Ciekawostki

03 April 2013

Trochę ciekawostek znalezionych przez Elvis van Tomato. Kompresja, krzywe izofoniczne, korektory
graficzne, itp. Źródło: audio.com.pl

Co to jest kompresja - w studiu i w sprzęcie domowym - i czym się objawia?

Kompresja jest zniekszałceniem oryginalnego sygnału polegającym na zmniejszeniu jego dynamiki.
Jest to jednak zniekształcenie wprowadzane często celowo - po stronie nagrania kompresja
stosowana jest w studio do dopasowania dynamiki naturalnego dźwięku do możliwości nośnika.
W przypadku CD jest to maksymalnie 96 dB, podczas kiedy orkiestra symfoniczna ma dynamikę ok.
140 dB! W nowych nagraniach masowych dokonuje się maksymalnej kompresji po to, aby nagranie
brzmiało jak najgłośniej - aby również jego ciche fragmenty wciąż były "na wierzchu". Stąd fatalny
dźwięk wielu współczesnych nagrań. Od strony użytkownika dochodzi do kompresji sygnału albo we
wzmacniaczu (kompresja elektryczna), albo w kolumnach (kompresja mechaniczna i termiczna). W
obydwu przypadkach polega to na niezdolności do przeniesienia przez urządzenie lub przetwornik
sygnałów impulsowych o dużym skoku i poziomie.

Co to są krzywe izofoniczne i charakterystyka "fizjologiczna"?

To krzywe jednakowej głośności - a krzywe są dlatego, że nasz zmysł słuchu nie ma "liniowej
charakterystyki przetwarzania". Sygnały o takim samym natężeniu, ale o różnej częstotliwości,
wywołują wrażenia różnej głośności. Stąd też - natężenie nie równa się głośność. Natężenie dźwięku
to obiektywna wielkość fizyczna, niezależna od "obserwatora", natomiast głośność to miara naszego
ludzkiego wrażenia, jakie wywołuje określony dźwięk. Oczywiście, im wyższe natężenie, tym
większa głośność, ale np. natężenie niskich częstotliwości musi być o wiele wyższe od natężenia
średnich częstotliwości, aby wywołać takie samo wrażenie głośności. Przebieg natężenia w funkcji
częstotliwości dla określonego poziomu głośności ilustruje właśnie krzywa izofoniczna. Ale sprawa
komplikuje się jeszcze bardziej, ponieważ krzywa ta zmienia się wraz ze zmianą poziomu głośności...
i dlatego mamy nie jedną, ale całą rodzinę krzywych izofonicznych. Najogólniej opisany kształt tej
krzywej pozostaje podobny - niskie i najwyższe częstotliwości są "uprzywilejowane", co jest jednak
odbiciem konieczności zwiększenia natężenia w celu wywołania takiego samego wrażenia głośności
- czyli w naszym odbiorze, częstotliwości niskie i najwyższe są upośledzane, nasza czułość jest w tych
zakresach słabsza. Dysproporcje te są największe dla niskich poziomów głośności (wtedy najtrudniej
nam usłyszeć częstotliwości ze skraju pasma), i nieco zmniejszają się wraz ze wzrostem poziomu
głośności.

Dlaczego postuluje się, aby charakterystyka przetwarzania urządzeń była płaska, skoro
charakterystyka czułości ucha ludzkiego płaska wcale nie jest?


Dowodzenie odwrotne, że sam kształt krzywej izofonicznej oznacza konieczność "podbijania" niskich
i wysokich częstotliwości w celu uzyskania takiej samej głośności dźwięków z całego pasma, jest
błędne - przecież słuchając dźwięków z naturalnych źródeł, a nie za pośrednictwem sprzętu, nie
wprowadzamy żadnej korekcji; to, co odbieramy jako "naturalne brzmienie", odbieramy właśnie
wedle krzywych izofonicznych, gorzej słysząc niskie i najwyższe częstotliwości (i wreszcie nie słysząc w
ogóle częstotliwości spoza zakresu akustycznego, które słyszą niektóre zwierzęta). Natomiast wartym

rozważenia argumentem za wprowadzaniem korekcji są różnice między krzywymi izofonicznymi -
jeżeli słuchamy bardzo cicho, a słuchamy muzyki, która w swoim naturalnym źródle gra głośniej, to
odtworzenie oryginalnych proporcji tonalnych wymaga skorygowania charakterystyki o te różnice,
które dzielą krzywe izofoniczne dla odpowiednich poziomów głośności. A ponieważ na niższych
poziomach (w tym przykładzie na poziomach odtwarzania dźwięku przez sprzęt) krzywa izofoniczna
ma bardziej podniesione zakresy niskich i wysokich częstotliwości, niż na wysokich poziomach, więc
uzasadnione jest wzmocnienie tych zakresów o tę różnicę - ale tylko o różnicę, a nie odtwarzanie
kształtu krzywej izofonicznej. Można jednak wyobrazić sobie sytuację odwrotną, chociaż mało
prawdopodobną - gdy ktoś lubi głośno słuchać akustycznej gitary czy wokali, i słucha ich głośniej
niż brzmią one w rzeczywistości, powinien skraje pasma... przytłumić. A teraz każdy wyciąga z tych
faktów takie wnioski, jakie mu się bardziej podobają.

Dlaczego w sprzęcie wysokiej klasy nie są stosowane korektory graficzne?

Prawdę mówiąc, obecnie nie są stosowane również w sprzęcie średniej klasy, ewentualnie spotykamy
je, w bardzo uproszczonej formie, w sprzęcie najniższej klasy, w tym w sprzęcie przenośnym.
Z kolei bardzo zaawansowane systemy korekcji czasami zdarzają się w systemach absolutnie
najwyższej klasy... Pomysł stosowania korektora graficznego, czy po prostu rozbudowanego
korektora częstotliwościowej charakterystyki przenoszenia, wziął się z intencji korygowania jej
nierównomierności, wprowadzanych przez cały system, przede wszystkim przez zespoły głośnikowe,
a także przez pomieszczenie odsłuchowe (odbicia). Patrząc jednak na obraz charakterystyki
zmierzonej w dowolnym miejscu tego pomieszczenia, w tym również w miejscu teoretycznie
najlepszym, wybranym jako miejsce odsłuchowe, zobaczylibyśmy charakterystykę tak silnie i
nieregularnie pofalowaną, że działanie najpopularniejszego niegdyś korektora oktawowego
(dziesięciopunktowego - ingerującego niezależnie w dziesięć oktawowych podzakresów całego
pasma akustycznego) nie jest w stanie takiej charakterystyki "wyprostować", jest bowiem zbyt mało
dokładne - w jednej oktawie będzie np. zlokalizowane zarówno osłabienie, jak i wzmocnienie, albo
np. osłabienie pojawi się na granicy między ustalonymi w korektorze oktawami. A choćby nawet
można było jednak, teoretycznie, takim korektorem charakterystykę poprawić, to będzie to bardzo
trudne "na słuch", bez pomocy systemu pomiarowego. Nowoczesne amplitunery wielokanałowe
mają wbudowane systemy automatycznej kalibracji i korekcji wszystkich głośników, wykorzystujące
realne pomiary z udziałem mikrofonów, i takie mają szansę na skuteczne działanie - ale nie są to
już "ręczne", tradycyjne korektory graficzne. w najtańszych urządzeniach korektory są zwykle tylko
pięciopunktowe (pasmo podzielone na pięć dwuoktawowych podzakresów) i służą raczej zabawie
w kształtowanie charakterystyki tonalnej najbardziej odpowiadającej gustom użytkownika, a nie
szukaniu ideału.

Jak należy ustawić zespoły głośnikowe względem miejsca odsłuchowego?

To zależy od charakterystyki samych zespołów głośnikowych, warunków akustycznych w
pomieszczeniu i naszych upodobań brzmieniowych. Zespoły głośnikowe często mają wyeksponowane
wysokie tony. Wielu słuchaczy lubi takie brzmienie, a skoro tak, to powinni skierować kolumny
(ich osie główne) wprost na miejsce odsłuchowe - na osiach głównych bowiem poziom wysokich
tonów jest prawie zawsze najwyższy (i obniża się wraz ze zwiększaniem kąta pomiędzy osią główną
kolumny a linią łączącą łączą kolumnę ze miejscem odsłuchowym). Dzięki temu zjawisku ci audiofile,
którzy cenią sobie najdalej idącą neutralność brzmienia, również mogą z powodzeniem korzystać z

kolumn mających "podbitą" górę - o ile poprowadzą osie główne daleko od miejsca odsłuchowego,
czyli ustawią je mniej-więcej równolegle względem siebie, co wprost zalecają niektórzy producenci,
w ten sposób strojący swoje kolumny. Nieliczni sugerują, aby dla uzyskania najlepszej stereofonii
skrzyżować osie główne jeszcze przed miejscem odsłuchowym. Jeżeli natomiast charakterystyka
przetwarzania jest bardzo wyrównana już na osi głównej, to zdecydowanie najlepiej skierować
osie główne na miejsce odsłuchowe, gdyż w innym przypadku odczujemy deficyt wysokich tonów,
zwłaszcza gdy pomieszczenie jest mocno wytłumione.

Jaka jest optymalna odległość kolumn od ścian pomieszczenia?

Im kolumny stoją dalej od ścian czy innych powierzchni odbijających, tym w ich promieniowaniu
mniejszy jest udział niskich częstotliwości. Dlatego od rodzaju kolumn, ich własnej charakterystyki,
tego czy "same z siebie" uprzywilejowują bas, czy go upośledzają, zależy optymalne ustawienie,
a także od tego, jaki charakter dźwięku sami bardziej lubimy. Kolumny z otworami bas-refleks
na tylnych ściankach najczęściej wymagają większego odstępu od ścian, jako bezpieczną
wartość wypada przyjąć jeden metr, natomiast w przypadku bas-refleksów wyprowadzonych do
przodu będzie to jeden metr pomiędzy przednią ścianką kolumny a znajdującą się za nią ścianą
pomieszczenia. Poza kwestią basu, jest też problem stereofonii, zakłócanej bardziej przez odbicia od
bocznych ścian pomieszczenia - tutaj też wypada zachować odległość co najmniej metra, ewentualnie
powierzchnie ścian znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie głośnika zaadaptować akustycznie
- wprowadzić tam elementy rozpraszające i pochłaniające (niekoniecznie "profesjonalne" ustroje
akustyczne, ale choćby płytki regał na książki).

Jaki jest związek między wielkością zespołów głośnikowych a wielkością odpowiedniego dla nich
pomieszczenia?


Po pierwsze sama wielkość kolumn wcale nie determinuje ich mocy, efektywności ani cech
brzmieniowych. Intuicyjnie obawiamy się nadmiaru niskich tonów z dużych kolumn w małym
pomieszczeniu, ale intuicja może nas tu zmylić. Nawet konstrukcja podstawkowa może mieć
w taki sposób dostrojony bas-refleks, że będzie on emitował wyeksponowany, a do tego słaby
impulsowo bas, który w małym pomieszczeniu szybko się "zagotuje", a duża kolumna z obudową
zamkniętą może być w tym zakresie całkiem powściągliwa i zdolna do pracy nawet blisko ściany.
Oczywiście statystyka wskazuje, że większe kolumny dają "większe brzmienie", teoretycznie lepiej
pasujące do większych pomieszczeń, jednak taka zależność też nie powinna ograniczać wyboru: są
audiofile, którzy do tego stopnia cenią sobie "monitory", że nawet w dużych, ponad 20-metrowych
pomieszczeniach będą cieszyć się z ich brzmienia, nie oczekując na lawinę decybeli. Są też tacy,
którzy do małych pokoików wtaszczą wielkie kolubryny i będą szczęśliwi, gdy bas ich przygniecie.
Dla zdezorientowanych tym wywodem, a jednak oczekujących jakiejś konkretnej wskazówki: do
pomieszczeń bardzo małych, o powierzchni poniżej 15 metrów, rekomendujemy zespoły dwudrożne
- czy to podstawkowe, czy wolnostojące; od 15 metrów wzwyż nabiera sensu stosowanie kolumn
dwuipółdrożnych, a w pomieszczeniach ponad 20 metrów trójdrożnych. W pomieszczeniach ponad
30 metrów kolumny dwudrożne będą już słabo się bronić, ale dobre dwuipółdrożne, na bazie pary
18-cm nisko-średniotonowych, mogą wystarczyć aż do 50 metrów.

Jakie jest optymalne wytłumienie pomieszczenia odsłuchowego?

Współczesne pomieszczenia, w których słuchamy muzyki ze sprzętu audio, czyli po prostu nasze
mieszkania, są coraz częściej urządzane nowocześnie, czyli oszczędnie - dywany nie przykrywają
podłóg, ściany nie są zabudowane biblioteczkami, nawet na oknach często nie ma grubych zasłon.
W większości przypadków mamy więc do czynienia z "niedotłumieniem" pomieszczenia i poprawę
warunków akustycznych może przynieść zwiększenie intensywności typowego "umeblowania" lub
wprowadzenie specjalnych ustrojów tłumiąco-rozpraszających. Z drugiej strony, nie należy w tych
działaniach przesadzać, bowiem wcale nie jest tak, że im większe wytłumienie, tym lepiej. Przy małym
wytłumieniu dźwięk jest żywy, nieuporządkowany, pozorne źródła na stereofonicznej scenie są
trudne do lokalizacji, charakterystyka tonalna najczęściej eksponuje wyższe częstotliwości, chociaż
mogą też pojawić się dudnienia basu. Przy zbyt mocnym wytłumieniu dźwięk jest zduszony, matowy,
scena stereofoniczna dla słuchacza znajdującego się w idealnym miejscu odsłuchu jest co prawda
bardzo precyzyjna, ale brakuje swobodnej przestrzeni i wybrzmienia. Komora bezechowa nie jest
pomysłem na idealne warunki odsłuchu - to tylko narzędzie w technice pomiarowej.

Jakie są podstawowe techniki nagraniowe i jakie są słyszalne rezultaty ich stosowania?

Istnieje kilka podstawowych sposobów rejestracji nagrania, każda ze swoimi zaletami i wadami.
O wyborze decydują warunki akustyczne, nagrywany materiał, wybór artystyczny i możliwości
techniczne. Generalnie można podzielić je na dwumikrofonowe (stereo) i wielomikrofonowe
(multi-mono), najwierniejsze techniki nagraniowe należą do pierwszej grupy. Ale także metoda
dwumikrofonowa ma różne warianty. Najczęstszym jest metoda XY (intensywnościowa), w której
dwa mikrofony kierunkowe (kardioidalne) ustawione są blisko siebie (nie dalej niż 5 cm) i skierowane
na skraje sceny. Zaletą tej metody jest prostota, naturalne rozmieszczenie źródeł pozornych na
scenie oraz naturalna proporcja głośności między instrumentami. Wadą jest słaba rejestracja akustyki
pomieszczenia. Sprawdza się przede wszystkim przy małych składach. Drugą metodą jest metoda AB
(różnicowo-fazowa). Ustawia się w niej dwa mikrofony o charakterystyce kołowej w odległości 3-5
m od siebie. Odmianą tej metody jest tzw. "Decca Tree" (AB+M), z trzema mikrofonami, gdzie trzeci
ustawiony jest na środku sceny. Jej zaletą jest znakomita przestrzeń i szeroka baza stereofoniczna,
wadą niestabilne przejście źródeł pozornych między lewym i prawym kanałem - tzw. "przeskok".
Warto wspomnieć także o metodzie Blumleina z mikrofonami o charakterystyce ósemkowej
- przypomina ona metodę XY, jednak uzyskuje się znacznie lepsze wrażenie przestrzenności.
Najbardziej popularną metodą jest jednak dzisiaj metoda wielomikrofonowa MM, z wykorzystaniem
wielu mikrofonów monofonicznych. W tym przypadku każde źródło dźwięku rejestrowane jest przez
osobny mikrofon, często w osobnym pomieszczeniu (i w innym czasie) niż pozostałe instrumenty.
Rejestracji dokonuje się na urządzeniu wielośladowym, dzięki czemu realizator może dowolnie
manipulować barwą, siłą i ustawieniem każdego źródła w przestrzeni. Jest to, niestety, najmniej
transparentna metoda rejestracji, która nie oddaje prawdziwej akustyki pomieszczenia, ani też
realnej barwy instrumentu.

Na czym polega niesfazowanie kolumn i jaki jest tego wpływ na charakter brzmienia?

Pomyłka przy podłączaniu jednej z kolumn, polegająca na zamianie plusa z minusem (czy to przy
gniazdach we wzmacniaczu, czy w kolumnie) powoduje, że kolumny pracują w tzw. przeciwfazie.
Jakie są tego konsekwencje akustyczne? Wyobraźmy sobie, że dostarczamy sygnał monofoniczny,
czyli taki sam dla obydwu kanałów. W przypadku odwrócenia fazy jednej kolumny, kiedy sygnał ten
powoduje ruch membrany głośnika w lewej kolumnie do przodu, membrana w kolumnie prawej

rusza do tyłu. Dodatnie i ujemne ciśnienia teoretycznie zniosą się w miejscu odsłuchowym, o ile
znajduje się ono w takiej samej odległości od obydwu kolumn. W praktyce krótkie fale wysokich
częstotliwości nie zniosą się, ale dotrą w mocno przesuniętych fazach, co zaburzy lokalizację
pozornego źródła dźwięku, które w przypadku sygnału monofonicznego powinno powstać dokładnie
pomiędzy kolumnami; skutecznie znosić się będą ciśnienia w zakresie niskich częstotliwości, co
spowoduje poważne osłabienie basu. W przypadku nagrań stereofonicznych basu też najczęściej
będzie brakować, bo zwykle jest on rejestrowany w podobnym natężeniu i fazie w obydwu kanałach;
wprawne ucho też szybko wychwyci zakłócenia w odtworzeniu sceny stereofonicznej, która będzie
rozbita, chociaż na pierwszy rzut ucha.... bardziej efektowna. Równoczesne odwrócenie fazy w
obydwu kanałach, nazywane odwróceniem fazy absolutnej, nie przynosi takich negatywnych
efektów - membrany obydwu głośników znowu poruszają się synchronicznie, właściwie ze sobą
współpracując. To, że zamiast np. ruchu do przodu, wykonują razem ruch do tyłu, wprowadza pewną
zmianę w brzmieniu, ale uchwytną już tylko dla bardzo wprawnych uszu.