Спектр музыкального сигнала (три выпуска)

Рассказать в:

Диета для динамиков

Спектр музыкального сигнала

Какой он на самом деле?

 

Удар в бубен при воспроизведении станет ударом по пищалке. Совершенно не опасным даже при большой мощности.

А есть ли музыкальные инструменты которые воспроизводятся только пищалками? Мы поискали у себя по сусекам и нашли. Вот спектрограмма обыкновенного совершенно не академического бубна.

Здесь как раз в любой системе вся нагрузка упадет на пищалку ведь ниже 5 кГц амплитуда сигнала падает просто стремительно. А фатальными для ВЧ-излучателей обычно оказываются как раз большие уровни сигнала на относительно низких (для пищалок) частотах вблизи частоты их резонанса. Экспериментаторам на заметку: ударные ударным рознь.

Такова ситуация на верхах. А низы?

Низы не хотят

Внимательный читатель (вот вы например) заметил как интересно сложились отношения у стандартной кривой спектрального состава имени германского стандарта DIN. На нижних частотах реальность отличается от стандарта как жизнь от литературы. То есть – жестче. АЧХ реальной музыкальной деятельности гордо возвышается над скучным немецким стандартом. Но не все время а только до примерно 40 – 50 Гц. А ниже амплитуды быстро тушуется норовя спрятаться ниже отметки -20 дБ. Как же так где бунтарский дух где дикие невозможные сладостные супернизы типа там 20 герц или ладно уж 25? Да нету их в НОРМАЛЬНОЙ музыке. Нету и все. И это мы сейчас беремся доказать.

Соло на контрабасе: бас оказывается не такой уж «контра»...

Первое доказательство того что в реальных музыкальных фонограммах нет серьезных по уровню составляющих с частотами ниже 40 – 50 Гц – уже виденный вами усредненный график. Но статистика в смысле усреднение – дело родственное биржевым спекуляциям поэтому постараемся быть поконкретнее. Какой вам показать басовый инструмент записанный отдельно от других чтобы звучал прямо-таки на инфразвуке? Ну или хотя бы на границе звукового диапазона на 20 Гц? Ведь правила соревнований по автозвуку требуют равномерности АЧХ начиная с 20 Гц. Шаг вверх шаг вниз – попытка к поражению.

Вот возьмем контрабас. Смотрим внимательно на спектр частот производимых путем игры некоего талантливого чернокожего музыканта на крупнейшем басовом струнном. Смотрим и убеждаемся: при всех стараниях чернокожего таланта частот ниже 60 Гц – негусто. Максимум спектральной плотности приходится на 100 Гц по нашей классификации – типичный диапазон мидбасов. Сабвуфер при исполнении этого соло почти что в отпуске.

Спектр удара в басовый барабан: максимум амплитуды приходится на 40 Гц.

Не убеждает? Ну и правильно. Контрабас это что есть еще басовый барабан по которому либо взмокший и голый по пояс лабух либо облаченный во фрачную пару оркестрант как хрястнут и...

... и получат максимум амплитуды спектра на 40 Гц. А ниже все падает по-прежнему стремительно и к отметке 20 Гц столь священной для некоторых от звучания самого грозного басового инструмента остаются рожки да ножки.

Ну что еще вам показать? Хотите – знаменитые японские барабаны Kodo самый большой из которых весит четыре центнера? Вот спектр их звучания записанный чтобы на было разговоров самой что ни на есть компетентной в таких делах компанией – Sheffield. От нуля пишут как есть.

Результат внимательного и вдумчивого (ну мы же вас знаем не первый год) изучения спектрограммы: максимум – на 60 Гц граница информативного баса – 30 Гц. Все что ниже – мелкие дребезги.

Даже огромные японские барабаны Kodo бьют в основном в полосе 40 – 60 Гц.

Есть еще китайцы куда же без них. Они тоже еще при Желтом Предке (тамошнем Царе Горохе) придумали супербарабаны. Потом эти супербарабаны записала для своих нужд суперкомпания по супер-хай-энду Burmester. На графике слева – спектр всех этих суперов.

Кули одолели самураев существенная энергия спектра звучания их громоподобного ударного инструмента простирается до 30 Гц. Но как бы – не более (вернее не менее) того.

Довольно стукачей они надежд не оправдывают. Есть еще претенденты на басовые лавры. Вспомним впечатляющие пассажи на клавишах кафедрального органа: кого они оставляют равнодушным тому значит в детстве прививку от басов сделали...

Для остальных не привитых спектр классического исполнения токкаты ре-минор Баха произведения общепризнанно культового как в музыкальном отношении так и в звуковом (что не одно и то же это понятно).

Китайский вариант басовых барабанов. Уже ниже но те так как можно было подумать.

Токката ре-минор Баха: образец глубоко басовой записи.

Культовость как оказалось – вполне реальная и в смысле спектрального состава. Играемые кафедральным органом ноты действительно простираются до границ слышимости хотя надо признать там их амплитуда – не сногсшибательная. Мы не случайно дополнили этот график кривой стандартного спектра по «старой» схеме МЭК. В пределах ответственности стандарта (до 50 Гц) очень похоже согласитесь. Но ниже 50 Гц амплитуды вовсе не спешат падать оставаясь невеликими но заметными до инфразвуковых частот.

 


Журнал Автозвук  •  № 11 / 2000

 

Популяризованное исполнение токкаты. Мидбасов – больше суббасов – меньше а с верхними частотами – история совсем грустная.

А вот в конце тех же 60-х был такой ансамбль из Голландии под названием Ekseption. (Это не опечатка пишется именно так.) Они первыми или почти первыми начали популяризировать классические музыкальные произведения сочетая филармонические инструменты с современными для 60-х. Токката ре-минор (автор – И.С. Бах аранжировка Р. Ван ден Линден) всегда была визитной карточкой Ekseption. Спектр их визитной карточки – слева.

Забавно что на характере спектрограммы в большей степени сказались следы прогресса в деле звукозаписи за последние 30 лет нежели популяризация исполнения. Спектр на нижних частотах – более «доходчивый» чем при классическом исполнении нетрудных для прочтения простой аппаратурой мидбасов полно а серьезных низких – совсем даже не очень. А вот на верхних частотах несмотря на то что к баховской партитуре щедрой рукой герра Ван ден Линдена были добавлены ударные энергия существенно скромнее того что сейчас записывается. А уж как мы в свое время совели от линденовских тарелочек казалось – уж шире полосы записи не бывает. А она как выяснилось вот какая выше 10 кГц – слезы да и только. Ничто так не старит как годы...

Однако вернемся к басам это голландцы и ностальгия отвлекли общими усилиями. Итак первое заключение которое мы имеем право сделать: реальный музыкальный сигнал существенных составляющих ниже 30 – 40 Гц почти никогда не содержит. А раз так то и характеристики сабвуфера надо оптимизировать под реальный сигнал а не под математическую абстракцию.

В этой связи в несколько новом свете предстает столь распространенное устройство для подъема басов в усилителях – bass boost который практически всегда настроен на частоты между 40 и 45 Гц. На первый взгляд устройство – не царских кровей типа – для долбежки в ущерб музыкальности. А теперь давайте посмотрим непредвзято: подъем частот на 40 Гц означает их (относительное) ослабление на частотах ниже 40 30 и так далее. Значит если организовать АЧХ сабвуфера с разумным спадом к 40 Гц а затем приподнять АЧХ на этой отметке то есть шанс получить частотную характеристику оптимизированную по отношению к спектру реального музыкального сигнала.

В свете реального музыкального спектра распространенное устройство bass boost начинает выглядеть по-другому...

Чем плоха АЧХ сабвуфера с излишне широкой полосой пропускания? Да вот чем: очень часто (в том числе у нас в тестах) вы можете видеть частотные характеристики сабвуферов простирающиеся до самых нижних глубоко инфразвуковых частот не просто без спада амплитуды а еще и с подъемом. Такое нередко бывает например при установке в режиме free air. Как следствие такой сабвуфер будет играть не бог весть как на реально басовых частотах (выше 35 Гц). Зато начнет неуместно стараться на частотах ниже 30 Гц где музыки уже нет а возможность болтаться с большой амплитудой порождая искажения – есть.

А как же тогда с самим понятием «сабвуфер»? Ведь как следует из названия «сабвуфер» – звено акустической системы предназначенное для воспроизведения не просто низких а сверхнизких (суббасовых) частот. А есть ли они вообще в этом мире? Давайте поищем.

Такова спортивная жизнь

На соревнованиях по автозвуку возможности аудиосистемы по части суббасовых частот оцениваются по одной и той же стандартной фонограмме с судейского диска IASCA Competition. Это – запись произведения под названием «The Vikings» выполненная в музыкальном центре имени Мортона Майерсона в Далласе штат сами понимаете Техас. Чудовищного размера (как сообщается в сопроводительной брошюре) орган играющий в очень большом помещении производит величественные звуки. Спектр отражающий это величие – внизу слева.

Спору нет здесь суббасовые частоты – в изобилии. Амплитуда сигнала даже на 10 Гц более чем существенная. Система способная не напрягаясь отыграть то что записано на этой дорожке судейского диска действительно заслуживает призов и наград. Но посмотрим на все это практичным взором. Тем более что составители диска нам в этом сами помогли. На настроечном диске Setup&Test записанном в лаборатории Sheffield также по заказу IASCA есть еще два варианта «Викингов». На одном из них исходная запись подверглась процедуре «обрезания» нижних частот фильтром шестого порядка с частотой среза 50 Гц. Результат – на дорожке 27 диска IASCA Setup&Test. На следующей дорожке записано то что изъято из исходной фонограммы в результате небезболезненной процедуры.

«The Vikings»: эталонная запись для оценки суббасов на соревнованиях во всем мире.

Запись «Викингов» специально обработанная для диска Setup&Test.

Слушателю предлагается оценить насколько изменилось звучание его системы при воспроизведении нетронутой фонограммы содержащей весь спектр частот и «обрезанной». Как правило разница слышна. В большом числе случаев (не во всех но в большом числе) отфильтрованная запись звучит лучше. Но побеждают те у кого лучше звучит неотфильтрованная ведь только она содержится на судейском диске.

Многие великолепно звучащие аудиосистемы не воспроизведут того что записано на судейском диске IASCA. Правда это не записано больше нигде. Или почти нигде...

Но теперь взгляните: отфильтрованная фонограмма по своему спектральному составу на удивление близка к спектру «нормальной» (типичной ожидаемой назовите как угодно) записи. Получается что требования к «спортивной» установке и к обычной мягко говоря не совсем совпадают. С одной стороны это оправдано: судейская запись предъявляет повышенные требования к системе как полагается на соревнованиях. А с другой стороны многие великолепно звучащие аудиосистемы в таком соревновании проиграют ибо не воспроизведут того что записано на судейском диске и не записано больше нигде. Или почти нигде. Вот теперь про это «почти».
 

Назад к природе

Так что же не бывает в звукозаписи частот достойных названия суббасовых? Да нет же бывает. Только не совсем там где мы искали. Прежде всего предлагаю вам согласиться с тем что с учетом звуковых реалий сабвуфер в машине строго говоря является не «саб-» а просто «вуфером» то есть низкочастотным динамиком призванным дополнять в области низких частот малогабаритную фронтальную акустику. А сабвуфер в истинном смысле слова – атрибут домашнего театра где на него возлагаются задачи воспроизведения звуков не музыкального а природно-техногенного происхождения. Вот вам пример. «Нормальный летний дождь» вернее – нормальная летняя гроза аккуратно записанная Аланом Парсонсом для студии Telarc. Ее спектр – ниже.

Обыкновенный гром содержит суббасовых частот больше чем любая музыкальная фонограмма.

Звук реактивного истребителя пролетающего над головой и уходящего «в сторону моря». Хорошо что это не бомбардировщик а то кривая была бы только одна

По сравнению со спектром звука этого немудреного природного явления возможности музыкального центра в Далласе представляются пределом деликатности.

Естественно что когда в рамках шедевра киноискусства надо показать удар грома да так чтобы зрителя проняло (если создатели шедевра не нашли другого пути к душе зрителя) то уж тут придется сыграть и 20 Гц и 10 и сколько скажут. В природном звуке это есть остальное – дело техники. Кстати о технике. Вот летит к примеру по замыслу режиссера военный аэроплан. Реактивный. Какой звук он производит?

Посмотрите: пока самолет над головой в его шуме преобладает высокочастотный свист. А когда опасность миновала и вы смотрите дорогостоящему истребителю в критическое сечение выхлопного сопла появляются нешуточные инфранизкочастотные составляющие.

На фоне немудреного природного явления возможности музыкального центра в Далласе представляются пределом деликатности.

Увертюра 1812 года с пушками и без. Партия артиллерии делает эту запись уникальной по содержанию инфразвука.

Звуки с такими характеристиками – принадлежность природы и техники. Стало быть появляются они как правило в контексте видеоряда то есть – вне типичной автомобильной аудиосистемы. Есть однако считанные но очень эффектные исключения. Петр Ильич Чайковский в порыве вдохновения и патриотизма вписал в партитуру «Увертюры 1812 года» партию для артиллерии. Оттого-то это произведение в полной оркестровке исполняется нечасто боеприпасы в смете расходов большинства симфонических оркестров не предусмотрены. Но уж когда «Увертюра» исполняется частоты появляются знатные. Вот спектр одной из лучших существующих записей этого произведения. Половина лавров по праву – Петра Ильича а половина – студии Telarc.

До одиннадцатой минуты спектр инструментов большого энергично играющего но все же обычного симфонического оркестра тоже обычный. А когда на 11-ой минуте шарахают пушки на дымном порохе (согласно партитуре при П.И. бездымного еще не было) появляется имеющая немного равных по амплитуде добавка к спектру инфранизких частот.

Это произведение в полной оркестровке исполняется нечасто боеприпасы в смете расходов не предусмотрены.

Не случайно хорошие записи «Увертюры 1812 года» находятся на самом верху списка самых басовых компакт-дисков составленного в свое время в акустической лаборатории Оклендского университета. В таблице на обороте – первые 10 позиций этого списка.
 

Обратите внимание: специализированных «басовых» дисков в таблице мало и они далеко не возглавляют список упорядоченный по возрастанию наинизшей частоты присутствующей в записи. Первый басовый диск – на четвертом месте в таблице а тот что составил материал для SPL-фонограмм судейского диска IASCA – только на 10-м. Дело в том что «эспиэльные» диски – это как правило не про суббас это про другое.

Там же есть спектрограмма одной из эспиэльных дорожек (второй по счету) с диска IASCA Competition.

В течение первых 20 секунд львиная доля энергии сосредоточена в полосе 40 – 80 Гц. И только в течение следующих 20 с добавляются инфранизкочастотные составляющие на случай если так настроена басовая акустика. На остальных трех SPL-дорожках (первой третьей и четвертой) таких низких частот вообще нет лучше не ищите а поверьте на слово.

Вместо заключения

Специальная запись для соревнований по SPL. На каких частотах в основном соревнуются – видно невооруженным глазом.

У комара длинный нос чтобы сосать кровь у кита – усы чтобы фильтровать планктон у акулы – 12 рядов зубов чтобы лопать рыбу. Эволюция приспособила биологические виды к положенной им диете. Аудиосистемы не порождение природы или Создателя о них придется позаботиться нам с вами. Задача почетная ставящая конструктора на одну ступень с природой или Создателем. Мы в этой публикации ставили задачу снабдить читателя (если он в какой-то степени конструктор аудиосистемы) фактами а не конкретными рецептами предполагая что это уж он нам не доверит. Однако трудно удержаться от того что идет прямо в руки. Вот посмотрите: спроектировав сабвуфер так чтобы он эффективно воспроизводил частоты выше 30 Гц а ниже не воспроизводил ничего вы лишите себя возможности оценить всю полноту звучания примерно трех музыкальных произведений из сотен тысяч существующих в записи. А жизнь и себе и сабвуферу облегчите существенно.

Или другой ориентир. Если учесть реальный спектр музыкального сигнала то окажется что в многополосной системе уровень сигнала подведенного к пищалкам – самому уязвимому звену акустики от порядка разделительных фильтров зависит сильнее чем от чего бы то ни было еще. Это – реальный резерв если правильно воспользоваться. Впрочем последнее выводит нас на разговор о кроссоверах и о том что от них зависит а это разговор отдельный и непростой. В другой раз...


Журнал Автозвук  •  № 11 / 2000


Раздел: [Динамики]

Сохрани статью в:

Оставь свой комментарий или вопрос:


Наше сообщество в VK, а ты с нами? Присоединяйся!!!
Тясячи схем в категориях:
-> Прочее
-> Измерительная техника
-> Приборы
-> Схемыэлектрооборудования
-> Источники питания (прочие полезные конструкции)
-> Теоретические материалы
-> Справочные материалы
-> Устройства на микроконтроллерах
-> Зарядные устройства (для батареек)
-> Зарядные устройства (для авто)
-> Преобразователи напряжения (инверторы)
-> Все для кулера (Вентилятора)
-> Радиомикрофоны, жучки
-> Металоискатели
-> Регуляторы мощности
-> Охрана (Сигнализация)
-> Управление освещением
-> Таймеры (влажность, давление)
-> Трансиверы и радиостанции
-> Конструкции для дома
-> Конструкции простой сложности
-> Конкурс на лучшую конструкцию на микроконтроллерах
-> Конструкции средней сложности
-> Стабилизаторы
-> Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах)
-> Блоки питания (импульсные)
-> Усилители мощности высокой частоты
-> Приспособления для пайки и конструирования плат
-> Термометры
-> Борт. сеть
-> Измерительные приборы (тахометр, вольтметр итд)
-> Железо
-> Паяльники ипаяльные станции
-> Радиопередатчики
-> Вспомогательные устройства
-> Телевизионная техника
-> Регуляторы тембра, громкости
-> Блоки питания (лабораторные)
-> Усилители мощности низкой частоты (на микросхемах)
-> Другие устройства для усилителей
-> Cветовое оформление новогодней ёлки или праздничного зала
-> Глушилки
-> Телефонные жуки
-> Инфракрасная техника
-> Медицинская техника
-> Телефония
-> Для животного мира
-> Конструируем усилители
-> Антенны и усилители к ним
-> Звонки
-> Электронные игрушки
-> Усилители мощности низкой частоты (ламповые)
-> Управление двигателями (питание от однофазной сети)
-> Программаторы микроконтроллеров
-> Сверлилки
-> Изучаем микроконтроллеры
-> Радиоприемники
-> Сигнализации
-> Сотовая связь
-> USB-устройства
-> Блоки питания (трансформаторные)
-> Радиостанции простые в изготовлении
-> Источники питания (для усилителей)
-> Прочеее
-> защита от короткого замыкания (электронные предохранители)
-> Зарядные устройства (для радиостанций)
-> Мигалки
-> Cварочное оборудование
-> Кодовые электронные замки
-> Блоки питания (бестрансформаторные)
-> Часы
-> Управление поворотниками
-> Зажигание
-> Управление водой (насосы для скважин или колодцев, полив растений)
-> Моделирование
-> Блоки управления стеклоочистителями
-> Предварительные усилители
-> Защита от перегрузки и перегрева
-> Динамики
-> Ремонт бытовой техники
-> Дистанционное управление компьютером
-> Акустические микрофоны и преобразователи
-> Спутниковое ТВ
-> Gsm антенны, примочки, усилители, ретрансляторы.
-> Пищалки
-> Роботы
-> Ретрансляторы
-> Паяльники и паяльные станции
-> Звуковые сигнализаторы
-> Рули и джойстики
-> Схемы электрооборудования
-> Все для "кулера" (Вентилятора)
-> Работа с BGA микросхемами
-> Фильтры
-> Сабвуферы
Рейтинг@Mail.ru