Акустика студій та контрольних кімнат
Сучасні студії включають в себе, як правило, такі приміщення (рисунок 1):
студійне приміщення, або тон-зал (для виконання і запису музики і мови), в якому розміщуються виконавці та мікрофони;
контрольна кімната, або мікшерна, де встановлені основні види апаратури для запису та обробки звуку (мікшерні пульти, контрольні агрегати, комп'ютерні робочі станції і ін.) і де знаходиться робоче місце звукорежисера;
технічна апаратна, в яку виносяться деякі види апаратури, наприклад, стійки з підсилювачами та ін.
Всі студії можна класифікувати:
по застосуванню - студії звукозапису, радіомовні і телевізійні звукові студії, тон-ательє на кіностудіях і т. д .;
по виду використовуваного звукового матеріалу для запису - великі музичні, камерні, літературно-драматичні і мовні;
за кількістю виконавців, т. е. за обсягом - великі, середні, малі та ін.
Зрозуміло, можна провести класифікацію студій і за іншими критеріями.
Об'єктивні акустичні параметри студії для запису музики повинні бути обрані, виходячи з тих же вимог, що і для гарного концертного залу. Перші студії звукозапису, наприклад, в радиодомах і телецентрах в Москві, Петербурзі та інших містах, і будувалися як великі концертні зали, де була можливість записувати симфонічні оркестри. Отже, в студіях повинні бути забезпечені всі акустичні характеристики концертних залів: оптимальний час реверберації в різних частотних діапазонах, однорідна структура звукового поля (час, енергія і напрям приходу ранніх віддзеркалень, ступінь диффузности, рівні енергії пізніх відображень, структура розподілу резонансів і т. Д .), необхідний рівень шумів, а також інші об'єктивні параметри, які важливі для слухового сприйняття музичних і мовних програм.
Відмінність вимог до студій полягає в тому, що дуже часто одна і та ж студія може використовуватися для запису різних програм (мовних, музичних різних жанрів і т. Д.), Тому в них повинна бути передбачена можливість перебудови акустичних умов (зміна загального поглинання, рівня відображень та ін.). З іншого боку, студії часто будуються спеціально для запису певного типу програм: для вокалу, мови, камерних ансамблів, електронної музики і т. Д. Відповідно вимоги до їх акустичними характеристиками повинні бути різними.
Забезпечення необхідних параметрів, насамперед оптимального часу реверберації, накладає певні вимоги на форму і розмір студій. Вимоги до розмірів і часу реверберації студійних приміщень для запису, прийняті свого часу як вітчизняні норми для їх технологічного проектування, дані в таблиці 1.
В даний час, у зв'язку з переходом на просторові системи звукозапису та широким використанням електронних інструментів, вимоги до параметрів студій також змінюються, розробляються нові стандарти і рекомендації, тому наведені співвідношення слід розглядати як орієнтовні і в кожному конкретному випадку визначати оптимальні параметри в процесі акустичної настройки студії.
Обсяг студії залежить від виду виконуваної музики і повинен вибиратися в залежності від заданого оптимального часу реверберації (Топт) (зв'язок цього показника з обсягом приміщення буде розглянута далі) і від максимального числа розміщуються в ній виконавців. Питома обсяг на одного виконавця повинен складати приблизно 10 ... 18 м 3.
Запис музики в студіях малого обсягу неминуче призводить до спотворення тембру за рахунок резонансів приміщення в чутної області, порушення просторової панорами і балансу гучності. Мінімальний обсяг студії для запису музичних творів повинен становити не менше 200 м³.
Форма студії має істотне значення для забезпечення структури ранніх (в першу чергу бічних) відображень і однорідності (диффузности) звукового поля, що дуже важливо для якісного запису звуку. Тому великі студії дуже часто робляться непрямокутної форми, прикладом може служити форма студійного приміщення на малюнку 1. Студії середніх і малих розмірів частіше мають прямокутну форму, при цьому вибір їх пропорцій бажано робити відповідно до правила «золотого перетину» H = 0,62V1 / 3, B = V1 / 3, L = 1,62V1 / 3, що приблизно відповідає рекомендаціям таблиці. Для будь-яких, навіть малих, розмірів студії висота стель повинна бути не нижче 3 м.
Серед об'єктивних параметрів, що визначають звукове поле в студії, найважливішим, безумовно, є оптимальний час реверберації. Як видно з таблиці, цей показник залежить від виду виконуваних програм і від обсягу приміщення: наприклад, для симфонічної музики романтичного стилю - 2 ... 2,2 с, для естрадної і джазової музики 0,9 ... 1,1 с і т. Д. для виконання камерної музики, сольних і хорових програм, виступів невеликих ансамблів оптимум досягається при меншому часі реверберації, ніж для симфонічної музики, і також залежить від обсягу студії. Для художньої передачі мови оптимальний час реверберації студії з об'ємом 500 м³ виходить в межах 0,7 ... 0,8 с. У літературно-драматичних студіях час реверберації має бути в межах 0,5 ... 0,6 с. У мовних студіях для передачі інформаційних програм час реверберації не повинно бути більше 0,4 с.
На малюнку 2а приведені оптимальні значення часу реверберації студій для частоти 500 Гц в залежності від їх обсягу. Наведені на малюнку 2б дані слід розглядати як мінімальні значення Топт. Експериментальні залежності оптимального часу реверберації в різних студіях від їх обсягу можна наближено описати наступними співвідношеннями:
для концертних студій: Топт = 0,5 lg V - 0,10;
для малих музичних: Топт = 0,45 lg V - 0,30;
для мовних: Топт = 0,4 lg V - 0,40.
Ці залежності дають помилку не більше 10%.
В основній частині діапазону оптимальний час реверберації має бути постійним (допускається відхилення від оптимального часу не більше 10%), на низьких частотах можливе деяке підвищення Топт для музики, приблизно на 20% (рисунок 2б). Для великих студій фактичний час реверберації, з урахуванням загасання в повітрі, на частоті 8000 Гц не повинно бути менше 1 с. Крива (1) допустимої залежності Топт від частоти показана на малюнку 2б. Для мовних студій Топт може мати деякий спад на низьких частотах для збільшення розбірливості і спад на високих, понад 5000 Гц, до 30% (крива 2).
Оскільки, як уже було відзначено вище, в одних і тих же студійних приміщеннях доводиться записувати різні музичні та мовні програми, проблема полягає в тому, що в них повинна бути передбачена можливість перебудови акустичних умов для забезпечення різних значень оптимального часу реверберації. З цією метою в студіях використовуються різні звукопоглинальні конструкції, які можуть порівняно легко і швидко вводитися в дію або забиратися. Наприклад, застосовуються резонансні щити (щити-бекеши), різного типу розсіювачі (дифузори Шредера, жалюзі), що обертаються колони з різним розміщенням поглинає матеріалу і т. Д. Широко застосовуються пристрої штучної реверберації, в тому числі цифрові ревербератори, реалізовані як програмним шляхом, так і c допомогою спеціальних приладів. Зрозуміло, можна варіювати час еквівалентної реверберації, підбираючи відстань між джерелом звуку і мікрофоном і змінюючи його характеристики спрямованості.
Крім забезпечення оптимального часу реверберації (Топт), принципово важливим параметром для студій є «ясність» або «чіткість» (С80) для музики (особливо камерної) і розбірливість для мови. Межі зміни С80 в студіях, призначених для запису классічеcкой музики, складають -1,8 ... + 2 дБ, а для романтичної -5 ... -1,8 дБ. Чіткість голосу для театрально-драматичних і мовних студій повинна бути не менше 90% (складова); відмінним вважається значення коефіцієнта артикуляції, рівне 96%. Інші параметри (інтимність, просторовість, повнота і ін.) Повинні перебувати в межах, запропонованих Беранек для хороших концертних залів.
Рівень шумів (як внутрішніх, так і зовнішніх) в студії відповідно до міжнародних рекомендацій має дорівнювати NC25. Досягнення такого рівня є надзвичайно важким завданням, що вимагає розміщення студії в досить тихій частині будівлі і застосування спеціальних заходів при їх будівництві для забезпечення звукоізоляції і віброізоляції приміщення: спеціальних подвійних стін і дверей, їх акустичної розв'язки з іншою частиною будівлі з використанням «плаваючих» конструкцій підлоги , підвісних стін і стель; використання спеціальних глушників для вентиляційних систем і т. д. (малюнок 3).
Це приміщення, де знаходиться робоче місце звукорежисера і де розміщується обладнання: мікшерний пульт, контрольні агрегати, цифрові звукові станції, процесори обробки звуку, магнітофони та інша додаткова апаратура. Приклад розміщення обладнання показаний на малюнку 4. Вимоги до акустичними характеристиками контрольної кімнати випливають з забезпечення умов для слухового контролю створюваних музичних і мовних записів. Крім того, в даний час контрольні кімнати часто використовуються для безпосереднього створення і запису електронної музики.
Контрольні кімнати повинні відповідати таким основним вимогам:
дозволяти чути сухий і чистий звук контрольних агрегатів, т. е. не вносити свого фарбування;
не вносити суттєвих перекручень у характер ревербераційного процесу студії, де було зроблено запис звуку;
забезпечувати можливість звукорежисеру почути і сформувати просторовий звуковий образ, який він хоче передати слухачеві;
бути звуконепроникними (зсередини і зовні) для забезпечення низького рівня шумів;
дозволяти звукорежисеру бачити музикантів, тобто мати звуконепроникні вікно в студію.
До недавнього часу в основі акустичного проектування контрольних кімнат лежала концепція повторення параметрів середньостатистичного житлового приміщення, тобто вважалося, що звукорежисер повинен перебувати в умовах, близьких до умов домашнього прослуховування. Середній час реверберації вибиралося 0,2 ... 0,4 с. Обсяги також були невеликими і становили 30 ... 40 м³. Такі приміщення задовільно працювали для запису музики з невеликим динамічним діапазоном. Крім того, умови реального прослуховування музичних і мовних сигналів, переданих по каналах радіомовлення, телебачення, звукозапису та ін. Настільки різноманітні, що наведені вище вимоги не можна вважати типовими для житлових приміщень.
Наступним етапом стала концепція побудови контрольних кімнат, що отримала назву LEDE (live-dead end), в якій звукорежисер працював на кордоні двох середовищ - «живий» (live), з великою кількістю віддзеркалень, і «мертвої» (dead), вільної від відображень . В основі такого побудови контрольних кімнат лежало міркування, що одним з найважливіших критеріїв якості акустики в приміщенні є час прибуття ранніх віддзеркалень, яке повинно бути в межах 20 ... 30 мс після прямого звуку. Якщо в студії під час запису забезпечено цю вимогу, то перші відображення в контрольній кімнаті не повинні маскувати їх, тому корисно передню частину контрольної кімнати (стіни за контрольними агрегатами, підлоги і стелі) зробити заглушених (dead end), а задню частину кімнати зробити відбиває ( live end). У цьому випадку структура ревербераційного процесу в контрольній кімнаті повинна мати вигляд, показаний на малюнку 5. Для того, щоб задню частину кімнати зробити відбиває, на задній стіні і стелі повинні встановлюватися різні відображають решітки (рисунок 6).
Така конструкція кімнати дозволяла звукорежисеру відчувати живі відображення, але разом з тим звук від студійних моніторів сприймався їм без спотворення, оскільки на прямий звук не накладалися відображення кімнати. Однак такі контрольні кімнати було дуже важко налаштовувати і, крім того, зрослі вимоги до передачі стереопанорами і розширеного динамічного діапазону для цифрових записів вимагали зниження рівня ревербераційних перешкод. Проте, цілий ряд відомих студій (Master Sound Astoria в Нью-Йорку, Red Bus Studios в Лондоні, Winfeld Sound в Торонто та ін.) Продовжують використовувати контрольні кімнати, побудовані за такою концепції, і в даний час.
В кінці 80-х років була запропонована конструкція «бессредних» контрольних кімнат. Ідея їх проектування була запропонована англійцем Т. Хидли, і реалізована Ньюеллом в багатьох студіях світу. Вона полягає в наступному: всі поверхні, в напрямку яких випромінюють студійні контрольні агрегати (тобто стеля, задня стіна і бічні стіни), робляться звуковбирними, а поверхні перед звукорежисером - передня стінка і підлога - робляться звукоотражающими. Це дозволяє звукорежисерам чути прямий звук моніторів, не фарбований додатковими відображеннями, і в той же час отримувати відображення власних голосів від передньої фронтальної поверхні підлоги і знаходиться в кімнаті обладнання (пульта, комп'ютерів, стійок та ін.). Для забезпечення поглинання звукової енергії в усьому відтворюваному діапазоні частот (особливу проблему представляє забезпечення поглинання на низьких частотах) використовується нова технологія так званих «звукових пасток». Конструкція стіни з бічними пастками і загальний вигляд «бессредной» контрольної кімнати показаний на малюнку 7.
На певній відстані від головної несучої стіни встановлюється додаткова «діафрагмове» стіна, що складається з дерев'яної рамки з тришаровим покриттям (гіпсова штукатурка плюс м'яка деревно-волокниста плита і знову гіпсова штукатурка). Потім на ній закріплюється поглинач, наприклад, зі спеціальної мінеральної вати або синтепону. На деякій відстані від нього підвішуються під кутом 45 ° і на відстані 30 ... 46 см панелі з фанери, вкриті звукопоглинальним матеріалом, загальна глибина панелей 0,6 ... 1,2 м. Встановлені таким чином панелі служать хвилеводами, поглиначами і розсіювачами для низькочастотних звукових хвиль. Поглинання середніх і високих частот забезпечується традиційними методами і залежить від властивостей поглинача на стінах. Вимірювання процесу реверберації, виконані в таких кімнатах, показали, що в перші моменти часу (до 50 мс) відбувається дуже швидке поглинання відбитої енергії, що дає відчуття найдрібніших нюансів в звучанні моніторів, в той час як в звичайних кімнатах ці деталі маскуються ревербераційній процесом.
Такого типу кімнати зажадали застосування контрольних агрегатів з високим рівнем звукового тиску і малими перехідними характеристиками, тому в них часто використовуються монітори з рупорними гучномовцями (наприклад, фірми JBL).
Контрольні кімнати, побудовані за такою концепції, показали можливість отримання в них записів найвищої якості з високою прозорістю звучання, що особливо важливо для цифрового звуку. З огляду на, що контрольні кімнати використовуються тепер нерідко і як виконавські студії для запису електронної музики, то такий принцип їх побудови краще відповідає цій музиці (в них легше вносити штучну реверберацію).
Рівень шумів в контрольних кімнатах не повинен перевищувати NC25 для забезпечення великого динамічного діапазону при записи, що накладає особливі вимоги до звукоізоляції стін і їх розміщення. Також як і при будівництві студій звукозапису, при конструюванні контрольних кімнат проблема зниження рівня шумів вимагає вирішення найскладніших завдань, в тому числі при виборі матеріалів для звукопоглинання і звукоізоляції.
Широке впровадження в практику сучасних просторових систем звукозапису змінило і вимоги до параметрів сучасних контрольних кімнат. У міжнародних стандартах і рекомендаціях: ITU-R BS.775-1, SMPTE RP-173, EBU R22, EBU Tech3276, ITU-R BS.1116-1 і ін. Обумовлюються вимоги до розмірів і форми контрольних кімнат, параметрам звукового поля в них, параметрам і способам розстановки контрольних агрегатів. Перш за все для контролю якості просторових звукозаписів потрібна установка великої кількості моніторів (наприклад, шести), розташованих за схемою, показаної на малюнку 7.
Експерименти з вибором оптимальних умов для приміщень прослуховування просторових систем показали, що загальний обсяг студійних контрольних кімнат повинен бути порядку 300 м³. а пропорції повинні відповідати зазначеним у таблиці 1 для забезпечення оптимального розподілу резонансних мод в приміщенні. Форма кімнати - в основному, симетрична щодо направлення на зону прослуховування і щодо розташування звукопоглинального матеріалу, особливо навколо гучномовців, дверей, вікон і технічного обладнання. Це робиться для того, щоб уникнути будь-яких акустичних неоднорідностей.
Значення часу реверберації Треві має бути в межах 0,2 ... 0,4 с (таблиця 2). У великих мікшерних кімнатах для кіновиробництва іноді можуть використовуватися великі значення реверберації. Частотна характеристика часу реверберації повинна бути постійною і не мати різких стрибків. Відхилення в діапазоні 200 Гц ... 4 кГц не повинні перевищувати ± 0,05 с, а нижче 200 Гц допускаються відхилення на 25% від середнього значення.
Крім того, розміри контрольних кімнат, вимоги до часу реверберації в ній, часу затримки перших відображень і іншим параметрам рекомендується вибирати відповідно до значень, зазначеними в таблиці 2.