Справочник по производителям аудиотехники в Японии Акустические системы Виниломания Проигрыватели виниловых пластинок Запись на магнитную ленту Усилители Проигрыватели компакт-дисков Измерения, расчеты, теория Средства коррекции звукового поля

  Как увлекаться аудио правильно Мои коллекции   Сделай сам Моя коллекция аудиотехники Перлы идиотов Ссылки Кабинет доврачебной помощи О сайте

О фазолинейности


К Части 2Часть 1

В 70-е годы многие производители акустических систем выпускали так называемые фазолинейные АС или, иначе, АС с линейной фазовой характеристикой (Linear Phase). Попробуем разобраться, что это такое. Начнем с общих понятий:

  • Минимально-фазовой называется система, которая при заданной АЧХ (т.е. зависимости уровня звукового давления (в дБ) от частоты) способна передать к выходу энергию, поступающую на ее вход, за кратчайшее время.
  • Фазочастотная характеристика (зависимость фазы от частоты или ФЧХ) минимально-фазовой системы называется минимально-фазовой характеристикой (МФХ) и получается путем применения преобразования Гильберта к АЧХ. Верно и обратное — АЧХ минимально-фазовой системы можно получить, применив преобразование Гильберта к МФХ.

Сама по себе МФХ не особенно интересна — гораздо интереснее так называемая избыточная ФЧХ (Excess Phase), которая представляет собой разницу между измеренной ФЧХ АС и МФХ, рассчитанной по измеренной АЧХ. Иными словами, избыточная ФЧХ (ИФЧХ) показывает тот дополнительный, избыточный фазовый сдвиг по отношению к минимально возможному для данной АС. Поэтому если АС является реально 100% минимально-фазовой, то ее ИФЧХ должна представлять собой практически прямую линию (0°). ИФЧХ, таким образом, описывает то, насколько реальная АС далека от минимально-фазовой.

А производной с обратным знаком от ИФЧХ является известное многим специалистам понятие «избыточное групповое время задерживания» (Excess Group Delay или ИГВЗ). ИГВЗ зачастую несколько проще интерпретировать, чем избыточную ФЧХ, но рассказ об этом выходит за рамки данной статьи. Если кого-то интересуют дальнейшие теоретические подробности, можно обратиться за справкой сюда.

Считается, что большинство отдельных динамиков характеризуется практически минимально-фазовым поведением, т.е. их ИФЧХ предполагается идущей вдоль отметки 0° во всей полосе частот, которую они призваны воспроизводить. В реальности дело обстоит не идеально «красиво» — никакого строгого нуля там, конечно, нет, а есть неоднородность порядка ±20°, что для реальных условий неплохо.

Однако законченные акустические системы собираются, как правило, из нескольких динамиков (кроме широкополосных АС), которые, хотя сами и являются практически минимально-фазовыми устройствами, но увязываются воедино при помощи кроссоверов, которые далеко не всегда являются такими же минимально-фазовыми. Более того, даже если сделать минимально-фазовыми и переходные фильтры, то этого все равно недостаточно — нужно еще разместить акустические центры (в дальнейшем АЦ, не путать с центром масс!) всех динамиков в одной плоскости. Именно АЦ, а не корзины динамиков, как это делается в подавляющем большинстве АС, — вот тогда можно рассчитывать на то, что вся АС как целое окажется минимально-фазовой в широкой полосе частот. Поэтому истинно минимально-фазовые многополосные АС встречаются довольно редко. Но если АС действительно таковы, то, вне зависимости от числа полос, звучать они должны так же, как хорошие широкополосники.

Это может показаться удивительным, но при разработке минимально-фазовых многополосных АС достаточно следить за одной только переходной характеристикой (ПХ), добиваясь ее идеальности путем внесения изменений в кроссоверы. Как только получится идеальная ПХ — все остальное приложится автоматически. Давно известно, что идеальная импульсная характеристика (а ПХ — лишь другая, более удобная для практической работы форма отображения импульсной характеристики) всегда дает идеальную АЧХ. Но обратное неверно — из идеальности АЧХ совершенно не следует идеальность импульсной характеристики.

Применительно к АС можно сказать, что гладкая, плоская осевая АЧХ с малой неравномерностью, снятая в безэховой камере, вообще говоря, почти ничего не говорит о том, что мы слышим, о чем я уже неоднократно писал. С другой стороны, если имеется практически идеальная ПХ, то отсюда автоматически следует, что и АЧХ будет практически идеальна. Разумеется, на той же оси, где получена идеальная ПХ.

Почти любая акустика на основе типовых конусных широкополосных динамиков (масса примеров приведена в статье О широкополосной акустике) является минимально-фазовой. Таковыми же являются электростаты от Quad — ESL-63 и ESL-969. А вот минимально-фазовую акустику с числом полос более одной целенаправленно выпускало всего несколько фирм в мире: Dunlavy, Spica, Technics, Thiel и Vandersteen.

Единичные экземпляры можно обнаружить у Bang & Olufsen — модель BeoVox M100, выпускавшаяся с 1977 по 1979 год и, что особенно удивительно, у B&W — модель DM6 1976 года выпуска.

B&W DM6 BeoVox M100

Однако первенство в создании многополосных минимально-фазовых акустических систем принадлежит концерну Matsushita Electric — инженеры подразделения Technics, занимавшегося выпуском аудиотехники для дома, начали с того, что провели исследования форм сигнала различных музыкальных устройств и голосов. Был разработан специальный метод измерений, с помощью которого можно было оценивать фактическую достоверность (можно еще сказать точность) передачи звука акустическими системами. С помощью прецизионных измерительных приборов был проанализирован целый фортепьянный концерт, произведена его запись на студийную ленту — в ходе сравнения форм «живого» сигнала с тем, что получалось на выходе различных АС, наметился путь решения проблемы достоверности звуковоспроизведения. Сразу же стало ясно, что типовая акустика принципиально не в состоянии корректно воспроизводить даже отдельные инструменты, что, среди прочего, обусловлено временными задержками в поступлении сигналов от отдельных динамиков, входящих в состав АС.

Решение было найдено после подключения к работе линии задержки BBD (Bucket Brigade Device или пожарная цепочка). С ее помощью выяснилось, что принцип монтажа корзин громкоговорителей АС в одной плоскости ошибочен. В результате длительных измерений с участием BBD за счет пространственного разнесения громкоговорителей в горизонтальной плоскости (т.е. по глубине) стало возможным размещать в одной плоскости не корзины динамиков, а акустические центры излучения, что привело к существенной линеаризации ФЧХ и, как следствие, к более высокому качеству звуковоспроизведения.

Первыми на свет появились АС SB-7000 — трехполосная акустика, представляющая собой образец минимально-фазовой системы звуковоспроизведения, которая в марте 1975 года была представлена ошеломленной публике на пресс-конференции в Токио.

Technics SB-7000 Technics SB-7000Technics SB-7000 Technics SB-7000

Подобное решение обеспечивает заметное увеличение естественности звучания, необычайно широкую стереобазу и отличную локализацию источников звука в воспроизводимом материале, что обычно поражает слушателя при прослушивании. Разумеется, в АС были применены особые переходные фильтры — минимально-фазовые. В целом, звучание SB-7000 очень напоминает звучание крупногабаритной широкополосной акустики. Кроме того, в SB-7000 установлен басовик диаметром 35см с диафрагмой, изготовленной не из бумаги, как принято думать, а из трехслойного арамида (аналога кевлара). Среднечастотник диаметром 12см на мягком подвесе изготовлен по точно такому же принципу. Пищалка сконструирована на основе постоянного магнита из стронций-ферритового сплава. Впоследствии изобретение, естественно, разошлось по всему миру.


Для того чтобы добиться от многополосных минимально-фазовых АС максимально хорошего звучания в закрытом помещении, необходимы, кроме всего прочего, подставки определенной высоты с возможностью тонкой регулировки как высоты установки, так и угла фронтального наклона АС от слушателя, поскольку для каждой минимально-фазовой АС существует не только своя собственная оптимальная высота для прослушивания (относительно ушей слушателя), но также и необходимость обеспечения идеальной «вертикали» акустических центров всех динамиков. О критичности перечисленного именно для минимально-фазовых АС писал в свое время даже главный редактор журнала Stereophile, Джон Аткинсон.

Так, например, упоминавшаяся выше акустика Bang & Olufsen BeoVox M100, фабрично комплектовалась подставками такого рода, а в руководстве пользователя содержалось подробное пояснение, как, путем fine-tuning установки АС, добиться максимально качественного звучания.

Кроме того, акустику такого рода лучше устанавливать как можно дальше от всяких отражающих поверхностей с тем, чтобы находиться в поле преимущественно прямого звука с минимальным подмешиванием переотражений.

В реальных жилых комнатах этого в большей или меньшей степени можно добиться путем установки АС у длинных стен как можно дальше от углов. И, конечно, сидеть желательно поближе (в разумных пределах). Это связано с тем, что минимально-фазовое поведение обеспечивается (и то при условии надлежащей «настройки») лишь в узком фронтальном пучке, а в боковом излучении оно сильно деградирует, либо полностью утрачивается. Так что прибивать голову к месту необязательно, но подойти к вопросу со всем тщанием, безусловно, стоит.

Technics SB-RX50Здесь же будет уместно заметить, что многие люди наивно полагают, что если акустика — коаксиальной конструкции, это автоматически превращает ее в, якобы, точечный излучатель или некое подобие широкополосника. Должен разочаровать — коаксиальность конструкции не является гарантией минимально-фазовой системы.

Как ты думаешь, где у данной АС расположен АЦ пищалки? Не отгадаешь — примерно в сантиметре перед акустической линзой! Хотя сама диафрагма пищалки находится примерно в сантиметре за ней. А где находится АЦ СЧ/НЧ? Кажется, что должен быть где-то на плоскости диафрагмы? Опять не угадал — он находится в 7см в глубине (от лицевой поверхности АС).

Technics SB-X500A Или другой яркий пример — справа. Обрати внимание: все диффузоры плоские, и все их корзины находятся в одной плоскости. А система даже близко не является минимально-фазовой.

Tannoy KensingtonИли еще (слева) — вот в этом случае АЦ обеих головок практически совпадают (разница не превышает 5мм) и находятся на глубине примерно 10см от устья ВЧ-рупора.

Если тебя интересует, откуда это известно, то все это определяется специальными измерениями, которые можно провести с помощью MLSSA.

Technics SB-X5 А теперь чуть сложнее. Минимально-фазовая трехполосная АС, микрофон находится на уровне пищалки (т.е. на главной оси) на расстоянии строго 120см от лицевой поверхности АС. Динамики расположены вертикально, обычно. Но с различным утапливанием по глубине (относительно фронтальной поверхности). Проводятся акустические измерения расстояний до каждого из трех АЦ от капсюля микрофона. Получаются расстояния: 127.5 (ВЧ), 128.6 (СЧ) и 130.6 (НЧ) сантиметров соответственно. Расстояние по вертикали между физическими центрами ВЧ- и СЧ-динамиков — 15см, между центрами ВЧ- и НЧ-динамиков — 30см. Вопрос на засыпку: как расположены различные АЦ в данной АС?

Правильный ответ: практически в одной плоскости (погрешность ±3мм)! А сама эта плоскость — на глубине примерно 7.5см от фронтальной поверхности АС.


Часть 2

С одной стороны, человек практически нечувствителен к фазовым искажениям, особенно если фаза меняется плавно. С другой стороны, звучание АС с линейной фазовой характеристикой заметно отличается от звучания обычных АС в тех же самых условиях, причем в лучшую сторону, т.е. в отличие от подавляющего большинства уловок и приманок в сфере аудио, эффект от фазолинейности — не плод воображения. Насколько этот эффект велик — это уже другой вопрос, но он реально существует. Как уже говорилось выше, АС с линейной фазовой характеристикой, прежде всего, увеличивают естественность звучания (что особенно хорошо слышно при воспроизведении живых, а не электронных инструментов), а также улучшают стереобазу и локализацию в целом.

Довольно любопытным является то, что подобные особенности звучания (в той или иной степени) можно получить не только от АС, которые специально проектировались как фазолинейные, но и от некоторых других, при создании которых ни о чем таком и не думали. Соответственно этому возникает вопрос: почему некоторые нефазолинейные АС звучат как фазолинейные, а большинство других — нет?

Вот пример МФХ типовой двухполосной АС (ProAC Studio 100) — такими МФХ характеризуется подавляющее большинство двухполосных АС.

ProAC Studio 100

Как видно из графика, сранительно небольшая неравномерность фазы (±25°) наблюдается на участках 250-700Гц и 3.2-17КГц, а между ними зияет «фазовая дыра». Уже один только этот факт делает точность звукопередачи невозможной.

На каком основании фрагмент МФХ от 3 до 17КГц поднят вверх, к нулевой отметке? Более отрицательные значения фазы означают, что информация в этой части спектра приходит к слушателю раньше, чем информация, содержащаяся в тех частях спектра, где фаза менее отрицательна — то, что испускается пищалкой, приходит к слушателю раньше, чем то, что излучается басовиком. К всеобщему счастью, человеческий слух практически нечувствителен к задержкам такого рода. Исключение составляют лишь очень специфические, искусственно сгенерированные сигналы, которые не встречаются в музыке, либо очень большие задержки, не встречающиеся в промышленно выпускаемых АС. Поэтому две порции сигнала (от ВЧ- и НЧ-динамика) не воспринимаются человеком оторванными друг от друга, но смутное чувство недостатка натуралистичности звучания появляется. Поэтому любые протяженные участки МФХ, неоднородность которых не превышает ±25°, можно приводить к одному уровню.

В случае типовых трехполосных систем (Technics SB-X500A) ситуация с МФХ несколько хуже.

Technics SB-X500A

А в случае четырехполосных (KEF Reference Model 3) — еще хуже.

KEF Reference Model 3

Таким образом, негативное (или скептическое) отношение аудиофилов (особенно тех, кто тяготеет к «живой» музыке) к многополосной акустике и выраженное стремление именно к двухполосным или, еще лучше, широкополосным АС, имеет объяснение — даже самая типовая двухполосная АС, как правило, звучит более натуралистично, чем многополосная. Исключения, конечно, бывают, но где их найдешь?

Однако по причинам, изложенным выше, даже двухполосные АС звучат недостаточно естественно. Да, они могут иметь ровную АЧХ, минимальные искажения, чистые переходную, частотно-переходную и прочие характеристики, но звучание при этом все равно остается несколько синтетическим.

АС, способные хорошо передавать звучание живых инструментов, обязаны иметь ровную МФХ в широкой полосе частот. Яркими примерами являются Technics SB-7000 (зеленым) и SB-8000 (желтым) — от 300Гц до 7КГц непрерывная, практически прямая линия.

Technics SB-7000Technics SB-8000

Понятно, что каскадирование (смещение по глубине) динамиков делается для того, чтобы сигналы от разных динамиков, обслуживающих разные участки спектра, приходили к слушателю одновременно, обеспечивая ровную МФХ. Одновременность прихода сигналов, безусловно, вносит свой вклад в натуральность звучания, но, похоже, что наличие минимально-фазовых плато, пусть даже смещенных во времени друг относительно друга, имеет еще большее значение.

В качестве примера приведу любопытную акустику несерийного образца Technics Speaker System 1968 года выпуска. А любопытна она тем, что, не будучи концептуально фазолинейной, она звучит исключительно натуралистично. Возможно, она не дает звуковую «голограмму» такого же масштаба, как Technics 7000 или 8000, но довольно близка к тому.

Хотя в указанной АС целых 3 полосы (в закрытом ящике), кроссовер в ней практически отсутствует — сигнал, поступающий на НЧ- и ВЧ-динамики не фильтруется, а СЧ-динамик отфильтрован только сверху первым порядком. Привожу для сравнения два графика МФХ (зеленым — вообще без кроссовера, желтым — со штатным кроссовером).

Technics Speaker System

Видно, что, применив минималистский кроссовер, конструкторы добились более гладкой МФХ, потеряв при этом малость в натуральности — сравни две МФХ, приведенные к одному уровню (первый график — с кроссовером, второй — без):

Очевидно, что если в данной АС физически сместить динамики по глубине, то почти прямая линия МФХ получится автоматически.

Заметным недостатком этих АС в их фабричном исполнении является сильная неравномерность АЧХ (зеленым — общая АЧХ; желтым — твитер, красным — среднечастотник, голубым — басовик).

И каким бы парадоксальным это ни казалось, но на малосоставной, разреженной, спектрально ненасыщенной музыке такая АЧХ не является серьезной помехой для восприятия — «эффект присутствия» и «трехмерность сцены» компенсируют все остальные недостатки. С другой стороны, внедрение электронного кроссовера, фильтрующего сигнал, поступающий на динамики, позволяет существенное выравнивание АЧХ, но натуральность звукопередачи при этом также существенно снижается.

Не исключено, что такая ситуация объясняет, отчасти, существование (особенно в прошлом) большого числа акустических систем с достаточно кривыми АЧХ. Конструкторы АС давно столкнулись с проблемой синтетического звучания даже несмотря на, казалось бы, хорошие объективные характеристики АС. Вероятно именно поэтому во многих моделях АС техническое совершенство приносилось в жертву пусть и несовершенному, но достаточно живому звучанию.

Как Technics пытались помахать елдой перед Nakamichi

В последнее время участилась ситуация, когда некий гнус дает где-то ссылку сюда и приписывает, что, мол, «частично согласен» или «со многим согласен». Бля, ну неужели кто-то становится умнее? Нихуя подобного. Ща объясню. Я с гораздо большей симпатией отношусь к тараканам, которые убегают отсюда захлебываясь блевотиной и проклятиями в мой адрес. Человек, который не понял тут вообще нихуя — обычный калека. Ему нужно давать инвалидность даже не по потере мозга, а по отсутствию такового с рождения. Тем более, что сейчас это обычное явление. А вот тех, кто, типа, «Ну-у-у, с чем-то согласен, но конечно не со всем!» нужно просто зарубать нахуй саперной лопаткой.

Блядь, нельзя быть беременным наполовину. Ты уж лучше будь калекой — какой с калеки спрос?! А когда ты, сраный даун, заикаешься о каком-то там частичном согласии, то ты просто ебешь скотобазе мозги. Либо ты согласен тут со всем, либо ни с чем. Все понял? Пшелнах.