CC BY
208
УДК 725.81:681.84
ФОРМИРОВАНИЕ ХУДОЖЕСТВЕННОГО ЗВУКОВОГО ОБРАЗА С УЧЕТОМ АКУСТИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ЗАКРЫТОГО ПРОСТРАНСТВА
© А. Р. Рустамов
Санкт-Петербургский гуманитарный университет профсоюзов Россия, 192238 Санкт-Петербург, ул. Фучика, 15.
Тел./факс: +7 (812) 269 74 09.
E-mail: ali. rustamov@gmail. com
Создание высоко художественной звуковой картины требует от звукорежиссера глубинного понимания принципов формирования натурального звукового поля в закрытых пространствах. Натуральное звуковое поле может оставлять у слушателя различное впечатление, в зависимости от сочетания большого количества факторов, многие из которых исследуются сегодня учеными. Статья представляет собой обзор некоторых критериев субъективной оценки акустических качеств закрытых пространств, которые важно учитывать в процессе создания звуковых картин.
Ключевые слова: звукодизайн, звукорежиссера, критерии субъективной оценки акустических качеств закрытых пространств, пространственное впечатление, жизненность, интимность, текстура, реверберация.
Влияние помещения на качество звучания музыки и речи давно и хорошо известно исполнителям и слушателям. Воздействие помещения на звуковой сигнал можно рассматривать как его обработку особым пространственным фильтром, который меняет его временную структуру и спектр, а также баланс громкостей, пространственные характеристики и прочее.
Реализация творческих задач звукорежиссера в значительной степени зависит от акустических свойств окружающего пространства, в котором он работает. Решая задачи сохранения пространственных характеристик и естественности тембров при записи в первичном помещении, при последующей обработке, передаче и воспроизведении звука, а также при создании виртуальных акустических пространств с помощью современных технологий мультимедиа, звукорежиссер должен прежде всего ориентироваться на те параметры акустического поля в помещении, которые формируют у слушателя ощущение пространства, естественности тембра и др.
В настоящее время в науке большое внимание уделяется выявлению субъективных критериев, формирующих у слушателя восприятие звукового образа, и установлению их связей с объективно измеренными характеристиками. Среди них наиболее значимыми можно назвать жизненность, про-странственность, громкость, полноту звучания, различимость, интимность, теплоту, тембр, тональный баланс и текстуру. Статья представляет собой обзор параметров жизненность, интимность, пространственность и текстура, отличающихся корреляцией с пространственными объективными характеристиками звуковых полей. Проявление должного внимания к этим критериям необходимо в процессе придания пространственновременных свойств звуковым объектам.
Жизненность. Этот параметр связан с общей субъективной оценкой акустических качеств концертного зала. Жизненность непосредственно зависит от времени реверберации зала (ЯТбО -
Reverberation Time - время, в течение которого уровень звукового давления падает на 60 дБ) в среднечастотном диапазоне (350-1400 Гц). Зал, обладающий большим временем реверберации, называют «живым», обладающий же малым, недостаточным временем реверберации - «мертвым» или «сухим».
Музыкальные произведения каждой определенной эпохи исполняются в соответствующих этой эпохе помещениях, поскольку композиторы пишут произведения, предполагая их звучание в определенных условиях, и в соответствии с этим используют определенные композиционные приемы. Помещения в этом отношении, в первую очередь, различаются по значениям времени реверберации. К примеру, в период барокко для музыки использовались в основном два типа помещений: храмовые с большим временем реверберации и дворцовые залы с малым временем реверберации. В последних исполнялась камерная оркестровая музыка. Это мог быть небольшой дворцовый зал, обладавший из-за сравнительно близко расположенных стен свойством «интимности» (определение которой будет дано ниже), или зал небольшого театра. Время реверберации в таких помещениях редко превышало 1.5 секунды. С другой стороны, церковную музыку писали преимущественно для исполнения в больших храмовых помещениях с реверберацией длительностью 4-6 секунд. Такие же особенности можно проследить и для других периодов развития европейской музыкальной культуры. Исходя из опыта исполнения и прослушивания музыки в различных помещениях были выработаны рекомендации по выбору оптимальных значений времени реверберации для каждого вида музыки: 1-1.5 с для камерной музыки, 1.6-2.2 с для симфонической, 4-6 с для органной.
Рекомендуется [1], чтобы в концертных залах время реверберации на низких частотах повышалось на 15-20%. В свою очередь в залах, предназначенных для речевых выступлений, рекомендуется понижение времени реверберации на низких частотах для улучшения разборчивости речи.
ISSN 1998-4812 Вестник Башкирского университета. 2010. Т. 15. №3
733
Интимность. Параметр интимность показывает как слушатель оценивает размеры пространства, основываясь на восприятии созданного в нем звукового поля. Интимность напрямую связана с размерами помещения и обустройством сценического пространства. А именно, она зависит от временного промежутка между приходом прямого звука и первого отражения (ITDG - Internal Time Difference Gap). Лучшие залы имеют значения начального интервала около 25 мс. Рекомендуется, чтобы значения этого интервала не превышали 30 мс.
Площадками первых отражений, как правило, являются боковые стены и потолок, и отражения от них оказывают наибольшее влияние на ощущение интимности. Для двух помещений разной ширины большим свойством интимности будет обладать то, которое имеет меньшую ширину.
Пространственность. Понятие пространст-венность или пространственное впечатление разделяют на две составляющие: окружение слушателя звуком и восприятие ширины кажущегося источника звука.
Окружение слушателя звуком связано с субъективным ощущением слушателя, что звук приходит к нему со всех сторон. Этот процесс зависит от конструкции помещения, наличия в нем нерегулярностей, а также от расположения слушателя относительно стен и иных отражающих поверхностей. Наилучшее ощущение окружения звуком испытывают слушатели, находящиеся в середине зала.
Изучению окружения слушателя звуком в последнее время было уделено особенно много внимания. Для оценки степени окружения звуком используются, в частности, измерения поздней (после 80 мс) боковой доли энергии - LF (Lateral Energy Fraction). Поздняя боковая доля от общей энергии определяется как отношение энергии двунаправленного микрофона (характеристика направленности в форме восьмерки), ориентированного в направлении боковых стен к энергии ненаправленного микрофона:
J pL (t)dt
J p2 (t )dt
где pL(t) - звуковое давление, измеренное с помощью двунаправленного микрофона, ориентированного в направлении боковых стен.
Также хорошо коррелирует с субъективной оценкой окружения звуком параметр сила позднего бокового звука - LG^ (relative level of the late
lateral energy) [2], который количественно выража-
lg;0 = 10log
J PF (t )dt
0.08_____________
J pA (t )dt
= ДБ
где рР - боковое звуковое давление, измеренное с помощью микрофона с характеристикой направленности в форме восьмерки, рА - звуковое давление от того же источника на расстоянии 10 метров в свободном поле.
Сулодре и др. предложили иной метод расчета поздней доли боковой энергии (ЬГ^е) [3]. Поскольку в начальной стадии реверберационного процесса высока вероятность эффекта предшествующей временной маскировки (громкие звуки маскируют звуки, следующие за ними [1]), они предложили при интеграции данных опираться не на интервал в 80 мс, а менять его в зависимости от частотной полосы, в пределах которой проводится измерение, от 160 мс на 125 Гц до 45 мс на 8 кГц. Ими же был предложен новый, хорошо коррелирующий с субъективными ощущениями окружения звуком параметр Gsperc, определяемый как:
Gsperc = 0.5 Ореге + Бреге, ДБ, где Gperc - это общий уровень поздней энергии и Sperc - это десять логарифмов энергии поздней боковой доли звука (ЬГ), где “регс” указывает на использование разных пределов интеграции для каждой полосы частот и средних показателей результатов в октавных полосах 125 до 1000 Гц. Коэффициент 0.5 используется для улучшения корреляции с субъективными впечатлениями.
Гресинджер провел несколько исследований, посвященных восприятию акустики залов на тех местах, где отраженная энергия преобладает над прямой, и установил некоторые связи между такими субъективными качествами, как окружение звуком слушателя, субъективная азимутальная локализация, субъективно оцениваемое расстояние от слушателя до источника звука и некоторыми объективными параметрами [4]. Он указал на важность значения времени, в течение которого прямой звук сильнее отраженного: «Если значение этого времени - 30 мс и более, то азимутальная локализация улучшается, субъективно оцениваемая дистанция до источника звука уменьшается, а окружение звуком увеличивается».
Также в результате проведенных исследований Гресинджер сделал следующие заключения: окружение звуком зависит от энергии реверберационно-го сигнала, приходящего к слушателю примерно через 150 мс после прямого сигнала, от вариаций в междуушных различиях по времени и по интенсивности, которые обусловлены интерференцией звуковых волн на месте слушателя; увеличение временного интервала между прямым и ревербераци-онным сигналами увеличивает окружение звуком, по крайней мере до той точки когда реверберацион-ный отзвук еще не воспринимается, как эхо.
Японские акустики Фуруйа, и другие провели ряд экспериментов по оценке влияния направления прихода звука на ощущение окружения звуком [5]. Вопреки устоявшемуся мнению, что на окружение слушателя звуком влияет исключительно поздняя
боковая звуковая энергия, они установили, что поздняя вертикальная энергия и поздняя тыловая энергия также влияют на окружение звуком, увеличивая его субъективное восприятие примерно на 40 и 60% процентов соответственно по отношению к восприятию поздней боковой энергии.
Исследуя связь частотных характеристик времени реверберации и окружения звуком Моримото и дргие установили, что изменение времени реверберации на низких и высоких частотах имеет одинаковую положительную корреляцию с субъективными оценками окружения звуком [6].
Необходимо отметить, что несмотря на сосредоточенность исследований окружения звуком преимущественно на изучении поздней части звукового поля, окружение слушателя звуком также имеет связь и с ранней звуковой энергией, что было установлено экспериментами Моримото и др. [7].
Восприятие ширины кажущегося источника звука в первую очередь связано со степенью сходства ранних отражений, приходящих к слушателю справа и слева. Для оценки степени сходства сигналов используют коэффициент внутрислуховой кросскорелляции (IACC - Inter-Aural Cross Correlation Coefficient). Коэффициент внутрислуховой кросс-корелляции равен единице, когда сигналы слева и справа одинаковы, а ширина источника звука соответственно минимальна. Коэффициент равен нулю, когда сигналы слева и справа абсолютно различаются, и источник распадается на два. В лучших концертных залах мира значения коэффициента внутрислуховой кросскорреляции находятся в пределах 0.3-0.6 [1]. Помимо упомянутых факторов, на восприятие ширины оказывает влияние уровень громкости на низких частотах в области 125-200 Гц [8].
Следует отметить, что восприятие ширины кажущегося источника звука связано как с ранними звуковыми отражениями, так и с поздними, вопреки имевшему место мнению, что восприятие ширины кажущегося источника звука связано исключительно с ранней звуковой энергией [7].
Текстура. Текстура - параметр, предложенный Л. Беранеком. Его собственное определение текстуры звучит примерно следующим образом: «Текстура - это субъективное впечатление, которое у слушателей вызывает последовательность ранних звуковых отражений. В хорошем зале эти отражения, приходящие сразу же после прямого звука, идут в относительно упорядоченной последовательности. В других залах между первым и последующими отражениями может быть значительный интервал.
Хорошая текстура требует большого числа ранних отражений, расположенных на временной шкале упорядоченно, но не абсолютно точно относительно друг друга, без доминирования какого-либо отдельного отражения над другими» [8].
Наиболее важным вопросом в отношении текстуры сегодня является создание методов расчета и оценки структуры последовательности ранних отражений. В первую очередь, выяснение вопросов о том, какие именно отражения вносят свой вклад в субъективную оценку текстуры, а какие не учитываются слуховой системой человека в силу особенностей ее строения.
Заключение
В статье были рассмотрены субъективные критерии оценки акустических качеств закрытых пространств - пространственное впечатление, жизненность, интимность и текстура. Были приведены общие характеристики и определения параметров, соответствующие им объективные критерии и их рекомендуемые значения, получившие наиболее положительные отзывы экспертов на субъективных тестах. Использование этих значений в звукорежиссерской деятельности будет способствовать созданию более убедительных, соответствующих натуральным акустическим принципам звуковых картин. В ближайшее время автор планирует опубликовать очередную статью, в которой будут рассмотрены такие критерии, как громкость, полнота звучания, различимость, теплота, тембр и тональный баланс.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алдошина И. А., Приттс Р. Музыкальная акустика. Учебник. Спб.: Композитор, 2006. 720 с.
2. Bradley J. S., Soulodre G. A., Objective measures of listener envelopment // J. Acoust. Soc. Am. 1995. 98 (5). P. 2590-2595.
3. Beranek Leo L., Concert hall acoustics 2001-2007, Proc. 19th Int. Congr. on Acoustics. Madrid, Spain, 2007. Sept. 4. P. 06-001.
4. Griesinger D. Perception of Concert Hall Acoustics in seats where the reflected energy is stronger than the direct energy, Proc. 122nd Convention of Audio Engineering Society. Vienna. Austria. 2007. May 5. P. 7088.
5. Furuya H., Fujimoto K., Wakuda A. and Nakano Y. The influence of total and directional energy of late sound on listener envelopment // Acoust. Sci. & Tech. 26. 2005. P. 208-211.
6. Morimoto M., Jinya M. and Nakagawa K. Effects of frequency characteristics of reverberation time on listener envelopment // The Journal of the Acoustical Society of America. Sep. 2007. V. 122. P. 1611.
7. Morimoto M., Nakagawa K., and Iida K. The relation between spatial impression and the law of the first wavefront // Applied Acoustics. Feb. 2008. V. 69. P. 132-140.
8. Beranek Leo. Concert Halls and Opera Houses: Music, Acoustics, and Architecture. Springer, NY: Springer, 2nd edition, 2004.
Поступила в редакцию 25.03.2010 г.
