Большое количество статей о качестве и особенностях звука, а также комментариев и споров в этих статьях на GT, демонстрирует неподдельный интерес пользователей к теме. Сомневаюсь, что эта статья прекратит споры адептов одной и второй точки зрения, но, возможно, прольёт луч света в «кромешной тьме» вопросов оценки качества.
В силу того, что о классических критериях оценки усилителей, акустики и прочего написано достаточно много, например, недавняя статья Олега Шульгина (очень рекомендую), в этом материале я сосредоточу внимание читателей на возможностях объективного измерения тембральных особенностей звука.
Проблема тембра
Как правило, сторонники субъективизма основывают «правильность» своих суждений на утверждениях типа: «В звуке не всё можно измерить, поэтому оценивать его необходимо исключительно ушами и больше ничем. Объективные данные не дают мне ничего как слушателю». В большинстве случаев камнями преткновения становятся проблемы оценки тембральных особенностей звучания аппаратуры.
Нередко, такие люди пишут и говорят о том, что тембральная картина очень сложна для аппаратной оценки, не отражает реальной картины того, что они подразумевают под характером звучания. Если поинтересоваться у них, как они описывают эти особенности – они тут же ответят о том, что звук должен быть «мягким» («жестким», «пушистым»), воздушным («не мыльным», «плотным», «разряженным»), «сухим», «мокрым» и т.п.
Опровергнуть или подтвердить их утверждения, на первый взгляд, сложно, ведь и описательный терминологический аппарат, и оценка – субъективны, однако, это не совсем так. Всё дело в том, что очень многие «исключительно субъективные» характеристики, описательные термины и пр. эффекты имеют вполне объяснимые, измеряемые причины, а большинство факторов, влияющих на тембр, подробно исследованы.
Исследование тембра в психоакустике
Одной из основных задач психоакустики, как смежной отрасли физического и психологического знания, является поиск соответствий между объективными физическими характеристиками и субъективной его оценкой. Тембральные особенности не являются исключением, и не смотря на сложность задачи, они исследованы достаточно хорошо.
исследователь Ирина Алдошина о тембре: «С определением этого термина возникают сложности, сопоставимые с определением понятия «жизнь»: все понимают, что это такое, однако над научным определением наука бьется уже несколько столетий.»
Изучения тембра как акустического явления, проводятся уже 200 лет. Уже найдены факторы, формирующие тембр, и каждый из этих факторов имеет четкие измеримые характеристики. В выявлении объективных показателей тембра сделали вклад такие ученые как: Гельмгольц (1877), Флетчер (1938), Ликлайде (1951), Плом (1976), Наутсм (1989), Россинг (1990), Ханде (1995).
В соответствии с американским стандартом ANSI-60 тембр определяется как:
«атрибут слухового восприятия, который позволяет слушателю судить, что два звука, имеющие одинаковую высоту и громкость, отличаются друг от друга».
Большинство исследователей понимают под тембром «качество тона» и «окраску тона». Именно для описания тембра сторонники субъективного подхода применяют такие термины как: сухой, звонкий, мягкий, резкий, яркий и тёплый, холодный, красивый, которые, на первый взгляд, не могут отражать объективные параметры.
Гельмгольц в определении, опередившем своё время, дал следующую характеристику тембра:
«разница в музыкальном качестве тона (тембре) зависит только от присутствия и силы парциальных тонов (обертонов), и не зависит от разности фаз, с которой эти парциальные тоны вступают в композицию»
Проводя свои эксперименты ученый также сделал несколько наблюдений, которые полностью подтверждаются современными исследованиями. Например, именно в работах Гельмгольца впервые встречаются сведения о зависимости восприятия тембра от скорости «вступления» парциальных тонов в начале звука и их «смерти» в конце. Также именно этот пионер акустики связал восприятие тембра (распознавание тембров отдельных инструментов) с наличием определённых шумов и нерегулярностей.
Х. Флетчер
В 1938 Флетчер доказал, что тембр зависит от структуры обертонов и может существенно изменяться в зависимости от громкости и высоты тона. В 1976 г. Пломп экспериментально подтвердил, что человеческий слух не страдает «фазовой глухотой», а соответственно, восприятие тембра зависит как от формы спектральной огибающей амплитудного спектра, так и от спектра фаз. В 1990 году Россинг добавил, что тембр зависит от временной огибающей звука и его длительности. Как видно из истории исследований тембра, ученые полностью доказали возможность физического измерения параметров тембральной окраски.
В соответствии с исследованиями, основными физическими факторами, которые определяют тембральную окраску звука являются:
- выстраивание амплитуд обертонов в период атаки;
- изменение фазовых соотношений между обертонами от обусловленных к случайным;
- изменение формы спектральной огибающей во времени во все периоды развития звука (атаки, стационарной части и затухания);
- наличие нерегулярностей спектральной огибающей и положение спектрального центроида (максимума спектральной энергии, что связано с восприятием формант) и их изменение во времени;
- наличие модуляций — амплитудной (тремоло) и частотной (вибрато) характеристик;
- изменение формы спектральной огибающей и характера ее изменения во времени;
- изменение интенсивности (громкости) звучания, т.е. характера нелинейности звукового источника;
- наличие дополнительных признаков идентификации источников (инструмента, аппарата).
Общий вид спектральных огибающих и их изменение во времени
Вы думали, что «бархатистость» нельзя измерить – вы ошибались
В качестве основы для последующих корреляционных исследований была создана стандартизированная таблица субъективных описаний тембра, большинство из которых вошли в стандарт AES-20-96 — «Рекомендации для субъективной оценки громкоговорителей». Именно отсюда некоторые маркетологи, черпают определения для спекуляций.
В процессе исследований ученые выявлявляют строгое соответствие каждого из описаний, точным физическим параметрам.
В связи с комплексным влиянием факторов, формирующих тембр, не существует общих единиц измерения. Это отнюдь не означает невозможность объективного измерения и получения точных данных. В данный момент в Стэндфордском университете, лабораториях Гарварда, ИРКАМ и университете Беркли ведутся работы по созданию точных соответствий между субъективными описательными терминами и объективными характеристиками факторов, влияющих на формирование тембральной окраски.
Исследование Л.А. Кузнецова для создания справочного пособия «Акустика музыкальных инструментов» (выводы исследования в полной мере справедливы для аудиоаппаратуры) дало результаты для нескольких характеристик тембра. Благодаря работе ученого стало известно, что основным параметром для этих характеристик является огибающая амплитудного спектра. Кратко можно представить выводы Кузнецова следующим образом:
- плавный подъем огибающей (увеличение амплитуд определенной группы обертонов) в области 200…700 Гц позволяет получить оттенки сочности, глубины;
- подъем в области 2,5…3 кГц придает тембру «полетность», «звонкость»;
- подъем в области 3…4,5 кГц придает тембру «резкость», «пронзительность» и др.
Дальнейшие эксперименты с оценкой тембральных характеристик звучания акустических систем дали возможность установить более точные корреляционные соответствия между пиками-провалами АЧХ с субъективными изменениями тембра.
Итог
Из изложенного можно сделать простой вывод: в физике и психоакустике для тембра существуют точные определения, а любой «воздушный», «сухой» или пресловутый «тёплый ламповый» звук, определяется конкретными физическими параметрами, не имеющими ничего общего с метафизическими представлениями некоторых аудиофилов. До последнего удара по маркетинговым мифам осталось не долго, так как, например, стандарт AES-20-96 — «Рекомендации для субъективной оценки громкоговорителей», в свете исследований о природе тембра, перестаёт быть актуальным. Исследование Ханде 1995 года «О влиянии изменения формы спектральной огибающей и характере ее изменений во времени на тембр» можно считать точкой отсчета, после которой любое утверждение о непостижимости природы «воздушности», «открытости» или «прозрачности» звука выглядит нелепо.
Комментарии (38)
PULT
10.12.2016 20:15Тут проблема в том, что применение на практике результатов некоторых исследований, определённым компаниям может принести убытки. Важно, чтобы те, кому выгодно такие исследования финансировали и продвигали, так как те, кому не выгодно обязательно постараются тормозить их внедрение в практику.
progchip666
10.12.2016 21:04Оно не может, а точно принесёт, причём боюсь почти всем. Одним просто потому что потребуются дополнительные исследования и модернизация продукта, вторым потому что окажется что по объективным тестам их продукты не соответствуют той ценовой нише в которой они присутствуют.
Получается это невыгодно почти никому. Даже многим аудиофилам, которые поймут, что ошиблись с выбором аппаратуры, вложив в неё немалые деньги.PULT
10.12.2016 21:11Ну последние просто побегут выбирать соответствующий критериям аппарат, чтобы звук был правильным. И ещё момент, ведь не все будут измерять сами, а написать в бумажке можно любые цифры (даже если кто-то узнает и подаст в суд, убытки от иска будут значительно меньше прибылей от подлога, а возможно даже до суда не дойдёт).
Существует не мало надёжных производителей, причем не только в хай энд сегменте (в последнем возможно их даже меньше), но, к сожалению, все понимают правила игры.
Akrillkin
10.12.2016 22:38Да, ваша статья ввела некоторую ясность в подобный комплексный вопрос, а теперь пара закономерных вопросов:
1) будет ли это тема развиваться далее в серию статей?
2) предоставляет ли ваш магазин подобную детализацию аппаратуры?PULT
10.12.2016 22:461) Да, тема уже развивается, в цикле вышло 2 статьи, о тембрах в этом цикле выйдет по крайней мере ещё одна статья.
2) Магазин не может предоставлять детализацию, так как не является ни лабораторией ни производителем, нами предоставляется вся информация, которая приходит от производителей, а также возможности для оценки аппаратуры в шоуруме. В случае если у нас появляется дополнительная достоверная информация о качественных характеристиках товара (от экспертов или пользователей), то это попадает в описания. Кроме того, в ряде случаев, наши специалисты излагают собственное мнение о некоторых позициях в описании к товарам.
Shershen1
10.12.2016 23:46Спасибо за статью, интересно. Будет здорово если в следующем материале, посвященном тембрам будет информация о влиянии фазовых искажений на тембральную окраску «сжатого» звука, в таких форматах как mp3.
REPISOT
11.12.2016 12:10+3Это все замечательно, но где же определение «теплого лампового» и «прозрачного» звука?
Dum_spiro_spero
12.12.2016 03:28-1А это между прочим есть! )))
Ну грубо если — «ламповый» — с усиленными четными гармониками, «теплый» — с заниженными верхними (даже есть примочки которые жаргонно именуются «грелками»), «прозрачный»… тут сложнее — «воздушный» подойдет? Если брать таблицу — то возможно это «поверхностный»+«бархатный»+«хрустальный». Для «прозрачности» еще нужно чтоб инструменты были записаны нужным образом. А то какая-нибудь «стена звука» в духе Acceptа 80-х — даст что угодно кроме прозрачности.
Но это более техника и физиология — а где-то начнется психоакустика. Как пример — есть некоторые сочетания нот которые при звучании в аккорде дают ту или иную окраску аккорда. Минор — грустно, мажор — весело. Ощущение воздушности дает повышенная седьмая ступень — аккорды типа maj7. Это как бы другой уровень — но может какие-нибудь параллели имеются.
— Есть собранный усилитель Tale 3U который заявляется автором схемы как Ultra Hi-Fi (звучит кстати очень хорошо) хочу прикрутить к нему ламповый буфер и ощутить наконец магию ТЛЗ в сознательном возрасте.REPISOT
12.12.2016 11:45Четные гармоники «любят» фанаты лампового перегруза.
Просто хороший ламповый усилитель имеет коэффициент гармоник порядка 0.1%
гармонических составляющих в спектре сигнала транзисторных усилителей значительно больше (вплоть до 11-й гармоники), чем у ламповых (не более 5 гармоник), а это само по себе уже способно повлиять на субъективное восприятие звучания
ВотDum_spiro_spero
12.12.2016 23:36Насчет четных гармоник — я это понимаю скорее как музыкант, чем как электронщик. Если взять обычную гитару и 12-ти струнную — у 12-ти струнной парные струны настраиваются через октаву — получаем более плотное и насыщенное звучание.
REPISOT
13.12.2016 06:31+1При чем тут вообще четные гармоники и 12 струн? Вы считаете, что струна, настроенная «в октаву» это четная гармоника?
Нет. Это была бы четная (вторая), если бы она полностью повторяла основную.
Но каждая из них звучит сама по себе, т.к. вы даже по-разному их задеваете при игре. И каждая из них имеет свои гармоники.Dum_spiro_spero
13.12.2016 17:13-1"При чем тут вообще четные гармоники и 12 струн?" — некая аналогия, разумеется не особо точная.
"Вы считаете, что струна, настроенная «в октаву» это четная гармоника?" — да, а разве нет?
Скажем 6-я открытая — 82.4 Гц, к ней в пару струна имеющая частоту в два раза выше — 165 Гц.
"Это была бы четная (вторая), если бы она полностью повторяла основную." Если гармоника повторяет основную… то какая же это гармоника? Это и есть основной тон.
"И каждая из них имеет свои гармоники." Разумеется, но думается кратные частоты — наиболее "громкие" в спектре.
Вот тут можно послушать как меняется звук при добавлении кратных частот.
http://trophimov.ru/oberton/PULT
13.12.2016 19:18Естественные гармоники — это обертоны, струна настроенная в октаву — это два звука, один на октаву ниже, второй на октаву выше. О чем речь, я может чего-то недопонимаю. Проясните.
REPISOT
14.12.2016 05:59+1Я скажу понятнее: Если бы она полностью повторяла основную в том, что относится к игре (атака, амплитуда, момент удара и т.д. и т.п.), учитывая, что она настроена в октаву (зачем вы вдруг решили, что их частоты равны?)
Dum_spiro_spero
14.12.2016 14:32-1Я имею ввиду вот что. У звучащей струны есть некий спектр. В нём есть максимумы. Максимумы будут приходиться на кратные частоты. Всё в целом (весь спектр) — даёт тембр — куда войдут все факторы — от звукоизвлечения до материала струн и дерева гитары. Струна настроенная на октаву выше — своим основным тоном соответствует первому максимуму после основного тона в спектре. А кратные частоты звучат слитно — и мы получаем более эффектный звук.
V_u
12.12.2016 08:57-2Интересно, понятие «огибающая» также используется в разных типах синтеза звука. И тоже обычно для придания сигналу динамики по амплитуде и гармонической наполненности, огибающие усилителя и фильтра соответственно. Помимо этого часто огибающая изменяет частоту сигнала, для имитации отпущенной струны или звука барабана, скважность волны, и потенциально любой другой параметр.
mayorovp
12.12.2016 11:39Огибающая — это просто математическое понятие. Сама по себе она ничего не делает.
PULT
12.12.2016 13:18-1Безусловно, но применительно к вопросу, судя из источников которые использовались для написания статьи, изменение формы спектральной огибающей предсказуемо влияют на физический результат, т.е. на тембр. В чем вы заметили противоречие?
mayorovp
12.12.2016 13:23Во-первых, сама по себе огибающая ничего не изменяет. Вот ее изменение может на чем-то сказаться.
Во-вторых, не представляю как изменением огибающей можно повлиять на частоту и "потенциально любой другой параметр".
PULT
12.12.2016 14:41Во-первых, сама по себе огибающая ничего не изменяет. Вот ее изменение может на чем-то сказаться.
именно об этом и написано
частоту и «потенциально любой другой параметр
— тут согласен утверждение спорное, частоту не меняет, по крайней мере судя из того, что мне известно.
V_u
12.12.2016 18:09Посмотрите на простой субтрактивный синтезатор, увидите элемент «envelope» — огибающая, или генератор огибающей. Посмотрите на параметры синтеза, которые этот генератор может модулировать, чаще всего это частота генераторов и частота среза фильтра, но на более сложных синтезаторах, модульных или полу-модульных, огибающая/генератор огибающей может модулировать любой параметр к которому ее возможно подключить.
Тут коллизия терминов, как мне кажется, не поверхностная, но понятия конечно сильно разошлись.mayorovp
12.12.2016 22:49Что-то такое я и подозревал. Тем не менее, мне кажется, называть генератор огибающей просто огибающей — это как называть браузер интернетом.
V_u
12.12.2016 23:50Генератор редуцировался, иногда даже просто сокращенно пишут Env, генератор огибающей довольно громоздкое понятие таки. На советских инструментах иногда писали так, иногда сяк, иногда «контур», или даже «артикуляция».
Я помню давным давно была шутка в КВН, «оператор клавишной установки» или что-то подобное, на самом деле живой язык всегда стремится к упрощению. Понятие «браузер» ведь тоже сокращенное «Web browser», а само слово означает просматривающий или листающий.
HiMem-74
13.12.2016 08:51-1Меня удивляет, что никто не догадался взять звуковую карточку, подключить к ней, например, усилитель, на выход имитацию нагрузки и снова на вход звуковой карты.
Подаем синусоиду разных частот, пилу, меандр разной скважности, сравниваем вход с выходом и получаем полную картину искажений, вносимых тестируемым девайсом. ПРОФИТ! Вложений минимум (практически только софт разработать), информации максимум.Dum_spiro_spero
13.12.2016 17:21Ну как бы инженеры в лабораториях догадались. Собственно отсюда и берутся всякие параметры указанные в паспорте усилителя. Что коэффициент таких-то искажений — такой-то, сяких — такой-то.
По пути правда есть некие грабли. Приборы — в т.ч. и звукокарты имеют свои погрешности. Провода из усилителя втыкаются не в ухо — а в динамик/колонку. А у той — свои характеристики, и т. п… Если мы к колонке приставим прибор — т.е. микрофон — то натолкнемся на характеристики микрофона. Вообще знать за что отвечает каждая частота пользователю необязательно — он потребляет конечный музыкальный продукт, а современным композиторам необходимо — софт и железо дают очень большие возможности которыми надо пользоваться.HiMem-74
14.12.2016 12:12Я намеренно оставил «за скобками» колонку и написал именно про имитацию нагрузки — мы же меряем усилительный тракт и оцениваем искажения именно на нем. Искажения колонок необходимо измерять отдельно. В частности да, референсным микрофоном на референсном генераторе сигнала.
Но после таких тестов закончится эпоха маркетинговых описаний в стиле глянцевых журналов.
progchip666
Интересная статья, правда видимо в виду сложности материала, технических подробностей не много. По крайней мере приятно что исследования в этой области всё так ведутся.
Правда даже после того, как они придут к созданию каких либо стандартов боюсь их будет очень сложно применять на практике и если они и будут применяться, то в Hi End аппаратуре.
PULT
Относительно небольшого количества информации, каюсь, грешен. Но часть информации по вопросу, если её грамотно и понятно представить — это пол. кандидатской диссертации (по объёму). Ещё один момент, львиная доля доступной информации касается тембральных особенностей музыкальных инструментов, и лишь небольшая часть связана опосредовано или непосредственно тембральной окраске звука в аудиоаппаратуре.