Sound Reproduction by Floyd Toole©️
----------------
Флойд Тул (Floyd Toole) был научным сотрудником Национального Исследовательского Совета Канады, а в последнее время - корпоративным вице-президентом по акустической инженерии в Harman International. В данный момент Ф.Тул на пенсии и работает консультантом в Harman.
Награжден серебряной и золотой медалью Американского Общества Аудиоинженеров (AES), а также наградами за достижения от CEDIA и ALMA International.
----------------
Глава 1. Production vs Reproduction
1.1 Произведение звука: живые концерты классической музыки
У меня дома есть что-то вроде современной системы воспроизведения звука, и подобные системы были у меня всегда, которые постепенно совершенствовались с годами. Какими хорошими они ни были, есть другое музыкальное событие, начинающееся с переодевания, поездки на авто и вливание в толпу единомышленников перед входом в концертный зал. Общая визуальная атмосфера зала усиливает впечатления, но настоящее удовольствие впереди, - живой концерт классической музыки.
Я посещаю около дюжины концертных выступлений в год. Наблюдаю как слушатели занимают свои места в зале, а оркестр собирается на сцене: я испытываю приятное ощущение большого пространства. Я слышу пространство, которое вижу. Дома, к сожалению, такого не бывает. По мере того, как музыканты настраивают инструменты и отрабатывают пассажи, тембры обогащаются бесчисленными повторениями отражений, которые дают нашей слуховой системе больше возможностей для восприятия тонкостей звучания.
Я могу определить местонахождение отдельных музыкантов, и, хотя звук рождается именно в этих местах сцены, тембры в затухающей реверберации живут вокруг меня. Когда начинается музыка, все это великолепно сливается воедино: акустическое звучание зала – неотемлемая часть спектакля: богатые тембры в сочетании с обволакивающим звуковым пространством и есть кульминация события. Я нахожусь «внутри» спектакля, это сложный процесс прослушивания, который дает мне понимание, что же действительно способствует созданию привлекательного конечного аудио продукта.
Следует помнить, что живое музыкальное событие является уникальным и непостоянным. Живое выступление в зале, — это то, что творится в данный момент, и, возможно, никогда больше не повторится.
Это я называю произведением звука (sound production). 
Интересно заметить, что мы даже в разных залах и помещениях чётко определяем тембры звучания определенных инструментов и голосов солистов. Они узнаваемы вне зависимости от обстановки. Мы обладаем способностью отличать звук источника от звучания зала. Мы приспосабливаемся к акустике помещения, в котором находимся, и «вслушиваемся» в него, чтобы услышать источник звука. Бергман (1999) называет эту способность «слуховым анализом сцены».
Мы умеем отделять звуки в голове до такой степени, что способны сосредоточится на звучании одной части оркестра, заглушая (игнорируя) другие. Два уха плюс работа мозга, — это замечательная система восприятия. Если в исполнении не хватает басов, как это бывает в некоторых залах, то мы инстинктивно понимаем, что это вина зала, а не музыкантов.
В этой книге мы обсудим элементы этих слуховых событий как с точки зрения восприятия, так и с точки зрения измерений. На данный момент достаточно отметить, что воспроизведение обстановки концертного зала означает передачу как тембральных, так и пространственных элементов. Это непросто.
Достижение удовлетворительного воспроизведения (reproduction) этих характеристик частично определяется аппаратным обеспечением: электроникой, динамиками и акустикой помещения. Это параметры, которые потребители в определенной степени могут выбирать и манипулировать ими. Но самый важный вклад вносит «система»:
- количество каналов воспроизведения, расположение громкоговорителей и слушателей;
- выбор и размещение микрофонов при записи события, микширование/мастеринг при создании записи.
Если эта «система» не позволяет услышать определенные элементы музыки, то разочарование неизбежно. Данная система возникла в рамках самой аудио индустрии и внедряется профессионалами, работающими в ней. Это ключевые факторы, влияющие на наше восприятие музыкального пространства, которое сравнимо по важности с качеством тембра в наших субъективных оценках воспроизводимого звука.
Реверберация является важным ключом к пониманию природы пространства реального музыкального события. Временные задержки можно передать при помощи одноканального монофонического звука, но пространственные ощущения у слушателя в комнате будут иметь ограниченный эффект. Добавление большего количества каналов, расположенных на фронтальной линии перед креслом, позволяет сформировать музыкальную картину оркестра с ощущаемой глубиной сцены.
Есть более тонкий компонент сцены: «видимая ширина источника» звука (apparent source width, ASW), или расширение изображения, при котором звуки приобретают объёмность. Некоторые называют это «воздухом» вокруг инструментов. Двух каналов достаточно для одного слушателя, сидящего в симметрично расположенном кресле перед акустической системой, но для нескольких слушателей, или слушателя, сидящего вне симметрии, требуется добавление центрального канала, чтобы устранить искажения фантомного изображения звуковой сцены.
В хороших стереозаписях присутствует намёк на то, что вы находитесь «в пространстве», окруженном исполнителями, но более явно это проявляется в многоканальных записях, где боковые каналы обеспечивают боковые отражения с длительной задержкой, формируя расширение пространства и обволакивание звуком. Именно длительность задержек создает впечатление пространства. По мнению многих специалистов, обволакивание (envelopment) является самым важным аспектом функционирования реального концертного зала.
Каким бы хорошим ни было стерео, большее количество каналов лучше, как для одного слушателя, так и нескольких слушателей в комнате прослушивания. К сожалению, 5-ти или 7-канальные опции, которые почти повсеместно используются в кино, не принесли коммерческого успеха в музыкальной сфере, хотя они и обеспечивают более привлекательное воспроизведение.
Новые «иммерсивные» форматы, использующие ещё больше каналов, были созданы для фильмов, где обеспечивается захватывающая пространственная динамика. Проигрывание соответствующих аудиозаписей на таких системах создают, на самом деле, неотразимое впечатление реальности звучания со всеми пространственными аспектами зала или собора в комнате прослушивания.
Принцип, «два уха, два канала» подходит для наушников, но не подходит для воспроизведения через акустические системы.
Более подробно эта тема будет рассмотрена позже, в главе 15.
1.2 Произведение звука: живые концерты поп-музыки
Как бы ни была приятна классическая музыка, большая часть наших музыкальных развлечений лежит в обширной области, называемой популярной музыкой. Используемые методы записи поп-музыки также схожи, в большинстве случаев, с записями живого джаза. Большая часть того, что мы слушаем, записывается микрофонами, расположенными неестественно близко к солистам и музыкальным инструментам, или непосредственно электрически записываются без акустического пространства.
Записанная информация микшируется и обрабатывается в контрольной комнате студии звукозаписи. Весь этот «перформанс», все это искусство, - есть то, что звучит в конечном итоге в динамиках-мониторах перед режиссёром в студии во время микширования и мастеринга.
Эпоха больших и дорогих звукозаписывающих комплексов уходит в прошлое. Все больше записей делается в переоборудованных спальнях и гаражах. Широкая доступность программного обеспечения микширования и обработки звука, а также низкая стоимость мощных компьютеров, предоставили широкому кругу пользователей возможности, которые ранее были прерогативой тщательно задуманных студий звукозаписи.
Этот сдвиг парадигмы является важным фактором, расширяющим репертуар записываемой музыки, изменяющим бизнес-модель самой музыкальной индустрии и высвобождающий огромный потенциал творческой энергии, которая была раннее придавлена высокой стоимостью входа в сферу профессиональной звукозаписи. 
Сегодня известные поп-артисты отправляются в мировое турне, благодаря популярности, завоёванной изначально их студийными записями. Их живые выступления имитируют искусственные аспекты и эффекты студийной записи. Это технически стало возможным и является приемлемым, так как все их записи были, в большей степени, сотворены искусственно. Это может показаться мошенничеством, но есть действительно такие эффекты, которые невозможно воспроизвести в живом исполнении. В конце концов, главное – это «искусство», которые демонстрируется.
Причем демонстрируется оно при поддержке звукорежиссера концертного зала (front-оf- house engineer), от которого зависит качество исполнения, которое варьируется от его реальной подготовки и работы в конкретное время на концерте. Поэтому, можно утверждать, что живое музыкальное событие популярной музыки, тоже уникально в своём инженерном роде.
1.3 Воспроизведение звука в аудиоиндустрии
В определенное время, в определенном месте происходит музыкальное событие: живой концерт. Это я называю произведением (production) звука. Это исходное звуковое событие.
Воспроизведение (reproduction) звука – это, когда вы нажимает кнопку ▶️ и слушаете записанное живое событие в комнате прослушивания, в автомобиле или кинотеатре. Живой звук – это единственный эталон оценки качества воспроизведения звука.
Аудиоиндустрия – сложная отрасль, требующая тщательной стандартизации и совместимости всех воспроизводящих устройств и типов записей. Главное понять, точно ли до слушателя доходят все аспекты музыки после мастеринга и микширования?
Следует помнить, что микрофоны при записи живого концерта, улавливают только определенную часть звукового поля. Детали отсутствуют. Звукорежиссеры манипулируют в процессе сведения, пытаясь сделать запись живой, они создают и доставляют нам совершенно искусственные впечатления, что-то среднее, не до конца живое событие.
В киноиндустрии возникают вопросы, связанные с масштабами кинозалов и размерами домашних кинотеатров: как звучит запись звука в большом коммерческом зале, и как её адаптировали на диске для небольшой комнаты? Слушая музыку в наушниках, надо понимать, запись сделана с помощью акустических систем (мониторов), что принципиально отличается по качеству от специальных бинауральных записей, созданных для очень близкого расположения динамика к мембране уха. Музыка сохраняется, но пространственные представления различны. Потребители привыкли к данной ситуации, мы свыклись с пространственными искажениями.
Если сравнить количество научных работ, акустических исследований для оценки качества звучания, проведенных в разных средах, то мы увидим огромную разницу: подавляющее большинство аудио исследований проводится в концертных залах, далее (с большим отставанием) идут офисные помещения, где важен акустический комфорт, и совсем немного исследований проводится в домашних комнатах прослушивания, еще меньше в автомобилях, и на последнем месте - оценка звучания в наушниках.
А если посмотреть на количество часов прослушивания музыки в разных средах, то мы увидим абсолютно противоположную картину: больше всего часов человек слушает музыку именно дома, затем идут автомобили, чуть меньше в наушниках, и совсем мизерная часть времени тратится слушание в концертных залах.
Оценка звучания домашних сетапов отдана на откуп журналистам и инфлюэнсерам, которые часто пренебрегают измерениями, делая упор на субъективность оценочных процедур. Некоторые аудиожурналисты враждебно относятся к самой идее о том, что аудиозапись поддается научному исследованию, утверждая, что значение имеет только субъективное мнение, предпочтительно их собственное.
В субъективных мнениях нет ничего плохого. Как будет показано в этой книге, именно они позволили провести целенаправленное и продуктивное исследование того, что важно в воспроизведении звука и какими методами это следует измерять.
Субъективные мнения надо собирать в определенных условиях, в которых наблюдательный человеческий мозг лишен информации, которая может повлиять на мнение о звуке.
Тесты должны быть слепыми: слушатели не должны знать ничего о брендах, ценах, размерах и т.д. В идеале тесты должны быть двойными слепыми, чтобы у экспериментатора не было возможности повлиять на оценку. Надо все делать быстро и гладко, понимая, что память человека на звук плохая, запомнить все детали сложно.
Но когда все «слепые» аспекты теста соблюдаются, и в тестах принимает участие много людей, то субъективное постепенно становится похожим на техническое измерение. Я имею в виду, что полученная субъективная информация поддается обобщению, наблюдаются устойчивые повторения в результатах.
Именно подобной дисциплины не хватало в аудиоиндустрии, как в потребительской, так и в профессиональной сферах.
1.4 Посредники между реальностью и слушателем.
Если наша задача – создать «хороший звук», то как нам узнать, что такое «хорошо»? Попытка ответить на этот вопрос приводит нас в некоторое замешательство. Немного подумав, мы пришли к выводу, что если потребители хотят услышать то, что создали музыканты и звукорежиссеры, у них должны быть похожие колонки и помещения.
В противном случае, они услышат что-то другое. При отсутствии стандартов для мониторных громкоговорителей в комнатах звукозаписывающих студий и стандартов качества для бытовых акустических систем качество звука непредсказуемо.
Когда мы слушаем записанную музыку, мы ощущаем совокупное влияние каждого художественного решения команды звукорежиссера и воздействие каждого технического устройства в звуковой цепочке. Роль звукорежиссера и его аппаратуры, состоящей из микрофонов, эквалайзеров и большого набора алгоритмов обработки сигналов, - огромна!
То, что делается во время трекинга, микширования и мастеринга записанных сигналов, зависит от того, что слышно в диспетчерской студии. Ничего тут плохого нет, потому что то, что создается, - есть звуковое искусство. Наивно думать, что можно извлечь «чистый» звук из музыкального инструмента и воспроизвести его без потерь.
Музыкальные инструменты, особенно струнные, излучают сложные по направленности звуковые поля. Качество звука существенно варьируется в зависимости от того, где расположен микрофон (Meyer, 2009). Передать весь звук в том виде, в каком он звучит во время живого классического исполнения, просто невозможно с помощью одного или даже небольшого количества микрофонов.
В любой форме воспроизведения записи, видео или аудио, почти всегда существуют некоторые ограничения, присущие «посредникам» записи. Цель ученого – свести к минимуму эти ограничения. Цель художника, будь то изображение или звук, - обойти эти ограничения или даже использовать их своих собственных эстетических целях. Воспроизведение звука очень редко является «воссозданием звука», и есть много случаев, когда искусство (субъективность) может помочь науке (объективности) найти пути к большему удовольствию от прослушивания. Систему воспроизведения часто обвиняют в недостатках, которые, на самом деле, присущи посредникам. Ограничения и недостатки присутствуют на всех этапах событий, происходящих во время записи и прослушивания музыки (Brittain, 1953). Это было описано более 60 лет назад, и до сих пор остается правдой.
Расположение микрофона и направленность излучения музыкальных инструментов влияют на качество записи. Можно многое испортить еще до того, как звуки запишутся на носитель. Отсутствие достаточного количества отраженных звуков невозможно исправить при помощи эквалайзера и микширования. Запись живого классического исполнения в качественном зале всегда является имитацией, которая по определению отличается от оригинала (Benade, 1985).
Фундаментальное отличие популярной музыки от классической, является наличие большого количества манипуляций с поп-сигналами, которые являются частью исполнения. Единственной «реальностью» тут является финальная стадия микширования в контрольной комнате студии.
При воспроизведении записи, два канала передачи информации серьёзно ограничивают звуковые поля, которые передаются слушателю. Однако, со вкусом подобранное сведение и манипулирование сигналами, могут создать приятное сходство, которым мы все привыкли наслаждаться, даже если это не является реконструкцией реальности.
Записи – это студийное творение, а квалифицированные инженеры по звукозаписи и мастерингу – ключевые исполнители, чьи имена нужно печатать мелким шрифтом на вкладыше.
Давным-давно уважаемый звукорежиссер Джон Эргл (John Eargle, 1973) осознал последствия несоответствия между мониторными акустическими системами, которые работают в диспетчерской и домашними колонками, которые воспроизводят, то что было записано в студии.
Берья (Borja, 1977) отметил «значительные и легко слышимые» различия в качестве записываемого звука, вызванные тем, что инженерам звукозаписи приходилось компенсировать спектральные дефекты, воспроизводимые студийными мониторными динамиками. 
Он обнаружил в готовых записях частотную характеристику, обратную (скомпенсированную) частотной характеристике мониторных динамиков. Если у мониторного громковорителя был пик на определённой частоте, то в записи наблюдался соответствующий провал. Следовательно, инженер просто делал так, чтобы звук звучал правильно в студии. И это не новая проблема! Она существовала давно, и существует в настоящее время.
В интервью, опубликованном Гардинером (Gardiner, 2010), британский продюсер Алан Моулдер (Alan Moulder), рассказывая о популярных мониторных колонках Yamaha NS-10M, сказал, что «если вы ничего не предпринимаете, то они звучат как-то квадратно. Они определенно заставляют вас усердно трудится, чтобы все звучало правильно. Вам надо изменять частоты, чтобы трек звучал на уровне Hi-FI».
Итак, все дело было в некачественных динамиках, звучание которых надо было учитывать (выравнивать при микшировании) при записи треков. К чему всё это? Получается, что и слушать записанный трек нужно на колонках с аналогичным характером (вернее, дефектами) звучания.
И эти колонки настолько прижились в профессиональных студиях, что другие мониторы, с более ровной АЧХ, снабжались переключаемым эквалайзером, который, если надо, то воспроизводил все эти олдскульные характеристики вездесущего NS-10M. Таким образом, ненормальный звук снятого с производства NS-10M, возможно, уже никогда не исчезнет. Сила привычки!
По сей день в профессиональной аудиоиндустрии нет чётких стандартов, касающихся качества звучания мониторных акустических систем в студиях звукозаписи. Мониторы – это важный узел в производстве записей. Оценка звучания первичной записи, качества микрофонов и прочих устройств в тракте записи оцениваются инженером прежде всего через мониторные колонки.
Те стандарты качества, которые были ранее разработаны для студий вещания, комнат прослушивания и комнат записи треков, не отвечают уровню качества домашних акустических систем, которые сегодня продаются на рынке. Эти стандарты разрабатывались с использованием сомнительных алгоритмов измерений и критериев оценки мониторов.
Много лет назад автор участвовал в создании некоторых из этих стандартов, и может сообщить, что несоответствия были результатом не злонамеренных действий, а результатом отсутствия качественной исходной информации для эффективного процесса стандартизации звучания.
В киноиндустрии ситуация другая: тут уже давно приняты стандарты технических характеристик динамиков, которые используются для микширования звука в студиях по озвучанию кинофильмов, а также есть стандарты для акустических систем, монтируемых в кинотеатрах.
Однако, следует заметить, что данные кино-стандарты были созданы давно и требуют пересмотра в настоящее время.
Автор хочет сказать, что методы работы в аудиоиндустрии нуждаются в пересмотре и приведению их в соответствие с новыми знаниями в акустике с использованием преимуществ новых технологий.
Из-за отсутствия стандартов контроля процесса звукозаписи, фонограммы различаются по качеству звука, баланса и формированию звуковой сцены.
Доказательством сего факта может служить наличие различных демонстрационных записей для определенных аудиосистем, которые позволяют выявлять лучшие стороны сетапа. Записи же других студий могут выдать совсем не тот звук, который вы слышали в «демо режиме».
На самом деле вариации звучания различных записей можно устранить при помощи старомодных регуляторов тембра высоких и низких частот. Но, к сожалению, пуристы «высокого звука» не одобряют их использования, считая, что они каким-то образом портят звук.
В результате мы имеем большое количество аппаратов без регуляторов тембра, которые не в состоянии компенсировать часто встречающуюся нехватку или излишек баса в записях.
Представление о том, что студийные записи изначально безупречны, является серьёзным заблуждением, также как и убежденность, что качественная акустическая система отыграет на высоком уровне любую запись.
Нам следует быть более реалистичными, осознавая, что музыка из динамиков, — это не тоже самое, что живая музыка. Да, безусловно, тут есть фундаментальные сходства, но есть и существенные различия. 
Никакой волшебный провод, подставка для громкоговорителя, разъём, сетевой фильтр, или безделушка на стене не смогут «вытянуть» посредственно записанную в студии фонограмму.
1.5 Роль акустических систем и акустики помещения.
Акустические системы в комбинации с комнатами звукозаписи и домашние комнаты прослушивания играют важнейшую роль в создании трека и, далее, в его прослушивании пользователем. В этой книге будет показано, что именно громкоговорители являются самым важным элементом в прослушивании фонограмм. 
Электронные компоненты, аналоговые и цифровые, также присутствуют в сигнальных трактах, но, на самом деле, нетрудно продемонстрировать, что устройства с хорошей конструкцией (плохие компоненты не рассматриваем) оказывают влияние на воспроизведение не столь значительно, по сравнению с влиянием на звук акустических систем и акустики помещения.
ABX тестирование чётко показывает, что хорошо спроектированные усилители мощности, аудио провода и прочие участники пропуска сигнала, не являются причиной явного неприятного воспроизведения фонограммы. Разница в качестве этих элементов определяется ABX тестами на уровне статистической значимости, и дает результат типа «а есть ли разница?».
Наблюдатели могут выказать свое предпочтение, какой из тестируемых компонентов более «точен» или более реален по звучанию. Человеку свойственно думать, что любая разница в восприятии ассоциируется и оценивается как улучшение или ухудшение, и это является причиной того, что тесты А и В должны быть случайным образом сбалансированы с тестами В и А. Проведение содержательных тестов на аудирование само по себе является наукой (подробнее об этом в главе 3).
Если мы хотим установить параметр объективности в звучании громкоговорителей, что это должен быть параметр «нейтральности тембра». Акустическая система не должна ничего добавлять или убавлять в воспроизведение музыки, независимо от того, где происходит процесс восприятия: в студии звукозаписи или дома в комнате прослушивания.
Громкоговорители не должны быть частью искусства!
Традиционно колонки выбираются «на слух» субъективно. В основе этого лежит широко распространенное мнение, что «все мы слышим по-разному», поэтому выбор является личным решением. Безусловно, все мы индивидуалисты в своих предпочтениях при выборе сортов вина, песен и прочего. Но я говорю про качество звука, а но может быть разным.
На самом деле, понимание этого стало поворотным моментом в моей карьере, когда в течение 1960-х годов я провёл несколько грубых тестов на прослушивание некоторых высоко оцененных акустических систем (описано в разделе 18.1 этой книги). Они звучали очень непохоже друг на друга, и измерения в безэховой камере подтвердили большие различия.
Но в конце слепой оценки стали ясны две вещи: (1) большинство слушателей сошлись во мнении, какой образец им понравился, и (2) динамики, которые им понравились, имели самые ровные АЧХ. С тех пор ничего не изменилось, но в эту историю добавилось большое количество деталей.
Теперь мы можем определить «нейтральность», обратившись к правильному набору измерений. Громкоговорители с очень «нейтральным» звучанием доступны как профессионалам, так и потребителям, и цены у них вполне доступные.
Сложность заключается в идентификации таких продуктов, потому что производители АС часто не публикуют их полных и достоверных технических данных.
Sound Reproduction by Floyd Toole©️
