Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Но это мешает записывать естественную реверберацию, существующую в помещении. При записи популярной музыки также целесообразно применять многодорожечную запись, поскольку различные исполнители могут записывать свои партии в разное время. Любой из исполнителей может при необходимости записать свою партию заново, не привлекая других участников. Это не только выгодно экономически, но и дает звукооператору более широкие возможности при составлении окончательного варианта записи.
Таким образом, в популярной музыке часто вообще не бывает «исходного исполнения» как такового. Однако в небольших студиях, где чаще всего записывают подобную музыку, реверберация отсутствует или очень слаба. Многие специальные эффекты вводятся уже после того, как все исполнители запишут свои партии. Имеется не один пример, когда исполнителя поочередно записывали на ряде дорожек, а затем создавали законченное произведение, исполненное «оркестром одного музыканта».
Классическую музыку часто записывают с искусственной реверберацией. Это делается как с целью регулирования уровня реверберации, содержащейся в окончательной записи, так и для снижения фонового шума. Если расположить микрофоны в партере, то звук будет естественным, но к нему неизбежно прибавится фоновый шум, вызванный работой вентиляторов, лифтов, движением транспорта, пролетающими самолетами и (если запись делается во время концерта) людьми, находящимися в зале. Установка микрофонов на сцене снижает фоновый шум, так как громкость звука вблизи оркестра примерно на 20 децибел больше, чем в зале. Находящиеся в зале люди не только создают шум, но и оказывают влияние на реверберацию.
В пустом зале время реверберации бывает на 20 — 30% больше, чем в заполненном. Конечно, акустические условия, при которых получается «естественный» результат, существуют только во время настоящих концертов, но из-за сопутствующего шума в это время невозможно сделагь высококачественную запись. Проблема фонового шума является еще более острой при записи звука для телевизионных фильмов и кино. Съемочная аппаратура и обслуживающие съемку люди создают шум, который можно уменьшить с помощью микрофонов с узкой диаграммой направленности или производя озвучивание отснятых пленок. Кроме того, декорации часто ухудшают акустические свойства съемочной площадки.
В настоящее время применяются три метода создания искусственной реверберации: 1) акустические камеры [98~; 2) листовые ревербераторы [9б1; 3) пружинные ревербераторы [97~. Там, где возможно, для создания реверберации используется помещение с отражающими стенами, иногда заполняемое предметами нерегулярной формы. «Сухой» сигнал проигрывается через громкоговорители, размещенные в реверберирующем помещении, и звук, воспринимаемый в другой части помещения, смешивается на записи с исходным сигналом. Предметы помещают в камеру Аля того, чтобы исказить регулярную волновую структуру, характерную для прямоугольных помещений.
Если все рассчитано правильно, то акустические камеры создают удовлетворительную реверберацию. Однако характеристики камеры почти не поддаются изменению. В более распространенных системах используются механические колебания в пластинах из сплавов золота [94, 95~. Вибратор, находящийся в одной точке пластинки, возбуждает в ней колебания, а датчик, расположенный в другой точке, воспринимает акустические колебания, пришедшие к нему сквозь пластину по различным путям.
В аналогичных системах используют также неоднородные пружины. Но все эти методы не обеспечивают достаточно хорошего качсства звука. Создание подобных механических систем очен~ сложно и граничит с искусством. Оно даже приобретает некоторый оттенок колдовства, когда конструктор пытается прсодолеть резко выраженные недостатки устройств. На пружине, например, необходимо сделать нерегулярные проточки, чтобы в ней было много резонансов и возникали квазислучайные отражения. Параметры пластин, изготавливаемых из сложных и дорогих сплавов, должны выдерЖиваться с исключительной точностью.
Но даже при очень совершенной технологии производства подобные механические системы Рчень плохо работают на высоких частотах, когда из-за малой Алины волны и высокой скорости ее распространения получаются ,",".:. 6 — 359 Глава 2 очень сильное затухание сигнала и малый динамический диапазон системы. В течение последних 15 лет проводились исследования, направленные на создание электронных систем искусственной реверберации, основанных на цифровых методах.
Чтобы понять, как создаются подобные системы, следует разобраться в механизме возникновения естественной реверберации. Звуковая волна, излученная в комнате, частично отражается от всевозможных поверхностей до тех пор, пока не будет поглощена вся ее энергия. Коэффициенты отражения волны от любых поверхностей всегда меньше единицы, поэтому энергия звуковой волны уменьшается после каждого отражения. Большинство строительных материалов имеет низкую отражательную способность для волн высокой частоты, а поглощение в воздухе приводит к дополнительным потерям. При теоретическом анализе процесс реверберации полностью описывается формой эхо-сигнала или структурой импульсного отклика помещения. Весь процесс, конечно, линеен, и сцену можно рассматривать как вход, а кресло слушателя — как выход линейной системы.
Преобразование Фурье от импульсного отклика помещения является еще одним видом описания процесса реверберации. Однако детальная структура эхо-сигнала достаточно сложна и ее трудно измерить, поэтому невозможно получить исчерпывающее описание процесса реверберации. Производились попытки измерить импульсный отклик помещения, возбуждая звук искровым разрядом (фактически получался двойной щелчок) и записывая эхо-сигнал в местах расположения слушателей. Но чтобы уровень сигнала был выше уровня фонового шума, необходимо повышать мощность разряда, а это приводит к нелинейным явлениям в воздухе. Кроме того, плотность эхо-сигналов столь велика, что любые воздушные потоки и обычное затухание звука в воздухе приводят к неповторяемости результатов от измерения к измерению, а это не позволяет воспользоваться статистическими методами анализа (усреднением) результатов измерений.
Аппроксимации начальной части реверберационного процесса были получены на масштабных моделях бостонского симфонического зала [60]; вычисления, основанные на лучевом методе и проведенные на ЭВМ, дали аналогичные результаты [99]. Слуховое восприятие процесса реверберации, по-видимому, зависит не от конкретных особенностей тонкой структуры процесса, а от его общих свойств. Поэтому нужно детально моделировать не конкретный процесс реверберации, а только те его физические свойства, которые влияют на процесс слухового восприятия. Данные, описывающие восприятие реверберации, отсутствуют; есть только результаты, относящиеся к некоторым частным аспектам.
Поэтому в процессе разработки системы часто приходится делать Цифровая обработка звуковых сигналов некоторые предположения, а затем экспериментально проверять , их справедливость. Исследования в области физической акустики показывают, что средняя плотность потока эхо-сигналов в прямоугольной комнате выражается формулой где à — объем комнаты, а с — скорость звука. Для помещения неправильной формы это выражение изменяется, но имеет тот же характер, если определяющим является статистический аспект процесса.
Начальная часть эхо-сигнала определяется конкретными особенностями формы помещения. Беранек, изучавший концертные залы всего мира, отмечает [65], что во всех залах, оцениваемых экспертами на пять с плюсом, задержка между прямым звуком и первым отражением составляет от 10 до 20 мс. Такая величина задержки, по-видимому, обусловливает ощущение «интимности». Иногда реверберационные системы характеризуют величиной интервала времени, за который плотность потока эхо-сигналов достигает значения 1000 с '.
В высококачественных системах это время близко к 100 мс. Такой параметр использовался для оценки систем искусственной реверберации [100, 64], но его не применяли для предсказания акустических характеристик концертных залов. Рэтер и Мейер [101] предложили определять «чистоту» звука как отношение энергии реверберационного сигнала за начальные 50 мс к полной его энергии. В такой характеристике не учитывается структура начальной части эхо-сигнала, а вместо этого берется величина энергии, отраженной от стен и перекрытий зала в начальной части процесса.
Для нью-йоркского концертного зала Эвери Фишер-холл это отношение составило — 3 дБ [102], причем было найдено, что изменение его на несколько децибел резко изменяет акустику зала [63]. В нормальных условиях мощность процесса реверберации должна экспоненциально убывать с течением времени, В работе [107], посвященной исследованию процесса реверберации в помещениях неправильной геометрической формы, показано, что он действительно затухает экспоненциально. Однако при некоторых формах зала может наблюдаться неэкспоненциальное затухание. Время, за которое мощность процесса уменьшается до уровня — 60 дБ, называется временем реверберации Т,. Эта величина является, по всей видимости, наиболее важной характеристикой, определяющей субъективную оценку качества акустики помещения.
В соборе, например, время реверберации очень часто может доходить до 5 с, а в гостиной обычного дома оно, как правило, не превышает 1 с. По сообщению Беранека [60], в лучших кон- е Глава 2 Цифровая обработка звуковых сигналов 85 цертных залах среднее время реверберации, оцененное на средних звуковых частотах, составляло 1,9 с. Методом прослушивания, однако, было обнаружено, что ощущение объемности и время реверберации при исполнении непрерывного музыкального произведения в основном определяются затуханием звука в первые 1б0 мс [114], т. е. доминирующую роль играет начальная стадия процесса реверберации.
Следует поэтому различать слышимую реверберацию (гцпп~пд ге~егЬегапсе) и полную реверберацию (з1оррей ге~егЬегапсе). При исполнении музыкального произведения слушатель на фоне музыки может уловить только начальную (слышимую) часть процесса реверберации, соответствующего отдельной ноте. С другой стороны, если нота внезапно обрывается, то в паузе слышен весь (полный) сигнал реверберации. Анализ в частотной области (в отличие от вышеприведенных соображений, относящихся к анализу во временной области) позволяет взглянуть на процесс реверберации с других позиций, связанных с понятием окрашивания спектра музыки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
