Домой Избранное Лови волну! Пространственные аудиосистемы на основе технологии синтеза волнового поля

Лови волну! Пространственные аудиосистемы на основе технологии синтеза волнового поля

474
WFS Main
Пространственная аудиосистема Sonic Wave 1 использовалась на фестивале Paris Jazz Festival, где стояла открытая сцена, 1400 стульев веером в партере и 2000 стоячих мест за ними.

У пространственных аудиосистем с использованием технологии синтеза волнового поля (Wave Field Synthesis) есть потенциал, однако на профессиональный АВ-рынок они внедряются медленно. Эксперты InAVate исследует причины и возможности.

Технология синтеза волнового поля (WFS — Wave Field Synthesis) существует уже больше десяти лет, однако всё ещё пылится на полках профессионального АВ-рынка. Тому есть причины, хотя в последнее время произошли некоторые усовершенствования, способные привести к тому, что WFS станет доступна для более широкого применения. Несколько лет назад Фраунгоферовский институт цифровых медиатехнологий IDMT (Германия) совместно со специалистами европейского отделения компании Shure разработали для планетария Гамбурга иммерсионную («с эффектом погружения»; самый свежий русскоязычный вариант названия — «обволакивающую») систему синтеза волнового поля под маркой Atmosphea. В этой инсталляции используется меньше громкоговорителей, чем в предшествующих моделях, поэтому стоит она дешевле своих предшественниц. Высокая плотность источников звука в сети WFS — основная причина высокой «наценки» на подобные системы: не каждому они по карману.

WFS 1
В планетарии Гамбурга используется иммерсионная
система синтеза волнового поля под маркой Atmosphea.

Гамбургская инсталляция также является примером того, что площадки, традиционно известные своими визуальными качествами, имеют высокий потенциал для внедрения WFS-систем. «Несмотря на то, что планетарий в основном сосредоточен на создании визуального впечатления, 50% нашего восприятия строится на звуке», — объясняет директор гамбургского планетария Томас Краупе (Thomas Kraupe).

Так что нет ничего удивительного в том, что несколько месяцев спустя компания Barco выкупила IOSONO, «дочку» Фраунгоферовского института и переименовала её в Barco Audio Technologies. В последние десять лет компания IOSONO занималась изобретением способов заработать на WFS. С приобретением новой компании Barco расширила доступ к рынку и теперь предлагает своим клиентам целую линейку иммерсионных продуктов.

В 2019 году Barco инсталлировала уже более 700 систем Auro 11.1 по всему миру, из них более 35 расположены на просторах бывшего СССР. Формат завоевал киностудию: звуковые дорожки уже множества фильмов смикшированы в формате Auro 11.1.

«Звук является важной частью практически любой визуальной системы, где используются продукты Barco, — говорит Брайан Клэйпул (Brian Claypool), старший директор по стратегическому развитию бизнеса в сфере аудио. — Поэтому мы активно внедряем технологии обработки аудио самого высокого класса на разные вертикальные рынки, в как можно более широкий круг продуктов. Таким образом мы повышаем ценность тех решений, что предлагает Barco».

WFS 2
У технологии WFS есть преимущество: отсутствие т.н. «точки наилучшего звучания» (sweet spot), при этом каждый слушатель получает полноценное звуковое впечатление, в том числе перемещаясь в пространстве, к примеру, по партеру концертной площадки.

У технологии WFS есть несколько преимуществ, включая отсутствие т.н. «точки наилучшего звучания» (sweet spot), при этом каждый слушатель получает полноценное звуковое впечатление, в том числе перемещаясь в пространстве, к примеру, по партеру концертной площадки.

Или, к примеру, вы пришли на концерт любимой группы, а в зале установлена роскошная система WFS. И вот вы стоите напротив басиста, и у вас создается абсолютное впечатление, что вы слышите, как звук исходит прямо от его нереальной бас-гитары, а вовсе не от линейного массива, что стоит в десяти метрах от вас. Системы синтеза волнового поля позволяют динамикам «уйти в тень», раствориться в пространстве, для того чтобы на первый план вышли музыка и музыканты.
«Звуковые объекты на сцене становятся независимыми от того, в каком месте зала вы находитесь», — утверждает Этьен Кортиль (Etienne Corteel), главный научный сотрудник компании Sonic Emotion, выполнившей ряд проектов по технологии WFS по всему миру.

Нужен ли системам волнового синтеза «Аватар»?
Термины «синтез волнового поля» и «3D-звук» в профессиональной АВ-среде часто используют как синонимы, что принципиально неверно. Рынок 3D-видео получил толчок к развитию после выхода фильма «Аватар», когда кинотеатрам пришлось спешно обновлять оборудование. Хотя планетарий Гамбурга посещают около 300000 человек в год, потребуется ещё где-то тысяча площадок с такой же статистикой посещаемости, чтобы использование WFS перестало быть чем-то необычным, и другие организации начали бы считать эту технологию выгодной, привлекающей деньги посетителей. Несмотря на разнообразные и давно доказанные преимущества, WFS остаётся не слишком популярной, нишевой, узкоспециализированной технологией. Сегмент продуктов WFS настолько крошечный, что не существует даже аналитиков, которые бы следили за его развитием.

Редакция InAVate опросила некоторых производителей и специалистов по интеграции, что они об этом думают.

Работа кандидата технических наук в области акустики Филиппа-Обера Готье (P.-A. Gauthier) находится на стыке искусства, науки и технологий. Кроме арт-инсталляций, он применяет синтез волнового поля для гармонизации промышленных объектов и защиты окружающей среды от звукового загрязнения. Его последняя работа — запись и последующий анализ промышленных звуковых полей. В своей работе он применяет круговую решетку и два сферических массива из 85 микрофонов, а также систему WFS с 96 громкоговорителями и двумя сабвуферами.

WFS 3
Филипп-Обер Готье применяет в своей работе круговую решетку и два сферических массива из 85 микрофонов, а также систему WFS с 96 громкоговорителями и двумя сабвуферами.

«Поскольку WFS не особо востребована на рынке коммерческого аудио, мы, честно говоря, не часто имеем с ней дело, — сообщает Ларс-Олаф Йанфлод из компании Genelec, выпускающей популярные у любителей хорошего звука акустические системы. — Те инсталляции с использованием WFS, что мы видели, главным образом, предназначались для исследований, либо имели близкое отношение к исследовательской деятельности».
«Я думаю, что основная причина, по которой системы синтеза волнового поля до сих пор не вошли в широкое использование состоит в том, что ей недостает некоего «волшебного пинка», который мы могли наблюдать в киноиндустрии, — предполагает г-н Йанфлод. — Когда Спилберг выпустил фильм “Парк Юрского периода”, кинотеатрам, которые желали взять его в прокат, пришлось закупать 3D аудиосистемы для того чтобы в полной мере воплотить звуковое оформление фильма.

WFS 4
Инсталляции компании Genelec с использованием WFS предназначены для исследований, либо имеют близкое отношение к исследовательской деятельности.

Интересно наблюдать, что происходит с 3D-звуком для кинотеатров: здесь идёт битва между Barco и Dolby Laboratories (они соревнуются на поле внедрения доступных по цене процессоров Auro Technologies и Atmos). Нужен ли им WFS? Мы в Genelec не занимаемся системами для кинопоказа, зато проектируем системы звукового контроля для «киношных» тонателье, аппаратных озвучки и проч. Должен сказать, что интерес к демонстрационным инсталляциям с использованием технологий Auro 3D и Dolby Atmos, которые мы показываем на выставках и других мероприятиях, не ослабевает».

Технология высочайшего класса
Технологию синтеза волнового поля относят к классу High-End. Этому есть несколько причин: во-первых, воспроизводимый подобными системами звук резко отличается от всего, что вам когда-либо приходилось слышать (и каким ещё словом его описать — никто не знает). «В большинстве случаев человек, испытывавший действие системы WFS, высоко оценивает полученный опыт. Это — технология высочайшего класса», — говорит Олаф Степпутат (Olaf Stepputat), директор Barco Audio Technologies. Во-вторых, WFS обычно закупают учреждения «высокого класса» — потому что только они и могут себе позволить такую роскошь. Высокая стоимость обусловлена сложностью систем синтеза волнового поля, и лишь немногие отваживаются вложить в эту технологию средства.
«В подобных системах используется очень дорогое оборудование для обработки сигнала, а также множество динамиков, которые мало того, что нужно купить, так еще и потратить дополнительные средства на их установку», — комментирует г-н Йанфлод.

WFS 5
В системах WFS используется очень дорогое оборудование для обработки сигнала, а также множество динамиков.

Производители систем WFS давно знают об этом камне преткновения. «Классические системы синтеза волнового поля, с конфигурацией динамиков «край к краю» — недешёвая штука, поскольку для того чтобы оказывать мощное впечатление, требуется значительное количество динамиков и процессоров», — рассказывает г-н Степпутат. Однако последние разработки учёных позволили «проредить» необходимую густоту размещения динамиков.

«Алгоритмы, которые разработаны в Институте Фраунгофера, позволяют располагать динамики на расстоянии около 1,5 м друг от друга», — делится хорошими новостями Торстен Хаак (Torsten Haack), директор компании Shure Distribution.
Меньше динамиков — больше шансов для WFS проникнуть на крупные площадки. «WFS достигает наилучшего эффекта в помещениях среднего или малого размера, например, в кинотеатрах. Что касается крупных площадок — то здесь системам WFS не хватает мощности звука, — объясняет г-н Степпутат. — Алгоритм, позволяющий увеличить расстояние между динамиками, дает возможность выполнить определенные требования к звукоусилению, таким образом, можно создавать больше полезных вариантов использования с меньшей себестоимостью».

Если распространить этот подход на «малонаселенные» конфигурации динамиков и на громкоговорители, которые отвечают обычным требованиям систем звукоусиления, спектр полезных приложений WFS расширится, а стоимость снизится.
Компания Sonic Emotion выпустила процессор Sonic Wave 1; намереваясь сделать технологию WFS пригодной для более широкого круга применения; ее специалисты сократили число динамиков и стоимость системы в 10 раз. «Нам пришлось несколько поступиться точностью, на этом, пожалуй, всё. Погрешности минимальны, — рассказывает г-н Кортеель. — Мы также сделали возможным использование обычных громкоговорителей небольшого диаметра».

На одной из конференций профессиональных звукорежиссёров (Tonmeistertagung) г-н Кортеель представил доклад, в котором объяснил, как именно компания Sonic добилась такого эффекта: «В основе Sonic Wave 1 лежит алгоритм WFS, который позволяет использовать небольшое число динамиков с хорошим КПД. Для того чтобы обеспечить однородную громкость, сохранить все преимущества WFS, включая объемное воспроизведение звука, мы предусмотрели двухуровневое расположение динамиков (над уровнем сцены и под сценой). Динамики, расположенные на сцене или под ней, могут рассматриваться как “пространственный” центральный массив (front fill). Громкоговорители обычно располагаются таким образом, чтобы заполнить сцену по всей ширине с использованием от 8 до 16 акустических систем с широкой горизонтальной дисперсией (коаксильные от 5 до 8 дюймов или с ассиметричной направленностью). От трех до семи колонок обычно использованы над сценой, чтобы создать однородное по громкости звуковое покрытие в глубине пространства. Громкоговорители должны быть либо точечными (point source) с ассиметричной направленностью (с горизонтальной дисперсией, существенно превышающей вертикальные габариты), либо линейными массивами, предпочтительно с широкой горизонтальной дисперсией. В типичных конфигурациях расположения левого-центрального-правого каналов уместно использовать два крупных линейных массива на каждой стороне сцены и центральный кластер».

Sonic Emotion также объединяет WFS со множеством других систем, таких как эквалайзеры и управление динамиками на единой платформе. Такая стратегия может благотворно повлиять на продажи, поскольку покупателям жаль тратить значительную сумму только на систему WFS. «С учётом стоимости всего дополнительного оборудования вы получаете WFS практически бесплатно», — замечает г-н Кортеель.

В проекте Atmosphea также сочетаются несколько приложений на единой платформе, при этом WFS занимает одно из ядер двухъядерного процессора обработки сигнала. «Сигналы WFS соседствуют с эквалайзерами и другими аудио компонентами, таким образом, система включает в себя гораздо больше вариантов использования, нежели просто WFS, — утверждает г-н Хаак. — Это одна из существенных отличительных черт Atmosphea».

Больше свободы, меньше сложностей
В своём докладе на конференции Tonmeistertagung г-н Кортеель также коснулся того, как Wave 1 работает с цифровыми микшерными консолями Studer. В этой комбинации звукорежиссёр может менять расположение источника в 3D-поле напрямую с канальной ячейки Studer Vista — как с помощью канальных регуляторов surround-панорамы Vistonics, так и основного джойстика консоли.

Наконец, преимущества WFS проявляются тем ярче, чем выше мощность компьютерной обработки. Это позволяет создавать составные звуковые поля для помещений с изменяемой конфигурацией и приспосабливать системы WFS к пространствам разных форм. «До сих пор это было невозможно из-за недостаточной мощности процессоров, не то что теперь, — говорит г-н Хаак из Shure — Каким бы ни было здание — кубическим, цилиндрическим — мы можем спокойно расположить в нём громкоговорители. Возросшая мощь компьютеров в конечном счете может привести к тому что системы WFS будет проще проектировать и устанавливать. Я могу себе представить, что в один прекрасный день появится инструмент для измерения и настройки, так что круг людей, способных использовать эти системы, значительно вырастет», — резюмирует Хаак.

WFS 6
Система Sonic Wave 1 использовалась для озвучивания таких фестивалей, как Paris Jazz Festival и Classique au Vert.

А пока интеграторы и другие АВ-специалисты могут обращаться к производителям WFS за помощью. Те, кто уже имеет дело с WFS, использую их не только для постоянных инсталляций. К примеру, Sonic Wave 1 использовалась для таких фестивалей как Paris Jazz Festival и Classique au Vert, где стояла открытая сцена, 1400 стульев веером в партере и 2000 стоячих мест за ними. Система WFS состояла из стандартных линейных массивов с пятью элементами d&b Q1 для левого и правого и одним d&b Q1 для центрального кластера. На сцене 10 L-Acoustics 108P использовались как центральный кластер (front fill) систем WFS. Эта система без изменения положений громкоговорителей поработала более чем на 60 концертах — от фортепиано соло до академического оркестра и джазовых ансамблей. Эта важно, т.к. задачей Sonic Emotion было скорее продать WFS прокатчикам, нежели ограничиться инсталляциями в театрах и концертных залах.

Редакция благодарит Тима Крайдела (Tim Kridel) из английского InAVate за подготовку этой статьи.