ElectroGuide
Спектр музичного сигналу (частина 4)
Спектр музичного сигналу
Який він насправді?
Дехто Джеймс Бойк з Каліфорнійського технологічного інституту проводив дослідження на тему «Чи є життя вище 20 кГц?». Ну, по-перше, він з'ясував, що є, але це зараз нам якось не до теми. Але паралельно він встановив на деяких, типових, на його думку, фонограмах, як розподілені потужностні вимоги і обмеження, якщо вимірювати СЕРЕДНЮ і ПІКОВУ потужність сигналу. Адже дійсно, піковий характер музичних записів найбільш яскраво проявляється саме на верхніх, найбільш «швидкісних» частотах. Ось що у братця Джеймса вийшло. Він взяв три записи і два кросовери. Записи належать перу співачки на ім'я Diana Krall, групи Talking Heads та нашого співвітчизника Дмитра Шостаковича. А кросовери для досвіду були взяті трьохполосні, з частотами розділу НЧ/СЧ 300 Гц, СЧ/ВЧ – 3000 Гц або першого порядку (з характеристикою Баттерворта, там іншого і не виходить) або ж – четвертого, з характеристикою Лінквіца – Райлі. У всіх випадках потужність сигналу вимірювалася прямо і безпосередньо на затисках відповідних смугових випромінювачів. Типу – що є, те й є.
Ось яке розподілення потужностей по смугах він отримав, коли йшлося про середні (RMS) потужності:
Любо-дорого, все по науці, просто радість аспіранта. Якщо застосовуються фільтри з великою крутизною, коли на динамік потрапляє тільки йому притаманна смуга частот, і нічого стороннього, виходить прямо по кривим на графіках, вже вам знайомих. Єдині відсотки потужності. При фільтрах з малою крутизною, першого порядку, зрозуміло – побільше, але теж не бог знає скільки. На нижніх частотах знову все по науці. Симфоністи (третій стовпець) не дають перетрудитися басовим динамікам, рокери-попсовики – підкидають роботу. Зверніть увагу: сума відсотків потужності не завжди складається в 100 відсотків, оскільки таке властивість фільтрів з рівномірною АЧХ, там потужність розподіляється не порівну.
Тепер подивимося, що відбувається, якщо вимірювати пікові значення потужності.
Ось вам, і будьте люб'язні! Ні в чому протиправному не помічена, Дайана Кролл при вимірюваннях по піковій шкалі показала, що на ВЧ-смугу (вище 3 кГц) часом припадає більше 50% потужності. Так що прийнята і дуже комфортна для конструкторів аудіоапаратури школа маломощних ВЧ-каналів при багатосмуговому підсиленні сучасних записів з великою динамікою може дати збій і явно виграє від критичного погляду. Практична рекомендація: пікову потужність ВЧ-каналу багатосмугової системи при достатньо низькій частоті розділу СЧ/ВЧ (типу 3 кГц, нижче у нас вже не буває) треба вибирати одного порядку з потужністю СЧ-каналу.
Комфортна школа маломощних ВЧ-каналів мало пристосована до сучасних записів з великою динамікою.
Спектр удару в цимбали. Він – куди ширше, ніж можна було б припустити.
А наскільки далеко і наскільки енергійно проникають музичні інструменти в верхньочастотну область? Не вдаючись в ситуацію вище 20 кГц, куди вже там, обмежимося тим, що відбувається в звичному нам звуковому діапазоні. Ось, наприклад, академічні оркестрові цимбали. Хто останній раз в консерваторії був ніколи, пояснимо: цимбали – це тарілки, які музикант тримає в руках (за допомогою петель на тильній стороні тарілок) і за сигналом диригента шарашить ними один об одного, надаючи драматизм виконанню твору відповідно до задуму автора. Звучать цимбали, з точки зору спектра частот – ось так, як на графіку.
Цікаво, звичайно, що чимало енергії цих, здавалося б, дуже навіть високочастотних ударних інструментів, зосереджено на середніх частотах, аж до 200 Гц. Головний вклад трудяги-стукача в загальний спектр – вище 2 кГц, при цьому навіть на верхній межі нашої зони уваги, на 20 кГц – амплітуди – будьте люб'язні. І все ж, такий інструмент буде в ЛЮБІЙ аудіосистемі відтворюватися як мінімум двома динаміками в кожному каналі.
Журнал "Автозвук"