AutoRTA i inne auto… Automatyka kontra uszy i mózg

Mamy automatycznie pralki, które same wypiorą, wypłuczą i odwirują, automaty do kawy, które wiadomo, co robią, mamy automatycznego pilota w każdy samolocie pasażerskim i w dużej części samolotów tzw. „małego lotnictwa” (albo inaczej GA – General Aviation) itd., itd.

Przykładów można mnożyć. Generalnie ma nam to ułatwić życie, a często też sprawić, żeby było ono nie tylko łatwiejsze, ale i bezpieczniejsze (jak np. we wspomnianym lotnictwie, gdzie ma to na celu wyeliminowanie, albo choć znaczące zredukowanie, tzw. czynnika ludzkiego). Również i w naszej dziedzinie – dźwięku i światła – automatyka w stołach nie jest niczym nowym – zaczęło się od studiów nagrań i automatyki zgrań, a obecnie, w dobie cyfrowych konsolet, automatykę mamy niejako – nomen omen – „z automatu”, czy tego chcemy, czy nie. Oczywiście nie musimy korzystać z jej wszystkich funkcji, ale już samo przełączanie warstw sprawia, że z owej automatyki korzystamy, nie mówiąc już o zapisywaniu i odtwarzaniu scen czy show. Proces automatyki wkrada się też powoli w inną „gałaź” działalności nagłośnieniowej – w proces strojenia systemu. Rzeczą powszechną stało się używanie cyfrowych procesorów głośnikowych, a funkcja automatycznego analizatora RTA (Real Time Analyzer) czy „auto EQ”, służąca w zamyśle inżynierów do „polepszenia” brzmienia systemu nagłośnieniowego – bez naszego udziału – nie jest już też niczym nowym.

Skuszeni takim „ficzerem” obywatele, którzy nie czują się mocni w kwestii strojenia systemów, oto dostają do ręki oręż, który – w ich mniemaniu – pozwoli im dogonić (a może nawet przegonić) konkurencję, która w swoich szeregach wprawnych „stroicieli” ma. Sytuacja więc wygląda tak, że stawia się jakiś mikrofon pojemnościowy, uruchamiany funkcję automatycznego strojenia, podaje na nagłośnienie sygnał pomiarowy (zwykle różowy szum) i pozwala, by RTA żonglował sobie ustawieniami 31-pasmowego korektora graficznego. Czym to się najczęściej kończy? Otóż tym, że wynikowa charakterystyka bardzo często jest co najmniej dziwaczna i cechuje się głębokim podbiciem dołu oraz naprzemiennymi, wąskimi podbiciami i podcięciami w strefie średnicy i góry pasma, a próba odtworzenia na tak „wystrojonym” systemie jakiejś sensownie nagranej muzyki kończy się gwałtownym jej wyłączeniem po kilku sekundach. W tej sytuacji zostają dwa wyjścia – albo zrobić korekcję „ręcznie” – czy to wykorzystując wskazania RTA i własny mózg oraz uszy, albo tylko mózg i uszy, strojąc właśnie „na ucho” (co może być ryzykowne, jeśli komuś na to ucho nadepnął przysłowiowy słoń albo po prostu ma on istotne ubytki słuchu) w DSP, przywracając ustawieniom jako taką normalność, tym razem korzystając z uszu i mózgu, albo – jeśli się takiego procesu nie umie przeprowadzić z sukcesem – zeruje ustawienia korekcji i zawierza presetom producenta, jeśli takowymi się dysponuje.

CZY FUNKCJA „AUTO RTA” JEST W OGÓLE PRZYDATNA DO CZEGOKOLWIEK?

Auto RTA nie jest rozwiązaniem uniwersalnym – jako koncepcja ma kilka poważnych wad. Powszechne stosowanie RTA przez dźwiękowców na całym świecie jest wyrazem niezrozumienia zasad dokonywania pomiarów oraz interpretacji wyników. Niestety, poprawne mierzenie charakterystyk systemu nagłośnieniowego to proces niełatwy, ale mam nadzieję, że ta odrobina wiedzy, którą postaram się tu przekazać, ułatwi realizatorom zrozumienie sposobu wykorzystania technik i narzędzi, za pomocą których będą mogli uzyskać lepszy dźwięk. Wystarczy tylko wskazać kierunek, by każdy mógł podążyć dalej swoją drogą, wypracowując własne metody dokonywania pomiarów i – co najważniejsze – dostrzegając różnice pomiędzy tym, co się da, a czego się nie da poprawić poprzez korekcję.

Pierwszą rzeczą, jaką należy wziąć pod uwagę przy korzystaniu z jakiegokolwiek systemu PA, to otoczenie, w jakim ów system będzie pracował. Bez względu na to jakimi możliwościami przetwarzania sygnału realizator dysponuje, ani jak duże jest jego doświadczenie, w żaden sposób nie uda mu się skorygować metodami elektronicznymi nieprawidłowości w rozstawieniu głośników czy też problemów z akustyką pomieszczenia. W praktyce najczęściej doświadcza się kłopotów obu typów, ale to pomieszczenia o fatalnej akustyce są dla dźwiękowców prawdziwym przekleństwem.

W przypadku pomieszczeń o szczególnie dużym pogłosie jego wpływ na brzmienie można zredukować, podcinając przy użyciu korektora najniższe częstotliwości oraz okolice 500 Hz. Jednak jest to miecz obosieczny. Usunięcie tego drugiego pasma, owszem, zmniejszy wzbudzanie naturalnego pogłosu sali, ale należy pamiętać, że 500 Hz to częstotliwość o żywotnym znaczeniu dla brzmienia gitar i bębnów. Dlatego jej podcięcie może spowodować znaczne osłabienie wydajności całego systemu. Ogólny sound może ulec poprawie, ale zasadniczy problem i tak pozostaje nierozwiązany. Najprościej mówiąc, rozwiązanie to jest wybraniem mniejszego zła. Ukierunkowanie głośników w taki sposób, by dźwięk nie był emitowany bezpośrednio na ściany i sufit, redukcja poziomu dźwięku na scenie i na przodach to patenty, które mogą przynieść znaczną poprawę brzmienia, jakiej nie zapewni żaden korektor świata. Rozwiązują one bowiem problem podstawowy – skierowanie zbyt dużej porcji energii dźwiękowej w niewłaściwe miejsca.

Bardzo często winne opisanych problemów są same zespoły lub firmy nagłośnieniowe, które ustawiają nagłośnienie „tak jak zawsze”, zapominając o tym, że nie istnieją uniwersalne systemy dźwiękowe. Oczywiście, każdy z nas pracuje zazwyczaj z ograniczonymi zasobami sprzętowymi – jeśli mamy do dyspozycji jedynie dwa zestawy głośnikowe na statywach, to nasze możliwości są znacznie ograniczone. Jednak obrócenie ich o kilka stopni w jednym lub drugim kierunku, albo pochylenie w dół, jeśli mamy statyw oferujący taką możliwość (albo choć podłożenie drewnianych klocków pod nogi statywu), i tym sposobem zmniejszenie odbić dźwięku od sufitu może przynieść istotną i mocno odczuwalną poprawę Chodzi więc o to, że zanim zaczniemy dokonywać jakichkolwiek pomiarów, powinniśmy przyjrzeć się i przysłuchać systemowi nagłośnieniowemu, by zyskać pewność, że nie stoczymy niepotrzebnej bitwy, na dodatek korzystając z niewłaściwych narzędzi.

Odpowiedzmy sobie teraz na pytanie, dlaczego więc RTA daje nieprzydatne wyniki i dlaczego korekcja na podstawie tychże rezultatów przynosi jedynie pogorszenie sytuacji?

Podstawową niedoskonałością większości analizatorów RTA jest ich ograniczona rozdzielczość. Powszechnie dostępne modele o rozdzielczości 1/3 oktawy są dalece zbyt niedokładne, by używać ich jako narzędzia rozstrzygającego. Korzystanie z nich można by porównać do prowadzenia samochodu, którego przednia szyba zasłonięta jest częściowo przymkniętymi żaluzjami. Owszem, owa standardowa rozdzielczość może się wydawać niektórym wystarczająca, bo przecież większość z nas korzysta z 31-pasmowych korektorów graficznych, zarówno na torach głównych, jak i monitorowych. Jednak aby wyniki analizy były użyteczne, powinna ona być wykonywana z rozdzielczością co najmniej 1/12 oktawy, a jeszcze lepiej 1/24 lub nawet 1/48. Niektórzy mogą sądzić, że to przesada, ale prawda jest taka, że dźwięk ma o wiele większą rozdzielczość niż zdecydowana większość urządzeń, jakie stosujemy przy korekcji i pomiarach, zaś im więcej szczegółów pasma zdołamy dostrzec, tym lepsze decyzje będziemy mogli podjąć.

PRZYKŁAD

Na rysunkach w ramce na poprzedniej stronie mamy wyniki dwóch pomiarów – pierwszy z rozdzielczością 1/3 (rysunek 1), drugi 1/48 oktawy (rysunek 2). Pierwszy wykres wykazuje pewne trendy, ale tak naprawdę nie jest w niczym pomocny. Patrząc na drugi wykres od razu staje się jasne, że wystąpił poważny problem filtra grzebieniowego, który oddziałuje na przetwarzanie wysokich częstotliwości i sprawia, że system brzmi „cienko”. Gdybyśmy zdecydowali się dokonać korekcji na podstawie jedynie pierwszego wykresu, to musielibyśmy zmienić ogólną tonalność brzmienia (co mogłoby nieco pomóc), nie rozwiązując jednak żadnego z rzeczywistych problemów. Drugi wykres pokazał jednak, że nie da się ich usunąć poprzez korekcję, konieczne jest natomiast przyjrzenie się rozmieszczeniu głośników.

Problem w tym konkretnym przypadku wyniknął stąd, że dwa głośniki, przetwarzające ten sam sygnał, skierowane są dokładnie na tę samą pozycję odsłuchu, co powoduje interferencję pomiędzy nimi, a to z kolei jest przyczyną powstania wspomnianego zjawiska filtra grzebieniowego. Rozwiązaniem jest więc zastąpienie dwóch głośników jednym, głośniejszym i zapewniającym takie samo pokrycie, lub rozsunięcie obu głośników w taki sposób, by ich pola pokrycia nie nakładały się.

Rozwiązanie to jest ściśle powiązane z tym, w jaki sposób RTA prezentuje informacje użytkownikowi. Jednak znacznie poważniejszą wadą pomiarów RTA jest to, że urządzenie nie wie jakiego rodzaju sygnał został wysłany do systemu nagłośnieniowego i w jakim momencie, a tym samym nie jest w stanie rozpoznać różnicy pomiędzy tym, co wydobywa się z nagłośnienia, a tym, co się wydobywać powinno.

FUNKCJA PRZEJŚCIA

Takim urządzeniem, które pozbawione jest wspomnianej wyżej wady, jest analizator funkcji przejścia (Transfer Function), który jest instrumentem pozwalającym na dokonanie rzeczywistych pomiarów. Analiza ta polega na zbadaniu sygnału wychodzącego z konsolety do PA (nazwijmy go sygnałem źródłowym), a następnie sygnału odebranego przez mikrofon pomiarowy (sygnał referencyjny). Porównanie obu sygnałów pozwala stwierdzić jakim zmianom uległ sygnał po przetworzeniu przez głośniki. Oprogramowanie pomiarowe wyświetla różnice i realizator może zobaczyć jak na dłoni jaka część informacji wysłanej z konsolety została odtworzona poprawnie. W przypadku systemów niemal doskonale liniowych wykres ma postać poziomej linii. Jednak w praktyce jest on bardziej podobny do przedstawionego na rysunku na kolejnej stronie. Mało tego, funkcja przejścia pokazuje nam również tzw. koherencję obu sygnałów, co – w uproszczeniu – mówi nam czy możemy ufać temu, co widzimy na wykresie (jeśli koherencja jest stosunkowo duża, powiedzmy powyżej 50%), czy nie (mała koherencja, kilkanaście-kilkadziesiąt procent)

Oczywiście, jest to pewne uproszczenie, albowiem analiza funkcji przejścia pozwala wykazać wpływ dowolnego systemu na dowolny rodzaj sygnału. Porównując to, co na wejściu z tym, co na wyjściu, można precyzyjnie określić działanie korektorów, crossoverów, procesorów efektów, mikrofonów… niemal wszystkich elementów łańcucha audio. Zakres zastosowań omawianego narzędzia nie jest ograniczony tylko do dziedziny audio, ale wykorzystuje się je tu bardzo często.

Na rynku dostępnych jest wiele programów pozwalających na wykonanie analizy funkcji przejścia – SMAART, TEF, SIM, SatLive czy jeszcze parę innych. Jednak na potrzeby niniejszego artykułu wystarczy stwierdzić, że wszystkie te narzędzia wykonują te same operacje, jakkolwiek nieco innymi metodami. Doświadczony dźwiękowiec, poszukujący narzędzia pomiarowego do dokładnego zbadania systemu nagłośnieniowego, mógłby użyć dowolnego z nich i choć jedne są bardziej przystosowane do użycia w warunkach live niż inne, to i tak każde dałoby użyteczne rezultaty.

Najbardziej oczywistą zaletą analizy funkcji przejścia jest jej zdolność do wykazywania zmian, jakim ulega sygnał wędrujący przez system nagłośnieniowy. Jednak na tym zalety się nie kończą. Ponieważ funkcja przejścia „wie” co wchodzi do systemu i co z niego wychodzi, to potrafi też zmierzyć przesunięcia czasowe pomiędzy dwoma pomiarami i je wyrównać. Przesunięcie takie może być wynikiem czegokolwiek, od opóźnień wprowadzanych podczas przetwarzania sygnału, po odległość pomiędzy nagłośnieniem i mikrofonem pomiarowym. Po skompensowaniu opóźnienia i wyrównaniu punktów pomiarowych zaawansowane narzędzia mogą nałożyć tak zwane okna czasowe, za pomocą których oddzielają odpowiedź systemu od odpowiedzi pomieszczenia.

Wróćmy teraz do przykładu z pomieszczeniem o silnym pogłosie w paśmie 500 Hz. Poprawnie skonfigurowana funkcja przejścia, obserwująca segment 500 Hz, znałaby długość przesunięcia czasowego, a zatem „wiedziałaby” też kiedy należy spodziewać się dotarcia sygnału do mikrofonu. Po upływie tego czasu kolejne przebiegi o częstotliwości 500 Hz docierające do mikrofonu byłyby ignorowane, w efekcie czego znaczna większość odbić od ścian pomieszczenia zostałaby zignorowana podczas pomiaru. Uzyskane w ten sposób wyniki, wolne od zafałszowań wprowadzanych przez akustykę sali czy też inne zakłócenia, pozwoliłyby realizatorowi na prawidłowe skorygowanie systemu. Po uzyskaniu satysfakcjonującego brzmienia realizator mógłby zastosować dalsze środki minimalizujące wpływ otoczenia. Gdyby jednak miał do dyspozycji jedynie analizator RTA, wówczas nie byłby w stanie odróżnić odpowiedzi systemu od odpowiedzi danej sali.

Funkcję przejścia można wykorzystywać do analizowania wielu innych problemów, na przykład fazowych, ale zagadnienie to wykracza poza tematykę niniejszego artykułu. Wystarczy tu jedynie stwierdzić, że doświadczeni inżynierowie dźwięku korzystają niemal wyłącznie z narzędzi do analizy funkcji przjścia, zaś narzędzia w rodzaju RTA stosują tylko do szybkiej kontroli i analizy problemów z akustyką pomieszczeń.

Teraz powinno już być jasnym, że o ile RTA jest narzędziem o ograniczonych zastosowaniach, to funkcja „auto RTA” czy „auto EQ” nie ma w ogóle żadnej wartości. Komputer z automatycznym RTA nie dostrzega różnic pomiędzy pomieszczeniem i systemem nagłośnieniowym, nie wie jaki sygnał wprowadzamy do systemu ani też jak powinna wyglądać odpowiedź zestawu PA. Wie jedynie to, że mikrofon pomiarowy odbiera jedne częstotliwości słabiej, a inne mocniej, i na tej podstawie dokonuje korekcji.

Wykazane na wykresie ubytki pasma mogą wynikać stąd, że system nagłośnieniowy zwyczajnie nie ma zdolności od przetwarzania częstotliwości poniżej 40 Hz, a także ze względu na interferencje pomiędzy głośnikami w sekcji średnio- wysokotonowej. Podbicia natomiast mogą być następstwem długiego wybrzmiewania pogłosu w pomieszczeniu albo też umieszczenia mikrofonu pomiarowego zbyt blisko ściany. W odróżnieniu od człowieka, który korzysta z mózgu i uszu, RTA rozumie tylko liczby. Podejmuje decyzje na podstawie zdecydowanie zbyt skąpych informacji i często też próbuje rozwiązywać podobne problemy za pomocą jedynego narzędzia, jakim dysponuje – 31-pasmowego korektora graficznego.

Wyniki wszystkich pomiarów wymagają zinterpretowania przez człowieka, ponieważ na ostateczny rezultat wpływa każdy element systemu nagłośnieniowego, od mikrofonu po zestawy głośnikowe. Od rodzaju muzyki po wielkość widowni, od warunków atmosferycznych po liczbę słuchaczy, to wszystko są elementy układanki, z których żaden, choćby najlepiej skonfigurowany i wyjątkowo wydajny komputer nie zdoła ułożyć pełnego obrazka. Najistotniejsze jest jednak to, że żaden komputer nie słyszy tak jak my, a zatem nie potrafi też ocenić wpływu zmian, jakie wprowadzane są w brzmieniu dźwięku.

Gdyby komputery potrafiły podejmować właściwe decyzje w zakresie korekcji, większość (jeśli nie wszyscy) inżynierów systemów zostałaby bez pracy, a 31-pasmowe korektory byłyby wystarczającym środkiem zaradczym na wszelkie problemy związane z pracą systemów nagłośnieniowych. Na szczęście jednak uzyskanie dobrego brzmienia wymaga posiadania umiejętności, jakich nie zastąpi żadne urządzenie elektroniczne.

Jakiekolwiek narzędzie pomiarowe jest tylko małym elementem w arsenale doświadczonego inżyniera dźwięku. Tylko poprzez wnikliwą analizę sytuacji, popartą dogłębną znajomością praw akustyki, umiejętnościami posługiwania się narzędziami i doświadczeniem, specjalista może określić jakie decyzje będą w danej sytuacji właściwe. W artykule tym starałem się wykazać, że wszystkie wspomniane tu narzędzia mają za zadanie jedynie pomagać przeprowadzającemu pomiary w wybraniu najlepszego sposobu rozwiązania problemów, z którymi się zetknął. Żaden wykres na wyświetlaczu analizatora nie powie nam jak zoptymalizować system nagłośnieniowy, ale z pewnością dostarczy informacji uzupełniających to, co możemy zbadać za pomocą własnych uszu. Korekcja brzmienia zaczyna się i kończy na urządzeniach, które wyrastają nam z obu stron głowy.

Tak jak w sporcie profesjonalnym, jedynym sposobem nauczenia się dokonywania poprawnych pomiarów jest jak najczęstsze ich praktykowanie. Nie bójcie się więc korzystać z „dobrodziejstw” dzisiejszego świata, ale korzystajcie też z własnej głowy i własnych umiejętności, które będą wzrastać proporcjonalnie do liczby przeprowadzonych pomiarów/ strojeń.

Piotr Sadłoń