Скиллсет: управление звуком

У нас есть клиент с большим конференц-залом для руководителей. Стол длиной около 12 метров вмещает более 40 человек, у каждого из которых есть настольный микрофон с функцией push-to-talk. Потолочные колонки расположены парами над столом, примерно через каждые 2,5 м. Эта система была установлена несколько лет назад человеком, который знал, как использовать DSP Biamp Tesira для управления поведением всех этих микрофонов. Все работает хорошо.

К сожалению, у них начались проблемы с произвольным отключением микрофонов. Естественно, чаще всего это происходило, когда говорил генеральный директор. Пока мы устраняли неполадки в системе, что заняло некоторое время, как это часто бывает с периодически возникающими проблемами, сверху поступил вопрос: А нельзя ли просто заменить эту сложную DSP-систему простыми усилителями и колонками?

Нет. Только не 40 микрофонами! Произошел конфликт между ожиданиями заказчика и его пониманием реальной ситуации. Все мы в какой-то момент оказывались в подобной ситуации. Попытка перевести реалии физики или любые технические ограничения в удобное для клиента русло может оказаться непростой задачей.

Обратная связь и эхоподавление

Владелец конференц-зала не знал о нескольких основных проблемах, наиболее очевидной из которых является обратная связь. Поместите открытый микрофон рядом с колонкой, принимающей сигнал от этого микрофона, увеличьте усиление, и мы знаем, что произойдет. Поэтому в этой системе DSP разбивает пространство на зоны и направляет микрофоны только на колонки в зонах, расположенных дальше.

Уровень "подъема голоса" в системе едва заметен; его достаточно, чтобы все слышали друг друга, но не громко. Так и должно быть в данной обстановке, к тому же это позволяет избежать обратной связи при одновременном использовании нескольких микрофонов в разных частях помещения. Все микрофонные входы закрыты, поэтому даже если кнопка TALK включена, микрофонный канал не будет открыт, если кто-то не говорит прямо перед ним.

Эта система также оснащена системой подавления акустического эха на всех микрофонных входах - концепция, которую трудно объяснить. Это особенно актуально сейчас, когда все привыкли к приложениям для конференц-связи UCC, которые заботятся об этом автоматически. AEC есть, и он удивительно хорошо работает в фоновом режиме, создавая ложное ощущение, что ничего особенного не происходит.

Принцип работы AEC заключается в определении источника звука, который НЕ должен попадать в локальный микрофон, и его удалении. Если звук от дальнего абонента в сеансе Zoom идет из вашего динамика, он попадает в ваш микрофон. Но обработка знает, что звук с дальнего конца не должен отправляться обратно на дальний конец, поэтому он удаляется из вашего исходящего микса. Ваш голос, звучащий локально, остается в стороне. Это очень сложная концепция, но она является ключевой для открытого общения между локальными и удаленными участниками без наушников!

Еще одна особенность некоторых приложений UCC - попытка удалить посторонние шумы. Эта функция постоянно совершенствуется, но может приводить к странным результатам, когда передается не речевой звук. Например, в музыке могут присутствовать компоненты, которые приложение UCC интерпретирует как "шум" и пытается уменьшить. Более того, в некоторых приложениях теперь есть настройка, когда музыка является частью микса.

Обработка для AEC и шумоподавления, будь то с помощью специализированного DSP или в компьютерном приложении, требует определенного времени и усилий. Это одна из причин, по которой звук может на мгновение исказиться, задержаться или пропасть; алгоритмы удаления эха и шума анализируют и компенсируют их в реальном времени. В большинстве ситуаций это непрерывный процесс, поскольку условия меняются по мере движения людей, появления и исчезновения источников звука и т.д.

Как и во многих других современных технологиях, рядовой пользователь не знает, что на самом деле происходит "под капотом", в то время как профессионалы в области аудио/видеотехники пытаются объяснить, почему все не так просто, как кажется! У компании QSC есть отличный документ по подавлению акустического эха. В нём рассказывается об их собственной обработке, но также объясняются принципы работы.

Акустическое управление звуком

DSP может быть частью процесса создания звука в помещении, но отправной точкой является сама среда. Когда люди используют такие термины, как "звукоизоляция" помещения, для нас это означает прекращение передачи звука из одного пространства в другое, и это не делается с помощью мягкой обработки стен. Для предотвращения передачи звука из одного места в другое необходимы барьеры, обладающие массой (плотные материалы), жесткостью (или намеренной нежесткостью) и физическим разъединением пространств. Посмотрите на типичную студию звукозаписи или радиовещания: Толстые стены, тяжелые двери с уплотнениями по краям, многослойные окна. Удержать нежелательные звуки снаружи (или внутри) не так-то просто.

Когда мы обходим помещение вместе с клиентом, мы прислушиваемся к обстановке и пытаемся выявить возможные недостатки. Обычные офисные стены и так не слишком прочны, а если звук проходит между помещениями по воздуховодам ОВКВ, которые могут быть общими для нескольких комнат, то они становятся еще менее эффективными. Хуже того, если пространство над решетчатым потолком является воздуховодом для возвратного воздуха, то стены, скорее всего, упираются в решетку, а в потолочных плитах имеются отверстия, через которые воздух может проходить вверх. Вся эта труба - путь для звука! Устранение этих проблем может включать в себя расширение стен до перекрытия, прокладку воздуховодов для возврата воздуха и другие модификации (звук, проходящий через стены, может также стать проблемой конфиденциальности).

Низкие частоты могут быть более сложными из-за их очень большой длины волны, которая распространяется во всех направлениях и не "видит" преград так же, как высокие частоты. Каждый из нас слышал, как низкие частоты проникают сквозь стены, а остальная музыка остается слабой. Для подавления низких частот требуется масса и разделение, а иногда и более сложные акустические технологии.

Массивность стенам можно придать различными способами (например, с помощью слоев гипсокартона), но мягкие материалы на поверхности мало что сделают для предотвращения передачи звука. Внутренняя отделка - это в первую очередь то, как звук ведет себя внутри помещения. Даже не учитывая звуковую точность, как в студии звукозаписи, хорошая разборчивость означает контроль отражений. Подобно пуле, летящей рикошетом, высокие частоты, делающие речь разборчивой, отражаются от твердых поверхностей. Когда все эти отражения достигают уха, они искажают исходный, прямой звук.

Благодаря относительно короткой длине волны высокие частоты легко поглощаются мягкими материалами. Если вернуться к типичному офису, то основными отражателями являются стены и стекло. Они компенсируются ковровым покрытием, небольшим поглощением потолочных плит и поглощением людей. На самом деле, большинство офисных помещений вполне пригодны для таких целей, как проведение совещаний. Добавление мягких материалов в стратегических целях (даже диванов и тканевых настенных вешалок) может помочь в случае необходимости.

Кроме того, не все отражения являются плохими по своей сути. Диффузия звука, заставляющая его рассеиваться случайным образом по мере затухания, создает в помещении атмосферу, которая кажется естественной (и помогает усилить речь). Если только вы не занимаетесь акустическими испытаниями, вам не стоит работать в абсолютно "мертвой" комнате, где все отражения поглощены. В таких помещениях некомфортно. К счастью, предметы, встречающиеся в большинстве реальных комнат (мебель, стеллажи, прочее), обеспечивают достаточное рассеивание.

Бывают случаи, когда акустические потребности вступают в противоречие с творческим подходом архитекторов, которые, по моему опыту, не очень хорошо разбираются в акустике. Например, изогнутые стены могут создавать проблемы, отражая звук странным образом. Аналогичным образом, большое количество окон, окна на противоположных стенах, твердые полы и потолки - в общем, любое помещение с большим количеством твердых поверхностей, не впитывающих звук, - это рецепт для проблем с контролем звука. Очень важно вмешательство на ранней стадии проектирования, если оно вообще возможно, поскольку некоторые вещи просто не могут быть исправлены с помощью DSP.

К числу таких помещений, в которых очень сложно добиться разборчивости речи, относится большая церковь или собор. Эти здания спроектированы как величественные и просторные и, как правило, не представляют собой ничего, кроме твердых поверхностей. Реверберация, которая заставляет хор или орган звучать великолепно, является настоящей проблемой для разборчивости речи. Простое добавление усиления, чтобы сделать речь громче, также приводит к увеличению отражающей энергии в пространстве. Кроме того, традиционные виды акустической обработки часто не одобряются. Для того чтобы сделать речь более громкой и разборчивой и при этом не испортить ощущение от помещения, необходимо применить некоторые умные решения и специальные продукты. Например, иногда использование большего количества динамиков с меньшей громкостью позволяет донести звук до ушей людей, не создавая при этом большого количества дополнительной отражающей энергии. Потенциальным инструментом для таких помещений является также формирование луча: донести звук до слушателей и не дать ему отразиться от стен.

Шум

Зачем кому-то понадобилось размещать свою телестудию или конференц-зал рядом с шахтой лифта, туалетом или кладовой системы отопления, вентиляции и кондиционирования? Но иногда так бывает. В этих ситуациях применимы описанные выше концепции прекращения передачи звука, однако низкочастотные вибрации и ударные шумы могут проникать в помещения по неожиданным путям. Например, вибрация от двигателя системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может распространяться по воздуховоду, что требует применения гибкого соединения для развязки частей воздуховода. Передача через строительную сталь, стеновые стойки, балки пола и потолка и другие архитектурные компоненты может принести шум в аудиопространство.

Подобная передача может происходить и с более высокими частотами. В одном из наших домов мы установили рециркуляционный насос для горячей воды. Он расположен в верхней части водонагревателя, в магистрали горячей воды. В одной из ванных комнат он издавал громкий и характерный гул. Добавление куска гибкой трубы прямо к насосу значительно развязало его (хотя для полного прекращения гула, вероятно, потребуется петля из гибкой трубы).

Возможно, потребуется более масштабная развязка. Вторая стена, разделенная воздушным пространством, - распространенный прием для изоляции помещения от внешнего шума, но он требует внимания к деталям, чтобы случайный элемент конструкции (например, стабилизирующая шпилька) не стал мостиком между двумя стенами и не разрушил цель. Именно в этот момент мы переходим от базовых мер к методам изоляции, используемым в критических аудиосистемах, где часто встречается конструкция "комната в комнате".

Когда вы перемещаетесь по помещению, что еще вы слышите? Довольно часто можно услышать свист или гудение воздуха, проходящего через воздуховоды и регистры. Возможно, в помещении что-то перемещается, вызывая стук или дребезжание. Коробки VAV (переменного расхода воздуха) в воздуховодах являются отличным источником периодических скрипов и стуков. Часто эти проблемы находятся в самом помещении и могут быть устранены при минимальном вмешательстве.

С другой стороны, у нас есть клиент, у которого телевизионная студия находится рядом с комнатой высоковольтных распределительных устройств. Обычно там тихо, но время от времени через стену пробивается гул. Это сложный вопрос. Более распространенный электрический шум - это шум от освещения, как правило, гул и жужжание люминесцентных ламп в старых офисах. Иногда достаточно просто выключить свет, чтобы добиться значительных изменений, и эти лампы легко заменить.

Шум от систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха - дуновение и шипение - может быть терпимым, если он не слишком громкий. Непрерывное мягкое гудение (аля "белый шум") предпочтительнее свиста и лязга, а также запуска и остановки системы каждые несколько минут. Может оказаться полезным использование высоконаправленных или менее чувствительных микрофонов, расположенных вдали от источника шума. Эти варианты зависят от назначения помещения и терпимости пользователей. Но если заказчик не может позволить себе необходимые меры и решает "выключить кондиционер на время использования помещения", то, как мы убедились, это редко приводит к хорошему результату. В итоге вы получаете раздражительных людей и общие неудобства каждый день. Звуковые концепции должны быть неотъемлемой частью создаваемой среды.