На ковер! Цифровой фазовый процессор Alpine PXA-H600. Побег из плена

Была, была такая поговорка, вернее - журналистский штамп: "У времени в плену". Кто там был в старое время в плену - теперь не важно. Здесь и сейчас важно другое: в плену у времени находятся все пользователи автомобильных аудиосистем. Исключение составляют только владельцы автомобиля McLaren F1, у которого водительское кресло расположено посередине салона.
Все остальные, что бы ни значилось у них в ПТС: хоть "Роллс-Ройс", хоть "Таврия", хоть убитая "Тойота" с рулем на неправильной стороне, все находятся в плену у времени. Ну, не совсем у времени, скорее - у разницы во времени.
Сиденье водителя у всех автомобилей находится ближе к одному борту, а пассажира - к другому. Как бы хитроумно ни располагались динамики, формирующие звуковую сцену, с фундаментальной разницей в расстоянии до правого и левого источников звука они совладать не могут. И звуковая сцена оказывается перекошенной.
Казалось бы, невелика беда. Скрутим баланс в противоположную сторону - и дело сделано. Нет, господа, ничего путного из этого ни у кого не выходило и у вас, увы, не получится. Чтобы понять, почему, придется чуть отвлечься от изучения блестящих технологий и заглянуть в темное прошлое нашего биологического вида.
Направленность слуха и способность определять по звуку местоположение его источника - это дело тончайшего психоакустического механизма, развившегося в результате эволюции удачливого охотника класса млекопитающих. Оно, удачливое млекопитающее, из которого потом получились и Бетховен, и Билл Гейтс, должно было в темноте или при ограниченной видимости точно определить направление на добычу или опасность путем быстрой, как на "Пентиуме", обработки звуковых сигналов, полученных двумя (и только) ушами. Правым и левым.
Алгоритм обработки, который позволял про-Бетховену это успешно делать и оставаться в живых, избегнув и смерти от голода и гибели в лапах саблезубого тигра, - невероятно сложен. Мы им пользуемся в готовом виде и в мирных целях. Добыча - давно в супермаркетах, а то, насколько опасно за ней гоняться, покажут по телевизору.
Основной признак, по которому мы определяем направление к источнику звука, - разница во времени прихода первого фронта звуковой волны. Разница во времени появления сигнала в правом и левом ухе сопоставляется у нас в голове с расстоянием между ушами (наша голова знает и это!) и пересчитывается в градус азимута на добычу или саблезубого.
Дальше в работу вступают другие, вспомогательные механизмы, нужные при определении направления на источник сложного, хаотического шума. Здесь играет роль и амплитуда, и фаза сигнала, но все же важнее время вступления звуковой волны.
Когда мы изменяем баланс, то обманываем слух только в части частотного диапазона: на верхних частотах, где длина волны короче, чем у нас между ушами, направление на звук помогает установить соотношение амплитуд сигнала, пришедшего в "ближнее" ухо (напрямую) и в "дальнее", загороженное головой. Здесь баланс работает. А на средних частотах и ниже разница в амплитуде сокращается из-за дифракции, и на первое место выходит разность фаз сигнала. А ее-то балансом не поправишь. Результат в приложении к музыкальной тематике очевиден: кажущееся положение источника звука смещается в одной части диапазона частот и остается на месте - в другой. Звуковой образ становится расплывчатым и несфокусированным. А без регулировки - более сфокусированным, но сбитым в сторону ближайшего динамика.
Асы, даже суперасы аудиоинсталляции ценой многолетнего опыта и многомесячных экспериментов нет-нет, да и сумеют вырваться из плена времени, тонко играя на сложении прямых и отраженных сигналов, фазовых характеристиках излучателей и кроссоверов, одним словом - путем длительных и утомительных дворцовых интриг. Процессор Alpine PXA-H600, уважительно называемый установщиками "шестисотый", решает эту проблему методом дворцового переворота - резко и сразу, хоть и не без потерь. PXA-H600 состоит из двух блоков: основного, похожего на небольшой усилитель и блока управления, напоминающего съемную панель магнитолы, но в полтора раза короче. Основной блок можно располагать где угодно, но, по жизни (во всем многообразии предъявляемых ею неприятностей), - чем дальше от источника сигнала и ближе к усилителю, тем лучше. Почему не наоборот? А вот почему. "Шестисотый" процессор - часть обширной программы фирмы по созданию универсальной и стопроцентно нейтральной к помехам системы обмена данными Ai-Net. Если головной блок в вашей машине - тоже производства Alpine, достаточно соединить их цифровым кабелем и больше о помехах, согласовании уровней и прочей прозе жизни не заботиться. Можно даже воспользоваться оптическими входами, тогда помехозащищенность становится двухсотпроцентной. Кстати, истинные эстеты car audio иногда ставят в свои системы процессор PXA-H600 именно из-за его цифро-аналогового преобразователя, по мнению знатоков, одного из лучших на сегодня.
Смычка PXA-H600 с "неродными" компонентами тоже возможна, но уже по обычным аналоговым входам, все функции при этом сохраняются как задумано.
А функции эти такие: основная задача процессора - вводить управляемую временную задержку в сигналы, направляемые на усилительные каналы таким образом, чтобы звуковая волна, достигающая ушей слушателя, была, как если бы процессор находился посередине между динамиками, словно в домашнем аудио.
Схемотехника, необходимая для решения этой задачи, непроста. Вы обратили внимание на неброское замечание несколькими строками выше: "Все функции... и так далее"? Что это означает на практике? Да только то, что, получив по линиям Ai-Net или по оптическим кабелям цифровой сигнал, процессор сразу начинает его цифровую обработку. А вот если сигнал (от "неродного" чейнджера, например) поступил в аналоговом виде, он вначале будет оцифрован, потом обработан и только после этого снова обращен в обычный аналоговый и отправлен на дальнейшее усиление.
Поэтому грех было бы не воспользоваться сложной электронной начинкой и не поручить ей еще несколько функций. Ими стали: функция параметрического эквалайзера, центр управления усилением и управляемый фильтр сабвуфера.
Теория временной коррекции проста: сигнал на ближайшем к слушателю динамике надо задержать на такое время, которое соответствовало бы разнице в расстоянии до него и до дальнего динамика. Арифметика тоже немудреная. Одной миллисекунде задержки соответствует путь в 340 мм. Казалось бы: померить рулеткой, перевести в миллисекунды - и все. На деле в формирование звукового поля вмешиваются отражения, фазовые сдвиги, вносимые кроссоверами, и другие факторы. Поэтому настройка системы "с нуля" вслепую может затянуться и привести к посредственным результатам.
Сознавая это, конструкторы PXA-H600 встроили в свое изделие уникальную систему автоматической настройки. Процедура такая: входящий в комплект маленький микрофон (на снимке - перед основным блоком) помещается там, где надо получить наиболее равномерное звуковое поле. К примеру, на месте водителя. Процессор переводится в режим автоматической настройки (надо нажать на кнопку TCR и удерживать ее в течение двух секунд), которая занимает около четырех минут. В это время слышно, как процессор последовательно посылает шумовой сигнал на передние, потом тыловые, и, наконец, сабвуферные каналы. По каждому из них проводится регулировка временной задержки с тем, чтобы фронт звуковой волны от каждого излучателя достигал микрофона в такое время, как до динамиков, расставленных вокруг слушателя равномерно, на манер домашнего театра.
Окончательное ли это решение проблемы? Часто оказывается, что нет. Далее можно внести коррекцию вручную, уже на слух, добиваясь наилучшего звучания. Пределы задержки по каждому каналу - до 20 мс, что соответствует отдалению динамика на шесть с лишним метров. А шаг регулировки - 0,1 мс, то есть - около 3 см.
Помимо временных задержек - основной функции процессора, в нем имеется и параметрический эквалайзер с программным управлением. В общей сложности, можно внести коррекцию в четырех полосах спектра с глубиной регулировки усиления до ±9 дБ и с переменой полосой регулирования, соответствующей значению добротности фильтра от 1,0 (широкая полоса) до 5,0 (узкая). Процесс поиска "волшебного" сочетания фазовой и частотной коррекции столь же увлекателен, сколь длителен и непрост. Было бы обидно потерять его результаты. К счастью, процессор достаточно памятлив и позволяет сохранить до 6 вариантов регулировки. Имеет смысл как минимум первые три сделать вначале в автоматическом режиме, установив микрофон вначале на месте головы водителя, потом - пассажира, и, наконец, в некоторой промежуточной точке, которая станет компромиссом между оптимальным положением водителя и его попутчика. Оставшиеся ячейки памяти могут быть использованы для запоминания индивидуальных вариантов настройки частотной характеристики, например, подогнанной для того или иного жанра музыки. У процессора есть отдельная функция автоматической настройки сабвуферных каналов на фазовое совмещение. Надо сказать, что в автоматическом режиме это реализуется не очень хорошо, что не удивительно: сабвуфер в салоне работает в компрессионном режиме и определение фазы сигнала находится на пределе возможностей электронных устройств. Слух простого смертного - другое дело, он намного чувствительнее. Поэтому окончательную настройку фазы сабвуферного канала лучше не доверять автоматике, а провести вручную, добиваясь кажущегося эффекта баса, исходящего из передней части салона. На практике это, оказывается, сделать на удивление несложно, если только сабвуфер не имеет дефектов конструкции, вызывающих призвуки за пределами суббасового диапазона: они немедленно "выдадут" истинное положение сабвуфера.
Каков эффект временной коррекции на слух? Для субъективного теста мы использовали судейский диск IASCA - в его части, касающиеся локализации и фокусировки источников звука. Полем экспериментов был автомобиль VW Passat с СЧ/ВЧ-излучателями, расположенными в углах переделанной панели приборов. При выключенном процессоре (он переводится в режим отсутствия коррекции, bypass, иными словами, очень просто: кнопка EQ держится нажатой две секунды) семь барабанов, по которым оценивается равномерность локализации источников звука вдоль сцены, располагались, как чаще всего бывает. Первые три - в куче около левой стойки, четвертый (центральный в исходной записи) - над спидометром, а пятый, шестой и седьмой - довольно далеко справа. Обычная "дыра" в центре сцены.
Процессор, настроенный на водительское место в полностью автоматическом режиме, без последующей коррекции, практически сразу произвел магическую трансформацию сцены: барабаны сами собой расставились абсолютно равномерно, причем совершенно явственно разнились положения первого - второго (двух крайних левых) и шестого - седьмого (крайних правых) ударов. Волшебство, да и только.
Пересаживаемся на пассажирское место и... магии больше нет! То есть: при выключенной коррекции картина очень похожа ну ту, что была на левом сиденье, хотя не идентична ей - сказывается асимметрия панели приборов из-за горба над самими приборами. А при включении коррекции сцена перекашивается совершенно непоправимо: почти все источники звука сбиваются в кучу вблизи правой, ближайшей к пассажиру стойки лобового стекла. Переключаем процессор в положение настройки на правое сиденье, занесенное в память под вторым номером (понятно, что при этом микрофон при настройке находился на кресле пассажира), и чудо возвращается.
После относительно недолгих экспериментов удалось ручной коррекцией найти некий компромисс, при котором звуковая сцена на пассажирском месте стала приличной, а на водительском - очень приличной, хоть и не такой идеальной, как при "эгоистичном" варианте настройки. То есть "соглашение" возможно.
Цифровой параметрический эквалайзер показался нам не очень гибким в настройке по сравнению с обычными, аналоговыми устройствами. Дело в том, что полосы регулировки, в силу особенностей логики приборов, не удается свести вплотную друг к другу, устранив, к примеру, пик на частоте 500 Гц и провал на 700 Гц одновременно. В нашей машине, как показали RTA-измерения, такой ситуации не возникло, но в других случаях она может возникнуть, и тогда одной из коррекций придется пожертвовать. Логика управления процессором очень хорошо продумана. После выбора режима (временная коррекция, эквалайзер или сабвуферный фильтр) характеристики определяются нажатием клавишам "вверх-вниз" и "вправо-влево" по ясной и логичной схеме. После пяти секунд невмешательства в регулировки процессор возвращается в режим ожидания, а чтобы дисплей не простаивал, он превращается в некое подобие индикатора уровня сигнала.

Мед & Деготь

На сегодняшний день процессор PXA-H600 - не имеющее аналогов по эффективности средство коррекции звуковой сцены при асимметричном расположении слушателей. При этом, помимо основной функции, хозяин аппарата получает в распоряжение довольно эффективный параметрический эквалайзер, центр управления усилением и балансом каналов и один из лучших на сегодня цифро-аналоговый преобразователь. Если говорить о настройке аудиосистемы на выбранную точку в салоне, что чаще всего означает "на водителя", то эту задачу PXA-H600 решает быстро, изящно и, главное, окончательно. Другое дело, что оценить этот результат обоими слушателями, расположившимися в передней части салона, не получится - по причине самого принципа временной коррекции. Если принять во внимание, что, по данным статистики, средняя загруженность автомобиля составляет 1,2 человека, то можно считать, что эффективность процессора - 80% от абсолютного максимума, что, согласитесь, дает неплохие шансы на побег из плена времени.

Источник: журнал Автозвук, 09/1999. Олег Савелов