20 июля, 2024

Научно-исследовательские работы (НИР)

 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.

  1. 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 Гц. 

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 слушания. 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!

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.

Революция в мировом звуковоспроизведении

   В НМР ведётся научно-исследовательская работа по различным аспектам применения электромагнитных полей (ЭМП) в практике. Включая и диапазоны звуковых частот. Изучаются (у автора начиная с 1983г.) не только физические свойства ЭМП типа поглощения и отражения, но и в плане их воздействия, в том числе и по различным аспектам их практического использования в различных условиях, включая медико-биологические и технические аспекты. Эти исследования и легли в основу в теоретическом и практическом предложении проекта ЧАРА. Они есть частью общих физико-философских исследований, тематика которых затронута в нашей публичной работе (см. здесь на этом сайте) по истории (эволюции) Радио и супергетеродинных устройств в мире.

  Проект частотно-амплитудного регулирования акустики, в сокращении «ЧАРА» является на сегодня абсолютно новым научно-техническом достижении в воспроизведении звука (музыки) в мировой практике. Его фундаментальный принцип – это:

 а) использование бинаурального эффекта (биологически определённого) с выбором пространственного расположения источника звука от индивидуального потребителя по его личному предпочтению,

б) разделение по диапазонам всего воспроизводимого звукового спектра частот,

в) применение абсолютно автономных диапазонных каналов (минимум 3 канала НЧ, СЧ и ВЧ), начиная от записи звуковой информации через автономные каналы преобразования (усиления) и до автономных конечных акустических комплексов с избранными по каналам диапазонами.

  Всё изложенное является вершиной музыкального воспроизведения и техническим осуществлением принципа «симфонического» оркестра именно для индивидуального потребителя. Поскольку любые коллективные залы принципиально по пространству лишают слушателя его индивидуального предпочтения в слушании музыки.

  Почти все компоненты ЧАРА, взятые раздельно сами по себе, не являются чем-то новым и неизвестным. Основополагающей сутью ЧАРА является многокомпонентная синтетическая идея всех характеристик звука — пространства, частоты, амплитуды. До нас отчётливую идею ЧАРА не изложил никто, а её комплексная техническая реализация не исполнена ни в каком виде. Начиная от строго научно определения концепции, разработанной в НМР к середине 2023 г (работа депонирована в библиотеке НМР) и до конкретной технической реализации проекта в ОКБ «НаМуРа» при НМР. Это отчётливо ясно видно из проектов существующей стереофонии, которая в своём техническом и музыкальном качестве зашла в научно-идеологический тупик. Её дальнейшее усовершенствование невозможно в принципе. Отсюда бессмысленные теоретически и технически дискуссии аудиофилов, к примеру, о «ламповом» и «транзисторном» звуке!

  Подобное заложено в частности: а) в конструкции многоканального преобразователя (усилителя) с частотном и амплитудном преобразовании информации несущего сигнала с широким использовании так называемых «трансформаторных» схем (в разработке И. Бобеля), так и б) в построении специфичных автономных систем входа и выхода информационной несущей (сигнала), в) построении акустических выходных систем.

ЧАРА в целом определила ТТТ и ТТЗ на экономико-техническую реализацию проекта. Самое главное в том, что при диапазонно частотном принципе построения она крайне упростила техническую составляющую. Если в стереофонии обязаны использоваться технически очень сложные и дорогостоящие системы, начиная от записи информации, через её преобразование и последующего воспроизведения в сложнейших акустических комплексах, то в ЧАРЕ всё это становиться ненужным и бессмысленным. Например, частотная однородность АЧХ усилителей по амплитуде. Здесь она не востребована, ибо в ЧАРЕ используется резкое сужение в строго выбранном узкополосном диапазоне, где достичь равномерность усиления крайне просто. Равномерные и равновесные АЧХ усилителей здесь вообще не нужны в принципе и не используются, ибо они задаются слушателем, а не инженером-конструктором!

 Это же касается систем записи и оконечной акустики. Сложнейшие по согласованию поличастотные комплексные акустические системы в ЧАРА элементарно «лишние». В ЧАРЕ эффект пространственного присутствия определяется не только и не сколько расположением акустических систем, а обязательным пространственным эффектом разнесения частот по АМПЛИТУДЕ сигнала. Акустика строится на отдельных (единственных или в блоках) однородных по частотам громкоговорителях, без использования сложнейших и дорогих «согласующих» в блоках стереосистем типа «акустической» каши из НЧ, СЧ и ВЧ.

    Более того. В ЧАРЕ специально используется заданная частотная неоднородность. Все каналы имеют строгую по диапазонам неравномерность характеристик. Обязательны обрывы характеристик по границам диапазонов с практической равномерностью только по середине избранного диапазона.  При слушании это даёт исключительную палитру звуковых сигналов в акустике на их границах. Мы назвали это явление эффектом «граничной акустической реверберации». Именно он даёт так называемые «ламповые» или «транзисторные» эффекты выслушиваемого звука! Не говоря уже о полном пространственном разделении воспроизводимых частот. И этот эффект выбирается самим слушателем.

   И, далеко не случайно чувственно, главный конструктор ОКБ «НаМуРа» И.Бобель, являясь в душе приверженцем старой «классической стереофонии», при контрольном испытании преобразователя-усилителя был, уже как продвинутый саксофонист, потрясён звуками ЧАРЫ до основания – он, возможно, впервые в своей жизни осознал, что такое научная теория и что такое «голая» практика.  Он мгновенно превратился из стереофониста в чароида! Сознаюсь – меня, человека не из мира музыки, да ещё и по возрасту весьма слабослышащего, подобный эффект пространственного смешения амплитуды звука и частот, да ещё в случайно подобранных динамиках от старинной бытовой радиотехники (по подходящему случаю), поразил не в меньшей степени. Это неслыханное ранее мною «нечто»!

  Просим прощения у идеологов и построителей «стереофонии». И Вы не являетесь ретроградами и отсталыми, занимаясь её реанимационным спасением. Время интеллектуального и технического развития и, если быть точными и корректными, то не мы (НМР), а его величество ПРОГРЕСС заменил Вас на историко-технической сцене.  

См. здесь итоги технической реализации проекта ЧАРА в виде многоканального преобразователя-усилителя.

       И в дополнение для современных аудиофилов и радиоэлектронных любителей. Пожалуйста! Не обвиняйте НМР и сего автора в многословии и большом количестве «буков» в наших сообщениях. Многабуквенность предназначена для профи, но не для вас. Вам разрешено до конца наши сообщения не дочитывать или вообще их не читать. Отсюда. Вы автоматом исключаетесь из числа сетевых комментаторов, как не ведающие, о чём идёт речь, или что вы усмотрели в деталях наших конструкций.  Вы имеете право ограничиться только двумя положениями. За которые отвечаем Мы, а не Вы. Это честно и без вранья.

1.ЧАРА ЕСТЬ! 2. И это Мировой элитарный класс!

ШАПКИН В.И.

17.06.2024г.