Rozpakowywanie ETC: Pomiary w dziedzinie czasu i wczesne odbicia

Używanie oprogramowania do testowania pomieszczeń do analizy pokoju odsłuchowego stało się powszechną praktyką w ciągu ostatniej dekady, nawet wśród amatorów. Testowanie jest bardzo przydatnym narzędziem do zrozumienia, dlaczego nasze pomieszczenia brzmią tak, jak brzmią, i dostarcza nam wielu informacji na temat tego, jak poprawić dźwięk, który doświadczamy w naszych pomieszczeniach. Obiektywne dane, takie jak te generowane przez te pakiety oprogramowania, nie są dostępne tylko poprzez słuchanie. Tak, możemy usłyszeć różnice między dźwiękami, ale słuchanie (i percepcja w ogóle) jest pełne wyzwań, takich jak oczekiwania i efekt placebo, które utrudniają dokładne rozpoznanie, co się dzieje. Testowanie pozwala nam zrozumieć dźwięk naszego pomieszczenia bardziej obiektywnie.

Najczęściej używanym oprogramowaniem do testowania akustyki dzisiaj jest Room EQ Wizard (REW), które jest potężnym, wieloplatformowym pakietem oprogramowania dostępnym za darmo. Podstawy używania REW i testowania pomieszczeń zostały już dobrze omówione gdzie indziej na naszej stronie; i wyjaśniają, jak skonfigurować REW, jak przeprowadzić pomiary w swoim pomieszczeniu, jak generować wykresy wodospadowe i jak je interpretować. Są to bardzo ważne testy i koncepcje dla każdego, kto chce poprawić swoje pomieszczenie. Jeśli nie jesteś już zaznajomiony z tymi technikami, powinieneś zacząć od tego. Te artykuły dotyczą głównie częstotliwości i SPL, które są łatwe do zrozumienia dla większości osób zajmujących się audio, ponieważ wykresy odpowiedzi częstotliwościowej są powszechnymi specyfikacjami dla sprzętu audio.

Ale wykres odpowiedzi częstotliwościowej nie może samodzielnie uwzględnić istotnej części doświadczenia audio: czasu. Dźwięk podróżuje w czasie, a sposób, w jaki go postrzegamy, zmienia się w czasie. Oba te czynniki muszą być uwzględnione w każdej ocenie, jak brzmi pomieszczenie.

Głębsze spojrzenie: ETC i okno impulsu

Dźwięk nigdy nie dzieje się w jednej chwili; z definicji dźwięk to zmiana w czasie. Akustyka pomieszczeń jest dynamiczna, co oznacza, że wpływ pomieszczenia na to, co słyszymy, również zmienia się w czasie. Nasze testy powinny zatem uwzględniać te zmiany w czasie. Najbardziej zrozumiałym przykładem testowania audio opartego na czasie jest wykres wodospadowy, często używany do znajdowania częstotliwości, gdzie pomieszczenie "dzwoni" w odpowiedzi basowej. Ale inne okno REW daje nam kolejny bardzo przydatny wykres związany z domeną czasu: okno impulsu może pokazać nam Krzywą Energii-Czasu (ETC) dla naszych pomieszczeń. Jak sama nazwa wskazuje, jest to wykres energii w czasie, w przeciwieństwie do wykresów energii w częstotliwości, do których jesteśmy bardziej przyzwyczajeni. Klikając na zakładkę "Impulse" i zaznaczając pole krzywej ETC (i TYLKO pole krzywej ETC), możemy zobaczyć ten nowy rodzaj wykresu, który pomoże nam interpretować nasze dane testowe:

Ten wykres różni się znacznie od wykresu odpowiedzi częstotliwościowej, głównie tym, że oś X (dolna oś pozioma) nie jest częstotliwością, lecz czasem. Ten wykres, innymi słowy, pokazuje nam tylko, ile energii ma dźwięk, ale nic więcej na temat dźwięku (takiego jak częstotliwość).

Zauważ, że każdy test w REW będzie miał swoją własną odpowiedź impulsową. Dobrym pomysłem jest testowanie wszystkich głośników w pomieszczeniu niezależnie, bez względu na to, czy jest to system 2-kanałowy, czy 7.1 (lub większy). To da nam wiele wykresów, ale każdy wykres będzie bardziej czytelny i dokładniejszy i pokaże dokładnie, jak każdy głośnik oddziałuje z pomieszczeniem w domenie czasowej indywidualnie.

W przypadku pomiarów w małych pomieszczeniach interesuje nas głównie to, co dzieje się we wczesnych etapach percepcji psychoakustycznej, pod wpływem efektu pierwszeństwa. Poniżej pewnego progu, zwykle rozumianego jako około 20-40 ms, nie możemy postrzegać podobnych dźwięków jako echa lub jako odrębne od siebie. Zamiast tego postrzegamy je jako jeden dźwięk, choć interakcja między tymi dźwiękami również wywołuje słyszalne efekty. Na przykład, z powodu zjawiska maskowania, nie słyszymy cichszego z dwóch jako odrębnego echa z własną lokalizacją, choć jego interakcja z dźwiękiem bezpośrednim (w formie filtrowania grzebieniowego) będzie słyszalna i może sprawić, że ten wcześniejszy dźwięk również wydaje się głośniejszy.

Kiedy wyjdziemy poza próg echa osoby, czyli punkt, w którym zaczynamy postrzegać odrębne echa, zaczniemy postrzegać je jako dwa różne dźwięki. Istnieje pewna debata na temat tego, gdzie następuje ta zmiana; niektórzy mówią 20 ms, inni 30, 40, a nawet 100 ms:

Strefa przejściowa między efektem integracyjnym dla opóźnień mniejszych niż 35 ms a postrzeganiem opóźnionego dźwięku jako odrębnego echa jest stopniowa, a zatem nieco nieokreślona. Niektórzy ustalają linię podziału na wygodne 1/16 sekundy (62 ms), niektórzy na 80 ms, a niektórzy na 100 ms, poza którą nie ma wątpliwości co do odrębności echa. W tej książce weźmiemy pod uwagę pierwsze 30 ms... region wyraźnej integracji" (Everest, Master Handbook of Acoustics, 4th Edition, s. 74).

Ważne jest, aby pamiętać, że istnieje zakres, stopniowe przejście, od postrzegania odbić jako części bezpośredniego dźwięku, do postrzegania odbić jako wyraźnych ech. Efekt pierwszeństwa jest jednym z elementów, które testujemy za pomocą krzywej ETC, więc ważne jest, aby to mieć na uwadze.

Jeśli tego nie zrobiłeś, eksperyment słuchowy w DAW (Digital Audio Workstation) dodający echa za pomocą opóźnienia może być interesujący i użyteczny. Utrzymuj minimalne sprzężenie zwrotne (dla tylko jednego echa), 50% mieszankę mokro/sucho i zacznij od czasu opóźnienia na 0ms, powoli zwiększając opóźnienie do 100ms. Posłuchaj, jak postrzegasz zmiany opóźnienia w miarę zwiększania czasu opóźnienia. Krótsze czasy opóźnienia zaczną produkować słyszalne artefakty, podobne do chorusingu, fazowania lub flangingu, wraz z pewnym filtrowaniem grzebieniowym, które może spowodować, że niektóre częstotliwości będą się wyróżniać, a inne znikną. Stopniowo zaczniesz słyszeć wyraźne echa, prawdopodobnie między 30-50ms.

Dla celów naszych testów tutaj, skonfigurowanie wykresu ETC (przez okno LIMITS w REW) do pokazania pierwszych 50ms, jak pokazano powyżej, da nam to, co musimy wiedzieć z krzywej impulsu.

Na co patrzymy?

Najprostszy sposób myślenia o wykresie ETC to to, że każdy szczyt w odpowiedzi na wykresie jest odbiciem pochodzącym z jakiegoś miejsca. Już wiemy, że kontrolowanie wczesnych odbić jest bardzo ważne dla dobrego dźwięku, więc ten test jest przydatny, aby pokazać, jak sobie radzimy w tym zakresie. Może również pomóc określić, skąd pochodzą odbicia. Pamiętaj, że dźwięk potrzebuje czasu na podróż; prędkość dźwięku wynosi 1126 stóp na sekundę lub 1.126 stopy na milisekundę. Warto myśleć o tym, w przybliżeniu, jako 1 stopa na milisekundę.

Na przykład, spójrz na rysunek 2:

Na tym wykresie widać, że pierwszy szczyt występuje około 3 milisekundy. To jest miejsce, gdzie geometria może być bardzo pomocna; możemy obliczyć z tego przykładu, że dźwięk przebył około 3.378 stopy dalej niż bezpośredni dźwięk z głośnika do mikrofonu pomiarowego. To odbicie najprawdopodobniej pochodzi z powierzchni odbijającej blisko głośnika lub mikrofonu pomiarowego. W przypadku tego pomieszczenia, te wyjątkowo wczesne odbicia to biurko, na którym spoczywają głośniki. To jest jeden z powodów, dla których tak ważne jest optymalne ustawienie biurka do pracy z dźwiękiem, zarówno akustycznie, jak i ergonomicznie.

Trzy rzeczy, na które należy zwrócić uwagę w teście ETC

Trzy najważniejsze rzeczy, które chcemy zobaczyć w teście ETC, to:

1. Płynny zanik szczytów. Każdy szczyt powinien być łagodniejszy od poprzedniego, bez żadnych "fal", gdzie łagodniejsze szczyty poprzedzają głośniejsze w czasie. Powyższy wykres na Rysunku 2 nie jest zatem reprezentatywny dla doskonałego zaniku w pomieszczeniu, ponieważ jest kilka szczytów głośniejszych, około 12, 19 i 22 ms, niż poprzednie szczyty.
2. Szczyty łagodniejsze w obrębie progu echa. Szczyty od 0 (początkowy impuls) do około 20-40ms powinny być obniżone o 10-20dB. Opinie różnią się co do dokładnych liczb tego efektu pierwszeństwa, ale w GIK niektóre z lepszych pomieszczeń, które widzieliśmy, pokazują je obniżone o 15-20dB w ciągu 20ms. Pomieszczenia o takich cechach są mniej psychoakustycznie zniekształcone, obraz stereo jest bardziej wyrazisty, z bardziej realistyczną sceną dźwiękową i lepszą artykulacją oraz zrozumiałością podczas słuchania. Rysunek 2 radzi sobie z tym całkiem dobrze, ponieważ wszystkie szczyty przed 20ms są obniżone o 20dB z wyjątkiem jednego, który jest na poziomie 15dB.
3. Wykresy dla wszystkich głośników powinny się zgadzać, tak blisko jak to możliwe. Nigdy nie będą dokładnie takie same, ale im bliżej się zgadzają, tym lepiej. Im bardziej symetryczne jest pomieszczenie, tym większa szansa, że wykresy dla wszystkich głośników będą się zgadzać. Wiemy, że wszystkie pomieszczenia w pewnym stopniu zmieniają dźwięk, który słyszymy, chcemy tylko zminimalizować tę zmianę i upewnić się, że każdy głośnik, jeśli musi być zmieniony, będzie zmieniony w ten sam sposób. Jeśli nasze pomieszczenia nie są symetryczne, możemy użyć różnych zabiegów, aby spróbować przywrócić pewną symetrię akustyczną do fizycznie asymetrycznego pomieszczenia i użyć wyników tego testu – wraz z krytycznym słuchaniem znanej muzyki – do oceny naszych postępów.

Poprawki i udoskonalenia

Czasami ETC może być trudne do odczytania, gdy próbujemy interpretować nasze dane, zwłaszcza jeśli porównujemy 2 krzywe. Na szczęście REW daje nam kilka opcji poprawy zrozumiałości danych na wykresie. Główną z nich jest wygładzanie, które jest przydatne, aby uzyskać lepszy obraz ogólnego kształtu krzywej, zamiast szczegółów pokazanych na niewygładzonym wykresie. Klikając na ikonę Kontrole w prawym górnym rogu REW nad wykresem, możemy zobaczyć wygładzanie ETC, oznaczone na czerwono, i ustawić na wygładzanie 0,2ms:

Możesz dostosować kontrolę wygładzania, aż ogólny kształt krzywej ETC stanie się wyraźniejszy i nie będziesz rozproszony przez tak wiele szczytów.