избежав его размазывания.

Во втором варианте построения системы для музыкального спектакля можно обойтись меньшим количеством каналов акустической системы зала (2…4). Приборы задержки включаются не на входы каналов систем, а в инсерты групп пульта. Тогда, оперативно назначая на группы пульта группы исполнителей, можно добиться такого же аудиовизуального совмещения, как и в первом случае, но звукорежиссеру придется пошевелиться, и исчезает возможность сделать отдельный микс для разных частей зала. Ведь не секрет, что в идеале баланс для партера и, скажем, для балкона должен отличаться.

Приборы задержки зарубежными исполнителями используются давно. Достаточно вспомнить один из первых случаев их применения - выступления "Кронос-Квартета". Коллектив играет очень тихую, красивую, необычную музыку, использует, наряду с традиционными струнными, редко встречающиеся "водяные барабаны", но даже на небольшой сцене театра им. Моссовета расстояние в 5…7 метров становилось критичным. Один из последних удачных случаев применения задержек - концерт Дайаны Кролл в Большом зале консерватории. Линейный массив L-Acoustics не помещался целиком на сцене БЗК, низкочастотные его части пришлось ставить на некотором расстоянии от рампы в глубине сцены, при помощи прибора BSS Soundweb средне-высокочастотные акустические системы были совмещены с "низами", и весь аппарат был, в свою очередь, виртуально "поставлен" на линию музыкантов.

Некоторые замечания общего характера. Все установки задержек - это поиск компромисса во времени. Степень компромисса зависит от того, насколько далеко каждое отдельное место зрителя находится от главной системы и от ближайшей к нему (зрителю) системы задержки, где будет располагаться большинство слушателей. Имеются залы, где две трети слушателей находятся на балконах. Предоставить возможность слушателям "читать по губам" актера - огромная помощь в восприятии диалогов и в заполнении выпадений, когда зритель по каким-то причинам не уловил одно-два слова. Пульты в таких системах должны иметь большое количество матричных выходов. Значительно облегчает создание многоканальных систем появление цифровых пультов с их почти неограниченными возможностями маршрутизации сигналов.

Методы настройки. Первый, самый простой и распространенный: ставим какую-нибудь колонку (это может быть напольный монитор) на сцену, в центр предполагаемого действия или, в случае музыкального концерта, в точку предполагаемого размещения барабанов, и направляем его в зал. Необходим источник импульсных сигналов (неплохо иметь генератор импульсов от акустического фазового чекера). Подаем импульсы на монитор и одновременно через задержку на портал или на ту его часть, которую в данный момент настраиваем. Подравняв громкости монитора и настраиваемой части портала, слушаем, и, меняя задержку, (желательно в реальном времени), добиваемся слитности импульса и пропадания двоения. Таким же образом настраиваем остальные составляющие портала.

Способ второй - для тех, кто сомневается в своих ушах. Для этого надо иметь компьютер с приличной звуковой картой, обеспечивающей полнодуплексный режим с минимальным внутренним временем задержки (latency), и установленной мультитрековой программой. В программе генерируем файл импульсов с частотой примерно 0,5 Гц (один импульс в две секунды) и длиной 30…40 секунд. Создаем дорожку рядом с этим файлом, и для начала калибруем систему, подав импульсы с выхода карты на ее вход и записав их. По расхождению импульса оригинала с импульсом копии вычисляем точное время латентности для карты, которое потом будем вносить в измерения в качестве поправки.

После такой калибровки подаем сигнал с выхода карты на тот самый монитор, стоящий посередине сцены в качестве точки отсчета. Через предварительный усилитель, обеспечивающий фантомное питание (можно использовать свободный канал пульта, если он имеет direct out), подключаем измерительный микрофон к входу карты и записываем импульсы, исходящие от монитора. Конечно, это будут уже далеко не прямоугольники, а нечто невразумительное, но все же максимум амплитуды можно будет заметить. Этот файл будет нашей точкой отсчета. Далее с выхода карты подаем эти же импульсы через прибор задержки на исследуемую часть звуковой системы зала. Пишем и эти маловразумительные импульсы, находим их максимум и по временной шкале программы вычисляем необходимое время задержки. Обратите внимание, что искомая величина - это разница во времени между приходом акустического (не сгенерированного вначале!) импульса от стоящего на сцене монитора и акустического же импульса от исследуемой части системы. Выставляем найденное время на соответствующем приборе, и затем обязательно слушаем результат собственными ушами!

Подводя итог, хочется подчеркнуть, что наша цель - минимум акустических систем с минимумом всяких коррекций, в том числе и фазовых. И еще: публика, покидая театр, должна обсуждать именно шоу, а не звук!