Я читаю много бесконечных обсуждений об аудио аппаратуре: кабели, алгоритмы сжатия с потерями, без потерь, джиттер, ультразвук, проигрывание файлов из разных мест диска, сетевые кондиционеры и прочее.
Я полагаю, что причина этих дискуссий в малой слышимости разницы, не очевидной для каждого, или отсутствии разницы.
И это конец high-end?
Ниже я хочу обсудить: можем ли мы получить улучшение звучания, очевидное практически для каждого, в аудио аппаратуре будущего?
If you buy "AuI ConverteR PROduce-RD" (2023/12.x version) from 24 August 2023 to 24 October 2023, you will get free update to version 2024 (13.x) after its release.
Все, что я написал ниже, является моим личным видением перспектив аудио аппаратуры с точки зрения разработчика и потребителя аудио продукции.
Что является целью аудио аппаратуры
Когда мы говорим оз записи музыки аукстических инструментов, мы желаем получить "натуральность" воспроизведения аудио.
В этой статье "натуральный звук" - это звучание похожее на звучание в концертном зале.
В этом понимании "натуральность" - это корректность воспроизведения звучания концертного зала в комнате для прослушивания.
Однако, термин "натуральность" не столь прост, как кажется на первый взгляд.
Не существует "натурального" звучания музыкального интрумента. Есть только "натуральное" звучание системы [музыкальный инструмент + концертный зал].
Что происходит сейчас
Я считаю, что современные hi-fi/hi-end аудио устройства близки к идеалу в концепции низких искажений.
Эти устройства достигли низкого уровня искажений в передаче музыкального материала через всю систему: от микрофона до акустических систем в комнате прослушивания.
Искажения аудио аппаратуры,
при передаче музыкального материала от микрофона до комнаты прослушивания
Идеальная система должна иметь нулевые искажения: сигнал, поступающий на микрофон, должен быть воспроизведен акустической системой без искажений.
Это вопрос гармонических искажений, гладкоси и линейности различных видов характеристик.
В настоящее время даже недорогие цифровые аудио устройства обеспечивают достаточно хорошее звучание. Дорогие устройства звучат превосходно.
Есть много дискуссий: можем ли мы слышать разницу между аудио устройствами/настройками/обработками или нет? И это рождает бесконечные обсуждения.
Я писал выше "близки к идеалу" потому, что надлежаще измеренная разница для человеческого уха или достаточно мала или отсутствует. Иначе не было бы споров.
Ниже я хочу обсудить, что мы можем попытаться сделать для того, чтобы получить явные различия для всех классов аудио аппаратуры. Даже для самых лучших образцов.
Что в будущем
Посмотрите видео для лучшего понимания предмета обсуждаемого ниже:
Живой звук vs. запись
Это очень хорошее видео для иллюстрации недостатка современных аудио систем. К сожалению, я не знаю всех подробностей эксперимента.
Но, по моему личному мнению, прослушивание "живой" (не в записи) музыки пробуждает во мне похожие чувства: живой звук лучше, чем запись; живой звук более "объемен" и т.д.
Давайте посмотрим на физику процесса.
1. Звук живого исполнения
На сцене располагаются несколько всенаправленных источников звука (музыкальные инструменты). Акустические волны распространяются во бесконечном множестве направлений вокруг этих источников.
Всенаправленный источник распространяет акустические волны во всех направлениях вокруг себя
Это бесконечное количество акустических лучей отражается (bouncing) от поверхностей в концертном зале с частичным поглощением. Отраженные лучи снова переотражаются (re-bouncing) от других поверхностей в зале.
Отражение акустических лучей, исходящих от музыкальных инструментов, в концертном зале
Все эти прямые, отраженные и переотраженные лучи (волны) взаимодейтвуют друг с другом (интерферируют).
Интерференция - это сумма всех колебаний в точке прстранства (концертный зал, комната прослушивания).
Колебания распространяются вдоль лучей, как показано выше. Длины лучей различаются. Таким образом волны проходят путь от источника звука (музыкального инструмента) до точки с различными временными задержками. И волны могут взаимно усиливаться или подавляться в этой точке.
Усиление и подавление не являются предметом этой статьи. Главный вопрос - это корректная запись интерференции в некоторой точке концертного зала и идентичное воспроизведение ее в некоторой точке комнаты прослушивания.
Места расположения ушей пользователя могут быть рассмотрены в качестве этой точки.
Таким образом появляется звуковое поле в концертном зале или комнате прослушивания. Это поле разное в разных точках помещения. Потому, что лучи по-разному взаимодействуют в разных точках помещения. Точки могут располагаться в любом месте помещения в 3-х измерениях.
Как выглядит звуковое поле. Маленькие шарики двигаются акустическими волнами
2. Записанный звук
Звук живого исполнения записывается всегда с помощью микрофонов.
Существует 2 основных подхода:
1) 1 микрофон на 1 инструмент / группу инструментов / единицу ударных. Звуковое поле формируется искусственно, преимущественно в процессе сведения (микширования) или постпродакшн.
2) 2 микрофона, встроенные в модель человеческой головы (например, в виде головы манекена). Звук захватывается подобно человеческим ушам и предоставляется слушателям записи без какой-либо обработки.
Методы записи музыки: модель человеческой головы и микрофон для каждого инструмента
Далее запись излучается акустическими системами (колонками) с некоторыми искажениями, внесенными аппаратурой. Акустические системы также являются всенаправленными источниками акустических волн. Они также излучают прямые, отраженные и переотраженные лучи, которые интерферируют (взаимодействуют) друг с другом.
Таким образом, из-за акустических систем запись создает другое звуковое поле, нежели оригинальное поле при живом исполнении. Даже при корректной записи. Даже после полного устранения искажений аппаратуры.
Поэтому я считаю, что на текущем уровне развития аудио аппаратуры мы должны обсуждать скорее качество воспроизведения звукового поля, вместо традиционного качества звука, как искажений оборудования (гармонических, амплитудных и прочих).
Звуковое поле - это звуковая голограмма. Подобно оптической голограмме (3-D изображению) - электромагнитному волновому полю, которое вопринимается нашими глазами.
Вопросы реализации
Звуковая голограмма это то, что должны воспроизводить 3-D системы. Как правило, эти системы являются многоканальными.
Мы имеем несколько вопросов при реализации звуковой голограммы:
- Надлежащая запись звуковой голограммы в концертном зале;
- Воздействие отражений и переотражений на точность воспроизведения записи акустическими системами;
- Конвертирование голограммы, взятой в точке прослушивания концертного зала, в голограмму в точке ушей слушателя записи в комнате прослушивания.
Запись голограммы
Если мы хотим записать звук только в одной точке прослушивания концертного зала, мы можем использовать манекен человеческой головы с микрофонами в "ушах". Это не простая задача, как может показаться с первого взгляда. Потому, что голова является сложной системой приема акустичесих волн. Это не просто 2 изолированных микрофона, размещенных в "ушах".
Представьте, что мы смогли идеально смоделировать голову, как приемник звуковых волн. Но мы никогда не сможем этого сделать. Потому, что разные люди имеют различный "приемник акустических волн" (далее - "приемник"). Если мы сможем смоделировать приемник известных композиторов, музыкантов, опытных слушателей, мы сможем создать разные версии одного концерта (альбома) :-)
В первом приближении, я вижу приемник, как 2-хмикрофонную систему с двумя выходами. Желательно использовать микрофоны с диаграммой направленности, подобной диаграмме человеческих ушей. Хотя это и не является полной симуляцией системы слуха "живого слушателя".
Диаграмма направленности микрофона - это зависимость чувствительности микрофона от направления прихода звука в 3-хмерном пространстве.
Вопросы воспроизведения через акустические системы
Акустическая система - это источник звука со сложной диаграммой направленности. Т.е. акустическая система излучает звук с различной интенсивностью в различных направлениях. Все эти лучи отражаются и переотражаются от многих разнородных поверхностей в комнате для прослушивания.
Прямые акустические лучи от левого и правого громкоговорителя,
отраженные и переотраженные лучи смешиваются
Это искажает даже корректно записаную звуковую голограмму.
Некоторые современные системы создают виртуалные источники звука, "прорисовываемые" в пространстве комнаты прослушивания, с помощью массива акустических систем (многоканальные системы). Этот массив не имеет строго заданной структуры. Системы могут использовать разные виды массивов.
Однако, это является синтезом аудио объектов. Это не является работой со звуковой голограммой, записанной в концертном зале. Но синтез аудио объектов - это хорошее решение для электронной музыки и кино. Т.е. в тех случаях, где звуковое поле создается искусственным образом.
Я предполагаю, что это является причиной, по которой некоторые слушатели предпочитают "более простые" стерео системы.
Вопросы воспроизведения через наушники
В головных телефонах (наушниках) дуффузор работает в непосредственной близости от уха в отличие от акустических систем.
Однако, это также не идеальная система. Несмотря на близкое расстояние между ухом и диффузором, головные телефоны - это сложная акустическая система, которая также искажает звуковую голограмму. Как источник излучения там работает не только диффузор, но и чашка наушников.
Ухо - это сложная система, которая принимает звук со всех направлений. Я полагаю, что более верно обсуждать всю голову, как приемник звука. Но наушники не могут воспроизвести акустическую среду вокруг головы полностью.
Кроме этого, в концертном зале акустические волны и вибрации воздействуют на человеческое тело. Однако, это скорее зависит от музыкального жанра (классическая или танцевальная музыка, рок и т.д.). Воздействие на все тело выходит за границы возможностей наушников.
Я видел изображение колонок, разделенных акустическим экраном для уменьшения перекрестных помех между левой колонкой и правым ухом и наоборот. Однако эта мера не может помочь потому, что не решен вопрос отражений. Что ведет к искажению звуковой голограммы.
Заключение
По моему мнению, мы имеем потенциальные возможности для того, чтобы улучшить качество звука будущих устройств явным образом.
Это может быть реализованно через запись и воспроизведение звукового поля концертного зала (звуковая голограмма, 3-D звук) в комнате для прослушивания.
В настоящий момент простейший путем создания звуковой голограммы является запись звукового поля в концертном зале на месте слушателя с помощью модели головы с двумя микрофонами. Проигрывание осуществляется в наушниках.
Однако, таким образом невозможно воздействие звука на человеческое тело, включая воздействие на голову полностью.
Акустические системы пока имеют проблему отраженных и переотраженных лучей, что приводит к искажениям записанного звукового поля.
Будущие устройства воспроизведения звукового поля должны быть такими же простыми в использовании, как стерео системы.
Read more: