Микрофонные системы. Часть 1

Автор: Павел Шамрай

Цель данной работы – рассмотреть основные современные микрофонные системы и рассказать об особенности их применения на практике. В ходе работы производились опытные записи на разные стереопары при записи малого симфонического оркестра. Записи производились в одном и том же зале, с тем же оркестром, но в два разных дня, так что состав оркестра немного менялся. Все системы были установлены в одной точке. Никаких других микрофонов, кроме главной стереопары, в них не использовалось.

В начале 1930-х годов инженер звукозаписывающей компании EMI англичанин Алан Блюмляйн разработал теорию стереозвучания. В те же годы появляются первые опыты стереозаписи, сделанные Артуром Келлером и Харви Флетчером в содружестве со знаменитым дирижером Филадельфийского симфонического оркестра Леопольдом Стоковским. Так зарождалась стереофоническая звукозапись.

С возникновением стереофонии появилась возможность воссоздавать и более реалистично отражать в записи: ширину (левый и правый край) инструментов;

• расстояние до каждого инструмента, его локализацию в пространстве;
• расстояние от целого ансамбля до слушателя;
• пространственное ощущение акустической обстановки;
• тембры инструментов, как мы их слышим в зале.

Стереосистемы – это системы из двух (редко из трех) микрофонов, располагаемых определенным образом и взаимодополняющих друг друга для создания единого стереофонического образа. Стереозапись фиксирует целостный звук ансамбля в едином акустическом пространстве.

Стереосистемы – это наилучший способ записи различных по составу коллективов, имеющих сбалансированное акустическое звучание, – от больших симфонических оркестров до различных камерных ансамблей. Также стереосистемы часто используются при записи сольных инструментов, что придает их звучанию большую полноту и объем.

Для создания стереоэффекта необходимо использовать как минимум два микрофона. Каждый из них будет снимать свою часть звукового поля, и при микшировании в разные каналы громкоговорителей будут создаваться виртуальные образы инструментов в различных точках между акустическими системами (КИЗ, кажущиеся источники звука). В том, как расположить эти микрофоны относительно друг друга, в какой точке и на каком расстоянии от исполнителей поставить систему, чтобы наиболее удачно передать звучание коллектива, – и состоит одна из главных задач звукорежиссера.

Существуют различные типы микрофонных систем, отличающихся принципами формирования стереоэффекта.

В слуховой системе человека при локализации источников звука в горизонтальной плоскости действуют три независимых и дополняющих друг друга механизма.

Временной (или фазовый). Он действует в области низких и средних частот и основан на неодновременном приходе сигнала от источника звука в левое и правое ухо, что определяется расстоянием между ушами. Звук от источника, находящегося ближе к правому уху, придет к нему чуть быстрее, чем к левому, и за счет этого он локализуется справа, и наоборот. Максимальная разница во времени, соответствующая полному смещению источника звука вправо или влево, не должна превышать 630 мкс.

Интенсивностный. Он действует в области высокой середины и высоких частот. Здесь работает различие интенсивностей сигналов для левого и правого уха, которое образуется при смещении источника звука вправо или влево от слушателя. Это различие возникает из-за ослабления интенсивности звука, направленного в противоположную от источника звука сторону, и объясняется экранирующим действием головы. То есть звук, приходящий с правой стороны от слушателя, должен, чтобы попасть в левое ухо, обогнуть естественное препятствие – голову. При этом часть энергии его теряется, поэтому левым ухом мы будем слышать его тише.

Частотный. Он базируется на различии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) сигналов, приходящих к ушам с разных сторон. Этот механизм основан на работе «акустической тени головы» – отсутствии дифракции (огибания) головы волнами, длины которых сравнимы с геометрическими размерами головы. Особенности АЧХ ушных сигналов позволяют нашему мозгу безошибочно определять направление на источники звука, расположенные не только спереди, но и сзади.

По обобщенным экспериментальным данным, точность локализации источника звука в горизонтальной плоскости на частотах от 100 до 800 Гц составляет около 1°, а на частотах от 1,4 до 4 кГц – 3°.

Как оказалось, временной механизм локализации обеспечивает наибольшую разрешающую способность. Наихудшее разрешение наблюдается в области смены механизма восприятия от временного к интенсивностному (от 2000 до 4000 Гц).

Все стереомикрофонные системы, в зависимости от их типа, используют один или несколько вышеперечисленных принципов формирования стереоэффекта.

Существующие микрофонные стереосистемы можно разделить на две основные группы:

• совмещенные стереосистемы – такие как XY stereo, MS-stereo, Blumlein stereo. Микрофонные капсюли в этих системах располагаются максимально близко друг от друга;
• раздельные стереосистемы – АВ, DIN stereo, NOS stereo, ORTF stereo, Baffled stereo. Микрофонные капсюли находятся в этих системах на некотором расстоянии друг от друга.
  Рассмотрим сначала первый тип систем.

Совмещенные микрофонные стереосистемы

Эта технология стереозаписи, как уже говорилось, предполагает использование двух направленных микрофонов, расположенных как можно ближе друг к другу (в идеале – в одной точке) и направленных под определенным углом друг к другу. Ширина стереобазы зависит от характеристик направленности микрофонов и от угла между осями максимальной чувствительности.

Поскольку между капсюлями расстояние очень незначительное, то временной механизм локализации здесь не работает и за формирование стереобраза отвечает интенсивностный принцип. Естественно, что ненаправленные микрофоны в такой системе использоваться не могут, так как два ненаправленных микрофона, установленных в одной точке, дадут практически одинаковую интенсивность на выходе обоих микрофонов вне зависимости от угла разворота головок. На практике это не совсем так, и разница, конечно, будет, но гораздо менее значительная, чем у направленных микрофонов.

Из достоинств совмещенных микрофонных систем можно отметить отличную моносовместимость, точную локализацию, собранную стереокартину. Также изменение расстояния от микрофонной системы до источника звука почти не влияет на ширину стереобазы – в отличие от раздельных стереосистем.

Самая распространенная система сегодня – это, пожалуй, система XY Stereo.

XY Stereo

В этой системе используются два направленных микрофона (две кардиоиды или две суперкардиоиды), установленных на одной оси, у которых акустические оси повернуты и образуют угол 90° (иногда практикуется увеличение угла разворота до 120°, изредка – до 180°).

Теоретически обе мембраны должны быть установлены точно в одном и том же месте, чтобы избежать каких-либо фазовых искажений из-за отсутствия расстояния между микрофонами. Добиться на практике этого, конечно, невозможно, и микрофоны чаще всего располагаются друг над другом. При этом желательно избежать соприкосновения микрофонов во избежание механического шума.

Многие фирмы (AKG, Neumann, Shure и т.д.) выпускают стереомикрофоны, имеющие две мембраны, расположенные одна над другой в одном корпусе и поворачивающиеся вокруг собственной оси для достижения необходимого угла разворота. (Благодаря изменяющимся характеристикам направленности капсюлей, из такого микрофона можно организовать как систему XY, так и MS или Blumlein).

Стереофонический эффект в этой системе возникает за счет разности интенсивностей сигналов от источника (так называемая «интенсивностная» стереофония). Система XY дает правильное соответствие мнимого и реального источника, если он находится в определенных угловых пределах. Так как затухание сигнала вне зоны охвата кардиоидного микрофона будет составлять приблизительно -6 дБ (то есть для микрофона, направленного на левую часть сцены, звук, приходящий с правой стороны сцены, будет на 6 дБ тише звука, приходящего с левого края, и наоборот), то благодаря сильному взаимопроникновению сигнала в оба микрофона стереоразделение будет ограниченным и широкую стереопанораму в этой системе получить сложно.

При увеличении угла разворота (такая практика существует) ширина звуковой картины увеличится, но велика вероятность появления провала в центре стереобазы. Зато благодаря отсутствию в сигналах левого и правого каналов временных сдвигов в системе ХY практически нет фазовых искажений, и она обладает хорошей моносовместимостью. Поэтому ХY часто используется на телевидении, где большинство каналов вещает в моно.

Также из достоинств этой системы можно отметить хорошую локализацию инструментов по стереопанораме и правильный тембральный баланс.

Однако при ее использовании могут возникать искажения пространственной панорамы по глубине.

Если система поставлена слишком далеко от исполнителей, будет ощущаться потеря низких частот, вообще характерная для направленных микрофонов.

Вообще же эта система имеет достаточно сухой, мало окрашенный, и, на мой взгляд, менее интересный звук. При записи солирующих инструментов предпочтительнее использовать другие микрофонные системы для получения более богатого, сочного и объемного звучания.

Хотя, записывая такие «подвижные» инструменты как, например, скрипка или флейта, можно при слишком свободном поведении музыканта на сцене поставить систему XY, чтобы избежать сильного перемещения инструмента по стереобазе, которое будет слышаться гораздо явственнее в системах, использующих временной принцип формирования стереофонии.

В эстрадной музыке система XY иногда используется при постановке overhead-микрофонов на ударную установку. Это придает звучанию ударных плотность, собранность и четкость, но вместе с тем некоторую «плоскость», поэтому выбор микрофонной системы делается, исходя из стиля музыки и особенностей аранжировки. В общем, такая постановка чаще используется в рок-музыке, нежели в джазе. Группу духовых инструментов (труба, саксофон, тромбон), играющих аккорды, тоже можно записать, поставив исполнителей в ряд и используя XY. Обязательное требование в этом случае – ровное звучание и сыгранность исполнителей.

Хорошо использовать XY при записи акустической гитары, фортепиано (скорее не в академической музыке), перкуссии, особенно в такой музыке, где важна ясность звучания инструмента и слышимость его в плотной аранжировке.

Отличный результат при записи больших оркестров получается при сочетании XY-системы (в качестве главной стереопары) с дополнительными микрофонами (желательно ненаправленными), стоящими по краям сцены (широкое AB). При этом XY дает ясность стереокартины и хороший баланс, а AB – объем, ширину и мягкость звучания оркестра.

Blumlein Stereo

Эту технологию предложил в 1929-33 годах англичанин Алан Довер Блумлайн в работе «Усовершенствования в области передачи, записи и воспроизведения звука». Многие идеи, заложенные в том труде, получили дальнейшее развитие и используются в наше время. В частности, там рассматривались принципы системы, направленной на сохранение стереоэффекта, когда звук с разделенной пары микрофонов воспроизводится через два громкоговорителя. Для этого предлагалось использование пары микрофонов с их осями, расположенными относительно друг друга под прямым углом. Поскольку микрофонов с кардиоидной характеристикой направленности тогда еще не существовало, а были только круговые и «восьмерки», то основой этой системы стали «восьмерки», так как при использовании в совмещенных стереосистемах круговых микрофонов стереоэффект будет выражен очень слабо (см. выше).

Blumlein-система относится к типу интенсивностной стереофонии, которая использует два двусторонне-направленных микрофона, установленных, как и система XY, в одной точке под углом 90° друг к другу. Учитывая, что «восьмерка» принимает также сигнал, приходящий сзади, в этой системе будет достаточно много отражений помещения, что сделает запись более воздушной по сравнению с системой XY. Но она имеет тот существенный недостаток, что левый микрофон воспринимает отражения с правой стороны помещения и наоборот, и это затрудняет локализацию источников звука в небольших залах и залах с высоким уровнем ранних отражений от стен.

Очевидно, что для больших составов эта система не очень подходит – получается широкая стереобаза, но с провалом посредине. Оркестр «разваливается» на две половины, никак не связанные между собой. Получаются очень далекие планы деревянных духовых, излишняя глубина стереобазы и динамическая вялость, ощущение какой-то скомпрессированности. Также присутствует некая общая мутность звучания, можно предположить наличие противофазы.

Но если эта система не подходит для больших и широко расположенных составов, то, возможно, с ней стоит поэкспериментировать при записи небольших составов, если вы ищете ощущение пространства и атмосферы. Как вариант – можно попробовать систему Blumlein при записи медной секции и при стереозаписи отдельных инструментов, таких как гитара и фортепиано, или даже попробовать поставить такую систему в качестве микрофонов комнаты на ударную установку.

В наше время система Blumlein используется довольно редко в силу специфических особенностей звучания.

(Продолжение следует…)