Борьба за звук: тембр — психоакустика vs субъективизм

Среди людей, которые в силу увлечений и (или) профессиональных обязанностей сталкиваются с оценкой качества аудиоаппаратуры ^[1], можно выделить две категории. Тех, кто предпочитает судить о качестве на основе объективных критериев (сверяя данные с принятыми стандартами) и тех, кто считает, что качество звука в большей степени должно определятся на слух и полагает, что ценность объективных показателей преувеличена.

Большое количество статей о качестве и особенностях звука, а также комментариев и споров в этих статьях на GT, демонстрирует неподдельный интерес пользователей к теме. Сомневаюсь, что эта статья прекратит споры адептов одной и второй точки зрения, но, возможно, прольёт луч света в «кромешной тьме» вопросов оценки качества.

В силу того, что о классических критериях оценки усилителей, акустики и прочего написано достаточно много, например, недавняя статья ^[2] Олега Шульгина (очень рекомендую), в этом материале я сосредоточу внимание читателей на возможностях объективного измерения тембральных особенностей звука.

Проблема тембра

Как правило, сторонники субъективизма основывают «правильность» своих суждений на утверждениях типа: «В звуке не всё можно измерить, поэтому оценивать его необходимо исключительно ушами и больше ничем. Объективные данные не дают мне ничего как слушателю». В большинстве случаев камнями преткновения становятся проблемы оценки тембральных особенностей звучания аппаратуры.

Не редко, такие люди пишут и говорят о том, что тембральная картина очень сложна для аппаратной оценки, не отражает реальной картины того, что они подразумевают под характером звучания. Если поинтересоваться у них, как они описывают эти особенности – они тут же ответят о том, что звук должен быть «мягким» («жестким», «пушистым»), воздушным («не мыльным», «плотным», «разряженным»), «сухим», «мокрым» и т.п.

Опровергнуть или подтвердить их утверждения, на первый взгляд, сложно, ведь и описательный терминологический аппарат, и оценка – субъективны, однако, это не совсем так. Всё дело в том, что очень многие «исключительно субъективные» характеристики, описательные термины и пр. эффекты имеют вполне объяснимые, измеряемые причины, а большинство факторов, влияющих на тембр, подробно исследованы.

Исследование тембра в психоакустике

Одной из основных задач психоакустики, как смежной отрасли физического и психологического знания, является поиск соответствий между объективными физическими характеристиками и субъективной его оценкой. Тембральные особенности не являются исключением, и не смотря на сложность задачи, они исследованы достаточно хорошо.

исследователь Ирина Алдошина о тембре: «С определением этого термина возникают сложности, сопоставимые с определением понятия «жизнь»: все понимают, что это такое, однако над научным определением наука бьется уже несколько столетий.»

Изучения тембра как акустического явления, проводятся уже 200 лет. Уже найдены факторы, формирующие тембр, и каждый из этих факторов имеет четкие измеримые характеристики. В выявлении объективных показателей тембра сделали вклад такие ученые как: Гельмгольц (1877), Флетчер (1938), Ликлайде (1951), Плом (1976), Наутсм (1989), Россинг (1990), Ханде (1995).
В соответствии с американским стандартом ANSI-60 тембр определяется как:

«атрибут слухового восприятия, который позволяет слушателю судить, что два звука, имеющие одинаковую высоту и громкость, отличаются друг от друга».

Большинство исследователей понимают под тембром «качество тона» и «окраску тона». Именно для описания тембра сторонники субъективного подхода применяют такие термины как: сухой, звонкий, мягкий, резкий, яркий и тёплый, холодный, красивый, которые, на первый взгляд, не могут отражать объективные параметры.

Гельмгольц в определении, опередившем своё время, дал следующую характеристику тембра:

«разница в музыкальном качестве тона (тембре) зависит только от присутствия и силы парциальных тонов (обертонов), и не зависит от разности фаз, с которой эти парциальные тоны вступают в композицию»

Проводя свои эксперименты ученый также сделал несколько наблюдений, которые полностью подтверждаются современными исследованиями. Например, именно в работах Гельмгольца впервые встречаются сведения о зависимости восприятия тембра от скорости «вступления» парциальных тонов в начале звука и их «смерти» в конце. Также именно этот пионер акустики связал восприятие тембра (распознавание тембров отдельных инструментов) с наличием определённых шумов и нерегулярностей.

Х. Флетчер

В 1938 Флетчер доказал, что тембр зависит от структуры обертонов и может существенно изменяться в зависимости от громкости и высоты тона. В 1976 г. Пломп экспериментально подтвердил, что человеческий слух не страдает «фазовой глухотой», а соответственно, восприятие тембра зависит как от формы спектральной огибающей амплитудного спектра, так и от спектра фаз. В 1990 году Россинг добавил, что тембр зависит от временной огибающей звука и его длительности. Как видно из истории исследований тембра, ученые полностью доказали возможность физического измерения параметров тембральной окраски.

В соответствии с исследованиями, основными физическими факторами, которые определяют тембральную окраску звука являются:

• выстраивание амплитуд обертонов в период атаки;
• изменение фазовых соотношений между обертонами от обусловленных к случайным;
• изменение формы спектральной огибающей во времени во все периоды развития звука (атаки, стационарной части и затухания);
• наличие нерегулярностей спектральной огибающей и положение спектрального центроида (максимума спектральной энергии, что связано с восприятием формант) и их изменение во времени;
• наличие модуляций — амплитудной (тремоло) и частотной (вибрато) характеристик;
• изменение формы спектральной огибающей и характера ее изменения во времени;
• изменение интенсивности (громкости) звучания, т.е. характера нелинейности звукового источника;
• наличие дополнительных признаков идентификации источников (инструмента, аппарата).

Общий вид спектральных огибающих и их изменение во времени

Вы думали, что «бархатистость» нельзя измерить – вы ошибались

В качестве основы для последующих корреляционных исследований была создана стандартизированная таблица субъективных описаний тембра, большинство из которых вошли в стандарт AES-20-96 — «Рекомендации для субъективной оценки громкоговорителей». Именно отсюда некоторые маркетологи, черпают определения для спекуляций.

В процессе исследований ученые выявлявляют строгое соответствие каждого из описаний, точным физическим параметрам.

В связи с комплексным влиянием факторов, формирующих тембр, не существует общих единиц измерения. Это отнюдь не означает невозможность объективного измерения и получения точных данных. В данный момент в Стэндфордском университете, лабораториях Гарварда, ИРКАМ и университете Беркли ведутся работы по созданию точных соответствий между субъективными описательными терминами и объективными характеристиками факторов, влияющих на формирование тембральной окраски.

Исследование Л.А. Кузнецова для создания справочного пособия «Акустика музыкальных инструментов» (выводы исследования в полной мере справедливы для аудиоаппаратуры ^[1]) дало результаты для нескольких характеристик тембра. Благодаря работе ученого стало известно, что основным параметром для этих характеристик является огибающая амплитудного спектра. Кратко можно представить выводы Кузнецова следующим образом:

• плавный подъем огибающей (увеличение амплитуд определенной группы обертонов) в области 200…700 Гц позволяет получить оттенки сочности, глубины;
• подъем в области 2,5…3 кГц придает тембру «полетность», «звонкость»;
• подъем в области 3…4,5 кГц придает тембру «резкость», «пронзительность» и др.

Дальнейшие эксперименты с оценкой тембральных характеристик звучания акустических систем дали возможность установить более точные корреляционные соответствия между пиками-провалами АЧХ с субъективными изменениями тембра.

Итог

Из изложенного можно сделать простой вывод: в физике и психоакустике для тембра существуют точные определения, а любой «воздушный», «сухой» или пресловутый «тёплый ламповый» звук, определяется конкретными физическими параметрами, не имеющими ничего общего с метафизическими представлениями некоторых аудиофилов. До последнего удара по маркетинговым мифам осталось не долго, так как, например, стандарт AES-20-96 — «Рекомендации для субъективной оценки громкоговорителей», в свете исследований о природе тембра, перестаёт быть актуальным. Исследование Ханде 1995 года «О влиянии изменения формы спектральной огибающей и характере ее изменений во времени на тембр» можно считать точкой отсчета, после которой любое утверждение о непостижимости природы «воздушности», «открытости» или «прозрачности» звука выглядит нелепо.

Автор: Pult.ru

Источник ^[3]