Вы бы хотели услышать как звучит голос, захваченный различными микрофонными системами? Или как влияет отражённый звук на качество захвата голоса? У Вас есть такая возможность!

В прошлых статьях мы применили инструменты 3D-моделирования и VR-визуализации для подбора оптимального видео оборудования под наши сценарии.

В этой статье я поделюсь нашим методом решения задачи по подбору подходящих моделей микрофонных систем для различных акустических условий переговорных комнат.
Этот метод заключается в замере уровня реверберации в переговорной комнате заказчика. По этим данным производится анализ акустического состояния помещения. Это позволяет нам выбрать из нашей базы записи сразу нескольких подходящих под бюджет заказчика микрофонных массивов, произведённые в помещении с аналогичным уровнем реверберации.

В итоге, из нескольких рассматриваемых вариантов микрофонных систем, путём оценки их записей, можно с уверенностью определить лучший экземпляр для пилотного тестирования в реальных условиях эксплуатации. Этот метод позволяет не только сузить перечень тестируемого оборудования до одного варианта, но и подсветить проблемы с акустикой помещения до проведения боевых тестов.

Этому проекту посвящён цикл статей:

• Часть 1: Подбираем видеокамеру, используя 3D-моделирование.

• Часть 2: Расчёт диагонали ТВ и VR-визуализация 360˚.

• Часть 3: Точный подбор микрофонов без пилотного тестирования.

• Часть 4: Проектный подход - готовим эскизную и рабочую документацию.

Так как это третья статья цикла, для демонстрации работы различных микрофонных систем мы будем использовать все те же методы визуализации, которые успешно применяли в прошлых этапах моделирования.

Прежде чем перейти к демонстрации результатов, я расскажу, на чём основан этот метод и как он работает. Начнём с того, как создавалась база аудио записей.

Акустические условия помещения

Основным параметром переговорной комнаты, влияющим на качество озвучки и захвата звука, является уровень реверберации – степень отражаемости звука всеми поверхностями помещения и предметами в нём. Высокий уровень реверберации губителен не только для микрофонов. Даже локальное совещание в помещении с плохой акустической обстановкой может стать пыткой для участников. Громкость отраженного голоса может превосходить по уровню источник, а длительное эхо неминуемо приведёт к мигрени при длительном нахождении в такой переговорной комнате.

Что ухудшает акустическую обстановку в помещении?

• Каркасные полые стены – гипсокартонные перегородки без звукопоглощающей обработки являются резонаторами, приводящими к повышению уровня уха.

• Стеклянные элементы – популярные в последние годы стеклянные стены и неприкрытые окна также приводят к высокому уровню реверберации.

• Плитка или ламинат – напольное покрытие из твёрдых материалов неминуемо повысит степень отражения звука в помещении.

• Много углов – многоуровневые потолки, всевозможные ниши в стенах и прямоугольные колонны приводят к дополнительным паразитным отражениям звука.

• Пустота – пустое помещение звенит как глубокий колодец или лестничная клетка в многоэтажном доме, гул стоит невыносимый.

Что улучшает акустическую обстановку в помещении?

• Правильный декор – любое украшение стен из мягких и пористых материалов снижает уровень реверберации. Если этого недостаточно – есть специальные декоративные панели.

• Шторы, занавески, гардины – если получается вписать их в дизайн-проект помещения, получится очень эффективный инструмент для борьбы с эхом в комнате.

• Мягкий пол – пористое или тканное покрытие для пола, например, ковролин – существенно повышает степень поглощения звука в помещении.

• Грамотная мебелировка – правильно подобранная мебель, её расположение и материал, а также соотношение её объёма с объёмом помещения, также влияет на акустику комнаты.

При проектировании переговорной комнаты важно понимать, что никакая высокотехнологичная микрофонная система не способна полностью компенсировать проблемы с отражённым звуком. Поэтому с самого начала следует уделить внимание материалам и дизайну, чтобы потом не разочаровываться в качестве оборудования по захвату звука. 

Для того, чтобы создать базу записей различных микрофонных систем в различных акустических условиях, мы произвели запись в одном помещении, меняя уровень реверберации с помощью звукопоглощающих материалов. Таким образом в пустом помещении у нас получился уровень реверберации равный одной секунде. Это ужасный показатель – после прекращения действия источника звука, эхо блуждает по комнате в течение целой секунды до полного угасания. Колонки в такой комнате будут создавать дикое эхо, а микрофонные массивы сойдут с ума пытаясь распознать оригинальный голос среди жутких отражений.
Далее, размещая по стенам и полу листовую звукоизоляцию, мы снизили уровень реверберации до 0,7 секунды, затем до 0,3, 0,2 и в итоге до 0,1 секунды. Ещё более низкий уровень отражения звука достигается сплошным покрытием стен акустическим поролоном, что больше подходит для студий звукозаписи, а не для переговорных комнат.

Для создания единой системы отсчёта, мы сделали ряд эталонных элементов, которые использовали для замеров и записи.

Эталонный шум

Для замера уровня реверберации мы использовали эталонный фрагмент записи, воспроизведённый с фиксированным уровнем громкости через одну и ту же акустическую систему.

Запись эталонного шума производилась одним и тем же высокочувствительным устройством, для единства измерений. В каждом помещении производились несколько замеров в разных частях комнаты, с различным расстоянием и направлением источника звука. Как показала практика, необходимости в этом не много – комната ведёт себя как единый организм, независимо от расстояния и положения источника звука уровень реверберации не колебался больше чем на 5%.

Вот как выглядит эталонный шум: 

Вот как он выглядит в виде записи в помещении с уровнем реверберации 0,1 секунды:

А вот этот же фрагмент, записанный в пустой комнате, имеющей паразитное эхо длиной в 1 секунду:

На последних двух изображениях выделен фрагмент записи, в котором звучит основной источник звука. А далее мы видим хвост отражений, который по громкости не уступает источнику.

Эталонные голосовые фрагменты

Для того, чтобы получить возможность объективного сравнения качества захвата звука мы создали голосовые образцы, сгенерированные сервисом Yandex SpeechKit. Для разнообразия выбрали 3 варианта голоса: два женских и один мужской.

В каждом помещении запись производилась 8 раз: на расстоянии от 1 до 4 метров до микрофона, в двух вариантах направления голоса – в сторону микрофона и от него.

На таком маленьком расстоянии (всего 4 метра) нащупать край зоны покрытия всенаправленных микрофонов вряд ли получится – их чувствительность существенно превосходит эти параметры. Поэтому запись на разном расстоянии делалась немного для другой цели. Дело в том, что расстояние от источника до микрофона не влияет лишь на уровень реверберации, а вот на качество захвата звука влияет существенно, причём у каждой модели микрофона по-разному. В основном это связано с механизмами обработки аудио потока, встроенными в процессор микрофонного массива.

Современные микрофонные системы могут обладать функционалом аппаратного подавления обратной акустической связи, средствами эхо и шумо подавления, а также способны приводить голос к единому уровню громкости, вне зависимости от расстояния до источника. Последний функционал весьма интересен и, отчасти, является причиной различия записей, сделанных на разном расстоянии от источника звука.

Микрофонный массив старается выдавать единый уровень громкости захваченного голоса – кричать в такой микрофон бесполезно, он будет искусственно давить громкость крика, и повышать уровень шёпота. В звуковой студии, где нет отражённого звука, разницы между 1 метром и 4 метрами до микрофона почти не будет. А в любой переговорной комнате, где существует реверберация – это расстояние имеет значение. На маленьком расстоянии до микрофона уровень громкости голоса достаточно высок и не нуждается в усилении. Чем дальше от микрофона, тем сильнее источник голоса становится равным по уровню громкости с отражениями. Поэтому микрофон, усиливая громкость голоса, не минуемо усиливает все паразитные отражения, которые он не может отличить от оригинала.
Первым и самым простым способом повысить качество захвата голоса в помещении является увеличение количества микрофонов. Таким образом достигается равномерное минимальное расстояние до всех участников за столом, и не происходит усиления паразитных шумов забивающих основной поток.

Вторым способом повышения качества звука является сужение диаграммы захвата микрофонной системы. Как правило, это реализуется применением конференц-систем с персональными микрофонными пультами. Индивидуальные микрофоны подобных систем имеют очень узкую диаграмму захвата и не высокую чувствительность. Дальность действия у таких микрофонов не превышает 30 сантиметров, что позволяет почти полностью исключить захват фонового шума и эха.

База записей для подбора оборудования

В итоге, мы имеем эталонную аудио дорожку, которая проигрывается в различных условиях реверберации, на различном расстоянии до устройств захвата, и записывается микрофонными системами различных производителей. Это позволяет нам с высокой точностью смоделировать ситуацию, которая соответствует реальному сценарию на площадке заказчика. Для этого необходимо лишь замерить уровень реверберации в требуемом помещении и выяснить планировку для понимания размещения докладчиков.

А далее, на уже готовой модели переговорной комнаты в панорамном режиме создаются инструменты выбора и воспроизведения записей, соответствующих параметрам переговорной комнаты заказчика. Не буду долго зацикливаться на текстовом описании – смотрите всё сами:

https://app.lapentor.com/sphere/mikrofony

По ссылке Вы попадёте в виртуальную комнату с возможностью выбора системы захвата звука.

За столом 4 участника - на разном расстоянии до микрофона с шагом в 1 метр. У каждого участника расположено несколько кнопок, позволяющих проиграть запись из различных условий реверберации.
На данный момент по ссылке доступны записи нескольких решений Yealink, спикерфона Maxhub и Jabra. Но база будет пополняться.

Чтобы не загромождать панораму, в этот пример не вошли записи с голосом, обращённым в противоположную сторону от микрофона. Их мы добавляем в расчёт реального помещения с известным уровнем реверберации.

Также есть комната с уровнем реверберации 0,3 секунды, и в ней представлено всё доступное на данный момент оборудование.

Этот вариант визуализации очень удобен для сравнения. Результаты удивили меня самого. Например, встроенные микрофонные массивы терминалов ВКС Yealink VC200 и M600 показали весьма приличное качество захвата даже в сравнении с дискретными микрофонными системами. А вот качество захвата голоса у спикерфонов оказалось пропорциональным стоимости устройств, что логично. Наилучшее качество звука показали потолочный микрофонный массив Yealink VCM38 и настольный микрофонный массив Yealink VCM34. Аутсайдером стал спикерфон Jabra Speak 710 при цене почти как у Yealink VCM34.

Напомню, что эти микрофонные массивы работают не только с терминалами Yealink, например с тем же MeetingEye 600, который я описывал подробно в этой статье. Также они совместимы с USB-камерой UVC84, которая описана в этой статье. Мало того, эти микрофонные системы легко каскадируются до 8 штук в системе. Подключение происходит через обычный UTP-кабель. Это позволяет оборудовать большую переговорную комнату или конференц-зал.

Заключение

Уверен, что этот способ оценки качества звука пригодится многим для подбора оптимального оборудования или понимания важности акустической обстановки в комнате. Если у Вас возникли какие-либо технические или коммерческие вопросы задавайте в комментариях или по почте presale@prof-av.ru.

И не пропустите опрос, мне важно Ваше мнение о проделанной нами работе.

Спасибо за внимание!