Реализовать на практике котрапертурный принцип построения акустических систем было не просто. Александр Сергеевич Гайдаров и его коллеги прошли длинный путь в поисках правильного понимания, как природы звука, так и основ электроакустики, позволивший переиначить структурные основы наших знаний в данной области, несколько неожиданно превратившиеся в разработку принципиально новой концепции электроакустики (и не только). Александр Сергеевич - не только хороший специалист, но и очень интересный собеседник. Мы говорили с ним на протяжении нескольких часов. Часть нашей беседы и предлагаем вашему вниманию.
hifiNews.RU: Иногда говорят что для постижения нового, нужно отказаться от старого. Пришлось ли вам нарушать уже установившиеся порядки?
Александр Сергеевич: Все люди, двигаясь вперёд, работают в тех представлениях, в тех условностях, которые на сегодняшний день кажутся нам правильными. Наука это всего лишь система представлений человеческого разума. Наш мозг не отражает реальность, как, например, зеркало, а пытается осознать ее детали в контексте насущных задач и уже имеющихся представлений. Физика, основа всего естествознания, это представления людей о причинно – следственных связях в окружающем мире, основанные на ощущениях (как точно это соответствует реалиям в акустике!).
Ведь весь мир дан нам в реакции органов чувств на их возбуждения. Физика строится людьми и для людей, работающих в конкретном круге задач, которые они сами же для себя формулируют, исходя из проблем данного этапа развития, поэтому полного представления и гарантий объективности - не может быть. Думать о том, что мир устроен именно так, как его описывает физика сегодняшнего дня, по крайней мере, наивно. Да, значительную часть наблюдаемых явлений можно объяснить так, как написано в учебниках. Но не все представления согласуются даже друг с другом. Любая гипотеза об устройстве мира в какой-то его части, основывается на опыте наблюдений, является попыткой интерпретации этих наблюдений.
Она должна обладать неочевидной предсказательной ценностью, опытное подтверждение которой и является критерием истинности данной гипотезы, переводя её в ранг действующей теории. Новые парадоксальные наблюдения, не объяснимые с точки зрения действующей теории, заставляют искать свежие идеи, в рамках которых можно объяснить и прежние, и свежие наблюдения, да и предсказать что-то ещё, неизвестное ранее. Таковы круги спирали развития научных представлений.
Подробность ответа на этот вопрос обусловлена и фактическим (не признаваемым публично) кризисом представлений современной электроакустики, и тем, что не так трудно додуматься до новых принципов разрешения проблем, как изменить стереотипы представлений массового сознания. Но, под лежачий камень – вода не течёт, поэтому – дорогу может осилить только идущий.
hifiNews.RU: Но ведь физика все же построена на основе практических экспериментов?
Александр Сергеевич: Да, людям свойственно методом проб и ошибок достигать каких-либо результатов и логических умозаключений. Но только в конкретной практической работе, которая считается критерием истинности. Если я заметил какую-то закономерность, сформулировал, и у меня всё время получается то, на что я рассчитываю, значит, это правильно. А если, в ряде случаев, причем в самых нужных, получается не совсем то, а чаще всего совсем не то? В таком случае наши представления не совсем адекватны природным явлениям.
Говоря языком чёрного юмора физиков: « если эксперимент не подтверждает теорию, тем хуже для … эксперимента!». Вот вам и извращение причинно- следственных связей. В физике часто встречаются неинвариантные формулировки, то есть непригодные на все случаи использования, причём – без указаний границ применимости.
Вся электроакустика на сегодняшний день, находится в таком положении, когда её представления очень часто неадекватны конечному продукту. Например, в 20-е годы прошлого века изобрели динамический громкоговоритель, а уже потом его научно обосновали. Хотя есть и иные построения, электростатические, магнепланарные, ионные и прочее, которые сколь ни будь серьезных, научных обоснований - не получили. Сконцентрировавшись вокруг ставшей популярной технологии, многие упустили иные возможности, а главное не стали рассматривать проблемы научно, или хотя бы «около научно», переведя электроакустику в разряд инженерных знаний. А ведь проблемы были, и есть! Но главное – даже не это, а отсутствие корреляции объективных и субъективных параметров качества звучания.
hifiNews.RU: Так почему же исследователи остановили дальнейшие поиски, несмотря на явное присутствие проблем?
Александр Сергеевич: В первую очередь, они решили установить параметры качества звучания, стандарты. Надо же понимать, что такое хорошо, а что такое плохо и представить это понимание (скорее – представление) в виде объективных (инструментально измеряемых) параметров качества звучания. А то ведь: один эксперт говорит «У-у-у, как хорошо», а другого позовёшь, он «Тьфу ты, век бы не слушал». Вкусовщина какая-то. Мало того один и тот же эксперт в зависимости от настроения и состояния (с женой поругался или из отпуска вернулся) может дать диаметрально противоположные оценки.
Решили оценивать качество исходя из «психофизиологических порогов различимости сигналов». Так были определены диапазон слышимых частот и уровень слышимости нелинейных искажений, а заодно и прочее, относящееся к единству условий эксплуатации и понимания терминов. Но, так как задача электроакустики, как таковой, правильно не была поставлена, все исследования опирались на так называемый «слуховой закон Ома», сформулированный Гельмгольцем и по умолчанию являющийся основой (парадигмой) концепции качества в электроакустике.
hifiNews.RU: Обычно Ома вспоминают говоря об электрическом сопротивлении. Он занимался и акустикой?
Александр Сергеевич: да, как и многие другие известнейшие умы человечества. Акустика ведь, нужна всем, привлекательна своей кажущейся доступностью понимания, во все времена была и исследовательским полигоном, и витриной успехов естествознания. Ом решил разобраться: как действует наш слуховой рецептор - улитка в ухе. Немного напомним её строение.
Барабанная перепонка приводит в движение механическую систему молоточек-наковальня, которая передает движения на вторую перепонку, закрывающую вход в улитку. Это такой спиралевидный конусный канал, заполненный густой жидкостью. В нём есть базилярная мембрана, на которой находится несколько тысяч волосков, чувствительных к смещению жидкости, они наклоняются в продольном и частично поперечном направлении под воздействием второй, очень податливой мембраны.
Венгерский учёный Бекеши, один из немногих нобелевских лауреатов, получивший эту премию уже в 20 веке за работы в области, соприкасающейся с акустикой, выдвинул идею, что жидкость вызывает колебания тоненькой мембраны находящейся над базилярной, которые распространяется как бегущая изгибная волна. Причём это возбуждение - трёхмерно, и распределено во времени, как прогибание слабо закрепленной простыни, которую встряхивают за одну сторону, и по ней бежит волна, и вдоль, и поперек.
Ом высказал предположение, что ухо может осуществлять известный в то время простейший спектральный анализ - гармонический. Колебания тонкой мембраны, это волны возбуждения, которые имеют разную длину в среде распространения. Гельмгольц же, будучи не физиком, а скорее - биологом, придал этой гипотезе Ома вид императива: ухо является только спектральным анализатором, и ничем более, поэтому взаимные фазы гармоник – ухо не слышит. Но заметим, что в этих представлениях очень много странного. Во-первых, это не физический закон, так как относится к живой природе. Это некая гипотеза о биологической закономерности, касающейся того, каким образом человеческий слух различает разные звуки и их источники. А во-вторых, в середине 19 века, когда этот закон был «открыт», проверить его было просто невозможно. Позже, когда этот постулат, был опровергнут практикой, причем не научными деятелями, а просто дотошными инженерами, этому факту не придали должного внимания.
В конце 30-х годов 20 века в Германии появились первые магнитофоны, которые были установлены на студии радиовещания в Берлине. Фонограмма записывалась на пленке, протягиваемой со скоростью 76 см в секунду, поэтому ее было не сложно «препарировать», вплоть до отдельных мелких отрезков – носителей деталей звуков. Любой звук условно можно разделить на три стадии. Первая – переходной процесс возбуждения, называемый «атакой». Потом следует стадия установившегося, или квазиустановившегося режима («поддержка»), а после - конечное затухание. При помощи ножниц и клея выяснялось, как воспринимаются разные части реальных звуковых сигналов.
Записали звуки фортепиано, порезали их на части (отдельно атаку и установившийся сигнал) и при прослушивании выяснили одну очень интересную закономерность. Дело в том, что даже профессиональные музыканты, не могли сказать на каком инструменте сыграны звуки, если у них отрезать атаку. То есть: только по установившемуся режиму и конечному затуханию, слух не смог распознать индивидуальную природу источника звука, хотя возможность настройки инструментов в унисон (общность тональности, тембра, считающегося в акустике исчерпывающим распознавательным признаком) при этом - осталась. А как раз на этот режим и ориентируется вся современная концепция и, соответственно, метрология акустики и её электрической техники.
hifiNews.RU: Вы имеете в виду стандартные замеры АЧХ?
Александр Сергеевич: В том числе и они. Ведь равномерная амплитудно-частотная характеристика колонок далеко не гарант натуральности их звучания. В свое время, в рамках министерской работы по созданию идеального громкоговорителя на базе электронных технологий, мной был создан динамик с абсолютно ровной АЧХ в диапазоне 200 – 5000 Гц и с коэффициентом гармоник на средних частотах - менее чем 0,0003 процента. Даже замерить такие искажения было невозможно, поэтому пришлось ограничиться оценкой сверху.
Напомним, что требования стандартов (порог заметности) на этих частотах составляет от 1% (выше 2000Гц), до 3% (ниже 1000Гц). Это был идеальный динамик согласно слуховому закону Ома. Сверхлинейная система! Но его звук никому не нравился. Скрипка звучала не натурально, саксофон и женские голоса - вообще с какими-то призвуками. Хотя призвуков у этой головки не было в принципе. Я воспользовался системным приемом, который и в физике и математике называется доведением до абсурда. Была создана предельно линейная вещь, которая в тысячи раз лучше, чем диктуют стандарты и пороги различимости, но её звук не стал идеальным. А позже, на примере использования этой головки в студийном мониторе категории «А» я еще и понял, как проявляется допплеровская частотная интермодуляция.
hifiNews.RU: Этот вопрос вызывает наиболее активные споры при обсуждении вашей концепции.
Александр Сергеевич: С этим эффектом мы близко познакомились, когда с Валентином Костиным тестировали созданный нами студийный монитор в большой студии. Искажения на записи мужского голоса - баритона были такие сильные, что мы долго не могли разобраться, откуда они берутся, ещё и ещё раз перепроверяя параметры всех узлов. Стоявший рядом древний монитор (БЕАГ) с дребезжавшими от старости головками (по 4! головки по 280 мм! на средних частотах в каждом), тем не менее, справлялся с воспроизведением этого голоса намного успешнее. Потом мы сообразили, что небольшая (63 мм диаметром) мембрана среднечастотного динамика двигалась особенно быстро, так как система работала на значительных мощностях.
В результате, эффект доплеровской интермодуляции проявил себя особенно явно. Заметьте, это не разновидность нелинейных искажений, это чисто параметрический эффект. И вот опять касаясь представлений людей: все нелинейные искажения обусловлены параметрическими зависимостями, а не наоборот, как принято считать. Что такое параметрический эффект?
Например, возьмём маятник (грузик на нитке) определённого размера и массы. Но когда я начинаю его качать, при очень больших амплитудах и физических нагрузках может начать вытягиваться нить, на которой он висит. То есть - меняется один из параметров, определяющих частоту самого маятника. Система претерпевает обратимые или условно обратимые (магнитный гистерезис) изменения от самого сигнала. Это и есть параметрический эффект, вызывающий нелинейность.
Но есть параметрические эффекты вообще никак не связанные с нелинейностью, например, доплеровская частотная интермодуляция. Это чисто параметрический эффект, связанный с тем, что у вас, в процессе передачи сигнала, меняется дистанция от источника звука до вас. Если она меняется колебательно, происходит удивительная вещь. Это выглядит не как обогащение сигнала какими-то небольшими искажениями, характерное для нелинейных искажений, а как полное замещение сигнала - другим, равной ему амплитуды, но с другой, колебательно изменяющейся частотой.
Кстати, согласно международным стандартам на терминологию и методы измерений (ГОСТ 16122) , интермодуляционными искажениями можно считать только спектральные «линии» на суммарных и разностных частотах двухтонального возбуждения и их гармоники. Так что, согласно стандартизованным представлениям, колебания частоты вокруг правильного значения под действием второго сигнала, характерные для Допплер- эффекта, вообще не являются интермодуляционными искажениями. Понятно поэтому, что для их наблюдения и измерения – нет ни аппаратуры, ни методик. Вот такое вот белое пятно на карте современных научно- технических представлений, которого, как и кризис концепции электро и не электроакустики, в упор не хотят видеть научные мэтры .
Допплер- эффект можно услышать на многих экспертных дисках, где записан, например, женский вокал и контрабас. Если девушка поёт одновременно с возбуждением струн контрабаса, то её голос претерпевает, как бы, быстрое дрожание, похожее на некое быстрое тремоло. Этот звук порождается непосредственно в громкоговорителе, ощущается как хрипотца, несвобода, привязка образа к мембране излучателя, цифровая природа носителя звука и т. д. Кстати, придумав контрапертурное построение, мы открыли и очень простой, но эффективный способ демонстрации эффекта Допплера: выстроив оппозитное взаимодействие (контрапертурное), надо просто повернуть головки на слушателя, кантуя корпуса их акустического оформления. Разница а звучания при этом будет обусловлена только присутствием Допплер- эффекта.
hifiNews.RU: Но считается, что этот эффект очень сильно ослабевает при многополосной конструкции. А некоторые инженеры, говорят, что он бы был заметен, только в том случае, если, например, высокочастотник прикрепить на мембрану низкочастотника. А также, говорят что в таком случае эффект Доплера особенно будет заметен танцующим людям совершающим движения головой.
Александр Сергеевич: выше уже приводился пример, когда трёхполосная система со сверхлинейным среднечастотником, работавшим в диапазоне 560- 5000 Гц (начало диапазона сознательно сдвинуто на 1, 5 октавы выше частоты собственного резонанса головки, конструктивно имеющей собственное акустическое оформление), тем не менее, послужил весьма яркой демонстрацией слышимости допплеровской интермодуляции. К идее размещения ВЧ головки на мембране НЧ – так и сделано у знаменитых Ловтеров.
У коаксиальных Танноев с НЧ сигналами двигается не мембрана ВЧ, а её рупор. Что касается танцующих, скорость их перемещения в направлении на источник звука – около метра в секунду, невелика, по сравнению со скоростью звука и диффузоровколо метра в секунду, ик звука перемещения - невеликазаимодействия возбужденийовий синхронизма изгибной волны диффузора с фронт головок, а сдвиг частот на пару процентов, который мы все воспринимаем при просмотре кинофильмов, снятых со скоростью 24 кадра в секунду – на телеэкране, где кадровая частота синхронизована с сетью питания и составляет 25 кадров в секунду. Насколько известно, слушатели никак не ощущают этих сдвигов.
hifiNews.RU: А как вы познакомились с контрапертурным принципом?
Александр Сергеевич: Что-то иное, другое построение, отличную концепцию я начал искать уже в начале 80-х годов. И во время одной из моих поездок в Ленинград, мой знакомый стандартизатор в поезде рассказал об акустике, которую он видел и слушал на даче у Бориса Гладкова. Его мнение о звуке этих систем было очень лестным. С развитием этой идеи ко мне обратился человек, очень неравнодушный к естественности звучания – дирижёр симфонического оркестра Алексей Владимирович Виноградов. С ним то мы и решили попробовать разобраться, почему такое построение, кажущееся вообше неправильным и неспособным звучать, даёт привлекательный звук. В 1991 году у нас сложилась удачная ситуация для обследования. У меня появился, тогда еще первый отечественный CD проигрыватель и первые диски фирмы «Мелодия».
Костин привез ламповый усилитель мирового уровня, и мы начали проверять эту штуку на отечественных головках. И когда, во время новогодних каникул, все предприятия были закрыты, мы в аппаратной акустической камеры включили системку, позже названную «Этажеркой», где среднечастотный излучатель был сделан по контрапертурному принципу. И вот я сижу в углу у окна, а колонка находится в другом углу комнаты, у открытой двери. Это была монофоническая система, и играла скрипка, уже и не помню, но какая-то известная исполнительница.
Она играет на скрипке, а у меня возникает такое ощущение, что она за мной следит, и если я подниму глаза, то увижу ее вживую». Этот эффект присутствия настолько явный, что я оборачиваюсь и думаю, что там какие-то суперголовки стоят? Так ведь на обычных собрано, откуда что берется, то? В отличие от моей, лучшей тогда во всем союзе акустики, которая меня так не «доставала». После этого я сильно в этом деле и погряз.
Интервью подготовил Андрей Рамин
 |
|
Оставить комментарий