Роль фазовых соотношений сигналов в звукозаписи Часть 3

Автор: Александр Михлин

Камерный оркестр

Оркестр вообще – это особый случай в акустической звукозаписи. При записи оркестра может быть использовано от двух (при записи one point) до 25 и более микрофонов. Помимо главных микрофонов, могут быть поставлены индивидуальные микрофоны на все группы оркестра, а на струнный квинтет часто ставится по два или даже по три микрофона на каждую группу. Поэтому оркестровые записи сильно подвержены фазовым искажениям, особенно если звукорежиссер активно пользуется индивидуальными микрофонами.

Первая исследуемая запись: камерный оркестр плюс две сольные виолончели. Мы сконцентрируемся именно на звучании оркестра.

Рис 1

Как видно из микрофонной карты, на записи стояло два главных микрофона, а также по индивидуальному микрофону на каждого солиста и группу оркестра. По окончании записи рядом с каждым микрофоном был произведен стук, полученные импульсы использовались при исследовании.

Во всех предыдущих примерах мы изучали компенсацию задержки на сольных инструментах/ансамблях, здесь же есть возможность изучить, что происходит при компенсации задержки на группе инструментов, играющих в унисон. Поэтому, прежде чем применять компенсацию одновременно ко всем инструментам, было решено специально прослушать сочетание главной пары и каждого из индивидуальных микрофонов с компенсацией и без нее.

Было выяснено, что на группах струнных компенсация задержки не дает столь явного улучшения/изменения звучания, как это происходит на предыдущих записях. Тем не менее разница есть, и более всего она заметна на альтах. Возможно, это обусловлено бòльшим, чем до скрипок, расстоянием от главных микрофонов до альтов. При компенсации альты выдвигаются по балансу и по плану вперед. На скрипках и виолончелях разница меньше, я бы сказал, едва уловима – звучание становится чуть-чуть яснее и прозрачнее. У контрабасов при компенсации добавляется басовитость – вероятно, преодолевается гребенчатая фильтрация на низких частотах.

Чтобы не быть голословными, приведем несколько примеров.

Итак, как и прежде, трек 33 – пример звучания только главных микрофонов, трек 34 – звучание только индивидуальных.

Трек 33

Трек 34

Трек 35 – к главной паре добавлен индивидуальный микрофон первых скрипок.

Трек 35

Трек 36 – тот же фрагмент с задержкой. Разница в звучании, на мой взгляд, минимальна.

Трек 36

Трек 37 – главная пара плюс альты, трек 38 – то же с задержкой. Очень заметно, насколько яснее, ближе и громче стало ostinato альтов.

Трек 37

Трек 38

Трек 39 – главные микрофоны плюс виолончели, трек 40 – то же, но с задержкой – вновь разница едва уловима.

Трек 39

Трек 40

Задержка компенсировалась и на микрофонах солистов и дала результат, схожий с нашими предыдущими примерами – фокусировка и приближение солистов, улучшение тембров, поэтому подробно на этом останавливаться не будем.

Теперь попробуем скомпенсировать задержку на всех индивидуальных микрофонах, и, выставив одинаковый баланс, сравнить звучание.

Итак, трек 41 – звучание всех микрофонов, кроме солистов, без задержки.

Трек 41

Трек 42 – тот же фрагмент с задержками, введенными индивидуально для каждого микрофона.

Трек 42

Первое, что заметно, – это изменение звучания альтов. Они выходят из общего пространства на более близкий план и звучат тембрально более полноценно, но в то же время изменился баланс инструментов. Также проявился низ контрабасов – обратите внимание на пиццикато на 6-й и 36-й секунде фрагментов. Эти места отличаются кардинально – на варианте с компенсацией есть нижняя частотная составляющая, а на варианте без компенсации она пропала. Видимо, в варианте без компенсации произошло фазовое вычитание. Звучание скрипок и виолончелей, на мой взгляд, не претерпело сильных изменений. Единственное, на 33-й секунде мне показалось, что на компенсированном варианте виолончели звучат чуть прозрачнее, чуть менее «водянисто», чем на первоначальном.

Возможно, отсутствие сильного изменения в звучании скрипок и виолончелей связано с тем, что звучание на микрофоне группы – это уже плод сложения сигналов различных инструментов внутри группы. Все инструменты, кстати, находятся на разных расстояниях от микрофона, поэтому некая гребенчатая фильтрация в этих микрофонах, думаю, присутствует уже изначально, акустически.

Микрофон	Компенсированная задержка, мс
1-е скрипки	4
2-е скрипки	8
Альты	8
Виолончели	4
Контрабасы	9

При сдвижении всех индивидуальных микрофонов вперед на 1 мс сразу слышно изменение общего тембра записи, особенно пострадали виолончели – из-за потери низа/низкой середины тембр стал «зудливым» (трек 43).

Трек 43

С дальнейшим увеличением задержки увеличивается чувство пространства, отодвигаются планы, «размываются» тембры – на треке 44 добавлена задержка 20 мс.

Трек 44

Также интересно отметить, что при такой фактуре и на звучании таких инструментов «двоение» начинает проявляться только при задержке 45 – 50 мс (трек 45).

Трек 45

Также был испробован другой вариант – в изначальном варианте подвинуты на одинаковую величину все индивидуальные микрофоны, без разных задержек для каждого микрофона. Результат представлен на треке 46.

Трек 46

Этот вариант более близкий и прозрачный, чем первоначальный, но контрабасы все же лучше получились на полностью компенсированном варианте.

Теперь посмотрим на статистику этого примера. Компенсированные задержки представим здесь в виде таблицы.

По таблице задержек можно предположить, что компенсация задержек 4 – 5 мс дает менее эффективные результаты, а время задержек ближе к 9 – 10 мс – напротив, сильно меняет звучание.

Пример	Пиковый уровень (дБ)
Без задержки	-15,37
Точное совмещение	-12,80
+1 мс	-15,49
+50 мс	-14,30
На одинаковую величину	-12,60
Главные + альт без компенсации	-31,41
Главные + альт с компенсацией	-28,99

Таблица уровней полностью подтверждает гипотезу о повышении пикового уровня при компенсации. Причем в нашем случае чуть больший уровень получился даже при сдвижении на одинаковую величину всех индивидуальных микрофонов.

Симфонический оркестр

На заключительном примере симфонического оркестра испробуем то, что не было испробовано в предыдущих примерах – компенсацию задержки главной пары по отношению к дальней, а также компенсацию задержки главных микрофонов по отношению к индивидуальным микрофонам деревянных духовых. Оба случая имеют общее отличие от предыдущих примеров – расстояния между этими парами заведомо больше, чем между парами микрофонов в предыдущих примерах. Компенсация задержек струнных, тем не менее, также была испробована на примере этой записи, но дала результаты, очень схожие с полученными в предыдущем примере, поэтому подробно останавливаться на этом здесь не будем.

Рис 2

Итак, сравним звучание дальней пары и каждой из главных пар с задержкой и без. Для ознакомления, трек 47 – звучание только дальних микрофонов.

Трек 47

Трек 48 – только пара Blumlein SM-69,

Трек 48

трек 49 – широкое AB из микрофонов KM-183.

Трек 49

Трек 50 и 51–сочетание дальних микрофонов и SM-69 без компенсации и с компенсацией задержки соответственно.

Трек 50

Трек 51

Мне кажется, разница минимальна. Возможно, чуть-чуть приблизился план оркестра. Представляется, что тут сыграло роль очень сильное отличие звучания микрофонов. Эти две пары абсолютно разные – довольно узкое, собранное, тембрально неглубокое звучание SM-69 сильно контрастирует с широким, нелокализованным, более тембрально богатым звучанием дальней пары. Дальние микрофоны содержат намного меньше прямого звука, чем главные и ближние, на них больше отраженного сигнала. Таким образом, звучание пар дополняет друг друга и как будто не имеет большого количества «конфликтующих» компонентов, способных дать фазовые искажения.

Трек 52 и 53 – сочетание дальних микрофонов и пары AB KM-183. Эти две пары более близки по своей природе – обе широкие, AB, всенаправленные микрофоны.

Трек 52

Трек 53

Возможно, поэтому здесь разница более заметна – в результате компенсации чуть глубже стали тембры, «круглее» по тембру звучат деревянные духовые, проявились низкие частоты у контрабасов, чуть приблизился план струнных.

Трек 54 и 55 – сочетание Blumlein и индивидуальных микрофонов группы деревянных духовых инструментов.

Трек 54

Трек 55

Здесь разница слышна хорошо. Во фрагменте с компенсацией «дерево» звучит круглее, «ощутимее». В тембрах появляется бòльшая естественность. Вообще в звуковой картинке «дерево» становится «крупнее», выдвигается ближе по плану, более точно локализуется. Таким образом, компенсация задержки микрофонов группы деревянных духовых оказалась эффективной.

В конце исследования хочу привести пример звучания последней записи, сведенной с использованием всех микрофонов. За основу звучания было взято сочетание SM-69, широкого AB и дальних микрофонов. Из индивидуальных были добавлены микрофоны группы деревянных духовых, контрабаса, и, в меньших количествах, струнных и хора. Также была добавлена искусственная реверберация. Сведение было сделано без задержек, затем задержки были введены, а параметры сведения оставлены без изменения. Эти примеры представлены на заключительных треках – трек 56 и 57, и они, на мой взгляд, подводят итог исследованиям, демонстрируя все те преимущества и недостатки, которые были выяснены раньше.

Трек 56

Трек 57

Таблица задержек для этого примера в большинстве случаев подтверждает увеличение уровня в результате компенсации.

Пример	Пиковый уровень (дБ)
SM-69 + дальние без компенсации	-8,03
SM-69 + дальние с компенсацией	-7,09
KM -183 + дальние без компенсации	-7,56
KM -183 + дальние с компенсацией	-6,81
SM-69 + микрофоны «дерева» без компенсации	-23,95
SM-69 + микрофоны «дерева» с компенсацией	-26,63
Сведение без компенсации	-8,39
Сведение с компенсацией	-7,55

Заключение

Попытаемся обобщить полученные результаты. Как и ожидалось, компенсация задержки вызывает как положительные изменения, так и некоторые нежелательные последствия.

В большинстве случаев компенсация влияет в лучшую сторону на тембры инструментов благодаря преодолению эффекта гребенчатой фильтрации. Тембры становятся более естественными, глубокими, восстанавливается полнота звучания, особенно в области низких частот и низкой середины.

Благодаря лучшей сфазированности сигналов, появляется ощущение более четкой локализации звука, пропадает некоторая «размытость» звуковых источников, звуковая картина проясняется, становится более собранной и ясной.

Компенсация влияет и на план звучания. План меняется в большинстве случаев в сторону приближения. Мы не раз отмечали как будто «фокусировку» звука. В результате источник звука приближается по плану при сохранении всех уровней сигналов микрофонов неизменными.

Кроме того, в ряде случаев меняется и баланс инструментов – какие-то инструменты, ранее вписывавшиеся в звуковую картину, начинают превалировать. Поэтому компенсация задержки – операция, безусловно требующая от звукорежиссера последующей доработки записи в связи с происходящими изменениями баланса и планов.

Влияние компенсации задержки на пространственность записи, на мой взгляд, тоже положительное. Когда, в результате компенсации, приближаются планы инструментов, звукорежиссер, чтобы восстановить исходное звучание, убирает уровень индивидуальных микрофонов инструментов, которых стало много. Таким образом, главных микрофонов в миксе становится больше относительно индивидуальных, а это – шаг к более естественному пространству, основанному на информации главных и дальних микрофонов. Возможно, понадобится даже меньше искусственной реверберации, что тоже способствует большей естественности пространства.

Одно из неприятных последствий компенсации для звукорежиссера – это, конечно, увеличение пикового уровня, которое, как мы заметили, происходит в абсолютном большинстве случаев, в среднем на 1 дБ. Отчасти это будет скомпенсировано изменением баланса между микрофонами в пользу главных, но, думаю, не в полной мере. Поэтому, чтобы достичь того же среднего уровня, звукорежиссеру придется внимательнее отнестись к громким местам, чуть сильнее применить динамическую обработку.

Еще один минус – дополнительные требования к техническим средствам и увеличение стоимости всего процесса звукозаписи. Для того чтобы воспользоваться техникой компенсации задержки, необходим микшерный пульт с возможностью введения задержки или, при его отсутствии, неизбежная процедура сведения, а это уже влечет за собой удорожание всего процесса производства записи.

Попытка вывести время задержек, компенсация которых дает лучшие результаты, похоже, оказывается неудачной. Если посмотреть наши примеры, то эффективными оказывались компенсации самых разных задержек – от 2 до 15 мс (расстояния между микрофонами –соответственно от 0,7 до 5 м).Чуть менее эффективными оказались в ряде случаев задержки 4 – 5мс (~1,5м), однако в других примерах компенсация схожих задержек дала положительный результат.

Судя по всему, эффективность сильно зависит и от других факторов. Например, от источника звука. Позволю себе предположить на основе исследованного, что больший эффект дает компенсация сольных и ансамблевых записей, где нет больших унисонных групп инструментов. На сольных инструментах яснее проявляются искажения тембра, и, соответственно, более убедителен результат компенсации. На звучании групп инструментов изменение не так слышно. Возможно, из-за того, что сигнал не так индивидуализирован, он уже является плодом акустического смешения сигналов многих инструментов.

Также результат компенсации зависит от природы смешиваемых пар микрофонов. Когда пары схожи по своей природе (ширине, тембру), то есть имеют много похожих, пересекающихся компонентов, компенсация эффективнее. Когда две контрастные по звуку пары дополняют друг друга, компенсация может быть менее ощутима.

На основании исследования хотелось бы усомниться в рекомендации Г. Тайле добавлять к компенсированной задержке еще дополнительные миллисекунды, чтобы сигнал индивидуального микрофона оказался совмещен с первыми отражениями на главной паре. В нашем исследовании это не дало результата – польза от компенсации максимально проявлялась только при точном совмещении сигналов, сдвиг на миллисекунду уже давал сильное изменение звучания в худшую сторону. А утверждение японских коллег про точность компенсации вплоть до 1 мс и выше мы, таким образом, полностью поддерживаем.

Исходя из этого, как приоритетный способ компенсации задержки рекомендуется второй способ – с созданием кратких импульсов, так как он обеспечивает максимальную точность. В случае вычисления задержки по первому способу, можно порекомендовать после компенсации установить более точное значение задержки на слух в диапазоне нескольких миллисекунд от вычисленной.

В многомикрофонной оркестровой записи точная компенсация каждого микрофона показала лучший результат, чем компенсация по группам.

Также отметим уже упомянутую возможность творческого использования задержки между главными и индивидуальными микрофонами. В тех случаях, когда пространственное впечатление важнее тембровой достоверности, задержка может использоваться как средство создания дополнительного объема. Это применимо к записи как академической музыки, так и ударной установки в эстраде.

В итоге хочу сделать вывод о безусловной целесообразности описанной техники. Несмотря на свои особенности и недостатки, техника компенсации задержки может серьезно улучшить качество записи, поэтому всячески рекомендуется к применению и дальнейшему изучению.