Микрофонные системы (XY, MS, ORTF, AB, DeccaTree и др.). Микрофонные системы для SurroundSound

Стерео картина и художественный образ виртуального источника, записанного отдельными микрофонными системами. Методика настройки.

Стереомикрофоны

Для записи и передачи стереофонических и пространственных звуковых сигналов в настоящее время создаются специальные микрофонные системы.

Большинство выпускаемых микрофонных стереосистем можно разделить на следующие группы:

- раздельные стереосистемы (AB, DIN stereo, NOS stereo, ORTF stereo, Baffled stereo);

- совмещенные стереосистемы (XY stereo, MS stereo, Blumlein stereo);

- «верхние» стереосистемы (Overhead microphones);

- типа «искусственной головы» (Head related stereo, Sphere stereo, Stereo 180);

- бинауральные стереосистемы (Binaural stereo);

- системы для Surround Sound (Soundfield, SPL array и др.);

- системы с адаптивным цифровым управлением (AudioTechnica AT 895, Microtech Gefell КЕМ 970 и др.).

Раздельные микрофонные стереосистемы:

- АВ-система: при записи по такой системе по фронту перед исполнителями устанавливается два или несколько включенных на один канал одинаковых по чувствительности и направленности микрофона на некотором расстоянии друг от друга, так, чтобы каждый канал мог работать на свою зону. Акустические оси микрофонов могут быть параллельными или развернутыми. Микрофоны могут быть как ненаправленными, так и направленными (например, две кардиоиды или две восьмерки).

Поскольку основное влияние на локализацию источника при такой записи оказывает сдвиг по времени между различными источниками, то такую систему называют «временной стереофонией», хотя, если применять направленные микрофоны, то можно получить и разность по интенсивности, что сделает локализацию более отчетливой. Как показали экспериментальные исследования системы AB, она обладает определенным недостатком: при перемещении реального источника звука (например, солиста) соответствующее перемещение мнимого источника во вторичном помещении наблюдается в достаточно узкой зоне. Результаты измерений показывают, что для расширения этой зоны надо уменьшить отношение Y/L, где Y — расстояние от источника до линии установки микрофонов, L — расстояние между микрофонами.

Однако возможности таких изменений ограничены, т. к. микрофоны нельзя сдвигать слишком близко (для сохранения стереоэффекта), а приближение микрофонов к солистам увеличивает искажения по глубине и приводит к подъему низких частот у направленных микрофонов. Система AB используется в основном для передачи ощущения пространства, для точной локализации отдельных источников она менее полезна. Обычно система AB используется с дополнительными микрофонами;

- DIN stereo (немецкое радиовещание) является разновидностью системы AB. Стереообраз создают два кардиоидных микрофона, размещенных под углом 90° на расстоянии 20 см. Система создает временной и интенсивностно-разностный стереосигнал. Эта техника полезна на близких расстояниях, она обеспечивает угол охвата около 115°;

- ORTF stereo technique (французское радиовещание) использует два кардиоидных микрофона, разнесенных на 17 см под углом 110° между капсюлями (рис. 6.3.16а). Размещение микрофонов соответствует расстоянию между ушами, а угол моделирует теневой эффект человеческой головы. Эта техника создает достаточно четкий стереообраз, обеспечивает угол охвата около 95° и широко используется на практике;

- NOS stereo (датское радиовещание) — эта система записи использует два кардиоидных микрофона, размещенных под углом 90° на расстоянии 30 см друг от друга (рис. 6.3.166). Стереообраз также создается с помощью комбинации интенсивностной и временной стереофонии. Эта техника также полезна в основном на близких расстояниях для малых ансамблей (угол охвата 80°).

- Baffled Stereo — разнесенная микрофонная стереотехника, использующая акустический полупоглощающий экран. Экран размещается между двумя микрофонами в разнесенных СТереоСИСТемах типа AB Stereo, ORTF stereo, DIN stereo или NOS.

Поглощающий эффект экрана оказывает положительное влияние на затухание звука от источников вне оси и улучшает разделимость между каналами. Одна из широко известных экранированных стереосистем Jecklin Disc (по имени ее изобретателя Ю. Джеклина) использует два ненаправленных микрофона, размещенных на расстоянии 17,5 см, и специальный диск диаметром 36 см, расположенный между ними (рис. 6.3.17).

Совмещенные микрофонные стереосистемы: эта техника стереозаписи предполагает использование двух направленных микрофонов, расположенных в одной точке. Ширина стереообраза зависит от формы характеристик направленности микрофонов и способа их установки. Наиболее известны системы XY-stereo, MS-stereo и Blumlein stereo:

- XY-stereo — в этой системе используется два направленных микрофона (две кардиоиды или две суперкардиоиды), установленных на одной оси, у которых акустические оси развернуты и образуют некоторый угол (чаще всего 90°-120°, хотя он может меняться и в пределах 0°-180°). Пример такой конструкции показан на рис. 6.3.19а, б. Поскольку оба микрофона находятся в одном месте, то различия во времени прихода сигналов практически отсутствуют. Стереофонический эффект возникает здесь за счет разности интенсивностей сигналов от источника (так называемая «интенсивностная» стереофония). Система XY дает правильное соответствие мнимого и реального источника, если последний находится в определенных угловых пределах. Благодаря отсутствию в сигналах левого и правого каналов временных сдвигов система XY обладает хорошей совместимостью с монофонической системой. Однако при использовании этой системы также возникают искажения пространственной панорамы (особенно в глубину).

В этой системе должны выполняться жесткие требования к остроте характеристики направленности микрофонов (иначе не удается получить разность по интенсивности); кроме того, у направленных микрофонов проявляется «эффект близости» при приближении к источнику;

- MS-cmepeo: она также содержит два совмещенных микрофона с различающимися характеристиками направленности, сигналы которых подвергаются суммарно-разностному преобразованию.

Обычно используются два совмещенных микрофона с диаграммами направленности типа «круг — восьмерка» (рис. 6.3.20). Название системы образовано первыми буквами немецких слов Mittel (середина) и Seite (сторрна). Напряжение на выходе микрофона М будет неизменным при любом положении источника, а напряжение с микрофона S определяется формой его характеристики направленности. При положении источника под углом 90° выходное напряжение будет равно сумме напряжений с микрофонов M и S; при положении источника под углом 0° оно будет равно только напряжению с М-микрофона, а при положении -90° — разности напряжений с M и S микрофонов.

С помощью суммарно-разностного преобразования можно сформировать сигналы в двух каналах передачи. Система MS требует введения в схему дополнительных узлов: суммарно-разностных преобразователей, стереорегуляторов направления и базы, — но она имеет и ряд преимуществ перед системой XY (дает возможность легко регулировать как общую ширину базы, так и ширину отдельных участков, занятых группами исполнителей);

- Blumlein stereo — совмещенная стереотехника, использующая два микрофона с характеристикой направленности типа «восьмерки», установленных в той же самой точке под углом 90°.

Overhead stereo (микрофоны над головой): размещение микрофонов выше звуковых источников. При этом часто оказывается возможным получить более натуральный тембр, т. к. звуки от индивидуальных инструментов достигают микрофонов с более реальным фазовым распределением. Кроме того, сохраняется возможность записать несколько первых отражений в помещении, что больше соответствует естественному окружению инструментов:

- Spaced

- Decca Tree — эта техника была развита на студии English Decca Records в середине 1950-х и еще до сих пор используется при записи звука. Три микрофона размещаются на стойках на высоте 3-3,7 м слегка позади головы дирижера. Микрофоны наклонены приблизительно на 30° вниз по направлению к оркестру и установлены под определенным углом друг к другу: один направлен в центр, два других — под 45° от центра (рис. 6.3.21). Расстояние между стойками правого и левого микрофона приблизительно 2 м, центральный микрофон сдвинут на 1,5 м вперед. Кроме того, два дополнительных микрофона располагаются по краям оркестра, обычно немного сзади, чтобы записать реверберацию зала. Эта техника дает реалистический стереообраз, обеспечивает хороший баланс между инструментами оркестра, позволяет записывать отдельно центральный канал, что полезно при микшировании систем типа Surround Sound.

Стереосистемы типа «искусственной головы»: два ненаправленных микрофона размещаются на твердой сфере диаметром 20 см (Sphere Stereo). Диафрагмы микрофонов расположены на поверхности сферы. Геометрические размеры, используемые в этой технике, моделируют базовые междуушные пропорции человеческой головы и, соответственно, междуушное время задержки.

Бинауральная стереосистема использует модель искусственной головы, внутри слуховых каналов которой расположены микрофоны (рис. 6.3.22). В такой модели достаточно точно копируется форма головы и ушных раковин, а также специально подбираются физико-механические параметры материалов, чтобы отмоделировать костную проводимость. В этой системе звуковой сигнал поступает на мембрану микрофона уже после обработки в раковине и слуховом канале, т. е. он несет в себе закодированную информацию о пространственном положении источника, которую можно передать по двум каналам передачи и воспроизвести на приемном конце через стереотелефоны.

При этом слушатель получает достаточно точное пространственное ощущение первичного помещения. «Искусственная голова» — весьма сложное и дорогое устройство, которое производится только немногими фирмами: например, фирма Neumann выпускает модель KU-100, фирма В&К — модель 4128С, фирма Head Acoustics GmbH — модель Aachen Head, фирма IRP — модель KEMAR. Каждая из этих моделей отличается определенными конструктивными особенностями — например, модель 4128С дополнена моделью торса.