Winyl

Prasa Hi-fi zajmuje się intensywnym lansowaniem płyt winylowych i sprzętu do ich odtwarzania. Promowanie zapisu mechanicznego jest absurdem, bo jest metodą ustępującą pod każdym względem nowszym technikom już nie tylko pod względem jakości, ale przede wszystkim komfortu i trwałości.

Płyta winylowa jest nośnikiem trwałym wtedy, gdy nie jest odtwarzana, każdorazowe jej zagranie powoduje degradację zapisu. Najszybciej można zorientować się w skali zjawiska, jeśli igła zostanie opuszczona na czyste miejsce. Okaże się, że igła zostawi na płycie wgniecenie. Zamiast płyt można użyć płytki CD albo DVD. Po opuszczeniu igły na płytę obracamy powoli talerz gramofonu. Każdy ruch pozostawia na płycie ślad. Jeśli się użyje do regulacji siły dośrodkowej czystej płyty lub płytki CD/DVD okaże się, że powierzchnia płyty jest mocno porysowana. Płyty winylowe stwarzają problemy jeśli trzeba ich użyć do wykonania pomiarów, np. wkładki. Zapis po każdym odtworzeniu ulega starciu i dlatego w pewnym momencie pomiary nie są już miarodajne.

Na płycie winylowej można z pewnymi ograniczeniami zapisać pełne pasmo, ale trudność sprawia odczyt.

Jedyną szansą na niezniekształcony odczyt wysokich częstotliwości dla fragmentu płyty w pobliżu jej środka jest gramofon laserowy. Średnica promienia lasera śledzącego zapis jest znacznie mniejsza niż rozmiary igły gramofonowej. Typowa igła nie zmieści się w najgęstsze składniki zapisu. Poniższy rysunek przedstawia wielkość realnej igły i teoretyczną wymaganą. Jednak w praktyce nie jest możliwe wykonanie szlifu z tak małymi krzywiznami.

Jakość dźwięku jest tym gorsza im bliżej środka. Producenci przeciwdziałają temu w ten sposób, że dla końcowych minut zapisu modyfikują go zmniejszając ilość najwyższych częstotliwości. Kształtowanie dźwięku, żeby uniknąć zniekształceń jest powodem ukucia terminu "ciepły dźwięk analogu". Nie ma możliwości nacięcia matrycy z normalną ilością wysokich tonów. Powody są dwa. Przede wszystkim głowica nacinająca nie jest w stanie naciąć większej ilości wysokich tonów bez zniekształceń. Po drugie większa, czyli zwyczajna nawet dla nagrań wykonanych analogowo, ilość wysokich tonów spowoduje przegrzanie się i być może nawet spalenie głowicy.

Zbyt duża dynamika zapisu spowoduje przeciążenie samej wkładki gramofonowej, która może nie być w stanie śledzić dużych amplitud. Z kolei, jak to widać na rysunkach, większa amplituda wysokich tonów w granicach możliwości głowicy nacinającej będzie niemożliwa do śledzenia przez bardziej proste szlify igły. Igła sferyczna nie ma szans, igła eliptyczna nie zawsze będzie w stanie zmieścić się w gęstym zapisie, jedynie najbardziej zaawansowane kształty igły mogłyby sprostać zadaniu, ale i tak nie udałoby się poprawnie odczytać płyty naciętej 1:1 z typowego pliku. Odczytać górę pasma bez zniekształceń można, ale tylko wtedy, kiedy amplituda nie przekroczy pewnej wielkości, czyli zawsze trzeba ściszyć wysokie tony.

Paradoksalnie lepsza jakość zapisu na płytach nacinanych systemem DMM skutkuje gorszą jakością odtwarzania, bo głośniejszy i zawierający bardziej normalną ilość wysokich tonów dźwięk jest nie do odtworzenia przez tańsze wkładki ze sferycznym szlifem igły.

Dlatego, że mało kto używa referencyjnych wkładek, producenci nacinają płyty bardziej zachowawczo niż to by było konieczne dla najlepszych systemów. Ale nawet bezkompromisowo nacięta płyta nie jest w stanie dorównać dynamiką i jakością zapisowi cyfrowemu. Poza tym problemem są matryce z lakierem. Źle nacięte powodują przesłuchy pomiędzy sąsiadującymi rowkami, spada dynamika, wzrastają zniekształcenia. Za gorące ostrze - lakier będzie się topił i płynął. Za zimne - lakier będzie się ciągnął jak guma. W obu przypadkach wzrosną zniekształcenia i spadnie dynamika. Dlatego nacięcie płyty jest sztuką. I z całą pewnością nikt w Polsce nigdy nie naciął acetatu prawidłowo. Najczęstsza wada polskich płyt to preecho kiedy słychać dźwięk przebity z sąsiedniego rowka. Właśnie dlatego często utwory zaczynają się "dwa razy". Raz bardzo cicho, a potem zwyczajnie. Trzeba jednak mieć świadomość tego, że ten przesłuch dotyczy całej płyty. Słychać go zazwyczaj na początku, ale występuje cały czas. Sprawdzić: "Zdzisław Piernik – Tuba" Polskie Nagrania.

Mało kto zadaje sobie pytanie jakiego poziomu zakłóceń można się spodziewać po samej płycie. Jeśli płyta jest wykonana ze szczególną starannością, zakłócenia będą wyglądać następująco:

Na wykresie spektrum zakłóceń od płyty (razem z zakłóceniami z gramofonu, ale te są bardzo małe) jest zaznaczone kolorem czerwonym. Po uśrednieniu okazuje się, że dla 20 Hz odstęp od zakłóceń jest tylko 65 dB, dla 100 Hz 80 dB i dopiero powyżej 200 Hz zakłócenia spadają do -90 dB. Ale nie znaczy to, że odstęp od szumu dla płyty winylowej wynosi 90 dB. Taki odstęp od zakłóceń jest od 200 do 500 Hz. Winyl szumi dosyć głośno i nie sposób tego nie usłyszeć. Zakłócenia w zakresie niskich częstotliwości na płytach z muzyką są większe niż na płytach testowych. Starsze płyty mają dość bogate spektrum przeróżnych całkiem głośnych zakłóceń. Ważony odstęp od zakłóceń dla dobrego gramofonu to zaledwie 70 dB.

Jakim poziomem zniekształceń jest obarczony zapis na samej płycie? Nacinanie płyty odbywa się na granicy wytrzymałości termicznej głowicy. Towarzyszą temu również problemy mechaniczne, które powodują powstanie zniekształceń. Każdy, kto słuchał kiedykolwiek płyt winylowych wie, że dźwięk nie jest zupełnie czysty.

Głowica nacinająca jest sterowana wzmacniaczem o mocy kilkuset wat. Można przyjąć dla uproszczenia, że wzmacniacz ma 2x1000W - dwa kilowaty. Nie dziwi więc, że przy takich mocach uzwojenie głowicy może się przegrzać i spalić.

Dlaczego trzeba użyć takich mocy? Dlatego, że głowica ma pewną masę i może być tłumiona wyłącznie mechanicznie. Głośniki niskotonowe są tłumione zarówno mechanicznie, przez zawieszenie górne i dolne, ale też elektrycznie. Tłumienie elektryczne wiąże się z osławionym współczynnikiem tłumienia. W przypadku głowicy nacinającej nie jest możliwe tłumienie elektryczne z wielu względów. Jednak właśnie dlatego, że jest możliwe tłumienie tylko mechaniczne, głowica musi być zawieszona bardzo twardo. Tak twarde zawieszenie jest konieczne, bo zniekształcenia w przeciwnym razie będą zbyt duże. I przede wszystkim stąd biorą się tak duże moce wzmacniaczy. Warto się nad tym przez chwilę zastanowić: dwa kilowaty, żeby wychylenie wyniosło mniej niż milimetr. Kilowat na część milimetra w jednym kanale i kilowat na część milimetra w drugim.

Jeśli chodzi o wydania zagraniczne trzeba wprawnego ucha, żeby wychwycić zniekształcenia, bo specjaliści nacinający matryce świetnie orientują się w ograniczeniach i możliwościach sprzętu, więc mogą tak wpłynąć na dźwięk, żeby nie dopuścić do przeforsowania głowicy. Jak się to robi, to dość obszerny temat, głównie wpływa się na barwę obniżając ilość wysokich tonów i spłaszcza impulsy. Jednak w Polsce osoby nacinające płyty raczej nie miały wystarczającej wiedzy i umiejętności, a być może także nie miały do dyspozycji odpowiednich narzędzi. W każdym razie prawie zawsze można usłyszeć zniekształcenia na polskich wydawnictwach. Dowodzi to, że zapis na płycie ma duże ograniczenia i jeśli się nie podejmie odpowiednich kroków, wyjdą one na jaw w pełnej krasie.

W latach siedemdziesiątych, posługiwano się często sprzętem do nacinania matryc, który miał zniekształcenia rzędu jeden-dwa procenty, ale taki poziom zniekształceń może się utrzymać najwyżej do połowy strony, dalej będzie już znacznie gorzej, a finał opery na końcu strony - szkoda słów. I te zniekształcenia są na tych płytach. Nie zawsze je słyszymy, ale one są, a są trudne do uchwycenia, bo nie mamy możliwości porównania jak brzmi master.

Zobaczmy teraz jak się sprawy mają w odniesieniu do sprzętu odtwarzającego.

Jeśli chodzi o wkładki gramofonowe, to typowa charakterystyka częstotliwościowa wygląda w ten sposób:

Na schemacie jest widoczny garb w okolicach 20 kHz. Występuje on zawsze bez względu na typ wkładki i jest spowodowany rezonansem gumowego zawieszenia wspornika igły. Nie ma opcji, żeby tego uniknąć, a częstotliwość rezonansu zawiera się w przedziale 15-25 kHz. Parametr podawany dla wkładki czyli zniekształcenia wysokich tonów jest tak ważny, bo świadczy m.in. o tym jak dobrze udało się producentom uporać z rezonansem. Zazwyczaj wielkość zniekształceń wysokich tonów wynosi 0,1% jednak nie ma informacji dla jakich częstotliwości się je mierzy. Wydaje się, że pomiar następuje dla częstotliwości jeszcze nie dotkniętych rezonansem czyli około 10 kHz. Dla częstotliwości rezonansowych na pewno by się nie udało zejść ze zniekształceniami do tak niskiego poziomu.

Ale rezonans zawieszenia igły nie ma nic wspólnego z innym rezonansem.

Powyższy schemat pokazuje charakterystykę dla przedwzmacniacza MM. Podbicie wynika z nieodpowiednich parametrów przedwzmacniacza. Poniższy schemat jest w zasadzie obwodem rezonansowym. Od lewej: silnik wkładki, indukcyjność wkładki, opór wkładki, pojemność kabla, pojemność przedwzmacniacza i jego opór. Problem sprawiają zbyt duże C2 i R2

W skrajnych przypadkach podbicie wysokich tonów może sięgnąć nawet ponad 6 dB. Okazuje się jednak, że nie tylko wkładki MM nastręczają problemów. Również układy MC są podatne na zmiany parametrów obciążenia, przy czym głównie dotyczy to oporu. Jednak również pojemność może odgrywać pewną rolę, co widać na rysunku poniżej.

Dla wkładek MC ważniejszy jest opór i jego wpływ na charakterystykę jest pokazany na schemacie poniżej.

Kombinacja obu parametrów może wyglądać następująco:

Wobec tego nawet w przypadku wkładek MC, które miały zapewnić bardziej liniową charakterystykę, bo odpada problem niedopasowania pojemności, można napotkać trudności. Najczęściej podaje się przykład wkładki Denon DL 103 jako nie pasującej do standardowego wejścia przedwzmacniacza gramofonowego, które ma przeważnie 100 ohm, natomiast dla tej wkładki minimum to 470 ohm.

Jitter jest parametrem, który działa na audiofilów jak czerwona płachta na byka. Okazuje się, że odpowiednik jittera w analogu czyli kołysanie dźwięku jest o wiele rzędów wielkości większy i... nikomu to nie przeszkadza.

Wszystkie zakłócenia wynikające z kołysania dźwięku są powyżej -90 dB. Natomiast zakłócenia jitter są zawsze poniżej -90 dB.  Poza tym spora część zakłóceń od kołysania dźwięku jest już na tyle głośna, że słyszalna - wszystko co ponad -50 dB słychać.

Ten wykres jest odpowiednikiem jitteru. Warto porównać jak wygląda ta sytuacja dla systemu cyfrowego w odniesieniu do przetworników i nietrudno zauważyć, że kołysanie w analogu jest nieporównywalnie silniejsze. Analizując wykres pokazujący równomierność obrotów gramofonu wykres trzeba mieć na uwadze, że wszystko co jest ponad -50 dB jest słyszalne. Natomiast w przeciwieństwie do odczytu mechanicznego jitter w systemie cyfrowym jest na poziomie gwarantującym całkowitą nieszkodliwość. Na wykresie jitteru mamy pośrodki tylko linię reprezentującą sygnał użyteczny, natomiast zakłócenia występują co najmniej 90 dB niżej. Wykres pokazujący kołysanie dźwięku w gramofonie analogowym właściwie w całości składa się z zakłóceń. Wszystko na tym wykresie to zakłócenia. Sygnał można zauważyć tylko i wyłącznie na samym szczycie tego jęzora i jest dosłownie zakryty zakłóceniami, które są one bardzo duże zaledwie 10 dB poniżej poziomu sygnału odniesienia.

Odczyt zapisu mechanicznego jest kłopotliwy. Systemowe wady płyty winylowej i wkładki gramofonowej, która często nie jest właściwie dopasowana do przedwzmacniacza to nie koniec problemów. Wkładkę gramofonu trzeba dopasować do przedwzmacniacza, albo na odwrót, ale wkładkę trzeba dopasować także do ramienia gramofonu.

Ramiona gramofonów charakteryzują się kilkoma parametrami, nie tylko długością. To czy ramię ma 9 czy 12 cali nie ma znaczenia. Ważna jest jego masa efektywna. Nie można użyć takiej samej wkładki do ramion 10 i 35 gramów.

Zupełnie osobne zagadnienie to regulacja wkładki i gramofonu. Paradoksalnie im większa precyzja ustawienia nacisku igły, tym większe problemy z jakością dźwięku. Okazuje się bowiem, że spora część użytkowników gramofonów kurczowo trzyma się dolnej granicy nacisku. Jeśli producent podaje tolerancję 2-2,5 grama, większość stara się ustawić 2 gramy. Tymczasem lepszym rozwiązaniem jest ustawienie 2,5 grama. Zdarza się natrafić na ripy płyt winylowych, które powinny brzmieć dobrze, bo sprzęt użyty do ich zrobienia był bardzo dobrej jakości, ale niestety zniekształcenia np. sybilantów są bardzo duże z powodu ustawienia za małego nacisku igły. Często też zdarza się złe ustawienie wkładki, przeważnie w środku zakresu regulacji, co nie zawsze się sprawdza. Znając typ gramofonu i wkładki można stwierdzić, że właściciel nie wykonał regulacji poprawnie.

W stosunku do zapisu cyfrowego i mechanicznego stosuje się dwa standardy oceny. Z jednej strony wyszukuje się i wyolbrzymia minimalne zniekształcenia w standardzie cyfrowym, a z drugiej stara się nie widzieć poważnych niedoskonałości zapisu mechanicznego. Mało kto wie, że sama płyta gramofonowa ma działanie mikrofonowe, które powoduje mniejsze lub większe zniekształcenia.

Chodzi o to, że dźwięk z głośników i w ogóle dźwięk z otoczenia powoduje drgania winylu, które są przetwarzane przez wkładkę. Efekt mikrofonowy jest dość silny i każdy może, a nawet powinien przekonać się, jak działa w praktyce.

Do testu efektu mikrofonowego potrzebny jest gramofon, który może nawet być uszkodzony i niekompletny. Gramofon musi mieć talerz z matą oraz ramię z wkładką. Napęd może być popsuty, igła może być złamana, wspornik igły wygięty. Liczy się to, że okablowanie jest sprawne.

Trzeba założyć płytę na talerz i opuścić ramię na płytę. Samego gramofonu nie trzeba poziomować itp. wystarczy go tylko podłączyć do wzmacniacza. Do wyjścia wzmacniacza, które można użyć do nagrywania, podłącza się komputer. W programie do nagrywania ustawić trzeba poziom nagrania odpowiedni do pozostałych źródeł dźwięku, a jeśli gramofon jest sprawny, można ustawić poziom nagrywania dla samego gramofonu.

Test polega na tym, że przełącza się wzmacniacz na gramofon, włącza nagrywanie w komputerze i po opuszczeniu ramienia na płytę, ale bez włączania obrotów - płyta nie może się kręcić - mówi się w stronę płyty zupełnie, jak do mikrofonu. Można mówić, śpiewać, deklamować.

Okazuje się, że na tak wykonanym nagraniu wyraźnie słychać słowa, słychać melodię itd. Zrozumiałość jest słaba, głośność mała, zupełnie jakby się słuchało przez ścianę, ale jednak, efekt mikrofonowania przez płytę jest wyraźny i dosyć silny. Jeśli się śpiewa lub mówi głośno, można zauważyć na wskaźnikach poziom dźwięku - 50 a nawet - 40 dB. Można również spróbować nagrać efekt przy odtwarzaniu głośnej muzyki. Taki test jednak jest bardziej skomplikowany, bo potrzebujemy zestawu, który będzie odtwarzał muzykę i przynajmniej dodatkowego wzmacniacza do którego podłączymy gramofon i z którego wyjścia będziemy mogli nagrywać.

Wobec tego okazuje się, że im głośniej się słucha, tym więcej zniekształceń mikrofonowych. W czasie słuchania muzyki są one raczej niemożliwe do zauważenia, chyba że gramofon sprzęga, jednak one są. Test z nagraniem efektu mikrofonowego wykazuje jednak dobitnie niedoskonałość zapisu mechanicznego. Warto podkreślić: bez trudu można spowodować zakłócenia na poziomie 40 dB poniżej sygnału użytecznego. Mikrofonowanie płyty jest dużo trudniejsze do wyłapania niż przesłuchy pomiędzy sąsiednimi rowkami.

Na koniec jeszcze raz wróćmy do "ciepłego dźwięku płyty winylowej". Jest on faktem i wynika przede wszystkim z niemożności zapisania na płycie góry pasma o normalnej głośności, a po części z rezonansów ramienia, korpusu gramofonu, efektu mikrofonowego itp. Jednak dla ogromnej większości użytkowników gramofonów w latach 70/80 ubiegłego wieku ten termin nie przyszedłby nigdy do głowy. Przede wszystkim polskie wkładki miały duże zniekształcenia, co potwierdzano pomiarami, miały kiepskie zawieszenie wspornika, co skutkowało rezonansem silniejszym niż w zachodnich produktach. Ale przede wszystkim te wkładki były typu MM i można stwierdzić, że problem podbicia wysokich tonów był powszechny. Płyty analogowe w tamtych czasach nie brzmiały ciepło.

Wynalezienie wkładki MC prawdopodobnie nie wynikało z potrzeby podniesienia jakości dźwięku, bo różnicy pomiędzy typem MM i MC raczej nie da się usłyszeć, ale właśnie dlatego, żeby uniknąć problemów z nieodpowiednią pojemnością kabla, przedwzmacniacza itp. Źle dopasowane pojemności i podbicie wysokich tonów skutkują dźwiękiem ostrym i twardym, który można określić na wszelkie sposoby, ale "ciepło" nie będzie oddawało charakteru dźwięku.

Największy problem z winylem polega na tym, że wszystkie wady i ograniczenia da się obejść przez przejście na system cyfrowy. Zamiast walczyć z kurzem, zużywaniem się płyty, szumem, trzaskami, stukami, zniekształceniami itd. można użyć odtwarzacza cyfrowego i wszystkie te problemy znikają, a jakość dźwięku znacznie się poprawia.

Mechaniczny zapis na płycie winylowej jest obarczony wieloma mankamentami, to samo dotyczy odczytu takich płyt. Jednak każdy przyzna, że winyl nie brzmi źle. Może z wyjątkiem ostatnich kilku minut zapisu na stronie. Ale to wynika z niedoskonałości słuchu. Gdybyśmy mieli trochę lepszy słuch, nikt nie chciałby używać płyt winylowych. Słyszymy jednak na tyle nieprecyzyjnie, że większości zniekształceń nie jesteśmy w stanie wychwycić.

Odpowiedź impulsowa i skokowa głośników, przetwarzanie transientów

Dźwięki muzyki składają się z trzech elementów: ataku czyli transientu, fazy podtrzymania i wygasania. Szarpnięcie struny kostką może wyglądać tak:

Dźwięk może się więc składać głównie z ataku. Gra na skrzypcach z kolei zawiera długie fazy podtrzymania i krótkie wygasania, fortepian może mieć długie fazy wygasania.

Atak jest najsłabszą stroną głośników i dziwnym zbiegiem okoliczności nie podaje się zniekształceń dla tej fazy, ale dla podtrzymania.

Jest wiele powodów, że głośniki przetwarzają sygnały nieregularne i o dużej amplitudzie dość kiepsko. Masa wiąże się z bezwładnością. Dochodzi do tego niewystarczająca sztywność. Z kolei membrany bardzo sztywne bardziej rezonują. Głośnik napędza energia pola magnetycznego. Żeby uzmysłowić sobie o co chodzi najprościej wziąć do ręki dwa magnesy - pole magnetyczne jest elastyczne, nie jest sztywne. Więc napędzamy głośniki jakby popychając je przez coś, co się ugina i amortyzuje.

Zniekształcenia dla ataku są znacznie większe niż dla pomiarów sygnałami ciągłymi. Głośnik przetwarzając sygnał o charakterze powtarzających się cykli radzi sobie całkiem dobrze o ile nie będzie przeciążony. Jednak nawet głośnik przetwarzający sinusoidę zniekształca ją w odniesieniu do pierwszego okresu. Ruch membrany jest spóźniony, a amplituda mniejsza niż dla następnych cykli. Także gwałtowne urwanie się sinusoidy nie spowoduje, że ruch membrany natychmiast zaniknie.

Problem w tym, że muzyka składa się głównie z transientów. I dlatego głośniki brzmią nienaturalnie. Można się o tym przekonać mając do dyspozycji dobry mikrofon i zestaw wzmacniacz/głośniki. Głos osoby mówiącej do mikrofonu brzmi inaczej niż mówiącej bez mikrofonu. Jest wiele czynników powodujących zmianę brzmienia, ale jednym z ważniejszych jest złe przetwarzanie transientów przez głośniki.

Na szczęście dla większości słuchaczy nie znają oni dźwięku instrumentów grających na żywo, chodzi o instrumenty akustyczne. Również mało kto słyszał wokalistów śpiewających live bez mikrofonu. A zresztą gdyby nawet, to mało kto zwraca uwagę na naturalne brzmienie. Przetwarzanie dźwięku i zmiana jego parametrów nikomu jakby nie wadzi. Wystarczy przesłuchać kilka płyt, włączyć radio albo telewizor. W ogóle wydaje się, że większość preferuje brzmienie sztuczne i nienaturalne. Większość osób może niechętnie, ale przyzna, że koncert orkiestry symfonicznej bardziej im odpowiada, jeśli jest słuchany przez radio...

Czy to aby nie jest tak, że zmiana charakteru dźwięku spowodowana słabszym oddaniem ataku jest przez amatorów muzyki mechanicznej odbierana na korzyść? Czyli lepsze, bo gorsze, nienaturalne i sztuczne. Realizatorzy dźwięku nie stosowaliby tak silnej kompresji, gdyby to większości nie odpowiadało. Większość zdaje się być niestety niemuzykalna.

Cyfra vs. analog

Wciąż trwa spór pomiędzy zwolennikami dźwięku analogowego i cyfrowego. Zapis analogowy nie ma żadnych zalet w porównaniu z cyfrowym, ale próbuje się używać argumentów ideologicznych, które nie mają sensu, albo wręcz przeinacza fakty. Klasyczny przykład.

Na powyższym schemacie jest przedstawiony sposób konwersji sygnału analogowego do cyfrowego i z powrotem do analogowego. Sygnał źródłowy jest identyczny z wyjściowym. Wprawdzie trzeci etap jest tym zawierającym schodki, ale to jest etap przejściowy. Na wyjściu DAC ma filtr dolnoprzepustowy, który odfiltrowuje schodki powstałe w przetworniku. Zasada jest prosta: jest filtr, nie ma schodków. I nie ma takiej opcji, że brakuje filtra.

Edycja: W oryginale post zawierał dalszą część odnoszącą się do wideo, które nie jest już dostępne.

Wysoka wierność reprodukcji dźwięku jest trudna do uzyskania przy odsłuchu głośnikowym

Podział stref odsłuchu. Wyróżnia się strefę bliskiego pola, średnią i daleką.

Strefa bliskiego pola charakteryzuje się tym, że dominuje w niej dźwięk bezpośredni. Strefa pośrednia, rozproszona, znajduje się dalej i zawiera mieszankę dźwięku bezpośredniego i odbitego. Kolejna jest strefa daleka, w której dominują odbicia.

Inżynier dźwięku powinien się znaleźć w polu bliskim, gdyż tam są najlepsze warunki odsłuchu. W typowych okolicznościach do których zalicza się warunki domowe najczęściej znajdujemy się w strefie pośredniej. Osoby świadomie słuchające muzyki będą dążyć do przesunięcia się w pole bliskie.

Strefa pośrednia charakteryzuje się także tym, że można w niej wyróżnić miejsce określane jako dystans krytyczny. Jest to odległość od źródła dźwięku, w którym ilość dźwięku bezpośredniego i odbitego jest identyczna. Dystans krytyczny wylicza się według wzoru:

gdzie gamma  jest stopniem kierunkowości źródła - gamma równa jeden odpowiada źródłu wielokierunkowemu - A jest współczynnikiem pochłaniania przez powierzchnie, V jest objętością pomieszczenia w metrach sześciennych, natomiast TR60 jest czasem pogłosu w sekundach. Ten ostatni korzysta z przybliżenia Sabine'a na wzór pogłosu RT60=V/6A.

Pomijając w którym miejscu jest dystans krytyczny powinniśmy sobie zdawać sprawę z tego, że z punktu widzenia techniki pomiarowej, proporcje 50% dźwięku bezpośredniego i 50% dźwięku odbitego należy traktować jako 100% zniekształceń.

Słuchając przez głośniki nie ma w ogóle opcji usłyszenia tego co gra głośnik w sposób czysty. Nawet siadając bardzo blisko dźwięk będzie zniekształcony dlatego, że zawsze się wymiesza z występującymi w pomieszczeniu odbiciami.

Dźwięk bezpośredni to 1/10 jednego procenta

Odtwarzając muzykę zaledwie jedną dziesiątą procenta jest dźwięk docierający do nas bezpośrednio z głośników. W jaki sposób sprawdzić jak wyglądają proporcje dźwięku bezpośredniego i odbić?

Załóżmy, że głośnik jest ustawiony w odległości 4,5 metra od słuchacza i stoi na ziemi. Dźwięk rozchodzi się jako kula o ile propagacji nie ograniczają specyficzne warunki, jak w tym przypadku - lokalizacja źródła dźwięku na ziemi. W związku z tym w odległości 4,5 metra fala dźwiękowa będzie mieć kształt półkuli o powierzchni około 125 metrów kwadratowych. Ucho zbiera dźwięk z mniej więcej 2,5 cala kwadratowego. Dlatego proporcje dźwięku bezpośredniego, który usłyszymy do całości dźwięku wyemitowanego przez głośnik będą się przedstawiać jak 12,5 cm² do 39 m² czyli 0,125/125=0,001 tzn. 0,1% czyli 1/10 jednego procenta.

Słyszymy zaledwie niewielki ułamek tego, co chcemy usłyszeć, bo raczej interesuje nas dźwięk muzyki z głośnika, a nie odbicia. Co stanie się z tymi 99,99% dźwięku wyemitowanego przez źródło? Wróci on po, wielokrotnym, odbiciu się od podłogi, ścian i sufitu.

Wobec tego można sobie uzmysłowić realne warunki transmisji dźwięku w typowych warunkach.

Można podejść do zagadnienia jakości transmisji w inny sposób. W tym celu należy porównać powierzchnię źródła dźwięku z powierzchnią, która powoduje zakłócenia w postaci odbić, pogłosu, etc. czyli powierzchnią podłogi, sufitu i ścian. Trudność polega na tym w jaki sposób obliczymy pole powierzchni odbijającej dźwięk. Sprawa wydaje się oczywista, ale taka nie jest. Wydawać by się mogło, że pole powierzchni odbijającej dźwięk równa się polu podłogi, sufitu i ścian. Przykładowo pokój o wymiarach 5x4x3 metry ma łączną powierzchnię 94 metry kwadratowe. Wobec tego proporcje membrana/pokój miałyby się jak 0,3 metra kwadratowego; zbliżoną powierzchnię mają głośniki w monitorach; do 94 m.kw. Jednak jeśli głośnik wyemituje tylko jeden impuls, to powierzchnie w pomieszczeniu odbiją ten impuls wielokrotnie. Wobec powyższego powierzchnia pomieszczenia staje się za każdym odbiciem/powtórzeniem impulsu nowym źródłem dźwięku i dlatego należy je wszystkie zsumować.

Jeżeli pomieszczenie ma RT60 wynoszący 0,5 sekundy, fala w czasie 1/2 sekundy pokona łączny dystans 170 metrów. Gdybyśmy wzięli pod uwagę wyłącznie odbicia wzdłuż osi pomieszczenia, zupełnie ignorując odbicia po skosach, których jest najwięcej okaże się, że wzdłuż najkrótszej osi dźwięk odbije się 55 razy, wzdłuż krótszej ściany 40 razy, a wzdłuż dłuższej 35 razy, co da nam łącznie 120 powtórzeń. Trzeba podkreślić, że bierzemy pod uwagę czas RT60 a zatem nie liczymy refleksów cichszych niż 60 dB w odniesieniu do głośności impulsu początkowego. Gdyby i je doliczyć mielibyśmy powtórzeń znacznie więcej.

Wobec tego do uszu względnie mikrofonu pomiarowego dotrze dźwięk bezpośredni i następujące po nim 120 powtórzeń o coraz mniejszej głośności. O ile mikrofon zarejestruje je wszystkie - patrz wykres - jak również odbiorą go uszy, to jednak tych wszystkich powtórzeń dźwięku już nie usłyszymy. Pogłos jest słyszalny w większych pomieszczeniach niż to z naszego przykładu.

W odniesieniu do próby obliczenia powierzchni, którą ma źródło dźwięku odbitego okazuje się, że dla naszych założeń wyniesie ona 120x 94= 11280 metrów kwadratowych. 1,1 ha. 0,3 m.kw/11280 m.kw=0.00002659574 tj. 0.002659574%

Jeśli uświadomimy sobie jak się przedstawiają proporcje pomiędzy dźwiękiem bezpośrednim i odbitym, pomiędzy powierzchnią membrany głośnika i łączną powierzchnią odbijającą oraz po uwzględnieniu skutków odbić czyli filtracji grzebieniowej możemy obiektywnie zarysować obszar w którym porusza się słuch. Informacja, która nas naprawdę interesuje jest dźwiękiem bezpośrednim, który stanowi znikomy ułamek całości dźwięku będącego poszczególnym zdarzeniem akustycznym. Słyszenie polega zatem nie na odbiorze informacji lecz na jej rekonstrukcji.

Transmisja dźwięku w powietrzu

Transmisja jest przesyłaniem wiadomości z nadajnika do odbiornika. Używa się do tego celu najczęściej fal elektromagnetycznych i prądu elektrycznego. W obu przypadkach można osiągnąć transmisję pozbawioną zakłóceń, tzn. informacja wysłana jest identyczna z odebraną. Aby osiągnąć eliminację zakłóceń stosuje się ekranowanie przewodu i inne metody. Można użyć kabli symetrycznych, mających dwie żyły sygnałowe. Taki kabel może być znacznie dłuższy niż niesymetryczny.

W transmisji przewodowej jak i bezprzewodowej, tzn.wykorzystując jako nośnik informacji prąd elektryczny w kablu i fale elektromagnetyczne np. w powietrzu, informacja nie jest tożsama z nośnikiem. Prąd elektryczny biegnie przez przewód, ale nie jest przewodem. Fale elektromagnetyczne rozchodzą się w powietrzu lub w innych ośrodkach, ale nie są powietrzem ani tymi ośrodkami, w których się rozprzestrzeniają. Tak samo w przypadku, jeżeli do transmisji użyjemy światła, czyli fragmentu z widma promieniowania elektromagnetycznego. Światło poruszające się w światłowodzie nie jest światłowodem.

Zupełnie inaczej jest z dźwiękiem i falą akustyczną. W tym wypadku nośnik jest również informacją czyli przekaźnik jest przekazem. Dlatego transmisja w powietrzu przy użyciu fali dźwiękowej jest przypadkiem szczególnym.

Gdybyśmy zjonizowali powietrze, moglibyśmy przesyłać w nim prąd, podobnie jak w przewodach. W takiej sytuacji przekaźnik nie byłby tym samym, co przekaz. Jednak dźwięk jest przypadkiem wyjątkowym, kiedy przekaz równa się przekaźnik. Wynikają z tego bardzo niekorzystne konsekwencje z punktu widzenia jakości transmisji.

Transmisja pozbawiona zakłóceń w odniesieniu do dźwięku jest niewykonalna. Nie uda się w zwyczajnych warunkach osiągnąć idealnej lub nawet wysokiej zgodności tego, co jest nadawane z tym, co zostanie odebrane. Jest wiele tego powodów, z których najważniejszy został już wymieniony: medium jest tożsame z informacją.

Właściwości powietrza powodują, że jakość transmisji o wysokiej wierności jest niemożliwa. Powietrze wykazuje takie cechy jak masa, lepkość, bezwładność.

Pierwszym problemem w transmisji dźwięku jest fakt, że wyższe częstotliwości są bardziej tłumione niż niskie. W związku z tym nawet w teoretycznie idealnych warunkach sygnał odbierany wraz ze wzrostem odległości będzie się charakteryzował coraz większą utratą wysokich częstotliwości. Te straty w wyższych zakresach widma są spowodowane gęstością, lepkością i wewnętrznym tarciem. Niskie częstotliwości mają większą energię i dlatego mogą przebyć dalszą odległość zanim zostaną zamienione w ciepło. Fala akustyczna napotyka opór i bezwładność cząstek powietrza i dlatego traci energię.

Idealnymi warunkami do transmisji dźwięku byłyby takie, kiedy nadajnik/głośnik i odbiornik/mikrofon są zawieszone w wolnej przestrzeni i panuje zupełna cisza czyli nie ma żadnych ruchów powietrza poza termicznymi. W takich warunkach, które określa się jako pole swobodne, pomijając straty wywołane większym tłumieniem wysokich częstotliwości, uda się osiągnąć zgodność sygnału nadawanego i odbieranego.

W praktyce transmisja dźwięku nie odbywa się w perfekcyjnych warunkach. Nawet na pustyni w całkowicie bezwietrzny dzień wystąpi odbicie dźwięku od podłoża i to odbicie skutkujące filtrowaniem grzebieniowym należy rozpatrywać jako zakłócenie transmisji. Odbicie nałoży się na sygnał i zmieni jego treść.

Odbicie od podłoża płaską charakterystykę zmieni na taką, jak poniżej:

Gdy umieścimy system składający się z głośnika i mikrofonu w typowym pomieszczeniu, przekonamy się, że jakość transmisji jest słaba, a sygnał odebrany w żadnym aspekcie nie przypomina sygnału nadanego. Filtr grzebieniowy jest tylko jednym ze zjawisk akustycznych zachodzących w pomieszczeniu.

Odnosząc to do ambicji osób, którym spędza sen z powiek mikroskopijna nieliniowość jakiegoś urządzenia wynosząca ułamek dB powyższe stawia całą sytuację w odpowiedniej perspektywie.

Błędem, który popełniają osoby interesujące się audio jest wyobrażenie, że sprzężenie ucha i głośnika pozwala na taką dokładność transmisji jak to ma miejsce w urządzeniach elektronicznych. Transmisja stosowana w elektronice polega na tym, że sygnał nadany równa się sygnałowi odebranemu, a zakłócenia są tak małe, że można je pominąć.

Analogią transmisji dźwięku w powietrzu byłoby przekazywanie informacji przez blok galarety. Z jednej strony uderzamy w galaretę, a z drugiej ktoś odczytuje impulsy. Już po pierwszym uderzeniu galareta zacznie się trząść w sposób przypadkowy. Odczytanie jakiejkolwiek informacji będzie trudne.

To, że w ogóle jesteśmy w stanie orientować się w otaczających nas dźwiękach zawdzięczamy specyficznej budowie ucha.

Komfortowe słuchanie płyt, plików i nagrań w czasach Loudness war

Słuchanie z różnych nośników i źródeł jest męczące ze względu na bardzo duże różnice głośności.

Jeżeli ktoś dysponuje wzmacniaczem, który umożliwia regulację poziomów poszczególnych wejść, powinien z tej opcji korzystać. Jeśli wzmacniacz, którego używamy ma wskaźniki poziomu ustawienie jest proste. Wystarczy odtworzyć plik testowy 1 kHz o poziomie np. 0 dB i ustawić czułość tak, żeby wzmacniacz oddawał 1 wat. Jeśli teraz odtworzymy ten sam plik z innego źródła będziemy wiedzieć czy jest ono cichsze, czy głośniejsze i możemy skorygować poziom.

Najprościej jednak, mając kilka źródeł dźwięku, korzystać z ich wyjść cyfrowych. Niezależnie od odtwarzacza i rodzaju połączenia cyfrowego, ten sam utwór będzie zawsze tak samo głośny.

Co jednak z posiadaczami klasycznych zestawów, które nie mają regulacji i nie mają wejść cyfrowych? W takim przypadku możemy sprawdzić z jaką głośnością grają poszczególne źródła dźwięku. Załóżmy, że mamy 3 źródła sygnału i są to: odtwarzacz sieciowy, odtwarzacz CD i komputer.

Nie będziemy mogli zmienić głośności źródła, ani zmienić czułości wejścia, ale odtwarzając plik testowy 1 kHz 0 dB możemy sprawdzić poziomy. Do tego potrzebny jest komputer podłączony do wyjścia wzmacniacza. Jeśli uruchomimy program do nagrywania i włączymy monitorowanie, będziemy mogli stwierdzić który odtwarzacz gra jakim poziomem i dotyczy to również samego komputera, jako źródła. Karta muzyczna musi mieć w pełni niezależne wejścia/wyjścia.

Jeśli słuchając z jednego źródła przechodzimy na inne możemy ściszyć wzmacniacz lub zwiększyć głośność w zależności od użytego źródła. W ten sposób wrażenia będą bardziej spójne. Dlatego warto zmierzyć głośność źródeł dźwięku, z których się korzysta i przy każdej zmianie odpowiednio ją skorygować we wzmacniaczu. Najprościej jeśli wzmacniacz pokazuje poziom głośności w dB. Jeśli korzystaliśmy ze "średnio-głośnego" odtwarzacza i przełączamy się teraz na głośniejszy o 3 dB jak to wcześniej zmierzyliśmy, zmniejszamy poziom głośności we wzmacniaczu przykładowo z - 35 dB do - 38 dB itd.

Największy problem mają posiadacze wzmacniaczy ze zwyczajnymi potencjometrami, które są wyskalowane w abstrakcyjnych jednostkach, albo nie są wyskalowane w ogóle.

Wzmacniacze mające zwyczajne potencjometry są konstruowane w ten sposób, że pełną moc osiągają przy głośności ustawionej na godzinę dwunastą. Dotyczy to źródła dźwięku o standardowej głośności. Wobec tego wzmacniacz o mocy 100W na kanał z takim źródłem będzie pracował z pełną mocą jeśli ustawimy regulator głośności na dwunastą. Jednak podłączając głośniejsze źródło pełną moc będziemy mieć znacznie wcześniej.

Problem jednak jest bardziej złożony i polega przede wszystkim na tym, że różne nagrania na różnych nośnikach mają inną głośność.

Pliki z muzyką dotknięte są tą samą przypadłością, co płyty, praktycznie każdy ma inną głośność. Słuchając naszej kolekcji narażeni jesteśmy na to, że niektóre ścieżki będą bardzo głośne, inne ciche. Dlatego trzeba się postarać w jakiś sposób wyrównać głośność odtwarzania i nie zawsze dobrym rozwiązaniem jest regulacja głośności we wzmacniaczu.

Najprościej jest słuchać plików w komputerze, gdyż czyta on wszystko i nie ma problemów z utrzymaniem stałej głośności. Wystarczy skorzystać z opcji ReplayGain odtwarzacza.

Korzystając z programu foobar2000 możemy wyrównać głośność plików. Skanowanie nie trwa długo, a sam proces jest odwracalny. Jeśli ktoś nie ma zaufania i nie chce wprowadzać żadnych zmian do plików może wykonać kopie.

Program potrafi również wyrównać głośność płyt CD odtwarzanych na komputerze z oryginalnego nośnika, wcale nie trzeba ich zgrywać na dysk.

Jeśli chodzi o pliki odtwarzane na zewnętrznych odtwarzaczach opcja nie zawsze działa. W takim przypadku można zmienić głośność plików w inny sposób.Do zmiany głośności plików mp3 możemy użyć aplikacji MP3Gain.

Program MP3Gain nie zmienia głośności przez ponowną kompresję, ale modyfikuje metadane pliku, pozostawiając sam plik niezmieniony. Normalizacja głośności jest odwracalna.

Program pracując nad plikami o dużym czasie odtwarzania jakby zawiesza się. Nie powinniśmy go jednak kończyć, tylko poczekać. Może potrwać nawet kilka minut zanim program "przemieli" jakieś długie nagranie. Używając programu MP3Gain warto zawsze najpierw zrobić analizę, by wykluczyć pliki, które po zmianie głośności byłyby obarczone clippingiem.

Na koniec kilka uwag dla osób, które mają klasyczne zestawy tzn. odtwarzacz CD, który nie czytający żadnych plików. Załóżmy, że posiadacz takiego zestawu nie chce podłączać żadnego odtwarzacza plików, komputera itd. W takim odtwarzaczu można słuchać plików, trzeba je wypalić na CD. Najlepiej na płycie wielokrotnego zapisu CD-RW. Przed wypaleniem warto wykonać normalizację głośności.

Co jednak jeśli plik trwa 4 godziny? Mp3 można podzielić na krótsze kawałki programem mp3DirectCut. Dzieli ona pliki bez ich ponownej kompresji.

Gdy długi plik jest w innym kodeku, np.Ogg można użyć Audacity i wyeksportować kilka części do FLAC i po normalizacji głośności wypalić CD.

Osoby, które mają odtwarzacze plików nie czytające jakiegoś formatu powinny przekonwertować je do formatu bezstratnego. Konwertowanie z formatu stratnego do innego stratnego obniża jakość. Jeśli odtwarzacz nie czyta formatów bezstratnych najlepiej wypalić pliki jako CD-audio.