Cовременный компьютер немыслим без качественного звука. Фирмы - производители звуковых плат это поняли, и в настоящее время мы переживаем своеобразную аудиореволюцию в компьютеростроении. За несколько последних месяцев значительно увеличилась номенклатура звуковых карт, появились карты, базирующиеся на шине PCI, несущие на своем борту различные процессоры, сэмплы и еще много другого. Одновременно в прессе появилась множество статей, посвященных звуковым картам. Однако, читая некоторые из них, просто диву даешься, как интерпретируется автором рекламная информация, порой искаженная, порой просто ложная. Иногда кажется, что автор публикации вообще не ведает, о чем пишет. Например, описывая достоинства SB-Live, в одном издании автор утверждает, что .все сигналы обрабатываются с точностью 32 бит 48 кГц с использованием запатентованной 8-точечной интерполяцией для уменьшения искажений.. Вот уж, действительно, как сказано в статье, - .Заявленные характеристики не просто впечатляют, а заставляют удивиться и профессионала.. Достаточно подставить эти данные в формулу и посчитать отношение сигнал/шум для .Заявленных характеристик.:
Kш=20*lg(232)=192 дБ (на самом деле чуть выше).
А если с использованием 8-точечной интерполяции, то в 3 раза больше (23=8), то есть около 580 дБ. И тут же автор утверждает, что отношение сигнал-шум у этой карты всего 100 дБ... Чему верить? И зачем нужна 8-точечная интерполяция, если она настолько ухудшает характеристики? И вообще, при уровне громкости 135 дБ из ваших ушей пойдет кровь, а при уровне 160 дБ начинают лопаться глаза. (Исключительное удовольствие, которое вы можете получить только с этой звуковой платой!) Проанализировав ряд статей на звуковую тематику, появившихся в последнее время в околокомпьютерной литературе, я понял, что назрело время для маленького ликбеза.
Ликбез .0:
Что такое децибел
Человек слышит звук. Как - не знает никто. Известно только, что человек слышит звук нелинейно. Одни частоты хорошо, другие - плохо. Если увеличить мощность, подводимую к громкоговорителю, то субъективная громкость увеличится непропорционально. Если подвести одинаковый звуковой сигнал к разным акустическим системам с одинаковыми характеристиками, то это не значит, что человек услышит одинаковый звук. Считается, что человек услышит звук, если давление звукового поля в точке прослушивания будет больше 2*10-5 Паскаля. Это - 0 дБ, порог, точка отсчета. Данная цифра верна только для частот в области 2,5 - 3,5 кГц. Для других частот нужно большее давление. Даже в чистом поле, зимой, в тишине, ночью, при отсутствии ветра, дыхания и т.д. звуковой фон превышает пороговое значение приблизительно на 35 дБ.
Считается, что человек слышит звук, если его частота лежит в пределах 20 Гц - 20000 Гц. Это верно для человека лет 20 - 25 и зависит от многих факторов - пола, особенностей строения ушной раковины, национальности. Но главное - от возраста. Годовалый ребенок слышит высокие частоты до 26 кГц. Пожилые люди - не более 6,3 кГц. Именно поэтому малые дети не могут уснуть, если в комнате работает телевизор, - они отчетливо слышат свист системы строчной развертки! Именно поэтому бесполезно рассказывать любимой бабушке, что вам нужна новая крутая акустика, - она просто не услышит разницы! В мире считается, что человек может быть объективным экспертом по качеству звучания, если он здоров (в смысле слуха), и моложе 35 лет. С увеличением мощности звукового поля, субъективная громкость звучания возрастает по логарифмическому закону.
L=lg(W/W0),
где W - мощность источника звука, W0 - мощность, соответствующая звуковому порогу. Величина L называется уровнем и измеряется в Белах. Десятая часть этой величины и называется децибел. Таким образом, величина L, выраженная в децибелах, вычисляется по формуле:
L=10lg(W/W0)
или, с учетом того, что мощность пропорциональна квадрату звукового давления:
L=20lg(P/P0)
Значит, если система имеет динамический диапазон 100 дБ, то она способна развить звуковое давление.
P=P0*10l/20=2Па
Если звуковое давление больше 135 дБ, - человек воспринимает его как резкую боль. Этот уровень носит название болевой порог. Частоты ниже 40 Гц человек слышит, если их уровень не ниже 80 - 85 дБ. С более низкими частотами еще сложнее. Как человек определяет направление на звук вперед-назад или вверх-вниз - науке достоверно не известно. Известно только, что эту информацию можно сохранить в звуковом сигнале и потом воспроизвести. То есть вы сможете определить направление .назад. на источник звука, если фонограмма записывалась на ларингофон, который был установлен у вас в ушах, но искусственно получить такой сигнал не удавалось.
Ликбез .1: Hi-Fi не то же самое, что Hi-End, а намного лучше, труднее и дороже
Есть такая мексиканская легенда о королеве апельсинового сока. В одной мексиканской деревне регулярно выбирали королеву апельсинового сока и однажды 3 девушки одновременно претендовали на это звание. Посадили они по апельсиновому дереву и стали ухаживать за ними. Первая девушка регулярно поливала и удобряла дерево, холила и лелеяла его, и вообще делала с ним все то, что может делать молодая девушка с молодым деревом. И выросли на этом дереве прекрасные и ароматные апельсины. Вторая ухаживала время от времени, и апельсины на ее дереве были немного хуже. Третья вообще ничего не делала, и апельсины выросли горькими и неароматными. Когда урожай был собран, первая девушка выжала сок, попробовала его и решила, что он хорош. Вторая девушка выжала сок, и он оказался немного кислым. Тогда она добавила сахарного песка, чтобы сок стал слаще. Третья, выжав сок, не смогла взять его в рот, таким невкусным он был. Тогда она добавила в него меда.
Старейшина деревни, попробовал все три напитка и сказал: .Первый напиток хорош, второй еще слаще, но самый сладкий - третий напиток!.. После этого он взял корону и вручил ее... первой девушке. .Ваши напитки хороши.,- сказал он остальным, - .но это - не апельсиновый сок!.
Hi-Fi (High Fidelity) переводится как высокая верность звучания. Это - настоящее качество. Hi-end со своим главным принципом .больше меньшими силами. можно сравнить со вторым напитком. Компьютерная акустика ближе к третьему. Именно поэтому звуковые карты оснащают различными эффектами - необходимо подсластить горькую пилюлю.
Hi-Fi начинается с хорошего помещения площадью от 36 м2, высоких потолков и правильного заглушения углов, дверей и окон. Акустическая система должна иметь хороший объем и не должна располагаться в углах комнаты. Hi-Fi на Западе доступна лишь избранным. Немногие могут выложить за акустику $50000! Фирмы, которые делают ТАМ Hi-Fi, здесь практически никто не знает.
Ликбез .2: Ваша акустика никогда не воспроизводит 20 Гц! (К счастью, это и не нужно)
Часто человек хочет получить из компьютерной акустики 20 Гц и уверяет, что это возможно. Особо ретивых отсылаю к своеобразной .энциклопедии сурков. по качественной акустике - книге И.А.Алдошиной и А.Г.Войшвилло .Высококачественные акустические системы и излучатели.. Приведенная там формула ясно показывает, что при нормальном атмосферном давлении, для того, чтобы воспроизвести частоту 31,5 Гц, акустика должна иметь объем около 270 литров (средних размеров холодильник). Такая акустика бывает. Она используется в качестве студийных контрольных агрегатов в высококачественных студиях звукозаписи. Студийный контрольный агрегат - это что-то типа формулы 1 в автомобилестроении. Но даже самые элитные студии не претендуют на 20 Гц. Объем вообще очень критичен при воспроизведении нижних частот. Акустика, воспроизводящая достойно 40 Гц, должна иметь объем около 100 литров, 50 Гц - 65 литров. Компьютерные колонки реально работают от 90 - 125 Гц. Компьютерные SUBWOOFER` обычно настраивают на частоту 63 - 70 Гц. Однако и они не позволяют получить качественный низ, так как представляют собой резонансную систему с высокой добротностью (типа гудящей бутылки) и имеют послезвучание порядка долей секунды. Это значит, что, во-первых, они не воспроизведут короткий низкочастотный звук, так как их трудно раскачать, во-вторых, если уж их раскачать, то будут еще долго гудеть в пространство.
С точки зрения физики любая акустическая система представляет собой высокочастотный фильтр. И соответственно, теория фильтров и применяется при расчете корпуса акустической системы. Не вдаваясь в подробности, отметим, что воздух внутри корпуса системы играет роль пружины, тем более жесткой, чем меньше объем акустики. Эта пружина, вместе с массой подвижной системы низкочастотного громкоговорителя образует резонансную систему, частота которой и определяет нижнюю частоту вашей акустики. Задавшись малым объемом корпуса (то есть жесткой пружиной), теоретически невозможно получить 20 Гц.
Кстати, воспроизведение таких низких частот и не является уж столь необходимой задачей. Человек слышит низкочастотный диапазон своеобразно. Синусоидальный сигнал частотой ниже 31,5 Гц в полной тишине не слышен, как бы громко он не звучал. Такие звуки человек слышит лишь в комбинации с более высокочастотными, как Допплер-эффект, и то при условии, что их громкость достаточно велика. Самая низкочастотная музыкальная нота - МИ субконтроктавы - 41,5 Гц. От компьютерной акустики требовать таких частот просто глупо (смотри заголовок).
Ликбез .3: Компьютерная акустика не может иметь мощность 100 Вт
Очень интересный факт: компьютерная акустика, на которой написано гордо 250 Вт, подключается к сети через адаптер, мощность которого всего 2 - 5 Вт! Достаточно просто сравнить размеры UPS на 250 Вт и размеры того, что вы втыкаете в сеть при подключении колонок. 250 Вт - это такой откровенный обман, что даже .чайники. заподозрили неладное и предлагают делить эту цифру на 20.
Существует 6 официально признанных типов мощностей. Все они, так или иначе, характеризуют способность акустики выжить в тех условиях, в которых она жить не должна. Две долговременные мощности - 100 часов испытания, две кратковременные - 2 минуты и две импульсные - реакция на ВЧ - импульс. При измерениях они дают значения, различающиеся на несколько порядков. Мощность PMPO дает значение большее, чем импульсные, и не входит в официальную шестерку.
Коэффициент полезного действия акустики не может превысить порядок доли процента. То есть практически 99,8% энергии уходит на разогрев звуковой катушки динамика. А теперь вопрос, до какой температуры нагреется катушка громкоговорителя массой 0,2 г при подведении к ней 250 Вт мощности, если утюг массой 2 кг может нагреться до 250ОС? А еще говорят, что не существует управляемой термоядерной реакции...
Однако и это еще не все. Самая страшная тайна, которую вам никогда не откроют производители дешевой акустики, состоит в том, что мощность, на которую рассчитана акустическая система, вообще не имеет никакого значения! Это - перегрузочная надежностная характеристика. На качество звучания она не влияет. Не верите? Тогда самая лучшая домашняя акустика - это утюг (целый киловатт звука).
Самая страшная тайна состоит в том, что единственной характеристикой, определяющей способность акустической системы передавать громкий звук, является SPL (Static Peak Level). Эта характеристика настолько плоха не только для компьютерной акустики, но и для ширпотреба вообще, что практически никогда не приводится производителями.
Человеческое ухо, как уже указывалось, имеет динамический диапазон 135 дБ.
Чтобы его полностью перекрыть, нужна акустика с SPL=135 дБ/м, которая находится на расстоянии 1 м от вас, или + 3 дБ на каждое удвоение расстояния. Лучшие образцы контрольных агрегатов имеют SPL=120 - 130 дБ/м. Лучшая бытовая акустика - не более 110 - 115. У ширпотреба этот показатель находится в пределах 100 (поэтому и не нужно большее отношение сигнал/шум). В основном эта цифра зависит от диаметра низкочастотного излучателя (при прочих равных условиях) и для компьютерной акустики вряд ли может превышать 86 - 90 дБ/м.
Ликбез .4: 4 колонки лучше 2. (Чем больше кепка - тем солидней)
В свое время мне приходилось работать с людьми, которые занимались разработками в области звуковых эффектов. Тогда еще пределом наших мечтаний был компьютер с процессором 286 болгарского производства, а работали мы на советской супермашине ЕС1840, в которой не было винчестера. Представьте себе следующую картину: вы сидите на стуле, перед вами 2 колонки. А ЗВУК СЛЫШЕН СЗАДИ. Причем это не компьютерный эффект. Была разработана методика записи звука на живого человека или на искусственную голову. С помощью компьютера звук только пересчитывался на колонки. Компьютер не портил, а восстанавливал звуковой образ. Такие студии существуют и сейчас. А такая запись называется бинауральной. Она полностью передает стереообраз, и не нужны никакие дополнительные колонки, которые только портят стереокартину. Конечно, гораздо легче включить третий канал, чем считать фазовые набеги (это отнюдь не тривиальная математическая задача). При этом звук приходит не сзади, а из задней колонки, но кое для кого и достаточно. Чем и пользуются производители дешевки.
Самым впечатляющим, на мой взгляд, был акустический эффект пересчета локализации голоса в рот слушателя. ТО ЕСТЬ ВЫ КАК БЫ ПОЕТЕ - ПРОТИВ СВОЕЙ ВОЛИ! Да еще каким голосом! Эффект был настолько силен, что многие вели себя неадекватно.
Вообще, все звуковые эффекты и методы компьютерной обработки звука четко делятся на 3 категории. Первая - это все методы, позволяющие восстановить уникальный стереообраз или воссоздать исходную стереопанораму при помощи минимально возможного количества источников звука (2 фронтальные акустические системы или стереонаушники). Сюда входят дихотический и бинауральный процессоры, схемы компенсации отражений и т.п.
Ко второй категории относятся все звуковые эффекты, применение которых позволяет скрыть недостатки звукового тракта. Сюда входят, например, расширители стереобазы, регуляторы тембра, тонкомпенсация. Их применение оправдано в тяжелых звуковых условиях, например, в автомобиле, в маленькой комнате с низким потолком.
Звуковые эффекты третьей категории призваны изменить звук. Ни о каком уникальном стереообразе, ни о каком восстановлении качества здесь речь уже не идет. Это специальные инструменты, которые применяются композиторами и звукорежиссерами для передачи определенного художественного воздействия. Они наносятся на уникальный звуковой образ так же, как художник наносит аккуратные мазки кисти на полотно. Повторное применение их рядовым слушателем недопустимо. Что вы сказали бы о культурном облике человека, который пририсует Джоконде Леонардо да Винчи брови, выщипанные еще 500 лет, назад или наденет .недостающие. трусы на статую Аполлона?
Поэтому, если ваша звуковая карта или акустический тракт содержат такие эффекты, как 3D-звук, ревербератор, Surround, Долби, квадро-, пента- и прочую амбиофонию, то она, прежде всего, предназначена для написания музыки, а не для ее прослушивания. Если подобные вещи вам навязывают при покупке, - хорошенько подумайте о качестве акустики, которую вы намереваетесь приобрести. Эти эффекты очень хорошо маскируют недостатки звукового тракта. Всегда можно сказать, что это не акустика, а эффект - хорус называется...
Ликбез .5: Вы не можете регулировать тембр звучания
Все знают, что автомобиль мгновенно остановить невозможно, особенно на скользкой дороге. Но почему-то никто не знает, что мгновенно нельзя остановить и диффузор громкоговорителя в акустической системе. Звук уже кончился, а диффузор, который, как и машина, имеет массу, продолжает движение. Более того, - колебательное движение! (Не буду объяснять, почему колебательное, доказательство довольно сложное, так что поверьте на слово). Короче говоря, после окончания звукового сигнала, акустическая система некоторое время гудит. Более того, звуковая волна выходит не только наружу, но и вовнутрь акустической системы, где успешно и многократно отражается от стенок, по пути заставляя гудеть и их (для уменьшения этого явления и применяют звукозаглушение корпуса акустики). Таким образом, на выходе колонки присутствует сигнал с массой призвуков, характерных исключительно для вашей акустики. Именно они и определяют ТЕМБР звучания.
В высококачественной аппаратуре НЕТ регуляторов тембра. Их там и не должно быть. Те регуляторы, которыми снабжается вся аппаратура, и которые виртуально присутствуют на экране вашего компьютера, могут регулировать только СПЕКТР. Так что, если у вашей акустики гнусавая середина, - уберите средние частоты, - и вы получите мало гнусавой середины. Но середина останется гнусавой :(.
Существует специальный математический аппарат, который позволяет вырезать из фонограммы все отражения, даже если они искажены. Существуют специальные процессоры, которые делают это в реальном времени. С помощью такой методики в свое время была получена стереозапись голоса Шаляпина из его монозаписи. По отражениям от стен было рассчитано помещение, в котором он пел, а дальше - дело техники. С помощью этой методики можно восстановить исходный TV-сигнал, имея лишь искаженный отражениями сигнал на входе телевизора.
Но не ищите этот математический аппарат в звуковых картах. Он может не только удалять призвуки и отражения в режиме реального времени, но также успешно удалять ключи и пароли в реальном времени (и вообще все то, что периодически накладывается на что-то по определенному закону). Кстати, математика, не ахти какая сложная, где-то на уровне 2-го курса технического ВУЗа. Просто надо догадаться!
И в заключение - личное мнение. 7 лет я работал в области качественного звука, и поверьте мне: японцы не могут создавать Hi-Fi! В свое время я разбирал по винтикам акустический контрольный агрегат одной уважаемой японской фирмы (которая делает очень дорогие мониторы и очень много народной акустики). В этом контрольном агрегате была одна русская вещь... Стоите? - сядьте! ВАЛЕНОК! Он был прибит к задней стенке в качестве звукозаглушающего материала! Для японцев - сходило.
Наш нотный звукоряд содержит 12 нот в октаве. Поэтому любые 2 ноты образуют кратные звуковые колебания и звучат благозвучно. В японской национальной музыке 10 нот. Благозвучную пару образуют только 2 и 5! Поэтому не ждите от японской аппаратуры хорошего звука. В свое время лучшей в мире считалась итальянская акустика, потом Англия и Россия... Причем английская акустика звучит очень точно и очень правильно, но, по образному выражению одного моего знакомого, напоминает мужчину, который не пьет и не курит, но от которого уходят почему-то все женщины.
Что же делать? Не покупать звуковые системы для компьютера? Ни в коем случае! Покупать, именно сейчас. Просто надо быть реалистом. Не нужно ругать компьютерную акустику. Не нужно ждать от нее суперзвука. Не нужно особенно верить броской рекламной фразе. Играет, - как умеет. Какая-то немного лучше, какая-то немного хуже, но все вместе - где-то на уровне трехпрограммного кухонного радиоприемника. Удачная грамотная разработка - редкость.
Если вы хотите выбрать лучшее, просто включите и послушайте. Выставьте ее в линейку, отключите все эффекты и доверьтесь своему слуху. Выберите свой .апельсиновый сок., добавить в него вы сможете все, что угодно.