Почему в акустике не работает «принцип ксерокса». Часть 1.

Искажения все меньше, АЧХ все ровней. А звучание почему-то все хуже и хуже.

 

Свет от солнца для нас белый, не по тому, что так удачно совпало. Люди подстроились под среду обитания и ее физические свойства.

Гармонические искажения и «ломаную» АЧХ мы слушаем всю жизнь в непрерывном режиме.

Выйдите из комнаты в коридор, потом cпуститесь по лестнице на улицу. Получите искажения АЧХ плюс-минус 40 Дб по всему спектру. А мы этого даже не замечаем, если не будем вслушиваться специально. Не замечаем, что многократно громче начинаем говорить на улице, почти переходя на крик. 

Гармонические искажениями нам «родные». В честь них называют музыкальные инструменты (гармонь, гармоника и.т.д.) и пишут стихи.

Физически невозможно извлечь ни один звук, не получив шлейф гармонических искажений. Мы слушаем их самого рождения в непрерывном режиме. Все предметы взаимодействуя друг с другом физически, генерируют громадный шлейф гармоник. Основная часть этих искажений математически кратна основной частоте.

Нас долго обманывали, нот на самом деле не 7, а 12.

Кто не верит, может посчитать клавиши в одной октаве рояля, или еще нагляднее, — лады на гитаре.

Звуковой диапазон делится на октавы. Октава, — интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет один к двум.

А ноты, — это одинаковые математические интервалы внутри октавы (делитель 12). То есть, существующий нотный строй, и сама музыка, всего лишь следствие физического закона.

В неделе 7 дней, а в радуге (спектре) принято выделять 7 цветов…

Действительность в популярной форме быстро и хорошо описывает видео:

Если бы существовали люди, эволюционирующие в мире, где по физическим законам кратность гармоник бы была не 2, а иной, — вся наша музыка была бы для них полной какофонией.

Ниже расположен график искажений одной струны гитары ценовой группы $1000. Нота ЛЯ 110Гц.

Можно видеть огромные искажения (сетка 1дб). Навскидку процентов 400%.

Искусственным образом можно значительно снизить искажения нот. Результат получается забавный. Пример музыки с минимальными искажениями тона нот. Почти полный нотный чистоган лишенный гармонических искажений.

Для желающих более плотно погрузиться в тему, —  А. Пушной изучает гармоники и АЧХ старых и новых струн. Как выяснилось, Пушной большой поклонник гармонических искажений:

При разработке музыкальных инструментов задач в уменьшении или увеличению искажений, и каких либо других измеряемых параметров нет.

И технарей-инженеров до разработки музыкальных инструментов категорически не допускают. Задействуют, но только на узко-прикладных задачах. Так, что бы они руками ни чего не трогали. А то, только отвернешься, — они соорудят трехполосный рояль из алюминия, пластмассы и кевлара. И поставят его на шипы.

Хотя шипы это придумка Hi-Fi маркетинга. Смотрятся они действительно красиво. Но для гашения вибрации в технике шипы не применяются, так как не обладают свойством гасить колебания. А в музыкальных инструментах как раз используют конструктив очень похожий на шипы. В частности так соединяют струны которые передают свои колебания корпусу-резонатору. Струны колеблются, но звук излучают не они, а корпус-резонатор. А вибрации на корпус-резонатор передают именно эти «шипы».

Можно площадь железки передающий резонанс больше сделать. Можно меньше, разницы особой не будет … Основное значение имеет не площадь….   А вот если вместо железа использовать резину, а еще лучше силикон, — гашение будет почти в ноль. И на акустической гитаре можно будет по ночам играть со всей дури, не боясь потревожить соседей.

Но мы отвлеклись. Неизвестно кто это придумал, но уже более полвека издаются книги и пособия по разработке Hi-FI аудиосистем, в которых исходят из тезиса о том, что задачей АС является максимально более точно передавать исходное звучание. Аксиома выдвигается приблизительно такая, — существует некий оригинал, которой максимально точно должен быть воспроизведен.

Принцип ксерокса. Кладем в него фото, и тот ксерокс лучше, который делает копию с большим разрешением и лучшим цветовым охватом. Логично, — логично. Начинающие разработчики акустики первое время озадачиваются тем фактом, что применительно к акустическим система «принцип ксерокса» совершенно не работает. Мы делаем искажения все меньше и меньше, АЧХ все ровней и ровней. А звучит это почему то все хуже и хуже.

Происходит это по нескольких причинам. Первое, — измерения производятся только по части параметров. А методики этих измерений показывают только, как акустика воспроизводит единичные синусы сигналов. А музыка это не синус на разных частотах. Посмотрите еще раз как звучит всего одна гитарная струна.

Реальная музыка это бесконечный набор колебаний, а не синус на одной или двух частотах. Слово бесконечность используется здесь в самом прямом смысле. Словосочетание миллиарды синусоид не может отразить ситуацию. 

Что происходит при воспроизведении реального музыкального сигнала никто не знает. Измеряют не то что требуется, а только то, что умеют.

Конечно, по тому какие искажения генерируют единичные синусы, косвенно можно предполагать, что будет происходить и на музыкальном сигнале. Вполне возможно. Но на настоящий момент не существует каких либо подтверждений взаимосвязи между количеством искажений и воспринимаемым людьми качеством. Корреляция искажений с качеством возникает только тогда, когда величина искажений выходит на уровень несколько единиц процентов. 

При этом, само по себе снижение искажений не дается просто так. Для этого приходиться разделять акустику на полосы фильтрами и играть музыку разными динамиками. И соответственно снижая искажения мы тем самым автоматически производим обмен. В комплект пакета «низкие искажения» всегда входит обязательные опции «задержки сигнала» и «фазовые искажения».

Но если рассматривать искажения не сами по себе, а хотя бы только в взаимосвязи с фазовыми искажениями. Как  соотношение, — на сколько мы снизили гармонические искажение, и на сколько при этом мы накрутили фазу….  Мы «неожиданно» обнаруживаем очень хорошую корреляцию между измеряемыми параметрами и воспринимаемым людьми качеством.

В низких искажениях и ровной АЧХ ни чего плохого нет. Более важным является вопрос, а чем мы ради этого пожертвовали? Совершенно не случайно около 95% людей в мире предпочитают слушать музыку на широкополосной акустике. Наушники это разумеется тоже широкополосная акустика. Подавляющее количество автомобильной акустики, это широкополосная акустика. Так как типовая автоакустика, это НЧ/СЧ динамики без каких либо фильтров, с добавление твиттера. Причина здесь совершенно не в том, что автомобилистам не хватило денег на СЧ динамик. На автомобили которыми забиты все улицы у них деньги находятся. Фазовые искажения для большинства людей, еще более противные, чем гармонические искажения. Подробнее о искажении фазы можно почитать здесь

Теоретически можно вывести формулу, которая будет учитывать большую группу характеристик аудиосистем в их взаимосвязи. В какой то мере, формула будет отражать корреляцию качества акустики. И в отличии от характеристик АЧХ и гармонических искажений, некоторый смыл в ней будет. Но не особо большой.  

Проблема гораздо более серьезна. Произошла ошибка. Постулат о том, что существует некий оригинал, которой максимально точно должен быть воспроизведен оказался неверен.

Даже если взять стерильный случай в вакууме, — запись оркестра. То вопреки представлениям аудиофилов, оркестр пишется не одним, а десятками микрофонов. Можно его и двумя микрофонами записать, но результат будет непотребный.

 

Ни какого оригинала звучания не существует. Так как, даже сложно придумать, что именно, и в каком месте считать оригиналом. А есть только представление звукорежиссера и дирижера, что такое «хорошо». Которое они отслушивают на 3-4 разновидностей мониторов. Так как все мониторные системы звучат по-разному. И если говорить о реальности, то она если и возникает и существует, то только в виде набора цифр в мастер файле.     

Если взять более популярные жанры музыки, то выясняется, что не существует не только оригинального звучания, но не существует даже самого инструмента. Так в предоставлении большинства слушателей музыки, электрогитара, это такой инструмент с грифом, струнами и датчиками. Но на самом деле электрогитара, как инструмент, всегда состоит из:

 

  • Самой гитары

 

  • «Усилителя с динамиком(и)
  • Помещения насыщающего звук резонансами
  • Микрофона которым «снимают» полученное звучание

 

И убрать из этой цепочки ничего нельзя. Все эти четыре составляющие должны обязательно присутствовать в звуке гитары. Это и есть собственно звук электрогитары. Убирая что-то и него, мы убираем само звучание электрогитары. И останется только звук деревянной доски со струнами. Эта доска может звучать лучше или хуже, но само по себе, это звучание доски со струнами.

Есть методики, когда гитара пишется в карту компьютера. А далее ее звук подвергают обработке. Либо звучание гитары пропускается через процессор обработки. Но обработка всегда будет такой: 

  • Эмуляция звучания усилителя (характер его искажений).
  • Эмуляция звучания динамиков комбика.
  • Эмуляция помещения где все это находится.
  • Эмуляция типа микрофона, которым снимается звучание и место его расположения.

Для понимания, если лопату прогнать через эти алгоритмы — лопата начинает прилично звучать:

И какой звук лопаты настоящий… в каком же месте возникает «настоящий» звук лопаты?

С остальными инструментами все ровно так-же.  Даже голоса. Запись вокала произведенная в безэховой камере никому не нужна.

По другому не бывает. Придумать в каком месте этой цепочки возникает оригинальное звучание, и начинает существовать сам инструмент, вряд ли сможет даже человек с очень большой фантазией. А если двигать в сторону синтезированных инструментов, на которых в основном и делается вся мейнстрим музыка… То этих инструментов не только не существует, но их и никогда в природе даже и не было.

Получается, что сложности с передачей оригинального звучания возникают еще на начальном этапе. И вызваны они отсутствием самого оригинального звучания.

В начале этот факт может несколько озадачить. Но произведя анализ проблемы вы обнаружите, что это совершенно типовая ситуация. Так люди знакомые с содержанием популярного кинофильма «Матрица» знают, что реальность это всего навсего набор импульсов в коре головного мозга. И это только ощущение. И качество этого ощущения на прямую не связано с точностью. 

Известный пример. Найдите в чем отличия этих двух картинок:

Нажмите, чтобы увидеть разницу...
Они абсолютно одинаковы

 

В следующей части мы будем говорить именно об этом. Какая акустика и почему создает ощущение качества. И в чем причина, что АС с великолепными параметрами малопригодна для прослушивания музыки. 

Продолжение: Почему в акустике не работает «принцип ксерокса». Часть 2.

Начало цикла статей: Hi-Fi мёртв, а мы еще нет. Часть 1

[Sassy_Social_Share]

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рейтинг
( 28 оценок, среднее 4.71 из 5 )
AudioArt.ru
Комментарии: 34
  1. Alex

    Всё мозги разбил на части, все извилины заплел, и канатчиковы власти колют нам второй укол.

  2. Миша

    Синии линии действительно параллельны. Я тоже проверил линейкой.

  3. Павел

    Очень интересный взгляд на проблему. Много где натыкался на похожее мнение, но у вас все изложено четко и полно. Спасибо за качественный материал.

  4. Павел

    Если взять аналогию между аудио и псевдонепараллельными линиями. Получается, что перед инженерами поставили задачу, выполнить несколько параллельных линий с неким красивым узором.
    У инженеров есть абсолютно точный эталон параллельности — линейка. И они максимально точно выполнили поставленную задачу.
    Дополнительно они выдали большое количество информации рекламного характера, что их линии самые параллельные и значительно более параллельные, чем линии других брендов.
    И это действительно правда, любой желающий может ознакомиться с методикой выполнения измерений линейкой, приобрести необходимое измерительное оборудование и самолично убедиться, что линии параллельны.
    Но вот только когда некой группе эстетов, ощущающих высокую степень экзальтации от созерцания максимально приближенных к некому оригиналу паралельности линий, предпочтительно синих жанровых направлений, данное изделие класса хай-параллелити предлагается к потреблению, то почему-то этим людям оно приходиться крайне не по вкусу.

  5. master

    всё норм, но с шипами ошиблись. Виброразвязка там дейсвительно работает, когда колонна стоит и работает на полу! Она под своими вибрациями трясётся, пример если не понятен, то стиральная машинка на отжиме, если она просто на полу стоит то при выжимки её начинает раскачивать и ударяясь об пол создаётся громкий звук. Достаточно её виброразвязать тоже на ножки поставить или ровную поверхность опять в виде резинового коврика сделать, коврик и будет той виброразвязкой с полом. С акустикой, колонны раскачиваются, но звук не от того что она бьётся как машинка об пол, а от того, что центры динамики при этом раскачивании чуть чуть сбиваются, а от этого точность локализации например звуков в пространстве теряется, а от этого страдает музыкальная картина. Весь корпус благодаря тому что соприкасается с полом начинается качаться, как бы дрожит. И достаточно шипы, чтобы развязать её соприкосновение с полом и акустика уже меньше дрожит, и центры динамиков не смещаются. И локализация звуков не теряется. Как то так. Попробуйте, вы смотрю достаточно грамотные. Только не брезгайте. Я знаю много грамотных которые стали просто умниками. Думаю здесь не такие над статьями работают.

    1. AudioArt.ru

      Есть предположение почему не делают безшумные стиральные машина на шипах? Дам вам ответ — шипы не гасят вибрацию и по этой причине в технике для гашения вибраций не используются. По этой причине стиральные машины ставят на резину.

      1. master

        весь обман с вашей стороны именно тот, что вы говорите, что не работает, потому что вибрация действительно не гасятся шипами!!! но если вы внимательно прочтёте, то слово развязка шипами как раз работает, здесь происходит с вашей стороны понимание но одного процесса гасить, здесь не ради этого, а ради того, чтобы развязать колонны с полом! ничего хитрого, что бы небыло участия вибрации акустических колон, и это работает, попробуйте. Стиралку ставят как на ножки так и на резину, я вам это и сказал.

        1. Денис

          Ножки у стиралки снизу тонки не для гашения вибрации, а для облегчения их вращения при регулировке высоты.

      2. master

        если акустику за 350 000 рублей поставить на такие же ножки как у стиральной машинки за 25 000 рублей, думаю вы и здесь упустили , что эстетику при такой цене всё же лучше соблюсти! но развязка с полом от этого не перестаёт не работать.

      3. master

        и пример с машинкой это простенький пример, чтобы видны были те самые колебания акустических систем, на примере машинке это видно, если поставить просто без ножек на пол машинку она сразу начнёт вибрировать, те же механические колебания, тот же мотор что и в акустических системах работает……всё тоже, вся таже электро-механика, просто на машинке это просто увидеть и как только её не важно поставить на шипы, или ножки то очевидно вибраций сразу станет настолько меньше, что они мешать перестанут! и это называется не вибро — гашение, а вибро-развзяка…..

        1. AudioArt.ru

          Виброразвязка это бессмыслица. Можете в яндексе посмотреть, — ничего кроме рекламы из аудиомурзилок не встретите. В технике это также глупо звучит как — электробарьер или гидроциркуль. Слова вроде формально нормально звучат — но бессмысленные.

  6. Владимир Птах

    АС на шипах — это маркетинговый ход, не более. А люди защищающие позицию АС на шипах — это воинствующее невежество, т.е. по мере своего образования и опыта — «работают» на себя, а по мере своего не образования и не опыта — «работают» на дядю, продвигая чужие мысли. А мысли могут быть чисто «заблужденческими», а могут быть целенаправленно уводящими в сторону от решения проблемы. Последние идеи связаны с зарабатыванием денег на просточках (невеждах).

    1. AudioArt.ru

      Реклама сильно трансформирует сознание. К примеру, есть куриные кубики, но на самом деле они куриные параллелепипеды. Но всех убедили, что они кубики.

    2. Иван Васильевич

      Да дались вам шипы-выглядят красиво и этого достаточно. Стоят то они в производстве 300руб за комплект на пару ас.

  7. Ра

    Шипам на колесах давно нашли альтернативу — зимнюю резину «липучку»; попробуйте и вы не втыкать колонки АС острыми шипами в мебель, а использовать хотя бы присоски от мыльницы))
    Кстати, о вибрации: раз уж мы живем на полом планетоиде с жидким ядром, почему бы не превратить всю планету в музыкальный инструмент? А вместо цветомузыки какого-нибудь невежду разогнать до релятивистской скорости, ведь при ударе «апстену» (абсолютно неупругое препятствие) вся его энергия перейдет в чистое излучение.

  8. ФедяЧе

    Интересные у вас статьи. Но иногда встречаются всякие «мелкие неточности» после которых начинаешь задумываться в каких еще местах закрались такие неточности. Пример — в электрогитаре вибрации не передаются в деку, во всяком случае это не способ звукоизвлечения, звукосниматель регистрирует колебание струн, он не регистрирует колебания деки, это не микрофон.

    1. AudioArt.ru

      Ну вы даете. Звук излучает именно корпус-резонатор гитары. Порожки на которые крепятся струны у электро и акустических гитар аналогичные. А датчики это способ съема звучания этого резонанса. И вопрос есть ли датчики у гитары или нет, мы вообще не рассматриваем. И датчики очень сильно регистрирует колебания деки.

      1. ФедяЧе

        У вас на иллюстрациях к статье изображены электрогитары. Корпус-резонатор — это или полуакустика или акустика.
        Насколько мне известно, у электрогитары -дека вместе с грифом это скорее демпфер для колеблющейся струны, подавляет гармоники струны не присущие самой деке.
        Но вашу аналогию понял, имелось ввиду что порожки вполне себе передают энергию и в деку и от деки обратно в струну.

        1. AudioArt.ru

          Это вы на гитаре не играете — иначе таки мысли бы не возникали. Когда выбирают электрогитару, первое что слушают — резонансы и отдачу телу. Резонансы даже животом чувствуются. Если гитара не звучит — датчики можно не слушать.

        2. Евгений

          Все правильно. В электрогитаре колебания струны передаются и от струны в корпус и от корпуса в струну. И снимаются датчиками. Если делать этот резонанс таким же богатым после искажений в датчике, в преампе, в усилителе и динамике звук превратится в невыносимую мусорную кашу. Но тем не менее некий легкий «деревянный» окрас используется.

          Гитарист

          1. AudioArt.ru

            «Если делать этот резонанс таким же богатым после искажений в датчике, в преампе, в усилителе и динамике звук превратится в невыносимую мусорную кашу. »
            Об этом как раз во второй части статьи — В акустике не работает “принцип ксерокса”. Энтропия. ч 2.

  9. Иван

    «…в электрогитаре вибрации не передаются в деку…»
    Я уж думал, что меня ничем не удивишь. А чего же электрогитара на доске без УНЧ вообще не слышна? Идея граммофона и патефона была заимствована как раз у струнных инструментов. Вибрация прикладывается к акустическому резонатору, который и усиливает уровень звучания. В рояле целый «шкаф» лежа положили, в пианино, для компактности, поставили. Там тоже вибрации в ящик не передаются?

  10. Максим Рублев

    Статья просто класс. Тема раскрыта, на мой взгляд, полностью и все простым языком. Редко где найдешь что-то по настоящему стоящее. Благодарю.

  11. абрек

    Широкополосная акустика конечно вносит меньше фазовых искажений,
    но в авто ставят её не поэтому.
    В салоне авто ограниченный обьем(важно для нч-звука), большая площать стекол хорошо отражающий звук, плюс жесткофиксированное очень-Разное положение слушателей и потому о стереокартинке там думать и нечего.
    Точечное расположение всех динамиков в авто-это именно для широкополосника-дешево и сердито!

    И слушать можно долго потомучто несильно громко обычно слушают.

    Точно также можно долго слушать дома звук с компьютерных 1-2 вт перделок мп3 с битрейтом 128к, потомучто не громко))

    Но в общем, согласен, качественный широкополосник более подходящ для разной музыки, чем многополосные системы где от трека к треку руки чешутся пожамкать эквалайзер

    1. AudioArt.ru

      «Широкополосная акустика конечно вносит меньше фазовых искажений,
      но в авто ставят её не поэтому.»

      Единственная причина почему 95% людей слушают музыку на широкополосной акустике (в том числе в авто) потому что им нравится слушать музыку на ширикополосниках. А АС с жестким сведениям типа B@W они музыку слушать не рвутся.

  12. Саня

    Великолепное гонево и что печально — почти все правда. Но есть законы экономики и перепроизводство и надо клепать это дермо, которое называют хайенд и впаривают за баснословные деньги — это же можно отнести и к швейцарским часам, платьям, галстукам (можно повеситься) печально печально чем отличается задрипаный мерс 124 кузова за 1000$ от мерса 2020г. — тока ценой и лаком… через 20 -30 лет они будут одинаковой ценовой категории, тока задрипаный еще будет на ходу…

  13. Alexander

    посчитал ноты — по памяти получилось 12. потом посчитал по клавишам фортепяны — опять 12.

    1. AudioArt.ru

      12 нота это та же нота, но октавой выше-ниже. Так что 11.

      1. Артём-69

        Автор ещё считать не научился, а уже в высокие материи лезет :)

        . . . C C# D D# E F F# G G# A A# B . . .
        Пересчитайте )))

        Про электрогитару вообще смешно получилось. Ну по крайней мере мне со стажем в 40 лет.

        А так вообще забавно, много даже правильного и полезного.
        Особенно про усилители и АС.

  14. Андрей

    Уважаемый автор, а почему Вы при описании способа передачи колебаний от гитарой струны через «шипы» к корпусу-резонатору приводите фото электрогитары, в которой, как известно, корпус не учавствуетв изучении звука, и резонатор ом не является?
    Принцип звучания и спектры сигналов живых инструментов Вы очень наглядно и доходчиво для не очень подготовленных читателей описали. Но позвольте с Вами и не согласиться с положением, что искажения в тракте воспроизведения, это благо. Задача тракта воспроизведения всю эту мешанину гармоник реального музыкального сигнала воспроизвести с на меньшим привнесением собственного мусора и дополнительных искажений. Вопрос к каким видам искажений человеческое ухо наиболее чувствительно. Нечётные гармоник и режут слух, чётные менее заметны.
    А тембральный и гармонический окрас звука — дело вкуса и привычки. Элементарный эксперимент. Подключаем, например к телевизору, более-менее нормальную акустику (главное более высокого качества). Слушаем сначала динамики телевиззора — вроде бы нормально. Переключаем на колонки. Сначала «ВАУ» А потом опять «ничего». Переключает обратно на динамики телевизора. И во тут, то, что в начале эксперимента звучало вполне сносно, превращается в полный кошмар! Это говорит о том, что кроме ушей в оценке звука наибольшее участие принимает наша голова. Так что безапелляционно утверждать, что одна акустика звучит приятно, а другая нет (конечно в пределах одного класса), по крайней мере некорректно. Что одному «ВАУ», то другому «фууу».

    1. AudioArt.ru

      «приводите фото электрогитары, в которой, как известно, корпус не учавствуетв изучении звука, и резонатор ом не является»
      Есть предположения зачем корпус нужен?

      1. Артём-69

        Конечно! Струны держать!
        Да и за инструмент держаться без корпуса неудобно, поверьте ))

        1. Numbers

          Как вы думаете у корпуса гитары есть резонансная частота?

  15. Numbers

    «Ни какого оригинала звучания не существует.» — Золотые слова!
    Но есть несколько замечаний по статье.
    Вертикальные линии параллельны и это очевидно и без линейки.
    Горизонтальные не параллельны и это тоже видно.
    И линейка все это подтверждает. Только что проверил.
    Что касается шипов то они ставятся для того что бы нивелировать продольные перемещения колонки в сторону противоположную перемещению НЧ диффузора. На определенных частотах возможен паразитный резонанс. Шипы позволяют стоять корпусу как «вкопанному»
    В стиральной же машинке направление вибраций в отличие от колонки куда более хаотичное))
    Что касается электрогитар то их искажения это не искажения а неотъемлемые свойства самого инструмента. Вообще история музыки это история искажений если уж пошел такой разговор ).
    В целом отличная статья но некоторые моменты в ней упомянутые тянут на отдельные статьи поэтому в коментах неизбежен холивар тех кто не знает и не понимает как корпус гитары влияет на звук или тех кто не понимает тему качества звука в принципе так как никогда в жизни собственно качественного звука не слышал но любит порассуждать.

Добавить комментарий

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.

© При использовании материалов AudioArt.ru обязательным условием является наличие открытой гиперссылки на исходную страницу