Прошедшее время. Памяти Эдгара Вильчура (1917 — 2011)

Те, у кого хорошая память или отточенный навык поиска по сайтам, запросто выяснят: публикация в «АЗ» с упоминанием этого имени была, уточню даже, когда — в №2/2006.
Сегодня, заглянув туда, я обнаружил две неточности в подписи к самой первой фотографии. Она гласит: «Эдгар Вильчур, 1918 года рождения. Жив, здоров, даже политически активен...» Всё, кроме имени, как оказалось, требует уточнения. Год рождения на самом деле 1917, а теперь к нему добавился ещё один, 2011.
Надо чаще читать газеты. Из них редко узнаёшь приятное, чаще — важное. Если бы в октябре прошлого года мне пришло в голову заглянуть в «New York Times» или «Washington Post», я бы вовремя узнал печальное, но важное. Звуковой мир лишился человека, вклад которого в электроакустику переоценить невозможно просто потому, что у «всего» нет цены. Я не переоцениваю, всякий, слушающий музыку не в наушниках, слушает два изобретения Эдгара Вильчура одновременно, только в разных частотных полосах. Все, везде и всегда.
Та, первая статья, посвящённая Эдгару Вильчуру, рассказывала о первом его изобретении — акустическом оформлении, которое мы сегодня панибратски называем ЗЯ и которого до Вильчура просто не существовало, как бы трудно ни было в это поверить. Не пересказывая публикации 2006 года, напомню: до Вильчура естественным оформлением динамика был открытый с тыла ящик, параметров громкоговорителя никак не изменявший, или же изобретённый (что тоже довольно странно) на двадцать лет раньше фазоинвертор такого объёма, который тоже на резонансной частоте головки не сказывался. Вильчур впервые переложил часть обязанностей упругого подвеса на воздух внутри закрытого ящика, и тогда впервые в ряду ассоциаций с домашними динамиками слова «книжный шкаф» уступили место книжной полке.
Вильчур, вообще-то, гнался не за уменьшением габаритов, главным достоинством закрытого ящика он считал линейность характеристик динамика: воздух гораздо ближе к идеальной пружине, чем любая пружина реальная, но за побочный результат своей инновации женщины всего мира должны были бы поставить ему памятник.
Слушая лекции Вильчура по акустике в Университете Нью-Йорка, один из его студентов заинтересовался идеей «акустического подвеса», как это тогда называлось, и опытами, которые его преподаватель в это время проводил у себя в гараже. Студент назывался Генри Клосс, вскорости основанная ими компания стала называться Acoustic Research. Три последовательные модели акустики этой марки стали историческими. AR1 с единственным, как тогда было принято, динамиком — первой акустической системой с «воздушным подвесом», по-теперешнему — в закрытом оформлении, бас, который она воспроизводила, тогда, в 1954 году, совершенно не вязался с габаритами колонки. AR2 стала уменьшенной версией AR1 и, по существу, первой полочной колонкой. Когда женщины мира будут обсуждать свой проект памятника, предлагаю включить AR2 в скульптурную композицию.
У мужчин проект будет свой. Его частью станет AR3, без сомнения — самая знаменитая акустическая система XX века. Здесь впервые было использовано второе изобретение Эдгара Вильчура — купольная пищалка. Патент США №3033945. Годы спустя, продолжая читать лекции, Вильчур объяснял происхождение концепции купольной пищалки очень простыми, без патентных заморочек, словами:
«Секрет воспроизведения верхних частот укладывается в два слова: маленькие размеры. Но пытаться уменьшить размеры диффузорного динамика неэффективно, звуковая катушка становится слишком маленькой, чтобы справиться хоть с какой-нибудь мощностью. Я поместил звуковую катушку на внешнем диаметре диафрагмы, когда вы это делаете, диафрагма естественным образом приобретает форму купола, а это даёт дополнительные преимущества: становится ненужной вторая часть подвеса и решаются многие другие проблемы (неравномерная частотная характеристика и воспроизведение самых верхних частот)».
Вот так просто... теперь вы видите, что я не преувеличивал: любая современная акустика — это динамик с параметрами, в той или иной степени зависимыми от оформления (что и составляет концепцию «воздушного подвеса) на низких и средних частотах, и купольная пищалка — на верхних. Кстати, купольные среднечастотники в AR тоже применялись.
Сегодня AR3 имеет возможность увидеть всякий посетитель Смитсонианского музея в Вашингтоне, в части экспозиции «Информационная эпоха», между телеграфным ключом Сэмюеля Морзе и компьютером Apple 1 Стива Джобса. Причина такого почёта — не только в инновационности. AR реально играли, Вильчур был одержим верностью воспроизведения, единственным критерием качества громкоговорителя он считал неотличимость записи от оригинала и к оценке собственной продукции подходил не просто строго, а на грани жестокости. В нескольких студиях по стране, одна из которых находилась в помещении главного вокзала Нью-Йорка, Grand Central Station, организовывались сравнительные прослушивания. На сцене сидел и играл струнный квартет, в какой-то момент музыканты по очереди переходили от игры на инструменте к её имитации, пока не обнаруживалось (когда они переставали двигать смычками), что играет пара AR3, воспроизводя запись этого же квартета, заранее сделанную в безэховой камере. Это не легенда, это была реальная техника продаж, причём полвека назад, а и сегодня поверить трудно.
Одержимый, в лучшем из известных смыслов, натуральностью звуковоспроизведения, Вильчур полагался вовсе не на шаманство. И в память о великом человеке я хочу здесь привести его статью, опубликованную в 60-х годах прошлого века в существовавшем тогда в США журнале «Audio». Наверняка я при этом что-то нарушаю, надо будет — отвечу, оно того стоит.

ТЕСТИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЯ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
Эдгар Вильчур

Президент Acoustic Research Inc.

В аудиофильских кругах широко распространён миф, что громкоговорители (в отличие от усилителей, тюнеров или проигрывателей) невозможно тестировать объективно. При этом утверждается, что прослушивание — единственный способ оценки.

Объективное тестирование

Объективное тестирование громкоговорителей труднее и сложнее, чем других компонентов, это привело многих экспертов к заключению, что оно вообще не нужно. Однако само по себе то, что получить осмысленную информацию о громкоговорителях трудно, а бессмысленную — легко, не снижает ценности объективного тестирования. Опытный эксперт, умеющий правильно интерпретировать корректно выполненные измерения, способен предсказать характер звучания громкоговорителей ещё до того, как они будут присоединены к усилителю.
Измеренные нелинейные искажения в усилителе на уровне 1% заставят аудиофила обнажить шпагу и начать сочинять угрожающие письма производителю. Измеренный коэффициент искажений у громкоговорителя 30% (на той же частоте и уровне громкости) будет проигнорирован как не имеющий значения. Важно, как громкоговоритель звучит для вас, скажут вам, и не обращайте внимания на кривые искажений. Вы слушаете музыку, скажут вам, а не кривые.
Не требуется больших усилий, чтобы осознать: этот аргумент с таким же правом может быть распространён на все электрические или акустические измерения. Мы слушаем не чувствительность тюнера, а чистоту его звучания, мы слушаем не ватты усилителя, а его громкость и так далее. Аргумент, ущербный во всех случаях.
Объективные измерения описывают точность воспроизведения сигнала любым компонентом Hi-Fi-системы. Для тех, кто ищет громкоговоритель со звучанием драматическим и волнующим на свой лад (то есть — за пределами драматизма и волнения, заложенного в музыку и её исполнение), оценка качества звучания — вопрос вкуса, и объективным оценкам здесь места нет. Для тех же, кто нацелен на оценку точности, с которой усилитель или громкоговоритель воспроизводят поданный на них сигнал, существуют процедуры объективного тестирования, которые расскажут многое.

Частотная характеристика

Наиболее часто обсуждаемый и действительно важнейший результат измерений — частотная характеристика. Для громкоговорителя она столь же важна, как для головки звукоснимателя или усилителя. Пик высотой 10 дБ на средних частотах или крутой спад ниже 80 Гц вызовут одни и те же аберрации в звучании, каким бы компонентом они ни были внесены. Однако нельзя не признать того факта, что нередко кривая частотной характеристики громкоговорителя и характер его звучания кажутся слабо коррелированными.
Это не означает, что характеристики громкоговорителя определяются какими-то мифическими качествами, не поддающимися научной оценке. Это всего лишь означает: эта конкретная кривая неверно описывает частотную характеристику данного громкоговорителя.
Выходной сигнал усилителя или головки звукоснимателя — электрическое напряжение на выходных проводах, на которых и измеряются характеристики. Выходной сигнал громкоговорителя состоит из звуковых волн, излучаемых в помещение во всех направлениях. Частотная характеристика громкоговорителя может быть совершенно разной под разным углом к оси его излучения. Если слушать громкоговоритель в безэховой камере или на открытом воздухе, мы услышим именно то, что регистрирует измерительный микрофон, помещённый в точке прослушивания. Это несправедливо для помещения, где есть отражения. Здесь слушатель воспринимает комбинацию прямого и отражённого звука, а значительная часть излучения многократно отражается от стен, прежде чем окажется услышанной.
Поэтому характер звучания громкоговорителя в помещении главным образом определяется общей мощностью, излучённой на тех или иных частотах, а не звуковым давлением, измеренным по оси излучения. Даже находясь в помещении на оси излучения, мы будем воспринимать всё внеосевое излучение как результат отражения. Два громкоговорителя с одинаковыми «осевыми» частотными характеристиками, но сильно различающимися внеосевыми будут звучать совершенно по-разному.

Внеосевые характеристики

Кривые АЧХ, которые верно отражают характеристики громкоговорителя, не так трудно получить. Необходимо снять семейство кривых по оси и под углом к ней. Для серьёзного исследования нужно снимать кривые через каждые 5 градусов, от 0 до 90 градусов по отношению к оси. Если установлено, что существует корреляция между этими кривыми, итоговую частотную характеристику громкоговорителя можно будет представить более компактной группой кривых, скажем, на оси и под углом 30 и 60 градусов к оси.
На рис. 5 показана СЧ/ВЧ-головка, закреплённая на поворотном экране в одной из безэховых камер AR.

На рис. 1 приведено семейство кривых, полученных с помощью автоматического самописца General Radio, его видно в левой части снимка. Частотная характеристика мощности для этой же головки будет результатом сложения этих кривых. Хотя АЧХ по оси укладывается в допуск ±1,5 дБ до 15 кГц, общая излучённая мощность падает выше 7,5 кГц, чем и определяются требования к частоте раздела полос этой головки и супертвитера, используемого совместно с ней.
Приведённые соображения особенно важны для верхних частот, именно здесь осевые и внеосевые характеристики динамиков различаются наиболее сильно. Но есть и проблемы, относящиеся к басовому регистру.

Телесный угол

Если бы громкоговоритель был подвешен на шнуре в центре вселенной, он излучал бы бас во всех направлениях, что соответствует телесному углу 360 градусов. Каждый раз, когда этот телесный угол уменьшается (когда громкоговоритель установлен у стены или в месте, где сходятся две плоскости), диффузору достаётся меньше работы по перемещению воздуха, и эффективность на басах возрастает, не затрагивая другие части частотного спектра. Поэтому невозможно поместить громкоговоритель в безэховую камеру — где он излучает в телесный угол 360 градусов — поставить микрофон перед ним и считать, что получена репрезентативная кривая частотной характеристики на низких частотах.
Автор однажды получил письмо от озадаченного аудиофила, который поначалу принял звучание своей акустики с энтузиазмом и восторгом. Его друг-инженер предложил измерить громкоговорители в безэховой камере и с торжеством предъявил полученные кривые, на которых акустика показала себя весьма бледно. Бедняга аудиофил разволновался настолько, что прислал мне эти кривые с припиской: «Прилагаемые графики доказывают, что у меня неправильные уши».

Полезно получать такие данные, чтобы сравнить результаты наших измерений с другими источниками. АЧХ на басах, которая была интерпретирована как ужасная, была, в пределах погрешностей, неизбежных в акустических измерениях, почти идентична той, которую мы сами получили в безэховой камере. Если вы взглянете на рис. 2, где показан результат излучения в телесный угол 360 градусов, и конвертируете это в условия, существующие в помещении (что обычно означает телесный угол, близкий к 90 градусам), то увидите: уровень давления на низких частотах возрастает, на нижнем басе прибавка составит около 6 дБ. Дальнейшая коррекция, в частности — учёт особенностей использованной камеры (пик на 50 Гц), приводит кривую к общей неравномерности ±2 дБ во всём диапазоне.
Значительно лучшим способом исследовать характеристики на низких частотах будет начать с меньшего телесного угла и перенести измерения на открытую местность. Существующие стандарты измерения громкоговорителей предусматривают излучение внутрь телесного угла 180 градусов, что очень удобно: громкоговоритель может быть заглублён в землю, как показано на рис. 6.

На рис. 3 приведены кривые, полученные с помощью такой установки, модель громкоговорителя — та же, что и для рис. 2. Измерения на открытом воздухе дают более точный результат на низких частотах, чем полученные в безэховой камере, в том числе и потому, что на самых низких частотах камеры перестают быть безэховыми, однако в целом результаты очень близки к показанным на рис. 2, если, разумеется, знать, как их правильно интерпретировать. Тот же громкоговоритель был испытан и в камере, некорректированная кривая частотной характеристики оказалась очень похожа на полученную инженером, другом аудиофила.

Контролируемое акустическое окружение

Иногда предпринимаются попытки грубо оценить частотную характеристику громкоговорителя с помощью измерительного микрофона в условиях обычной комнаты. Такой метод не способен дать даже самых приблизительных результатов: вариации, вызванные свойствами комнаты и взаимным расположением громкоговорителя и микрофона, значительно превышают влияние характеристик собственно громкоговорителя.

На рис. 4 приведены кривые, полученные для одного и того же громкоговорителя в жилой комнате при различном положении микрофона. Легко увидеть: пики и провалы на двух кривых возникают на разных частотах, а именно пики и провалы на корректно снятой кривой частотной характеристики — наиболее существенный элемент в оценке качества акустики.
Единственный вид исследования, который реально может быть проведён в неконтролируемом акустическом окружении — это поиск призвуков: скрипов, дребезгов и т.п., возникающих на определённых частотах. На громкоговоритель при этом подаётся сигнал от звукового генератора и медленно перестраивается по всему частотному диапазону на достаточном уровне громкости. Звук на любой частоте должен оставаться чистым, без посторонних шумов или составляющих с частотами, отличными от тех, которые в данный момент вырабатывает генератор. При этом надо следить и за шумами, производимыми другими предметами в комнате.
Такие дефекты громкоговорителя — одни из тех, что незаметны на кривых частотных характеристик, но могут проявлять себя при прослушивании. Непрерывный сигнал их выявляет, музыкальный же, в силу своей хаотичности, укажет на существование посторонних призвуков необъяснимыми на первый взгляд грубыми нотками, когда фонограмма содержит достаточно энергии именно в области «дефектной» частоты.

Интерференция

С точки зрения измерений к многополосной системе нельзя подходить с теми же приёмами, что и к однополосной. Между излучателями возникает интерференция, особенно — вблизи частот раздела полос, результатом является изрезанная кривая, не всегда отражающая реальную картину. Простое перемещение микрофона может превратить пик в провал и наоборот. Однако эффект интерференции не меняет общей энергии, излучённой громкоговорителем, и поэтому крайне слабо влияет на то, как громкоговоритель будет звучать. Существует три подхода к этой проблеме. Один — измерять характеристики излучателей по отдельности. Второй — располагать микрофон достаточно далеко для того, чтобы выровнять расстояние до излучателей. Третий — проводить измерения не в безэховой, а в гулкой камере. В последнем случае образующееся равномерное звуковое поле характеризует энергию, излучаемую громкоговорителем в функции частоты, а не звуковое давление в данной точке.
По этой же причине пики и провалы, вызванные дифракцией на углах корпуса громкоговорителя, не меняют величину общей излучаемой энергии, поэтому на звучание в реальных условиях прослушивания влияют крайне мало, зато отлично видны на кривых, снятых в безэховой камере.

Интерпретация кривых частотных характеристик

Самая важная информация, содержащаяся в кривых частотных характеристик — гладкость кривой, что, в свою очередь, напрямую связано с переходными характеристиками громкоговорителя. Узкие пики на характеристике говорят о местных резонансах, что предсказывает «звон» — продолжение колебаний диффузора на данной частоте после окончания сигнала. На басах это означает «бубнение», на средних и верхних частотах проявляется в виде резкого или смазанного звучания, часто — с оттенком гнусавости. Измерения с помощью пакетов импульсов позволяют лучше всего определить переходные характеристики, предсказывая степень гладкости частотной характеристики даже точнее, чем наоборот, когда по гладкости кривой прогнозируются переходные характеристики.
Изрезанность частотной характеристики, вызванная интерференцией или дифракцией, не связана с резонансными явлениями и потому менее важна. Один из способов определить источник изрезанности — попытаться отыскать пики и провалы на одних и тех же частотах на кривых, снятых под разными углами.


Нелинейные искажения

Об искажениях громкоговорителей на низких частотах обычно говорится очень мало, и вызвано это некоторым смущением. Когда же такие измерения делаются, а результаты публикуются, ниже 60 Гц при умеренном уровне громкости уровень нелинейных искажений в общем случае колеблется от 5 до 50%, а иногда и больше. К счастью, те громкоговорители, к которым относятся показатели, близкие к верхнему из приведённых пределов, чаще всего демонстрируют и сильно ослабленный уровень давления на этих частотах, и не так много искажённого баса достигает слушателя. Тем не менее чистый бас так же важен для громкоговорителей, как и для других компонентов.
Громкоговоритель может звучать громко при подведении к нему сигнала 30 Гц, но если искажения высоки, нельзя говорить, что именно этот сигнал он воспроизводит. Значительная часть его излучения при этом приходится на частоты гармоник — 60 и 90 Гц, значительно меньше — на фундаментальную частоту 30 Гц. У всех громкоговорителей отдача на 30 Гц есть, в том смысле, что они как-то звучат, когда эта частота на них подана, даже 5-сантиметровый динамик портативного приёмника будет при этом трясти диффузором. Чтобы частотная характеристика на басах имела смысл, её должна сопровождать кривая искажений или же необходимо отфильтровывать гармонические составляющие при измерениях.

Смысл измеренных характеристик громкоговорителей

Громкоговорители весьма далеки от совершенства, не достигая той степени прозрачности, которая характеризует электронные компоненты. Именно поэтому в оценке громкоговорителей большая роль принадлежит субъективной составляющей, даже когда имеются надёжные данные измерений. Это происходит потому, что неизбежен выбор между недостатками громкоговорителей: резкость звучания одного, бубнение — другого, искажения — третьего. В каждом случае надо решить, какое из несовершенств меньше других нарушает иллюзию верности воспроизведения, и здесь приоритеты могут быть индивидуальными.
Вкус — важный элемент в создании музыкального произведения, но он куда меньше помогает в оценке точности воспроизведения. Ключевым фактором в оценке громкоговорителей должны быть восприятие и понимание степени подобия исходному звуку, а не симпатии и антипатии.
Объективные измерения дают много информации о громкоговорителях, и для опытного человека, знающего, как трактовать результаты, звучание громкоговорителей в немалой степени может быть предсказано ещё до их подключения к системе. Если условия и результаты измерений трактуются верно в смысле своего отношения к музыкальному реализму, они исключительно полезны для потребителя и абсолютно незаменимы для конструктора акустической системы. Кроме прочего, у них есть неоспоримое достоинство: они не зависят от музыкальных пристрастий эксперта, его настроения или того, что он ел на обед.

Источник: журнал Автозвук, 04/2012. Андрей ЕЛЮТИН