Новейшая система объёмного воспроизведения звука «ЧАРА»
Часть 1. Научные аспекты звуковосприятия человеком. Теоретические положения.
Первым по времени у живых организмов было, бесспорно, появление химического восприятия среды по её РН – это органический клеточный механизм, который в многоклеточном организме постепенно трансформировался в специфический – язык (орган вкуса).
Эволюционная потребность обусловила появление анатомического (структурно многоклеточного) органа, обеспечивающего пространственную (векторную) ориентацию в виде вестибулярного аппарата и только позднее специфического слухового органа – уха. Это обуславливает их неразделимую анатомическую связь в виде барабанной перепонки с молоточком и отолитового канальцевого аппарата. Как выделенный орган слуха, так и орган пространственного восприятия физически одинаковы по механизму воздействия – механическому. Но в физическом аспекте у них имеет место различие по частоте воспринимаемых механических импульсов. У отолитового аппарата это частоты от 0 и до 15-20 герц (инфразвук), а у слухового соответственно выше, но ограничено механическим диапазоном от 15 Герц и до 16 килоГерц. Вышеизложенное показывает достаточно сложную и обязательную соотносительность этих двух пространственных чувственных компонентов в восприятии звука человеком. Им в связи с их двойным разнесённым положением (в узком смысле «бинауральность») присуща определённая направленность восприятия. Иначе — векторность. Она является первой особенностью звуковосприятия.
В биологическом смысле важно то, что звуки различимы по частоте при их восприятии. Физическое, а шире биологическое восприятие звука не ограничивается только слышимой частью звукового спектра, но и инфразвуком. Инфразвук воспринимается механической вибрацией поверхности кожи и отолитовым аппаратом. (Вот откуда имеет место и исходят корни негритянской механической басовой культуры, говоря сегодня «сабвуферной», и её особенности.) Подобное понятно в эволюционном аспекте – басовые тона (звуки) всегда носили предупреждающий, грозный, тревожащий характер. Это удары грома, гул землетрясений, трубный призыв мамонтов и рыкающий рёв льва. Высокие тона всегда имели информационно более умиротворяющий характер – пение птиц и пр. Частотное восприятие имеет интуитивный, то есть мыслительный характер. В воспроизведении звуков человеком его интеллектуальная чувственность появилась в самых первых музыкальных инструментах и в последующем широко использовалась и занимает особое место в общей культуре человечества. Частотная дифференцированность есть вторая особенность звуковосприятия.
Всё восприятие, включая инфразвук, механических колебаний передаётся по нервам – специфическим биологическим проводам, объединённым в кабели – нервы. При этом передача информации осуществляется электрически полярными импульсными токами (очень важно – не электромагнитными полями) в строго определённые структуры мозга. Именно эти структуры аналитически преобразуют частоты звуковых колебаний в также определённые импульсы для передачи другим структурам мозга для получения ими информации и дальнейшей их трансформации в ощущения тревожного или приятного ощущения, включая музыкальные, внутри человека. Иначе говоря – реальные физические воздействия на человека в его звуковом восприятии постоянно субъективны. Но они всегда (но никогда точно и однообразно у отдельных индивидов!) соответствуют амплитуде внешнего воздействия. Амплитуда (величина) колебаний- третья характеристика восприятия звука человеком.
Здесь подчеркнём дискретный характер фиксации звуковых колебаний человеком. Ухо (его воспринимающие дискретные клеточные элементы) строго дифференцировано по частотам. Клетка может передать только и исключительно один информационный импульс «да» и при его отсутствии «нет». То есть работает по «цифровому» принципу «0» и «1». Также воспринимает его и связанная с клеткой уха и нервная клетка. Но множество нервных клеток, связанных между собой нейронными проводящими сетями, анатомически включены в определённый локальный участок мозга, который выдаёт информацию другим участкам мозга уже не в дискретном, а в аналоговом (меняющимся по количеству — амплитуде) уровне. Дискретная передача информация сменяется плавно непрерывной аналоговой. Так же работают и наши технические системы – какова бы не была система звукозаписи, цифровая, либо аналоговая, она в конечном счёте всегда акустически воспроизводится исключительно аналоговыми системами. Хотя принимается человеком на клеточном уровне дискретно.
Отсюда дискуссии о качестве цифрового или аналогового воспроизведения некорректны концептуально. Качество преобразования информационного сигнала определяется исключительно количеством потерь или искажения помехами информации. При цифровых методах записи и передачи информации технически наиболее эффективны с точки зрения «сигнал-помеха» именно цифровые способы кодирования информации. Они первичны в биологии. С формальной точки зрения дискретная теория множеств может и даёт корректное объяснению любому аналоговому процессу, заданного классической «непрерывной» математикой. Как для той, так и другой математики аксиоматической основой является дискретная определённость. Почему так? Гносеология человека, в отличие от Природы, имеет в своих категориях исключительно дискретную основу. Читаем самое первое слово Библии, которую написал Человек: «В начале сотворил Бог небо и землю». Вот дискретный ответ. О начале всех начал.
Объективно – восприятие звука начинается с его преобразования из механического в электрическое с барабанной перепонки. Колебания до неё подвергаются частичному изменению и механическому преобразованию в связи с индивидуальным анатомическим строением внешнего слухового входа (ушная раковина) и, очевидно, пространственным положением по отношению к источнику звука головы – ухо само по себе не двигается (см. фольклор!). Это фундаментально при восприятии звука человеком. Здесь действуют три физических фактора. Первый фактор – пространственное положение источника звука от человека. Оно задаётся бинауральностью. То есть двумя идентичными звуковоспринимающими органами. Второй – частота колебаний. Третий – амплитуда колебаний. Именно эти три фактора и определяют особенности (естественности при искусственной имитации звука) слухового восприятия.
Таким образом, техническая система корректного звуковоспроизведения обязана предусматривать в себе все три необходимых и обязательных компонента. Пространственная компонента обеспечивается минимум двумя разнесёнными источниками звука. Именно угловое (векторное) направление необходимо и достаточно для пространственной характеристики. Частоты колебаний звука обязаны включать в себя весь слышимый и ощущаемый диапазон (инфра и ультра в определённых граничных пределах) звуковых колебаний. Эти границы при достаточной амплитуде воспринимаются человеком как механическое давление на поверхность кожи. Их ощущает и ухо, но уже как механический (включая болевой) факторы. Амплитуда звуковых колебаний при их воспроизведении должна иметь раздельную регулировку по отдельным частотам (нотам) или, как минимум, по их группам – низким (НЧ), средним (СЧ), высоким (ВЧ).
Нами разработана и технически осуществлена новая система звуковоспроизведения, включающая в себя все три обязательных компонента корректного звука. Эта система обозначена как «ЧАРА». В расшифровке «Частотно-амплитудное регулирование акустики». Или «FARA» в англоязычной транскрипции «Frequency-amplitude regulation of acoustics».
Подобная система делает обязательным сочетанное использование следующих компонентов. Первый – независимые пространственные источники (микрофоны) при информационном преобразовании звука из механических в электрические колебания, разделённые не только по пространству, но обязательно по частотам (группам частот). Второй – раздельные по каналам частотной информации амплитудные преобразователи информации (усилители). Третий – использование раздельных акустических систем с частотно избранными акустическими характеристиками.
Часть 2. Техническое приложение. Аппаратура.
- Микрофоны или любые информационные записи (источники). По изложенным выше научно-теоретическими представлениям применение системы звуко воспроизведении «ЧАРА» возможно при выполнении следующих технических требований к аппаратуре для звуковоспроизведения. Микрофоны (информационные записи) обязаны иметь заданную спектральную характеристику частот по определённому типу:
а. Микрофоны (информационные записи) в полосе НЧ (с инфразвуком 0-15) в диапазоне 0 – 200 Гцб.
б. Микрофоны (информационные записи) в полосе СЧ в диапазоне 200 – 2000 Гц
в. Микрофоны (информационные записи) в полосе ВЧ (с ультразвуком 16 000-20 000) в диапазоне 2.0 – 20.0 кГц
2. Амплитудные информационные преобразователи (усилители).
Общепринятый термин «усилитель» с информационной точки зрения нами представляется некорректным, ибо никакая информация в принципе не может «усиливаться» или «ослабляться». Она только и исключительно передаётся с одного энергетического уровня на другой с целью её использования. Для уха человека подобное есть просто увеличение уровня (амплитуды) несущей информацию — звук. Мы этим общепринятым термином пользуемся традиционно, но только и исключительно в изложенном представлении.
Технически усилитель обязан иметь раздельные канальные входы и выходы для приёма информации (с микрофонов или других носителей информации), неважно в каком представлении информационного потока – аналоговом или дискретном. Разумеется, на входы может подаваться как «старинный» сигнал моно, так и двойной «стереофонический» – при дальнейшем дифференцированно-частотном преобразовании они становиться акустически объёмно насыщенным. Это преобразование моно и стереофонического сигналов в объёмное звучание есть концептуальное преимущество системы «ЧАРА».
Автономные каналы (в одном техническом устройстве) имеют избранную частотную характеристику по частотным каналам – НЧ, СЧ и ВЧ с соответствующими схемными электрическими и компонентными решениями. Усилитель имеет три раздельных выхода по указанным поддиапазонам частот.
3.Оконечные акустические комплексы.
Акустические устройства могут быть как единственные, так и группами, но в моноблочном исполнении раздельно для НЧ, СЧ и ВЧ. Важно не только их частотное распределение, но и их пространственное размещение по отношению к слушателю. Это является фундаментальным не только по созданию эффекта полного пространства. Различное пространственное размещение громкоговорящих устройств позволяет выбрать наиболее приемлемое качество звука при различных архитектурных решениях зала (комнаты), а также принять во внимание такие акустические эффекты, как реверберация, посторонние источники шума и пр.
Особенной технической сложности в создании системы «ЧАРА» нет. Все технические решения принципиально имеются. Есть технические и конструкторские компоновочные нюансы, которые хоть и требуют патентных и «ноу-хау» разработок, но они вполне преодолимы. Примеры таких решений есть в ниже предлагаемом нами (Национальный Музей Радио) амплитудно-частотном трёх канальном преобразователе (усилителе). Где каждый из каналов конструктивно-принципиально имеет подъём АЧХ в приведённом избранном спектре частот с подавлением спектра вне своего поддиапазона. Такой технически принятый принцип разделения частот упрощает конструкцию усилителей, особенно стереофонических, ибо он позволяет отказаться от весьма сложных, дорогостоящих и не дающих ничего в практике использования усилителей с уникальными техническими параметрами и широкополосных на весь звуковой диапазон акустических систем – здесь они просто не востребованы. Система «ЧАРА» также освобождает оконечные акустические устройства от сложных и малонадёжных фильтров и согласовательных узлов, необходимых при построении акустических блоков. То есть потребитель перестаёт «жевать» многокомпонентную стереофоническую кашу с неопределяемым составом. Наша Система даёт ему личный выбор выкушивать из неё «изюминки».
Вся система «ЧАРА» рассчитана исключительно для индивидуального слушателя, а не для общественного потребителя. Именно он, индивидуал, определяет для себя лично, что и как слушать в полном соответствии своих личных музыкальных, культуральных и интеллектуальных особенностей своего «Я». Система «ЧАРА» создана не для общественного потребления. Где все сидят в огромном зале, и та же музыка передаётся ему во всех местах одинаково, как однообразным индивидам с идентичными свойствами. В «ЧАРЕ» концептуально исключен всякий «социализм». «ЧАРА» есть торжество и триумф индивидуализма.
«ЧАРА» абсолютно необходима прежде всего профессионалам музыки. Композиторам для выслушивания своих произведений в разных частотно-амплитудных решениях и вынесения окончательной редакции для публичного (индивидуального) использования. Исполнителям для выбора той или иной аранжировки для озвучивания социумно различным слушателям и в разных помещениях по объёму и площади. Очевидно, для преподавательской аудитории, где слушатели могут получить правильное (и педагогическое) представление о том или ином частотно-амплитудном спектре и характере музыкального произведения.
Если возникают предубеждения против проекта «ЧАРА» в техническом и финансовых аспектах, то они в целом принципиально незначимы. Здесь имеет место и исключительно выбор потребителя между капиталистическим универсамом и социалистическим пивным ларьком. Они оба одинаково актуальны и в нашем времени. В конце концов – первобытная бревенчатая волочильня намного дешевле современного реактивного лайнера. Но качество передвижения окупает всё. Это имеет уже иное наименование. Прогресс!
Ниже рассматривается ключевой элемент системы «ЧАРА» — частотно-амплитудный преобразователь (усилитель) типа «НаМуРа», исполненный в Национальном Музее Радио. С соответствующими описательными техническими особенностями и внешними видами изделия.
ШАПКИН В.И.
06.04.2024. Указанная дата публикации является приоритетом опубликовании научного исследования и технического осуществления проекта.
Прошу по телефону в НМР не звонить. Из-за отсутствия в РФ законодательных решений по телефонному спаму. В настоящее время НМР для посещений временно закрыт. Конструкторско-технологическое исполнение работ по проекту «ЧАРА» до полного его завершения с маркетинговыми предложениями носит закрытый характер.
Электронная почта: museumradio@rambler.ru