Основные параметры, определяющие субъективную оценку качества звучания музыкальных программ в закрытых помещениях

Вестник Челябинского государственного университета. 2011. № 11 (226). Филология. Искусствоведение. Вып. 53. С. 154-157.

А. Р. Рустамов

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СУБЪЕКТИВНУЮ ОЦЕНКУ КАЧЕСТВА ЗВУЧАНИЯ МУЗЫКАЛЬНЫХ ПРОГРАММ В ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

В статье представлен обзор современного состояния исследований, посвященных анализу основных параметров, определяющих субъективную оценку качества звучания музыкальных программ в закрытых помещениях. В работе приведены наиболее значимые акустические параметры, обеспечивающие наибольшую корреляцию с экспертными оценками. Определение данных параметров имеет существенное значение в искусстве звукозаписи музыки и речи и может способствовать развитию современных систем пространственной виртуальной звуковой реальности.

Ключевые слова: звуковой дизайн, громкость, полнота, различимость, тембр.

Научные исследования, направленные на создание помещений с хорошими акустическими качествами, ведутся на протяжении уже более столетия. Наиболее значимые результаты получены во второй половине XX века, когда большое внимание стало уделяться выявлению субъективных критериев, отражающих восприятие слушателем различных свойств звукового поля в помещении, и установлению их связей с объективно измеренными характеристиками. Достижения в этой сфере позволили построить известные своими уникальными архитектурными решениями и превосходными акустическими качествами залы, среди которых Tanglewood Music Shed в США, Christchurch Town Hall в Новой Зеландии, концертный зал в Tokio Opera City в Японии и др.

Благодаря усилиям таких ученых, как Л. Бе-ранек, М. Баррон, Г. Маршалл, Дж. Брэдли, Г. Сулодре, М. Моримото, Д. Гресинджер и др., в последние десятилетия было установлено значительное число параметров, адекватно отражающих различные аспекты слушательского восприятия музыки и речи в замкнутом пространстве. Полученные материалы содержат существенные сведения, которые значимы не только для акустиков и архитекторов, но и для музыкантов, звукорежиссеров, композиторов и др.

Анализу этой проблемы уделялось значительное внимание в 70-80-х годах в отечественной научной литературе в трудах В. В. Фурду-ева1, Л. С. Маньковского2, Л. И. Макриненко3 и др., однако новые технические возможности в записи и обработке музыкальных сигналов позволили за последнее десятилетия получить качественно новые результаты в этом направ-

лении, которые не нашли отражения в отечественной литературе. Настоящая статья наряду с другой нашей работой4 призвана восполнить этот пробел и представить наиболее актуальную на сегодняшний день информацию по данной теме.

Наиболее значимыми параметрами субъективной оценки акустических качеств помещений в настоящее время можно назвать ‘пространственное впечатление’, ‘жизненность’, ‘интимность’, ‘текстуру’, ‘различимость’, ‘полноту’, ‘громкость’, ‘теплоту’, ‘тембр’, ‘тональный баланс’ и ‘высокий регистр’. Из них первые четыре связаны с пространственными характеристиками звука. Они рассмотрены в работе автора4. Настоящая же статья рассматривает вторую группу параметров субъективного восприятия, связанных с другими (не пространственными) свойствами звукового поля в помещении, а именно: ‘различимость’, ‘полноту’, ‘громкость’, ‘теплоту’, ‘тембр’, ‘тональный баланс’ и ‘высокий регистр’.

Детальное рассмотрение каждого из них представлено ниже:

Громкость. Этот параметр используется для оценки субъективного восприятия уровня звука на определенном расстоянии от звукового источника. Громкость звука оценивается слушателем в соответствии с его ожиданиями. Зал, таким образом, может быть оценен как «тихий», если уровень звука будет сочтен низким для дистанции, на которой слушатель находится от источника, хотя полный уровень звукового давления при этом может быть достаточно высоким5. Помимо этого, чувствительность слуховой системы к уровню громкости зависит от частоты оцениваемого звука. При равном

уровне звукового давления басовые звуки будут казаться тише, чем звуки средних и высоких частот.

Для определения громкости рассчитывают параметр ‘сила звука’ - G, определяемый как отношение звукового давления, измеренного на определенном расстоянии от источника в зале, к звуковому давлению от того же источника, измеренному на расстоянии 10 м в заглушенной камере, т. е. помещении, отражающие свойства стен которого сведены к минимуму.

В процессе измерений ‘силу звука’ рассматривают на двух этапах прихода звука к слушателю и различают ‘силу раннего звука’ ^80) и ‘силу позднего звука’ ^^ДТЕ)). Ранний звук включает в себя прямой сигнал и ранние отражения, достигающие слушателя в первые 80 мс от начала звучания. Поздний звук представляет собой всю звуковую энергию после 80 мс.

Различимость (ясность). Этот параметр характеризует степень, с которой слушатель может ясно различать звуки в помещении. Различимость подразделяют на ‘горизонтальную’ и ‘вертикальную’. К горизонтальной относится различение последовательно извлекаемых звуков. К вертикальной - звучащих одновременно6.

Горизонтальная различимость зависит от свойств помещения, темпа исполнения и расположения музыкантов относительно слушателей. Степень, с которой помещение способствует хорошей «ясности», определяется коэффициентом различимости С80, представляющим собой отношение энергии прямого звука и ранних отражений

- С80 > -1,6 dB; романтизм (Брамс, Вагнер) - С80 > -4,6 dB. Для сакральной музыки может быть приемлемым и С80 > -5 dB7. Рекомендуется также использовать соотношение параметров G80

- сила раннего звука (до 80 мс) и GL(LДTE) сила позднего звука в дополнение к значениям С80 для более детальной оценки ясности8.

Вертикальная различимость также имеет связь со значениями С80 Оценка вертикальной

различимости существенно зависит от свойств собственных резонансов помещения, от того, как обустроено сценическое пространство и как расположены в нем музыканты, от качества и характера исполнения музыки.

Преобладание поздней звуковой энергии в концертном зале вызывает у слушателя ощущение ‘полноты звучания’. Реверберационный звук заполняет паузы между последовательно извлекаемыми нотами, отсюда и происходит этот термин. Наиболее ярко ощущение полноты звучания проявляется в храмовых помещениях с высокими потолками, где звук имеет возможность свободно распространяться и отражаться в течение сравнительно долгого времени. Композиторы и исполнители используют этот эффект для реализации своих художественных замыслов, что можно проследить, анализируя их творчество.

Полнота звучания зависит от соотношения энергии звуков, достигающих слушателя после 80 мс от прихода прямого звука (диффузный сигнал), и энергии звуков, приходящих в первые 80 мс (прямой звук и ранние отражения):

Оценка полноты звучания связана также с временем реверберации в помещении (RT60 -время, в течение которого уровень звукового давления падает на 60 дБ) и ранним временем реверберации (Early Decay Time, EDT - время, в течение которого уровень звукового давления падает на 10 дБ, умноженное на 6), который используется для оценки начальной фазы реверберационного процесса. В процессе исполнения музыки каждые последующие звуки маскируют реверберационный отзвук предыдущих, и преимущественно слышен лишь начальный этап реверберационного процесса. Это объясняет, почему раннее время реверберации (EDT) лучше отражает субъективную реакцию слушателя, и вариации значений этого параметра (EDT) обладают большей инфор-мативностью9.

Тембр связан со свойством помещений «окрашивать» тембр звуковых источников. Каждое помещение можно рассматривать как резонатор с определенным набором резонансных частот. Плотность спектра резонансных частот увеличивается от низких частот к высоким, а их положение на частотной шкале зависит от размеров помещения: чем больше помещение, тем ниже его первая резонансная частота. В маленьких помещениях самые низкие и, соответственно, самые дискретные резонансы попадают в слышимую человеком

156

А. Р. Рустамов

область частот, и поэтому в таких помещениях звук «окрашивается» неравномерно. С увеличением размеров помещения дискретная часть спектра резонансных частот смещается ниже диапазона музыкальных инструментов и голоса. Воспринимаемый звук в таких помещениях окрашивается только плотно расположенными резонансами, и возможные тембральные искажения в них могут быть сведены к минимуму.

Тональный баланс - один из ключевых факторов, характеризующих субъективное качество помещения. Тональный баланс показывает сбалансированность звучания низких и высоких частот в помещении. Наиболее распространенным случаем плохого тонального баланса является излишнее преобладание низких частот и/или недостаток высоких. В таких помещениях наблюдается глухое звучание, речь и вокал воспринимаются с трудом из-за плохой разборчивости.

В работе зарубежных исследователей10 для измерения тонального баланса в помещении рекомендован специальный параметр - ‘девиация уровня’ (Deviation of Level, DL), эффективность которого подтверждена методами субъективных экспериментов. Коэффициент девиации уровня показывает, насколько значение уровня звукового давления на разных частотах отклоняется от среднего в диапазоне 7,5 октав (63-12500 Гц).

Теплота звучания связана с ощущением низкочастотных составляющих звука. «Теплым» называют зал, в котором басовые составляющие слышны отчетливо, и при этом не ощущается недостатка в высоких частотах.

Для оценки «теплоты» звучания Л. Л. Бера-нек предложил параметр ‘коэффициент баса’ (‘bass ratio’), равный отношению суммы значений времени реверберации на частотах 250 Гц и 500 Гц к сумме значений времени реверберации на частотах 500 Гц и 1000 Гц. Однако позже было установлено, что этот коэффициент не имеет четкой корреляции с субъективным восприятием низких частот11.

Наиболее продуктивными исследованиями восприятия баса в помещении стали работы американских авторов12. Их результаты показали, что восприятие басовых составляющих наиболее связано с уровнем позднего низкочастотного звука в октавной полосе 125 Гц.

Высокий регистр. Несмотря на редкое упоминание этого параметра в литературе, в ходе субъективных тестов12 было выявлено, что степень насыщенности звукового поля высокими

частотами обладает наибольшей (наряду с ясностью) корреляцией с общим впечатлением

об акустике зала. Авторы эксперимента полагают, что настолько высокая корреляция могла быть обусловлена родом деятельности участников тестов. В своем большинстве это были профессиональные звукоинженеры, и возможно, что их предпочтение звуковых образцов с более насыщенными высокими частотами продиктовано соответствующими современными тенденциями в звукозаписи. К тому же авторы упоминают, что в тестах участвовало всего десять человек, и этого количества недостаточно, чтобы делать значимые выводы. Тем не менее, следует выделить ‘высокий регистр’ из общего числа субъективных параметров.

‘Высокий регистр’ связывают с поздней высокочастотной звуковой энергией. Наибольшей корреляцией с этим критерием обладает

объективный параметр ‘коэффициент высоких

’12 ^ частот 12, определяемый как отношение энергии позднего (после 80 мс) высокочастотного звука (4 кГц) к энергии позднего среднечастотного звука (1-2 кГц).

Заключение

В статье были представлены признанные большинством ученых субъективные параметры оценки акустических качеств закрытых пространств. Несмотря на то, что приведенные в статье критерии изначально предназначены для оценки непосредственно первичного звукового поля в помещении, они могут быть использованы и в звукорежиссуре, для оценки вторичного звукового поля, когда громкоговорители излучают записанное первичное поле либо синтезированный звук. Конечно, в зависимости от условий записи, обработки звука и прослушивания рекомендуемые значения параметров могут быть пересмотрены и адаптированы к конкретным ситуациям. Тем не менее, основы, изложенные в данной работе, могут служить отправной точкой в поиске верного решения на пути создания естественно звучащих высоко художественных звуковых картин.

Примечания

1 Фурдуев, В. В. Стереофония и многоканальные звуковые системы. М. : Энергия. 1973. 112 с.

2 Маньковский, В. С. Акустика студий и залов для звуковоспроизведения. М. : Искусство, 1966. 376 с.

3 Макриненко, Л. И. Акустика помещений общественных зданий. М. : Стройиздат, 1986. 174 с.

4 Рустамов, А. Р. Формирование художественного звукового образа с учетом акустических качеств закрытого пространства // Вестн. Башк. ун-та. 2010. Т. 15. № 3. С. 732-735.

5 Barron, M. Auditorium Acoustics and Architectural Design. Second Ed. T & F Books UK, 2009.

6 Beranek, Leo L. Concert halls and opera houses : music, acoustics and architecture. N. Y. : Springer, 2003. 700 c.; Алдошина, И. А. Музыкальная акустика : учебник / И. А. Алдошина, Р. Приттс. СПб. : Композитор, 2006. 720 c.

7 Barron, M. Using the standard on objective measures for concert auditoria, ISO 3382, to give reliable results // Acoust. Sci. & Tech. 2005. Т. 26, № 2. С. 162-169.

8 Bradley, J. S. Using ISO 3382 measures, and their extensions, to evaluate acoustical conditions

in concert halls // Acoust. Sci. & Tech. 2005. T. 26, № 2. C. 170-178

9 Beranek, Leo L. Concert halls and opera houses...

10 Takahashi, D. Objective measures for evaluating tonal balance of sound fields / D. Takahashi, K. Togawa, T. Hotta // Acoust. Sci. & Tech. 2008. T. 29, № 2. C. 2-8.

11 Beranek, Leo L. Concert hall acoustics 20012007 // Proceedings of 19th International Congress on Acoustics. Madrid, 2007. URL : http:// www.sea-acustica.es/WEB_ICA_07/fchrs/papers/ rba-06-001.pdf.

12 Bradley, J. S. : 1) Subjective evaluation of new room acoustic measures / J. S. Bradley, G. A. Sou-lodre // Journ. Acoust. Soc. Am. 1995. T. 98, № 1. C. 294-301;2) Factors influencing the perception of bass / J. S. Bradley, G. A. Soulodre, S. Norcross // Journ. Acoust. Soc. Am. 1997. T. 101, № 5. C. 3135.