Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекция 2 Реверберация

.docx
Скачиваний:
86
Добавлен:
14.02.2015
Размер:
22.05 Кб
Скачать

Реверберация (от латинского re-verberatus, «повторный удар») — процесс продолжения звучания после окончания звукового импульса или колебания благодаря отражениям звуковых волн от поверхностей. Реверберация имеет место только в закрытых помещениях, хотя в особых условиях некоторые ее виды могут иметь место и на открытом пространстве (например, узкое горное ущелье, стадион, городская площадь и т.п.).

Ранние отражения — те отражения, которые по пути к слушателю отражаются от стен помещения только один раз. «Поздние» отражения — «отражения отражений», или «переотражения», когда звуковая волна, прежде чем дойти до слушателя, многократно отражается от разных стен. С увеличением числа отражений растет изменение спектра за счет потери высоких частот. Поздние отражения соединяются в плавно затухающее послезвучание («реверберационный хвост»).

Параметр RT60, называемый также «временем реверберации» - время потери энергии на 60 дБ. Диффузность, или спектральная неравномерность определяет неравномерность АЧХ реверберации в частотной полосе в 1 Гц. Чем более неравномерна АЧХ — тем плотнее, насыщеннее реверберационный отзвук, и тем менее он тонально окрашен.

Первыми искусственными ревербераторами были появившиеся в 30-е годы эхо-камеры – специальные помещения при студиях звукозаписи, обычно коридоры в подвалах. На одном конце комнаты устанавливался громкоговоритель, а на другом — микрофон. На громкоговоритель подавался сигнал, а снятый с микрофона сигнал подмешивался к прямому. Принцип параллельной обработки, используемый в современных ревербераторах, ведет свое начало еще от эхо-комнат.

Первой электромеханической системой реверберации явился пружинный ревербератор, до (на одном конце электромеханический преобразователь, на другом конце — механоэлектрический), средой распространения волн служила пружина.

Следом появились другие электромеханические устройства — листовые ревербераторы. Их звук реверберации был более правдоподобен, но при подаче сложного и высокоуровневого сигнала (например, с нескольких каналов микшера) они давали заметные искажения. В силу громоздкости конструкции использование листовых ревербераторов было ограничено. Несмотря на несовершенство, пружинные и листовые ревербераторы сформировали определенную эстетику звучания, и до сих пор имитируются почти всеми цифровыми ревербераторами.

Первые электронные ревербераторы представляли собой специальные магнитофоны со сквозным каналом и несколькими головками воспроизведения. Сигнал с выхода усилителя воспроизведения подавался обратно на вход усилителя записи. Это были многоотводные задержки, так как их сигнал представлял собой ряд затухающих повторов. Регулируя уровень каждого повтора и скорость движения ленты, можно было менять характер эффекта.

Цифровые ревербераторы. Основой обработки является многоотводная цифровая линия задержки, на которую подается оцифрованный входной сигнал, и она аналогична ленте в магнитофоне. Однако в цифровом приборе количество отводов сигнала может быть неограниченно большим.

Параметры:

  • Pre-Delay (предзадержка) — временной интервал между приходом к слушателю прямого сигнала и появлением самого первого отраженного сигнала.

  • Характер затухания ранних отражений, выражающийся в огибающей.

  • Диффузность (в дорогих моделях создается путем увеличения количества отражений. В недорогих моделях изменяются интервалы между отражениями без изменения их количества, звук становится коротким и тонально окрашенным.

  • Громкость ранних отражений.

  • Время их задержки относительно прямого сигнала

  • Положение в стереобазе.

  • Время задержки Rev Delay: где-то – время задержки относительно прямого сигнала, где-то – поздних отражений относительно ранних.

  • Встречаются регуляторы диффузности Diffusion и уровня реверберации Reverb Level.

Реверберационный «хвост» получается путем подачи задержанного выходного сигнала повторно на вход, в результате возникает последовательность затухающих во времени повторений исходного сигнала. Этот процесс регулируется параметром Decay, или Rev Time (время реверберации).

Регулирование спектра либо в цепи обратной связи или в виде кроссоверов. В наиболее распространенных процессорах среднего класса обычно существует только возможность регулировки уровня НЧ- и ВЧ-компонентов обратной связи. Дорогие модели оснащаются общим выходным эквалайзером, возможностью отдельного изменения спектра звучания ранних отражений и отдельно реверберационного «хвоста». На входе часто устанавливается эквалайзер или фильтр для удаления ненужных компонентов.

Иногда встречаются регулировки, изменяющие одновременно группу параметров, например, регулятор Size, изменяющий размер имитируемого помещения. Часто он калибруется в метрах, показывающих линейные размеры. В некоторых ревербераторах имеются алгоритмы синтеза виртуального помещения. Можно установить его размеры: ширину, глубину, высоту, выбрать характеристики поглощения отдельно для каждой поверхности, и т.п.

Ревербератор, в котором итоговый эффект определяется расположением реальных источников сигналов в стереобазе, не существует. Поэтому все стереоэффекты в ревербераторах — псевдостереофонические. В некоторых приборах работают два отдельных процессора для левого и правого каналов, такие ревербераторы называются «истинно стереофоническими», в отличие от ревербераторов, у которых стереосигнал формируется на основе монофонического входного. В «подлинно стерефонических» ревербераторах часть выходного сигнала одного канала подается на вход другого. Для имитации живого звучания вводятся модуляции времени задержки специальным инфранизким FM-сигналом или сложные случайные алгоритмы — Randomization. Они меняют случайным образом спектр компонентов реверберационного процесса, что делает звучание похожим на реальный зал.

Конволюционная реверберация основана на применении свертки (convolution) с импульсным откликом помещения. Одним из первых популярных программных модулей, реализующих эту функцию, был Sonic Foundry Acoustic Modeler. Громкоговорители неспособны передавать импульсные сигналы большой мощности без сильных искажений. В прошлом для измерения импульсных откликов помещений часто использовались звуки хлопков в ладоши, стартовых пистолетов и лопающихся воздушных шаров.

Более современный метод измерения импульсных откликов основан на использовании специальных шумовых последовательностей (MLS — maximum-length sequence). Если записать отклик системы (помещения) на такую последовательность, то из него можно восстановить искомый импульсный отклик системы с помощью операции деконволюции (инверсной фильтрации). Для MLS-последовательностей операция деконволюции достаточно проста, и поэтому они широко применялись для измерения акустики помещений, обеспечивая хорошее соотношение сигнал/шум для полученных импульсных откликов. Однако методу MLS присущи некоторые недостатки. Во-первых, MLS-последовательности имеют белый спектр и на низких частотах не всегда способны обеспечить хорошее соотношение сигнал/шум для заполненных зрителями залов, т.к. шум заполненного зала на средних и низких частотах приблизительно красный (спад около 3,5 дБ/окт). Во-вторых, этот метод рассчитан на то, что измеряемая система является линейной. Если же в системе присутствуют нелинейности или изменения по времени (даже такие незначительные, как движения публики, воздушных масс или джиттер в аудиосистеме), то они приводят к искажениям, проявляющимся в импульсных откликах в виде ложных реверберационных отражений.

Наиболее современный метод получения импульсных откликов помещений также использует метод деконволюции, но в качестве тестового сигнала выступает скользящий тон. Из записанного отклика помещения можно отфильтровать гармонические искажения, т.к. они будут всегда находиться на частотах выше тестового сигнала, а интересующая нас реверберация — ниже (в силу возрастания частоты по времени). Кроме того, для улучшения соотношения сигнал/шум можно увеличить амплитуду низкочастотной части тестового сигнала и учесть это в процессе деконволюции. Таким образом, с данным тестовым сигналом удается избавиться от многих проблем метода MLS и обеспечить хорошее соотношение сигнал/шум в получаемом импульсном отклике.

Еще один метод получения («синтеза») импульсов — компьютерная трассировка «звуковых лучей» в моделируемом помещении.

Прямое вычисление свертки в реальном времени по вышеприведенной формуле невозможно на сегодняшних персональных компьютерах в силу слишком высокой вычислительной сложности — M умножений на каждый входной отсчет сигнала. Вычисление с помощью быстрого преобразования Фурье (FFT), уменьшает сложность до порядка logM умножений на отсчет, но вносит в обрабатываемый сигнал задержку (latency), равную длине ядра свертки (импульса). Методы уменьшения задержки при FFT-свертке с помощью разбиения ядра свертки на части (partitioning), позволяют уменьшить задержку до сотни миллисекунд. С помощью специальных запатентованных методов неравномерного разбиения ядра свертки возможно полностью устранить задержку сигнала в FFT-свертке при приемлемой вычислительной сложности для обработки в реальном времени.

Современные конволюционные ревербераторы позволяют пользователю изменять имеющиеся импульсы для достижения нужного звучания: укорочение импульса, изменение относительного уровня ранних и поздних отражений и задержка ранних отражений.

Считается, что для красиво звучащей реверберации первые ранние отражения должны приходить через 15…20 мс после прямого звука, а суммарная мощность ранних отражений (в диапазоне 15…50 мс) должна составлять примерно -6 дБ от мощности прямого сигнала. Фильтрация импульса позволяет изменить тембр реверберации, фильтрация может быть зависимой от времени. В целях увеличения плотности можно добавить к имеющемуся импульсу искусственно моделированные отражения или продублировать все отражения импульса с некоторой фильтрацией. Отражения независимо приходящие с боковых направлений, повышают естественность звучания, увеличивая эффект «обволакивания» (envelopment) акустической средой. Существует звукорежиссерский прием, когда при панорамировании прямого сигнала в одну сторону искусственная реверберация панорамируется в противоположную сторону.

В случае заполнения зала зрителями может появиться некоторая случайность параметров реверберации во времени. Случайности можно добиться, изменяя параметры импульса во времени или нелинейно обрабатывая полученную искусственную реверберацию. Можно применить случайные возмущения уровня, динамическую обработку или даже модуляцию частоты. Модуляция реверберации по высоте не годится для записей фортепиано, т.к. фортепиано — инструмент со строгим строем, без модуляций и вибрато. Однако тот же прием в ряде случаев хорошо прозвучит на вокале или струнных.