: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 2003 : #9

"В редакцию пришло письмо..."

Так когда-то в советское время начинались публицистические репортажи в газетах.
Но письмо, пришедшее в редакции в середине сентября, было посвящено статье в шестом номере за этот год и носило не столько публицистический, сколько научный характер.

Уважаемый главный редактор!

С недоумением и досадой познакомился со статьей "Измерение акустических характеристик музыкальных залов" в №6 за 2003 год в информационно-техническом журнале "Звукорежиссер". Понятно, что никто не застрахован от ошибок, неточностей и опечаток. Однако, такого количества грубых ошибок и непонимания сути явлений не приходилось встречать ни в одной из более чем тысячи статей, прочитанных мной ранее. Можно было бы не ломать копья, оставить все как есть, но 10700 экз. Вашего журнала, который читают еще большее количество читателей, в том числе молодых, заставило написать это письмо.

На стр. 40 упомянутого номера журнала имеется пространное рассуждение о пассивном (акустическом, резонансном) усилителе (выделено мной - К.Ф.) Определение пассивный усилитель в корне ошибочно, так как в течение многих десятилетий в технике под усилителем понимается устройство, служащее для усилении энергии (мощности) входных колебаний при сохранении по возможности их формы. Это усиление может происходить только за счет энергии какого-либо источника, так как закон сохранения энергии еще никем не опровергнут. То есть усилитель колебаний по своей сути является активным (требующим источника энергии) устройством. Поэтому колебательная система (акустический резонатор, колебательный контур) не является усилителем, как не является им повышающий трансформатор, с помощью которого можно также увеличить амплитуду колебаний. Увеличение громкости возбужденной щипком струны при наличии резонатора происходит за счет сокращения длительности ее звучания, пока не израсходуется начальный запас энергии возбуждения. Иными словами: без резонатора струна звучит тихо, но долго, а с резонатором - громче, но более коротко.

Авторы произвольно обращаются с понятиями "частотный спектр", "амплитудный спектр", "энергетический спектр", "спектр мощности", "частотная характеристика", "временная последовательность", "импульсный отклик". Из текста статьи следует, что отсутствует понимание смысла этих терминов. Из теории сигналов и электрических цепей известно, что передаточная функция линейной системы и ее импульсная характеристика связаны парой преобразований Фурье. Импульсная характеристика линейной системы - это нормированный отклик системы на воздействие обобщенной функции - дельта-импульса (функции Дирака), которая имеет нулевую длительность, бесконечную амплитуду и единичную площадь. Ясно, что звуковой сигнал выстрела стартового пистолета даже отдаленно к такой функции не приближается.

Далее, использованное понятие спектр мощности применимо к периодическим колебаниям, к которым упомянутый звук выстрела не относится. Для непериодических колебаний используется такая характеристика, как спектральная плотность энергии, которая является квадратом модуля спектральной плотности амплитуд отклика линейной системы.

Авторы статьи неправомочно приравняли декремент затухания b (который определяется добротностью акустических резонаторов) на стр. 42 "…тангенсу угла наклона прямой линии, огибающей значений…"( который зависит от стандартного времени реверберации помещения). После умножения p(t) на коэффициент e^bt на стр. 42 получен абсурдный результат для "импульсного отклика" зала в виде набора гармонических незатухающих колебаний, так как такому отклику соответствует бесконечная добротность зала, как акустического резонатора.

Великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев отмечал, что "…настоящая наука начинается там, где начинаются измерения". Со слова "измерение" начинается и статья, о которой идет речь. Как же обстоит дело с измерениями? Из теории сигналов и систем известно, что спектральная плотность амплитуд отклика линейной системы (в данном случае зала) определяется в виде произведения трех функций частоты: спектральной плотности амплитуд тестового сигнала (в данном случае звука выстрела), частотной характеристики чувствительности использованного микрофона и искомой частотной характеристики (передаточной функции) зала. На рис. 3 и рис.5 статьи приводятся "спектры мощности" отклика зала, о спектральной плотности амплитуд тестового сигнала (выстрела) вообще ничего не говорится, а о частотной характеристики чувствительности микрофона известно лишь то, что используется "… широкополосный динамический (?) микрофон". Таким образом, имеется одно уравнение с тремя неизвестными, которое, как известно, не имеет решения. Кроме того, для акустических измерений во всем мире используются измерительные конденсаторные микрофоны, которые имеют неравномерность частотной характеристики чувствительности в доли децибела в диапазоне частот от единиц герц до десятков килогерц. Таким образом, с точки зрения акустических измерений статья не содержит полезных результатов.

В общем случае, если использовать процедуру калибровки (предварительное измерение в заглушенном помещении или на открытом воздухе спектральной плотности амплитуд звука выстрела, преобразованного в электрический сигнал используемым микрофоном), можно обойтись и без измерительного микрофона и без дельта-импульса в качестве тестового сигнала. Единственной проблемой останется приобретение калиброванных патронов для стартового пистолета, которые бы обеспечили повторяемость спектральной плотности амплитуд выстрела с погрешностью не более 1…2 дБ.

В колонке редактора журнала "Звукорежиссер" №9 за 2001 г. Вы совершенно справедливо отмечали недостаточной подготовку "звукорежиссера", знакомого только с двумя программами Cubase и Sound Forge. Точно так же недостаточно иметь навыки работы в том же Sound Forge и MatLab, чтобы всерьез заниматься акустическими измерениями и, тем более, писать об этом статьи. В колонке редактора журнала "Звукорежиссер" №5 за 2002 г. Вы пишете "…существует мировой опыт обучения звукорежиссуре, насчитывающий уже многие десятилетия, и мировой опыт определения квалификации специалистов этой отрасли". Точно также не одно десятилетие существует мировой опыт акустических измерений и теории сигналов, который не мешало бы изучить авторам упомянутой статьи, перейдя из "писателей в читатели" хотя бы на время. Есть хороший учебник для вузов - Гоноровский И.С. "Радиотехнические цепи и сигналы", М., "Радио и связь", 1986, где на стр. 16…72 подробно рассмотрены характеристики детерминированных сигналов, а на стр. 174…202 объясняется прохождение детерминированных сигналов через линейные цепи с постоянными параметрами. Источники не новые, зато практически не содержат ошибок.

Что же касается Вашего журнала, который относится к категории информационно-технических, не мешало бы повысить требовательность к рецензентам публикуемых работ и оградить читателей журнала от дилетантов в технике и профанации научно-технических достижений.

С уважением, член-корреспондент Академии инженерных наук РФ, доктор технических наук, профессор кафедры теоретических основ радиотехники Таганрогского государственного радиотехнического университета Константин Васильевич Филатов

10 сентября 2003 года

Письмо серьезное, и проблема поднята важная. Хотя резкость в оценке личностей авторов статьи показалась чрезмерной. В любом случае нельзя было оставлять письмо без внимания.

Уважаемый Константин Васильевич!

Ваше письмо вызвало у меня некоторое недоумение, поскольку критикуемая Вами статья написана не некими дилетантами, а специалистами Московского технического института культуры, а в числе авторов - ректор этого вуза д.т.н. профессор Янин Игорь Николаевич.

Тем не менее, Ваши доводы показались мне серьезными и основательными. Я пересылаю Ваше письмо авторам. Мне самому интересно, как они отреагируют на него.

Думаю, что полемика между представителями разных школ и точек зрения, если она возникнет, вполне уместна. Возможно, в какой-то степени она может быть отражена и на страницах нашего журнала - при условии ее корректности, разумеется.

Вашему письму такой корректности в адрес оппонентов, пожалуй, недостает.

С уважением, Анатолий Вейценфельд, главный редактор журнала "Звукорежиссер"

Письмо г-на Филатова я передал авторам статьи. Через некоторое время последовал их ответ.

Главному редактору журнала "Звукорежиссер"

Уважаемый Анатолий Иванович! Направляем Вам ответ на письмо Филатова К. В.

Эмоциональное письмо Филатова К.В. во многом связано с непониманием сути поставленных авторами статьи задач по исследованию акустики помещений.

Немного истории. Радиотехника началась с создания генераторов электромагнитных затухающих колебаний, классическим примером могут служить искровые радиопередатчики. Изобретение трехэлектродной радиолампы (триода) привело к созданию и широкому распространению генераторов незатухающих электромагнитных колебаний. Потребности практики радиопередачи и радиовещания привели к построению законченной теории электрических сигналов и цепей, ориентированной на анализ периодических, главным образом, синусоидальных сигналов. Именно эта теория и является областью научных интересов автора письма.

Объектом исследований в акустике являются механические волны (звуки) конечной длительности (музыка, речь). Их взаимодействие с объемными акустическими резонаторами (помещениями, деками инструментов и др.) и составляет предмет акустики.

Описание процессов взаимодействия акустических сигналов со средой требует применения новых методов, детально не разработанных в классической теории радиотехнических сигналов и систем. Корректный спектральный анализ сигналов конечной длительности с использованием прямого преобразования Фурье требует использования различных временных окон, например окна Хемминга. В настоящее время во всем мире активно разрабатывается математическая теория для спектрального анализа сигналов конечной длительности - теория вейвлетов.

Экспериментальное нахождение собственных частот объемного резонатора является важной задачей для акустической оценки залов при проведении работ по звукозаписи. В классической книге Гоноровского И.С. по теории радиотехнических сигналов и цепей методы нахождения этих частот не обсуждаются. Интересно получить от автора письма более подробное решение данной задачи на основе классической теории радиотехнических сигналов и цепей.

Использование быстрого преобразования Фурье при обработке цифровых последовательностей позволяет рассматривать отдельные гармоники сигнала как синусоидальные колебания, к которым применимо понятие мощности. Это ясно видно из наших формул в статье. Волновая акустическая теория предсказывает дискретные спектры собственных колебаний звуковых волн в помещениях.

Именно это обстоятельство постоянно является камнем преткновения в терминологии старых специалистов, работающих с аналоговыми анализаторами спектра, и специалистов, занимающихся алгоритмами цифровой обработки сигналов.

Современное состояние проблемы обработки сигналов освещается в учебнике для ВУЗов Сергиенко А.Б. "Цифровая обработка сигналов", Санкт-Петербург, из-во "Питер", 2003 г.

Ирония автора письма по поводу использования стартового пистолета с "калиброванными патронами" не очень понятна, так как физически невозможно создать идеальное звуковое воздействие в виде дельта-функции. Даже ударная волна при взрыве имеет несколько периодов быстро затухающих колебаний. Желание автора письма получить точное решение акустической задачи с использованием передаточных функций никак не связано с нашим способом нахождения собственных частот помещения с большой амплитудой, изменяющих тембр звучания музыкальных инструментов. Гулкость зала определяется откликом зала в основном на низких частотах и для решения поставленной задачи точности предложенной нами методики вполне достаточно.

Автор письма в своем желании достичь максимальной точности измерений (абсолютной истины) забывает о цели исследований, а точность измерений сама по себе не решает конкретных задач, поставленных практикой. В этом понимании проблем мы расходимся с автором письма.

Просим передать ему благодарность за критический разбор нашей работы, предложения и замечания будут учтены в дальнейшей работе.

Если у него есть возможность, мы готовы совместно обсудить интересующие нас проблемы акустики при личной встрече.

Янин И.Н., Иванов С.А., Бабаян К.М

Вот такой обмен мнениями…
Разумеется, абсолютная истина в этом споре не родилась, и мне кажется, что тема не закрыта. Предлагаю читателям, чувствующим себя компетентными в затронутых вопросах, высказаться по существу проблем.
А пока я попросил прокомментировать эту полемику нашего постоянного автора Михаила Сергеева.

Вечные истины, непреложные факты… Волга впадает в Каспийское море - и спорить не о чем, но пользы в этой информации немного. Но нужно ли в информационно-техническом журнале "Звукорежисер" публиковать таблицу умножения? Может быть, лучше отдать предпочтение материалам полемическим или даже спорным?

К. Бабаян, С. Иванов и И. Янин, авторы статьи "Измерения акустических характеристик музыкальных залов", вызвавшего такой эмоциональный отклик доктора технических наук К. В.Филатова, прямо указали: "Статья не претендует на всеобъемлемость, а лишь представляет некоторую информацию по интересующему направлению".

Читатели сами разберутся, кто есть кто. Они обсудят, является ли справедливым утверждение "передаточная функция линейной системы и ее импульсная характеристика связаны парой преобразований Фурье", если в системе имеет место наложение нескольких сигналов, приходящих с задержкой, многократно превышающей период колебаний; оценят читатели и преимущества конденсаторных микрофонов перед динамическими. А мне бы хотелось обратить ваше внимание на другое.

Еще в 1960 году В.В. Фурдуев писал: "Теория реверберации, опирающаяся на расчет собственных и вынужденных колебаний воздушного объема… не может быть широко использована при акустическом проектировании помещений…". В книге А.Н. Качеровича, вышедшей еще раньше, в 1949 году, читаем: "К сожалению, зависимость разборчивости речи и качества звучания в каждой данной точке от совокупности физических факторов, определяющих звуковое поле в этой точке, нельзя считать окончательно установленной".

Прогресс - прогрессом, но и сегодня далеко не все ясно в этом вопросе, свидетельство тому - сотни новейших работ по архитектурной акустике (например, в 8 номере 2003 года статью И.А. Алдошиной). И процессы тут происходят довольно сложные, и влияние зала на звук едва ли можно отобразить банальными искажениями АЧХ. Да, есть нормы, есть рекомендации, и профессор Филатов цитирует химика Менделеева: "…настоящая наука начинается там, где начинаются измерения". Но пока акустика хорошего зала начинается именно там, где измерения заканчиваются.

И что же, сидеть, сложа руки? Нет! Постреляв в зале даже некалиброванными патронами и записав хоть динамическим, хоть конденсаторным микрофоном отклик зала, можно увидеть его своими глазами - информация дает пищу уму, а думать полезно всем, и звукорежиссерам в том числе.

Мне импонирует позиция К. Бабаяна, С. Иванова и И. Янина, которые нашли силы и время своими руками попробовать, что же это такое - архитектурная акустика, и написали об этом статью. Понравилась мне и рецензия К.В. Филатова, который не ограничился развешиванием ярлыков, а конкретно поправил, внес ясность.

Считаю, практикующему звукорежиссеру стоит попробовать архитектурную акустику "на зуб", благо эксперименты недороги, и все необходимое - под руками. Попробовать хотя бы для того, что бы потом, когда встанет вопрос о доведении до ума реального зала, отдать эту неблагодарную работу профессионалам, а не квази-специалистам, знакомым с предметом только по статьям в журнале.