Почему у нас два уха

На этот, казалось бы, смешной вопрос ответить не так‑то просто. Можно, конечно, предположить, что природа снабдила человека запасными органами, заботясь о резерве организма. И действительно, заболеет одна почка – ее функции берет на себя вторая, засорится правый глаз – мы продолжаем неплохо видеть одним левым. Но если принять такую гипотезу, то чем объяснить отсутствие резерва у такого ответственного органа, как сердце? И почему нет резерва у печени и желудка, у ответственнейших желез внутренней секреции?

Одним словом, когда речь заходит о происхождении парных органов, появляется огромное множество «для чего?», «почему?» и «каким образом?», на которые пока трудно дать определенный ответ.

Но как бы там ни решилась загадка происхождения «двух ушей», как бы ни объяснялось их появление в процессе эволюции, мы твердо знаем, что дает нам наличие именно двух органов слуха. Два уха позволяют определить место, где находится источник звуковых волн, и следить за его движением, позволяет намного лучше ориентироваться в сложном мире звуков (рис. 75). Попробуйте, находясь на шумной улице, на минутку закрыть одно ухо, и вы сразу поймете, как много дает нам бинауральный эффект – эффект двух ушей.

На самых низких частотах, ниже 300 гц, бинауральный эффект практически отсутствует и ухо не фиксирует направление звука (рис. 75, а ). На частотах от 300 до 1000 гц становится заметным сдвиг фаз звуковых волн, попадающих в правое и левое ухо. Мозг мгновенно вычисляет, какому направлению может соответствовать эта разность, и таким образом определяет, откуда идет звук (рис. 75, б ).

На частотах более 1000 гц сдвиг фаз становится очень небольшим (длина волны уменьшается) и поиск направления осуществляется за счет сравнения силы звука, приходящего с разных сторон (рис. 75, в ).

Рис. 75. Бинауральный эффект создает у человека ощущение пространства, позволяет определить направление, с которого приходят звуковые волны, облегчает оценку расстояния до источника звука.

Изумительная «машина» слуховых центров мозга непрерывно сравнивает множество сигналов, поступающих из правого и левого уха, воссоздает в нашем сознании сложную картину пространственного распределения большого числа источников звука. И если мы хотим, чтобы реальная, то есть существующая в месте передачи, объемная звуковая картина сохранилась при воспроизведении грамзаписей или при радиоприеме, нужно, чтобы акустические агрегаты без искажений воспроизвели распределение звуковых колебаний в пространстве. Проще говоря, нужно, чтобы к радиослушателю звуки инструментов большого оркестра или голоса отдельных певцов хора приходили с тех же направлений, что и к слушателю, сидящему в концертном зале.

Подобное требование является для нас новым. До сих пор мы рассматривали методы борьбы со всеми видами искажений и не обращали внимания на искажения пространственной звуковой картины. И прежде, чем рассказывать, как устраняют этот вид искажений, несколько слов о том, как его… специально создают.

В свое время было отмечено, что если в звуковоспроизводящей установке имеется только один громкоговоритель, то создается впечатление, что большой оркестр или хор находится в одной точке (рис. 72). Простейший способ устранения этого недостатка – система 3Д (рис. 73), которая создает объемное звучание, как бы размазывает источники звука по всему помещению. Системы объемного звука, в том числе и 3Д, – это, конечно, обман, умышленное искажение действительной пространственной картины. Но все же этот обман больше похож на правду, чем звучание одинокого громкоговорителя. Вот почему системы объемного звучания получили очень широкое распространение. Во всяком случае, весьма простая система ЗД применяется в большинстве современных приемников, радиол, магнитофонов.

Следующий шаг на пути создания «обманывающих» акустических систем – это псевдостереофония. Один из основных вариантов этой системы рассчитан на применение двухканального воспроизводящего агрегата. Это может быть двухканальный усилитель (рис. 74, 6 ) или просто акустический агрегат с двумя группами громкоговорителей (рис. 74, 1, 2, 3, 4 ). И в том и в другом случае высокочастотные и низкочастотные громкоговорители размещают в разных местах комнаты (рис. 76). При этом у слушателя создается впечатление, что в разных местах находятся различные группы инструментов оркестра, а иногда даже и певцы с разными голосами (например, бас и сопрано). Вы сами понимаете, что и в этом случае мы умышленно искажаем реальную звуковую картину и опять‑таки делаем это для того, чтобы сравнительно простыми средствами создать у слушателя иллюзию оркестра.

Рис. 76. В системе псевдостереофонии высшие и низшие частоты воспроизводятся отдельными разнесенными в пространстве громкоговорителями; высокочастотные источники звука кажутся расположенными в одной части комнаты, низкочастотные – в другой, возникает иллюзия оркестра или ансамбля.

Само слово «псевдостереофония» говорит о том, что создается не настоящее распределение звука в пространстве. Настоящая стереофония, то есть воспроизведение реальной звуковой картины, требует принципиально иных и, кстати говоря, не очень‑то простых технических решений.

Что нужно для того, чтобы получить неискаженное стереофоническое звучание? Для этого необходимо установить в месте передачи большое число микрофонов и соединить каждый из них со своим громкоговорителем, установленным в месте приема, причем в том же участке пространства, что и микрофон.

Установить большое число микрофонов и громкоговорителей не так‑то уж трудно. А вот создание большого числа каналов связи для каждой пары «громкоговоритель – микрофон»– это задача не из простых и, уж во всяком случае, не из дешевых.

Многоканальные системы стереофонии уже много лет применяются в кино. В широкоэкранном кино звук записан на трех дорожках (разумеется, с помощью трех микрофонов) и воспроизводится с помощью трех отдельных усилителей и трех групп громкоговорителей. В широкоформатном кино работают девятиканальные стереофонические установки, и в каждом канале имеется своя фонограмма, свой усилитель и акустический агрегат.

Ну, а как быть со стереофонической грамзаписью?

Нельзя же всерьез говорить об одновременном проигрывании девяти или даже трех пластинок. И для радиовещания многоканальные стереофонические системы непригодны, так как для каждого канала нужен свой радиопередатчик и свой приемник.

И все же создание сравнительно простых и доступных широкому кругу слушателей стереофонических систем грамзаписи и радиовещания стало возможным после того, как необходимое число каналов удалось уменьшить до двух. В этом случае, правда, пространственное «размещение» источников звука воспроизводится не совсем точно, но все же звуковая картина очень напоминает настоящую. В то же время два стереоканала удается втиснуть на одну стандартную магнитную пленку, на одну граммофонную пластинку и передавать их через одну радиостанцию и принимать одним радиоприемником. Воспроизведение таких записей или радиопередач осуществляется двумя усилителями и двумя акустическими агрегатами, расположенными на некотором удалении один от другого (рис. 77).

Рис. 77. Двухканальная стереофония создает звуковую картину, близкую к реальной. Звук воспринимается двумя микрофонами; его передают по двум каналам связи (записывают на двух фонограммах) и воспроизводят двумя разнесенными агрегатами.

Из нескольких систем двухканальной стереофонии наибольшей популярностью пользуется так называемая система MS, принятая во многих странах мира, в том числе и в нашей стране. При MS‑стереофонии используются два установленных в одной точке микрофона с разными характеристиками направленности – ДН и ОН. Каждый из микрофонов создает свой сигнал, который передается по отдельному каналу и воспроизводится отдельной группой громкоговорителей.

При стереофонической радиопередаче оба канала переносятся одной радиоволной, а в приемнике происходит их разделение с помощью несложной приставки [14].

Звуковая дорожка (канавка) стереофонической грампластинки напоминает желоб со скошенными стенками (рис. 77, а ), причем на каждой стенке записан сигнал лишь одного из двух каналов. Игла звукоснимателя, двигаясь по такой канавке, совершает сложные колебания, которые передаются двум пьезокристаллам. Один из кристаллов воспроизводит электрический сигнал левого, а другой – правого канала.

На рис. 78, 3 показана схема простого радиограммофона для воспроизведения стереофонических грамзаписей. Как и следовало ожидать, он состоит из двух одинаковых усилителей с двумя одинаковыми громкоговорителями. Отсюда напрашивается важный вывод: для стереофонии можно применить любой из уже знакомых нам усилителей, умножив его на два, то есть сделав два одинаковых усилителя с одинаковыми акустическими агрегатами для левого и правого каналов. Нужно лишь применить в усилителях спаренные регуляторы громкости и тембра R4R12 и R5R11 . Они нужны для того, чтобы при регулировках сохранялось необходимое соотношение сигналов в «левом» и «правом» каналах. В этом случае двухканальная стереофония может дать звуковую картину, очень близкую к настоящей. При воспроизведении обычных – монофонических– грамзаписей оба усилителя стереоустановки могут работать одновременно, для чего достаточно соединить параллельно их входные цепи.

рис. 78 , 3

Помимо классических стереоустановок с одинаковыми усилителями и акустическими агрегатами, находят применение «суррогатные» и «гибридные» установки. Это, разумеется, неофициальные названия, и мы ввели их лишь потому, что они неплохо отражают суть дела.

В первом случае используются неодинаковые, хотя и близкие по параметрам усилители: например, обычная радиола и добавленный к ней самодельный усилитель с громкоговорителем. При этом, правда, трудно воспроизвести реальную звуковую картину, но все же она получается вполне правдоподобной. Многое зависит от того, как будут отрегулированы усилители, насколько удастся подогнать их выходную мощность и частотную характеристику. Для этого, прислушиваясь к звучанию всей установки, постепенно поворачивают регуляторы громкости и тембра поочередно в каждом усилителе.

В ряде случаев в установку вводят регулятор стереобаланса, который позволяет на расстоянии менять соотношение сигналов в левом и правом каналах. Одна из возможных схем такого регулятора приведена на рис. 74, 7, б . Сопротивление включено в цепь отрицательной обратной связи, и в зависимости от поворота движка уменьшается ее глубина для одного канала и увеличивается для другого.

рис. 74 , 7, б

«Гибридными» можно назвать такие звуковоспроизводящие установки, в которых имеется один мощный низкочастотный монофонический агрегат и два разнесенных высокочастотных стереофонических агрегата сравнительно небольшой мощности. При конструировании «гибридных» систем исходят из того, что стереоэффект проявляется лишь на высших частотах, и поэтому сравнительно сложный и дорогой низкочастотный тракт может быть общим – все равно он не участвует в создании стереофонии. Частоту разделения каналов выбирают в пределах 250–300 гц, то есть значительно ниже, чем в монофонических двухканальных системах (рис. 74, 6, б ).

Одна из возможных схем разделения каналов показана на рис. 74, 7, а .

рис. 74 , 7, а

Каждый из дросселей L1 и L2 намотан на стальном сердечнике сечением 4 см2 проводом ПЭ‑0,5 до заполнения каркаса. Общий низкочастотный агрегат установлен в середине комнаты, там же, где и усилитель с проигрывателем. Высокочастотные агрегаты – их может быть два или четыре – разносят на расстояние 2–4 м один от другого. В небольших помещениях база (рис. 77) может быть уменьшена до 1,2–1,5 м. Однако на уменьшение базы стоит идти лишь в самом крайнем случае, так как при этом ухудшается иллюзия концертного зала.

Вполне возможно создание «гибридной» стереофонической установки с использованием уже знакомого нам двухканального усилителя, например по схеме, аналогичной рис. 62.

В этом случае общим будет весь низкочастотный тракт, включая и мощный усилитель, а высокочастотный стереофонический тракт будет состоять из двух одинаковых двухламповых усилителей небольшой мощности. Граничную частоту необходимо снизить три‑четыре раза. Для этого можно в полтора‑два раза увеличить емкость конденсаторов фильтра С5С6С15С16 и во столько же раз уменьшить сопротивления R5 и R23 . Кроме того, в схему следует ввести еще одну лампу 6Н2П. Одна половина ее будет дублировать Л1а , другая половина будет играть роль Л1б во втором высокочастотном канале.

При конструировании и налаживании любых стереофонических усилителей нужно добиваться высокого переходного затухания. Это значит, что переход сигнала из одного канала в другой, например из‑за наводок, должен быть сведен к минимуму.

В заключение стоит заметить, что двухканальная стереофония – дело сравнительно молодое и по многим вопросам здесь расходятся не только мнения слушателей, но и выводы специалистов. Так существуют разные рекомендации по выбору ширины базы, конструированию «гибридных» систем, расчету частотной характеристики каналов, по‑разному оценивается влияние на стереоэффект самих помещений, где установлены микрофоны и громкоговорители. Одним словом, в области двухканальной стереофонии еще далеко не исчерпаны возможности для радиолюбительских экспериментов.