J A N Á Č K O VA A K A D EM IE M Ú ZIC K Ý C H UM Ě N Í V BRNĚ
D IVAD E LN Í FA KU LTA
J a n Vrb k a
DIGITÁLNÍ REVOLUCE JEVIŠTNÍHO ZVUKU
Ba k a lá řs k á p rá c e
Ve d o uc í b a k a lá řs k é p rá c e : M gr. R a d o mír Ko s
Br no 2 0 11
BIBLIOGRAFICKÝ ZÁZNAM VRBKA, Jan. Digitální revoluce jevištního zvuku. Brno, 2011. 166 s., obr. příl. Janáčkova akademie múzických umění v Brně, Divadelní fakulta, Ateliér divadelního manažerství a jevištní technologie. Vedoucí bakalářské práce Mgr. Radomír Kos.
ANOTACE Bakalářská práce pojednává o digitálních zvukových technologiích a jejich využití. Obsahuje stručnou historii práce se zvukem v divadelním prostoru a popis jednotlivých digitálních technologií. Součástí této bakalářské práce je studie zabývající se využitím digitálních zvukových technologií v brněnských divadlech a jejich poruchovostí. ANNOTATION Bachelor thesis describes digital sound technologies and their utilization. It contains a short history of sound work in theater spaces and the description of particular digital technologies. Part of the bachelor thesis is a study about utilization of digital sound technologies in theaters in Brno and their suspectibility to fault.
KLÍČOVÁ SLOVA digitální zvukové technologie, digitální mixážní pult, digitální zvuková síť, reprodukční soustavy line array KEY WORDS digital sound technologies, digital mixing console, digital audio network, line array loudspeaker systems
Prohlášení Prohlašuji, že jsem předkládanou práci zpracoval samostatně a použil jen uvedené prameny a literaturu. Současně dávám svolení k tomu, aby tato diplomová práce byla umístěna v Knihovně JAMU a používána ke studijním účelům.
V Brně dne 30. srpna 2011
Jan Vrbka
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval vedoucímu mojí bakalářské práce Mgr. Radomíru Kosovi za cenné odborné rady a trpělivost, panu Marcelu Filkovi z firmy MA.CZ za zapůjčení odborných materiálů, panu Pavlu Boudnému za zprostředkování materiálů o historii zvukové techniky a panu Tomáši Horvátovi za poznatky z praxe systémového technika L-ACOUSTICS. V neposlední řadě děkuji všem brněnským zvukařům, kteří se výzkumu zúčastnili a Doc. Mgr. Janu Kolegarovi za inspiraci.
Obsah 1. Úvod...............................................................................................................12 2. Historie práce se zvukem v divadle.........................................................14 2.1. Akustická řešení......................................................................................14 2.2. Elektroakustické řetězce v divadle.........................................................19 2.3. Digitálních zařízení v elektroakustických řetězcích...............................24 2.4. Historie digitálních mixážních pultů......................................................26
3. Digitalizace zvuku.......................................................................................29 3.1. Důvody digitalizace zvuku...................................................................29 3.2. Principy digitalizace zvuku..................................................................30 3.3. Nové pojmy............................................................................................31 3.3.1. Převodníky………………………………………………………31 3.3.2. Vzorkovací kmitočet a bitová hloubka………………………….31 3.3.3. Kvantizační chyba.........................................................................32 3.3.4. Aliasing.........................................................................................34 3.3.5. Digitální signálový procesor.........................................................34 3.3.6. dBFS a vhodná úroveň modulace.................................................36 3.3.7. Latence.........................................................................................39 3.3.8. Synchronizační signál...................................................................39
4. Digitální zařízení pro práci se zvukem...................................................41 4.1. Zdroje signálu.......................................................................................41 4.1.1. Mikrofony.....................................................................................41 4.1.2. Bezdrátové systémy......................................................................43 4.1.3. Přehrávače kompaktních disků....................................................46 4.1.4 Minidisc.........................................................................................48 4.1.5. Přehrávače paměťových karet......................................................48 4.1.6. Softwarové přehrávače v osobních počítačích..............................49 4.2. Zařízení pro směšování signálu...........................................................51 4.2.1. Analogové mixážní pulty s digitální částí………….....................51 4.2.2. Digitální mixážní pulty.................................................................54 4.2.3. Ovládání digitálních mixážních pultů...........................................54
4.3 Digitální zvukové sítě.............................................................................56 4.3.1 Uzavřené digitální zvukové sítě.....................................................57 4.3.1.1. ADAT...................................................................................57 4.3.1.2. AES 3 (AES/EBU)..............................................................58 4.3.1.3. AES 10 (MADI)..................................................................59 4.3.1.4. AES 50 (HRMAI)................................................................61 4.3.1.5. A-Net...................................................................................62 4.3.1.6. S/PDIF.................................................................................62 4.3.1.7. TDIF....................................................................................63 4.3.2. Otevřené digitální zvukové sítě....................................................65 4.3.2.1. CobraNet.............................................................................65 4.3.2.2. Dante……………………………………………………...68 4.3.2.3. EtherSound 100 a EtherSound Giga……………………....69 4.3.2.4. RockNet…………………………………………………...71 4.3.3. Subsidiární zvukové sítě………………………………………...73 4.3.3.1. Optocore…………………………………………………..73 4.3.3.2. UNioN…………………………………………………….73 4.4. Zesilovače a reprodukční soustavy......................................................74 4.4.1. Zesilovače.....................................................................................74 4.4.2. Reproduktorové soustavy line array..............................................76 4.4.3. Speciální reprosoustavy pro nízké kmitočty.................................79 4.4.4. Audio Spotlight.............................................................................81 4.4.5.Systém úpravy akustiky prostoru...................................................82 4.4.6. Digitální reproduktor……………………………………………83
5. Studie využití digitálních zvukových technologií.................................84 5.1 Modelové porovnání analogového a digitálního mixážního stolu.....84 5.1.1. Soundcraft Vienna.........................................................................86 5.1.2. Soundcraft Vi6..............................................................................87 5.1.3. Porovnání parametrů…………………………………………….89 5.1.4. Vyhodnocení……………………………………………………..94 5.2. Stav digitálních zvukových technologií v brněnských divadlech.....96 5.3. Poruchovost zvukových systémů.........................................................99 5.4. Životnost digitálních zvukových technologií………………………102
5.5. Výsledky zjištěné mimo plánovanou oblast………………………..103 5.5.1. Zánik zvukové kabiny………………………………………….103 5.5.2. Užitečnost jednotky decibel……………………………………106 5.5.3. Kvalita filtru Q a jeho význam u digitálních mixážních pultů…107 5.5.4. Křivky stejné hlasitosti………………………………………...108 5.5.5. Typy filtrů pro dělení frekvenčních pásem…………………….110 5.5.6. Zvukovody vysoko tónových měničů………………………….112 5.5.7. Vliv délky reproduktorového kabelu…………………………..115 5.5.8. Porovnávání vlastností digitálních zařízení……………………116 5.5.9. Praktické využití Haasova jevu………………………………...117 5.5.10. Měření zvuku v praxi…………………………………………120 5.5.11. Hlukové limity………………………………………………..123
6. Závěr............................................................................................................125 Seznam citované literatury..............................................................................126 Seznam použité literatury................................................................................129 Seznam tabulek.................................................................................................131 Seznam příloh...................................................................................................132
Seznam zkratek ADAT
Alesis Digital Audio Tape
AES
Audio Engineering Society
AIF
Audio Interchange File Format
apod.
a podobně
ATRAC
Adaptive Transform Accoustic Coding
ATT
Attenuation
A/D
Analog to Digital Converter
BOB
Break Out Box
CC
Compact Cassete
cca
přibližně
CD
Constant Directivity
CD – DA
Compact Disc – Digital Audio
CD – R
Compact Disc – Recordable
cm
centimetr
CMRR
Common Mode Reject Ratio
CRT
Cathode Ray Tube
ČSSR
Československá socialistická republika
DAT
Digital Audio Tape
dB
decibel
DME
Digital Mixing Engine
DOPZ
Družstvo obchodních a průmyslových zaměstnanců
DPP
Digital Phantom Power
DSP
Digital Signal Processing
DVB-T
Digital Video Broadcasting – Terestrial
D/A
Digital to Analog Converter
EBU
European Broadcasting Union
FFT
Fast Fourier Transform
FOH
Front Of House
GPI, GPIO
General Purpose Input/Output
HDR
Hard Disc Recording
HRMAI
High Resolution Multi-channel Audio Interconnection
HU
Height Unit
Hz
hertz
IP
Internet Protocol
kB
kilobyte
kW
kilowatt
LCR
Left Center Right
LR
Left Right
mA
miliampér
MADI
Multichannel Audio Digital Interface
MIDI
Musical Instrument Digital Interface
MLSSA
Maximum-Lenght Sequence System Analyzer
mm
milimetr
MON
Monitoring
MP3
Motion Picture Experts Group Layer III
ms
milisekunda
nm
nanometr
NTSC
National Television Systems Committee
ovl.
ovládání
Q
kvalita
Pa
pascal
PA
Public Adress
PAL
Phase Alternating Line
PCM
Pulse-Code Modulation
PPM
Peak Programme Meter
př. Kr.
před Kristem
RCA
Radio Corporation of America
REF VIDEO Reference Frame Video RF
Radio Frequency
RMS
Root Mean Square
SDI
Serial Digital Interface
SDLA
Smart Digital Loudspeaker Array
SEL
Select
SNR
Signat to Noise Ratio
SPL
Sound Pressure Level
S/MUX
Simple Network Management Protocol / Multiplexing
TDIF
Tascam Digital InterFace
TOC
Table Of Contents
UTP
Micro Transport Protocol
V
volt
VHS
Video Home System
VU
Volume Unit
WAV
Waveform Audio File Format
1. Úvod Prudký rozvoj číslicové techniky během posledních třiceti let mohutně přispěl k zásadním proměnám v oblasti audiovizuální techniky. Velké změny umožnila tato nová vědeckotechnická revoluce spolu s globalizací světa, miniaturizací a internetem, ale tyto změny se projevují rychleji a její dopady jsou mnohem hlubší. Šelakovou gramofonovou desku ze třicátých let dvacátého století, nebyl problém přehrát ani po čtyřiceti letech na nově zakoupeném moderním gramofonu, avšak kompaktní audiokazetu pořízenou před deseti lety dnes v podstatě není na čem přehrát. Nové trendy se tedy projevují mnohem rychleji a jejich dopady jsou mnohem hlubší. V období posledních pěti let jsme svědky razantního nástupu digitálních technologií zpracování zvukového signálu. Tyto technologie se stávají součástí všední praxe.
V této práci jsou zmíněny digitální mixážní pulty, jako hlavní pracovní nástroj divadelního zvukaře. Zmíněny jsou moderní technologické postupy a prvky posledních let. Tyto systémy odbourávají dosud platná omezení. Přinášejí nové možnosti, ale i nová rizika.
V technickém vybavení zvukových pracovišť došlo k velkým změnám, které kladou vysoké nároky na obsluhující personál. V praxi není možné včlenit tato zařízení do provozu pouhou výměnou. Nutností se stává podrobné seznámení pracovníků s těmi aspekty práce na těchto zařízeních, které jsou naprosto odlišné při analogovém zpracování zvukového signálu. Tato rozdílnost vyvěrá již ze samotného způsobu zpracování zvukového signálu, je rozšířena určitou nepřehledností ovládacích prvků. Cílem této práce je formulovat rizika spojená s průnikem těchto nových technologií do praxe, formulovat nejobvyklejší problémy, se kterými se divadelní zvukař setkává a pokusit se nastínit řešení, jak předcházet rizikovým situacím. Tato práce je rozdělena do několika částí. V první části je zachycena stručná historie vývoje zpracování zvuku v divadle, která demonstruje dynamiku 12
jeho současného rozvoje. Druhá část popisuje nové technologie pracující se zvukovým signálem v diskrétní podobě. Třetí částí je studie, zabývající se využitím digitálních zvukových technologií v brněnských divadlech a jejich poruchovostí. Její součástí je modelové porovnání parametrů analogového a digitálního mixážního pultu.
13
2. Historie práce se zvukem v divadle Není možné v této práci detailně popsat přesný a celistvý historický vývoj divadelní budovy z hlediska akustiky a práce se zvukem. Proto je tato kapitola členěna do tří samostatných úseků, v nichž jsou vyzdviženy ty události, které ovlivnily vývoj divadla, či jeho prostoru největší měrou. Tyto události jsou zde popsané zjednodušeně. Přesto mohou demonstrovat, jak se divadelní prostor vyvíjel a osvětlit vlivy, které k jeho zásadní proměně přispěly. Stejně tak zde můžeme sledovat zpoždění nástupu moderních technologií do divadelní praxe v brněnském regionu.
2.1. Akustická řešení Myšlenka na aktivní ovlivnění zvuku, na zlepšení jeho kvalitativních a kvantitativních vlastností, je stejně stará, jako divadelní produkce sama. Tyto snahy, vzhledem k tehdejším technologickým možnostem, se zabývaly zejména akustikou prostoru, tehdy jedinou možností, jak ovlivnit kvalitu zvukového vjemu. Snahy o aktivní zlepšení akustického vjemu jsou nejlépe rozeznatelné na vývoji divadelního prostoru v antickém Řecku a v Římě a performancích v těchto prostorech prováděných. K těmto závěrům lze dospět, nahlížíme-li na performanční prvky z pohledu zvukaře, tedy jako na akustický problém. Předváděl-li Thespis své umění na vyvýšeném místě, bylo to nejen proto, aby byl vidět, ale také, aby jej bylo slyšet a bylo mu dobře rozumět. „I když se informace dochovala, musí být interpretována. Ačkoli se historici obvykle zaklínají svou objektivitou, vnášejí nezbytně do svého díla soustavu názorů a představ – tj. ideologii – která je natolik ovlivňuje, že některé části dochovaných dokladů budou pokládat za významné a jiné za podružné. Interpretují tedy události z jistého hlediska, i když se snaží být nezaujatí. Proto může leccos odhalit, položíme-li si u historických pojednání otázku, jaké představy, či ideologické postoje formovaly interpretaci dokladového materiálu, jehož autor použil. Identifikace autorova postoje neznamená nezbytně zpochybnění jeho interpretace, ale pomáhá pochopit, že to je pouze jedna
14
z možností, jaké se při zpracování materiálů mohou z různých perspektiv vynořit.“ (Brockett, 2005, str. 19) Počátky divadla v antickém Řecku jsou spjaty s uváděním dithyrambu, hymnu zpívaného a tančeného na počest Dionýsa, řeckého boha vína a plodnosti. Tyto náboženské praktiky, často orgiastického rázu se pořádaly původně na neupravených prostranstvích spojených s kultem boha Dionýsa, v plenéru, za účasti velkého počtu lidí. Velké množství lidí však vytváří také vysokou hladinu rušivého pozadí. Vznik dithyrambického sboru takto lze pochopit jako pokus o zesílení zvukové složky prezentovaného díla. Koryfaios (náčelník sboru) synchronizoval a jednotil projev členů sboru, též mohl před recitovávat přednášený text.
Bylo tak zaručeno, že se předváděný text dostal i k
nejvzdálenějšímu posluchači. Postupně došlo k vytvoření upraveného teatrálního prostoru, jehož primárním účelem bylo zejména zkvalitnit pohodlí účastníků. Původně byl čtvercového, nebo obdélníkového půdorysu, jak dokládá půdorys divadla v Thoriku, jehož nejstarší část pochází z 6. století př. Kr. (Obrázek A. 1). Nelze dnes přesně určit, zda potřeba postupného vyčlenění jednoho herce, pozdější přidání druhého a třetího mohlo být iniciací ke zlepšení akustických podmínek v divadlech antického Řecka. Jisté je, že zlepšením akustických vlastností performančního prostoru byla tato pro divadlo zásadní změna umožněna. Je možná i důvodem, proč se počet členů sboru měnil z 50 na 12 až 15 členů a proč jeho dominance v dramatech postupně klesala. Neustálé navyšování kapacity divadel až na 15000 diváků, jako například u Dionýsova divadla, způsobovalo vysoké nároky na kvalitu hlasového projevu herce. Zadní řady diváků se nacházely až ve vzdálenosti 75 metrů! Řekové proto kladli velký důraz na hlas, posuzovali herce především podle krásy vokálního tónu a schopnosti zvolit takový způsob mluvy, jaký odpovídá náladě a postavě. Přednes pak byl z důvodu srozumitelnosti spíše rétorický, než aby byl realistický a vyjadřoval atributy věku či pohlaví. Neoddělitelnou částí řeckého divadla byla tedy hudba, využívaná pro vyjádření emocí.
15
Řekové ovládali základní znalosti prostorové a stavební akustiky a věděli, jak se zvuk šíří. Konečně slovo akustika má původ v řeckém slovesu ακούω (akuo), tedy slyším. Řekové především využívali znalostí geometrické akustiky, vědy zabývající se odrazem zvukových paprsků od rovinných, křivých i členitých ploch. Na půdorysu divadla v Epidauru (Obrázek A. 2), z pozdního helénistického období, lze tato zjištění jasně demonstrovat.
Půdorys tohoto
divadla je přísně symetrický. Zobrazuje geometrické soustředění diváků na orchestru, kde se nacházel akusticky nejdůležitější zdroj zvuku. Bylo tím zajištěno rovnoměrné šíření zvuku směrem od zdroje k divákovi (Obrázek A. 3). V orchestře se nacházel sbor, hudební doprovod, byly zde prováděny tance a po obvodu byla sedadla pro nejvýznamnější hosty. U většiny divadel tohoto období, jehož největší rozvoj byl kolem roku 150 př. Kr., bylo nejdůležitější změnou značně vyvýšené jeviště, 2,5 až 4 metry vysoké. Přestože jeho délka mohla dosahovat až 42 metrů, bylo pouze 2 až 4 metry hluboké, za nímž se nacházel episkénion (průčelí horního podlaží) vysoký 2,5 až 4 metry, stejně jako proskénion (průčelí dolního podlaží). Těchto průčelí bylo využíváno jako akustických zrcadel a proto bylo jeviště velice mělké. Pomocí odrazu bylo dosaženo obohacení zvukové informace, vedoucí ke zvýšení hladiny hlasitosti vnímaného signálu, což umožnilo snížit energetickou náročnost jeho produkce lidským hlasem, či hudebním nástrojem. Masky helénistického období byly velice rozměrné. Mohly být opatřeny kuželovými či exponenciálními zvukovody. Některé prameny zmiňují i jiná pomocná zařízení k zesílení zvuku1, jejich funkčnost je ale sporná. I tak bylo možné provozovat divadla s kapacitou 3 000 až 25 000 diváků. Do roku 146 př. Kr. dobyl Řím Řecko. Římané přejímali ideje a praktiky od jiných a byli tak ovlivněni řeckou kulturou i v oblasti divadelních staveb. Nelze jim upřít mnohem větší technickou angažovanost. Postupně realizovali velké množství provizorních staveb. Bylo to způsobeno stálou svázaností s náboženskou funkcí divadla, které se provádělo na počest různých bohů, 1 Bývají zmiňovány měděné nádoby umísťované v hledišti. Měly plnit funkci rezonátorů a sloužit k zesilování zvuku. Avšak takové zařízení by mělo jeden velmi výrazný rezonanční kmitočet. Jeho citlivost by byla podstatně větší na poryvy větru, než na drobné změny akustického tlaku, vyvolané hlasem herce vzdáleného 20 metrů. Účel těchto nádob byl asi mnohem jednodušší a sloužily možná spíše k občerstvování diváků.
16
z nichž každý měl svůj okrsek. Uchýlení se k provizorním stavbám se stalo, vzhledem k počtu různých božstev, ekonomickou nutností. Získávali však dostatek cenných zkušeností k rozvoji původní řecké divadelní architektury a první stálé divadlo vybudovali až v roce 55 př. Kr. Změny v architektuře divadla jsou velice patrné. Kruhová orchestra se proměnila na půlkruhovou (Obrázek A. 4). Z akustického hlediska jde o zásadní změnu, protože středem zájmu se stala oblast před vysokou, bohatě zdobenou scenae frons (průčelím jevištní budovy). Bohatá zdobnost scenae frons jistě přispěla k vyrovnanějšímu rozptylu zvukového paprsku, i když její primární funkce byla spíše estetická. Oblast hereckého dění se dostala blíže k divákům. Došlo k zastřešení vstupů a celá budova se stala architektonicky celistvá a uzavřená před okolním ruchem města (Obrázek A. 5). Nad jevištěm se objevila střecha. Všechny tyto úpravy měly za následek podstatné zlepšení akustického vjemu (Obrázek A. 6) a pomohly redukovat počet členů sboru. V období renesance došlo ke kompletnímu zastřešení divadelní stavby, stále však akusticky vycházející především z římského modelu (Obrázek A. 7). Později došlo k prohloubení jeviště a odstranění bohatě zdobeného průčelí, jehož akustickou funkci částečně nahradil malovaný zadní prospekt. Změny akustiky divadelního prostoru postupovaly od kvantity diváků, směrem ke kvalitě jejich vjemu. Divadelní sály byly členité, bohatě zdobené štukami, vybavené dřevěným pódiem, které se chovalo jako ozvučnice a jejich kapacita zdaleka nedosahovala astronomických čísel. Divadlu byl umožněn rozvoj hlasového projevu. Spolu se vznikem bohaté strojní mašinerie, zejména provaziště, se ale objevil nový problém. Často užívané rozmístění hudebníků na scéně spolu s herci nebylo ideální, a proto byl orchestr umísťován až v zadní části jeviště tak, aby nepřekážel ve výhledu. Vysoká nadstavba provaziště divadelní budovy se žel chová jako komín a šířením zvukových vln i do tohoto mohutného prostoru klesla subjektivní hlasitost některých nástrojů v orchestru na neúnosnou mez. I když by tento jev šlo potlačit za pomocí takzvané koncertní mušle, která bývá i dnes hojně používána při hudebních produkcích na rozměrných jevištích, například v Janáčkově divadle v Brně (Obrázek A. 8), omezila by tato rozměrná stavba značně provoz jevištních technologií. Došlo by zejména k omezení funkce 17
scénických mašinérií. A protože vizuální zážitek byl důležitější než vjem hudebního doprovodu, nedošlo k využívání tohoto akustického prvku. Za významný počin v oblasti snahy ovlivnit kvalitu zvuku tak lze považovat přemístění orchestru do orchestřiště, ponořeného před jevištěm. Tyto snahy o akustickou dokonalost vyvrcholily u Richarda Wagnera v jeho Festivalovém divadle dokončeném roku 1876. Wagner pečlivě rozmístil hudební nástroje v orchestřišti a hlasitější nástroje ztišil výškovým rozčleněním orchestru. Hlediště Bayreuthského Festivalového divadla má vějířový tvar, čímž je pro obecenstvo zajištěn rovnoměrný a vyrovnaný poslech. Je až zarážející, jak obezřetně se naši předkové byli schopni vyvarovat rovnoběžných stěn, velkých, hladkých a rovných povrchů, či jinak zvukově problémových míst. Otázka je, jak naši předchůdci bez spektrální analýzy, měřících přístrojů a mikrofonů dokázali vestavět třebas dvorská divadla do již existujících sálů a ty poté následně akusticky upravit? Odpovědí může být metoda běžně používaná u nás i ve světě ještě mezi světovými válkami: Prováděly se mluvené zkoušky, zkoumající srozumitelnost slabikovou a srozumitelnost souvislé řeči. U srozumitelnosti slabikové se postupuje tak, že experimentátor stojí na tom místě sálu, kde se obvykle hovoří, tedy na jevišti a vyslovuje různé slabiky - logatomy, které jsou si fonologicky podobné2. Zkušební posluchači, umístění na různých, předem určených pozicích sálu tyto logatomy co nejpřesněji zapisují. Pak se zjistí počet reakcí správných a špatných, stanoví se jejich číselný poměr, jímž je určeno procento slabikové srozumitelnosti. Oproti tomu u zkoumání srozumitelnosti souvislé řeči pokládá experimentátor z téhož místa jednoduché otázky, na které posluchači písemně odpovídají. I zde se stejným způsobem zjistí poměr odpovědí správných a špatných. Z tohoto poměru pak vyplývá procento srozumitelnosti souvislé řeči, jež bývá zpravidla mnohem vyšší, než u náhodných slabik. Pomocí této metody šlo spolehlivě zjistit rovnoměrnost pokrytí prostoru akustickým signálem, jakož i odhalit problémy související s nadměrným dozvukem. Mezi válkami byla tato metoda užívána také ke kontrole přenosových
2 Příkladem lze uvést slabiky ten – den.
18
vlastností elektroakustických řetězců, zejména k posuzování kvality reprodukce rozhlasových přijímačů a telefonních přístrojů. Zdá se, že naši předkové empirickým vývojem, bez veškerých moderních vymožeností dokázali vytvořit akusticky lepší prostory než generace 20. století, která nerespektujíc dosavadní zkušenosti stvořila kupříkladu budovu Státní opery v Sydney a ta pak musela dodatečně projít nákladnou akustickou úpravou. Je velice smutné, že je v této tradici pokračováno i dnes a nedokonalosti prostoru mají snahu být maskovány množstvím techniky i hlasitostí.
2.2. Elektroakustické řetězce v divadle Divadelní produkce si dlouho udržela akustickou soběstačnost. Hudební i herecký projev byl dostatečně hlasitý a potřebné ruchy zajistily ručně ovládané větrostroje, rachotostroje, či hromové vozíky. K historicky prvnímu použití reprodukovaného zvuku v divadelním představení došlo v Londýně roku 1890. Jednalo se o fonografický záznam dětského pláče. Lze usuzovat, že podobné experimenty s odpovídajícím zpožděním probíhaly i u nás. Ovládání ruchů, tedy i fonografu či gramofonu měl tehdy na starosti inspicient. Avšak samotný počátek využití elektroakustických řetězců v divadelním představení je spjat především až s rozvojem rozhlasu. Vznik pravidelného rozhlasového vysílání měl vliv na pozdější vybavení divadel elektroakustickými řetězci, i když je pouze jednotícím prvkem mnoha vynálezů, jako jsou telefon, reproduktor, fonograf, gramofon a další. Bez masívního komerčního rozšíření rozhlasových přijímačů, spolu s technickým rozvojem rozhlasového vysílání, by divadelní produkce zůstala závislá na akustice prostoru. Z dlouhodobého hlediska byl patrně důležitější vliv hollywoodských studií. Mohutné investice do vývoje zvukové reprodukční techniky daly vzniknout mimo reproduktoru také ekvalizéru a dalším. Ve výsledku tato honba Hollywoodu za věrným reprodukčním systémem přináší své ovoce dodnes a stojí za vznikem mnoha digitálních standardů. Lze s nadsázkou říci, že Hollywoodu vděčíme za vynálezy, rozhlasu pak za jejich penetraci do divadelní praxe.
19
První průniky zvukové techniky do divadla u nás, spadají do 30. let dvacátého století. Tenkrát ještě Československý rozhlas uskutečnil úplně první přímý rozhlasový přenos divadelní inscenace v Československu. Smetanovou operou Dvě vdovy započala 12. února 1925 v budově Národního divadla v Praze éra přímých rozhlasových přenosů divadelních inscenací. Brněnská redakce rozhlasu se připojila k přenosům na vánoce roku 1926, přenosem činoherní inscenace Jiříkovo vidění Josefa Kajetána Tyla, z brněnského Divadla Na hradbách. Zejména činoherní přenosy byly určitou brněnskou specifikou. Za vznikem tohoto fenoménu můžeme hledat finanční nákladnost vlastní rozhlasové tvorby. V souvislostech nelze opomenout absenci dostatečného uměleckého zázemí. Vzhledem k absenci vizuálního vjemu, začalo toto „divadlo pro slepé“ mizet až koncem roku 1927. Dominantou přenosů se stále více stávaly opery a zpěvohry. Po roce 1931 vydalo ředitelství divadel přísný zákaz přímého vysílání premiér, snad ze strachu z ohrožení návštěvnosti. Proto Československý rozhlas postupně frekvenci přenosů snižoval a soustředil se na vlastní tvorbu. Spolupráce s rozhlasem přinesla divadlu především technickou osvětu (obrázek A. 9). Jak je patrné z obrázku A. 10, vznikla v Divadle Na hradbách na pravé straně jeviště provizorní zvuková kabina, minimálně pro potřeby Československého rozhlasu, tedy ještě před rekonstrukcí v roce 1935. Jak uvádí Kolegar ve své Historii scénických technologií, bylo divadlo v průběhu rekonstrukce v roce 1935 vybaveno směšovacím zařízením se dvěma gramofony a dvěma obřími reproduktory. Pokud uvážíme, že přímo vyzařující reproduktor byl vynalezen Chester W. Ricem a Edwardem W. Kelloggem až v roce 19243 (Obrázek A. 11), jde o neuvěřitelně rychlý nástup nové technologie do praxe. Divadlo Na hradbách bylo s největší pravděpodobností první brněnskou scénou vybavenou touto moderní technologií. Lze usuzovat, že prvky zvukové techniky zde používali již po roce 1930. Veškerou zvukovou technikou v divadlech byl po dlouhé období jen gramofon ve spojení s rozhlasovým zařízením (Obrázek A. 12). Tato zařízení 3 Za vznikem reproduktoru moderní konstrukce stála potřeba hollywoodských studií ozvučit kinosály. Od těch dob došlo pouze k drobným konstrukčním úpravám. Nejvýznamnější je použití neodymového magnetu a speciálního cementového tmelu, který umožnil vyšší tepelné zatížení cívky kmitačky.
20
nemohla z konstrukčních důvodů dosahovat dnes běžných výkonů. Výkon 10 W RMS4 byl na dlouhou dobu těžko dosažitelným maximem. Ne všechna divadla byla vybavena touto moderní a drahou technikou. Kde zvuková technika nebyla, mohla být zapůjčena, bylo-li třeba. Ještě v roce 1949 bylo z šesti brněnských divadel, vyjma divadelních sálů, vybaveno rozhlasovým zařízením jen Mahenovo divadlo 5, Janáčkovo divadlo 6, divadlo Reduta a divadlo v paláci DOPZ (zkratka Družstva obchodních a průmyslových zaměstnanců)7. Ozvučení rozhlasovým zařízením však nutně neznamenalo vybavení divadla mixážním zařízením, natož zvukovou kabinou. Nelze dnes přesně vyvodit, jakým konkrétním zařízením byla tato divadla vybavována. Určitou nápovědou může být popis zařízení Národního divadla v Praze, které bylo v roce 1949, z vlasteneckých důvodů, technicky nejlépe vybavenou scénou tehdejší Československé republiky: „V prvním podlaží je ústředna zvukové kulisy. Je zde regulátorová skříň a třítalířový mixážní stůl pro zvukové efekty. Jeviště je ovládáno několika přenosnými reproduktory. Velký reproduktor je zabudován na spodní části osvětlovacího mostu směrem k hledišti. V hledišti jsou dva velké tlampače. Přijímací mikrofony jsou přenosné a lze je umístit kdekoliv. Jimi lze libovolně zesilovat hlasy herců. Rozkazovací mikrofony pro režiséry jsou v hledišti. “ (Javorin, 1949, str. 214) Tato zařízení již obsluhoval plnohodnotný zvukový mistr, který měl na starosti i domovní rozhlas, rozvádějící do provozních prostor mikrofony snímaný zvuk představení a volání inspicienta. Po ukončení druhé světové války docházelo k mnoha přestavbám. Divadla vznikala z kabaretních podniků a původních biografů, jež byly ve velké
4 Efektivní hodnota výkonu. 5 Dnes neexistující budova na rohu Veveří ulice a Žerotínova náměstí. 6 Divadlo Na hradbách, dnes Mahenovo divadlo Malinovského nám. 1. 7 Divadlo v přízemní části nad kinem Scala, Moravské nám. 3.
21
míře rozhlasovým zařízením vybaveny. Tato skutečnost přispěla k širšímu dovybavení divadel alespoň základní zvukovou technikou. Od třicátých let také existovala speciální nahrávací studia, která umožňovala běžným občanům pořízení zvukového záznamu na gramofonovou desku rytím (Obrázek A. 13). Této služby začali záhy využívat i divadelní zvukaři a pořizovali zde potřebné, nejčastěji ruchové záznamy. Nosič však vykazoval řadu neduhů: Neumožňoval současné pořízení několika kopií jedné generace, povrch desky byl měkčí než standardní deska a jeho životnost byla rapidně kratší8. Od druhé poloviny 20. století procházela řada divadel náročnou rekonstrukcí a v české části státu byly postaveny dvě nové divadelní budovy. Přesto ještě na počátku osmdesátých let 20. století byl stav většiny ze 47 českých divadel označován za značně neuspokojivý. V oblasti elektroakustického vybavení bylo největším problémem používání komerční, neprofesionální techniky, jejíž parametry byly v rozporu s požadavky na studiovou kvalitu zařízení. Převážná většina divadel ještě neměla profesionální mixážní stoly, ale vlastnila jen amatérsky stavěné, nebo komerční typy, navíc zastaralé (Obrázek A. 14). Dozvuková zařízení většina divadel nevlastnila. Častým nešvarem bylo používání zastaralých zesilovačů, mnohdy nejednotného typu. Velikost mixážního stolu se pohybovala mezi dvěma až patnácti vstupy, do jednoho až dvaceti výstupů, typicky však šest vstupů do dvou výstupů. Z dnešního pohledu se tato skutečnost jeví téměř neuvěřitelně, neb se jednalo i o divadla s ryze muzikálovým repertoárem! Velmi pozvolna začala být divadla vybavována moderní profesionální zvukovou technikou až počátkem 80. let. Nejlépe na tom byly novostavby a čerstvě rekonstruované budovy. Zařízení bylo na takové úrovni, aby bylo možné pořizovat vlastní profesionální zvukové záznamy pro vlastní potřebu. Do hlediště byly umístěny hlavní a vykrývací reproduktorové skříně, další efektové reproboxy byly nainstalovány na jevišti ve snaze dospět vyšší reálnosti ruchů, či 8
Mohlo dojít též k rozlepení vrstev desky, pokud zvukař cestou ze studia zpět v dešti zmokl. Do konce 70 let dvacátého století byla tato služba pro nezájem zrušena. Lví podíl na tom nesl kvalitativní rozvoj magnetického záznamu zvuku.
22
jako akustická náhrada absentujícího orchestru. Jako dobrý obrázek o stavu technické
vybavenosti
může
sloužit
následující
text,
který
popisuje
elektroakustická zařízení nově instalovaná v činohře Slovenského Národního divadla v roce 1987. „Vlastní ozvučovací systém je tvořen centrálním ozvučením s pětikanálovým provozem, při využití dalších pomocných kanálů, jako jsou efektové nebo ambiofonní………Jako doplňkové jsou systémy odposlechové, mobilní, systém ozvučení technické části divadla a havarijní systém, sloužící pro nouzový provoz při vážné poruše elektroakustického souboru………. Do tohoto celku patří i bezdrátové mikrofony /mikroporty/, které je možno využít i při stavbě dekorací, při zkouškách a při představení…….. Oba tyto velké soubory zařízení jsou vybaveny jednotlivými prvky od firem zabývajícími se výrobou a vývojem těchto systémů a poskytují záruky na kvalitu a spolehlivost. Jsou to zejména firmy Sennheiser, AKG, Electro – Voice, JBL, Shure, Tesla….......... Zařízení pro zpracování signálu je umístěno ve zvukové kabině. Umožňuje vysokou variabilitu a
předprogramovatelné
propojení
jednotlivých
souborů
a
částí
elektroakustického řetězce při zachování provozní spolehlivosti a nejvyšší kvality. Tato koncepce umožňuje i užší spolupráci s dalšími divadelními technologiemi, jako je osvětlení a jevištní technika. Všechny mikrofonní, modulační a signalizační linky z jeviště a hlediště, magnetofonů a dalších zdrojů přicházejí na vstupní manuální přepojovače. Výstupy z těchto přepojovačů jsou připojeny na vstupy automatizovaného, mikropočítačem řízeného modulačního vstupního přepojovače 24/16,
jehož výstupy jsou přivedeny na
linkové vstupy
automatizovaného režijního pracoviště TESLA ESA 4016 s programovatelnou mixáží, upraveného pro divadelní provoz. Signály zpracované na tomto pracovišti jsou vyvedeny na stojany se zesilovači a dále k výstupnímu automatizovanému přepojovači 24/32. Dále je signál veden přes upravovače, zpožďovače a ekvalizéry do stojanu výkonových zesilovačů a dále až k jednotlivým reproduktorovým soustavám…..“ (Bezděk, et al. 1987, str.114)
23
2.3. Digitální zařízení v elektroakustických řetězcích V sedmdesátých letech dvacátého století vstoupila digitalizace poprvé do zvukové profesionální praxe. Nejdříve v podobě zpožďovacích linek, jako byl Lexicon Delta-T 101 (Obrázek A. 15) z roku 1970 s maximálním zpožděním 100 ms9. První plně digitální dozvukovou jednotkou byl EMT Model 250 (Obrázek A. 16).
V ČSSR se od konce osmdesátých let vyráběly digitální efektové
jednotky také, z důvodu nedostupnosti kvalitních zahraničních zařízení pro širší vrstvy uživatelů. Byly pořád z určité části analogové. Signál byl nejprve upraven v analogových obvodech umožňujících barevnou korekci zvuku, teprve poté byl převeden analogově-digitálními převodníky do digitální podoby a zpracován jednoduchým procesorem. Poté byl signál znovu převeden do spojité podoby. Tato zařízení byla vybavena pamětí a bylo je možno dálkově ovládat povely MIDI10. I když prvním digitálním přístrojem, který zvukař použil, byla efektová jednotka, vynález kompaktního disku tuto praxi ovlivnil mnohem silněji. Masová produkce komerčních CD přehrávačů snížila ceny A/D11 převodníků a zavedla standard 44,1 kHz při 16bitové hloubce. V době svého uvedení na trh v ČSSR se CD přehrávač v divadlech téměř nevyskytoval. Způsobila to neschopnost těchto prvních zařízení provádět záznam, vysoká pořizovací cena a nedostatek nahraných nosičů s vhodným záznamem. Také proto později význam CD rekordéru v porovnání s minidiskem zcela upadl, i když dokázal nabídnout kvalitnější záznam. Záznamy se v té době v lépe vybavených divadlech pořizovaly na profesionální kotoučové magnetofony značek Revox, Studer, Mechlabor se samonosnými pásy, při rychlostech 19,5 a 38 cm/s. V horším případě na komerční kotoučové, nebo kazetové magnetofony systému CC. Gramofon již byl v té době dávno vytlačen magnetickým záznamem.
9
ms - milisekund
10 MIDI – Musical Instruments Digital Interface, je dodnes používaný primitivní ovládací protokol. 11 A/D běžné označení převodníků z analogového signálu na digitální. Bývají tak obecně označovány všechny digitální převodníky, tedy i D/A převodníky, které provádí konverzi opačnou.
24
Velký vývojový skok ve sféře domácích počítačů po roce 1980 přinesl rapidní rozšíření vícevrstvých desek plošných spojů, miniaturizaci součástek, vznik pulzních napájecích zdrojů a zejména soustavné zvyšování výpočetního výkonu procesorů. Postupně si z výpočetní techniky začala zvuková technika „vypůjčovat“ moderní vymoženosti jako například pulzní napájecí zdroj, jehož výroba se ukázala méně finančně nákladnou oproti klasickému transformátoru, plnému mědi, tedy těžkému a drahému. Kupříkladu zesilovač DPC 1000 firmy Peavey, uvedený na trh v roce 1994, s výstupním výkonem 1 kW RMS do 4 ohmů v můstkovém zapojení, vážil necelých sedm kilogramů. Ve srovnání s konkurencí byla jeho hmotnost menší o 15 kilogramů a měl poloviční rozměry při výšce 1 HU12. Snížení vstupních nákladů na výrobu mělo logicky dopad na cenu zařízení a tím i vliv na rozšíření mezi širší vrstvu spotřebitelů. Po roce 1989, kdy se vlivem politických změn stala situace pro divadla existenčně kritickou, následovalo období velmi pozvolného obměňování již zastaralé techniky. Směšovací zařízení převážně domácích značek Tesla Bratislava a Elektroakustika Praha, začala být obměňována za výrobky světových renomovaných firem. Ve velkých divadlech se objevují první plně digitální záznamy DAT a první vícestopé digitální záznamy, zejména A-DAT od firmy Alesis13. Vzhledem k ceně, požadavkům a poskytovaným editačním možnostem se nejrozšířenějším zařízením pro záznam a reprodukci v divadle stal minidisc. Se změnou politické situace v zemi, vzkvétal spíše filmový a hudební průmysl. Vzrůstající obliba angloamerické kultury vynesla do popředí muzikál, který byl, jako jeden z mála schopen vyprodat hlediště na dlouhou dobu dopředu. Obliba muzikálu byla tak veliká, že produkční agentura často nakoupila kompletní technické vybavení jen pro potřeby jediné inscenace! Muzikál je
12 HU, též U je zkratka pro Height Unit, standardizovaný rozměr rackových stojanů, o výšce přibližně 44 mm. 13
Toto zařízení dokázalo zaznamenávat synchronně až osm stop na nosič vycházející rozměrově a kvalitativně z tehdy běžné videokazety VHS. Provádět se daly opakované záznamy o více generacích bez zjevné ztráty kvality.
25
pravděpodobně důvodem, proč je dnes v divadlech běžný tak velký počet bezdrátových systémů renomovaných firem14. S rostoucím trhem se začaly objevovat digitální ekvalizéry a také digitální zařízení sloužící ke směšování zvukového signálu.
2.4. Historie digitálních mixážních pultů Není možné stanovit přesně, který výrobce vyvinul první plně digitální zařízení pro mixáž zvuku. Vývoj těchto zařízení probíhal u mnoha výrobců současně. Skutečně prvním sériově vyráběným digitálním mixážním zařízením byl americký výrobek NEVE DSP z roku 1980 (Obrázek A. 17). Tento vyspělý plně digitální mixážní pult s motorizovanými tlumiči je skutečným prapředkem dnešních velkých mixážních pultů se samostatným audio engine15. Jeho celková velikost byla volitelná, šlo o variabilní stavebnici upravovanou na přání zákazníka, s maximálním osazením 56 kanály. Převodníky byly v samostatném stage boxu16 spojené s audio core17 pomocí optického kabelu, který mohl přenášet až 16 vstupních a 4 výstupní kanály ve formátu vycházejícím principielně z AES 3. Samozřejmostí byly dálkově ovládané předzesilovače. Vlastní digitální signálový procesor byl v rozměru 36 HU. Jako primární grafické rozhraní sloužil barevný CRT monitor s vysokým rozlišením18. Channel strip19 mělo toto zařízení horizontální, to znamená, že po zvolení příslušného
14
Lze zaznamenat vzrůstající tendenci nahrazování hlasových nedostatků technickými prostředky, takže používání mikroportů bude stále běžnější. Na druhou stranu dochází i k takovým extrémům, kdy zvukař, aby nemusel natahovat kabely, raději propojí všechny nástroje na jevišti bezdrátově. Tyto bezdůvodně vysoké počty vysílačů zapříčiňují časté výpadky signálu interferencí nosných vln.
15 U velmi výkonných mixážních pultů je konstrukčně oddělena část zpracovávající signál od části ovládací, a od A/D převodníků. 16
Konstrukčně oddělená část, ve které se nachází A/D a D/A převodníky.
17
Konstrukčně oddělená část, která obsahuje digitální signálový procesor.
18 Pravděpodobně 640 x 480 obrazových bodů 19
Způsob rozložení ovládacích prvků vstupního dílu mixážního zařízení. Název je převzat z označení vstupního dílu analogových mixážních pultů, který tvořil souvislý vertikální pás.
26
kanálu tlačítkem SEL bylo možné nastavovat všechny důležité funkce (zisk, ekvalizaci, dynamiku) v horizontální rovině. Každý vstupní díl byl osazen 200 segmentovými plazmovými zobrazovači s volitelnou charakteristikou zobrazení PPM nebo VU20. Na každý vstupní kanál bylo možné zařadit čtyř pásmový parametrický ekvalizér s nastavitelnou kvalitou filtru Q u dvou prostředních pásem. Bylo též možné zařadit laditelný krokový filtr, horní propust, dolní propust, kompresor, gate, expander, zpoždění. Kaskáda jednotlivých prvků byla volitelná. Vnitřní sběrnice byla 32 kanálová: 16 typu AUX s volitelným stereofonním provozem, zbylé typu GROUP. Provoz pultu mohl být LR, LCR, nebo s pěti samostatnými kanály. Základní vzorkovací kmitočet byl 48 kHz při hloubce 16 bitů. Vnitřní zpracování probíhalo při 32 bitech. Jeho programové vybavení obsahovalo auto diagnostiku i automatizaci. Veškerá nastavení i automatizace bylo možné uložit na floppy disk s kapacitou 360 kB, maximálně však 100 jednotlivých scén. Konstrukčně důležitější byl první plně digitální mixážní pult Yamaha s označením DMP7 (Obrázek A. 18), uvedený na trh v roce 1987 pod názvem Digital mixing processor, protože umožnil přístup k digitální zvukové technologii podstatně širší skupině uživatelů. Celé zařízení, včetně A/D a D/A převodníků se nacházelo v jediném obalu. Byl to přímý předchůdce legendární Yamahy 01V. Tento první model obsluhoval osm linkových vstupů do dvou výstupů a tři pomocné auxové sběrnice. Obsahoval vestavěné tři efektové jednotky, sekvencer, kompresor. Každý vstup měl tří pásmový plně parametrický ekvalizér
s nastavitelnou
hodnotou
Q
a
motoricky
ovládaný
tlumič.
Samozřejmostí bylo propojení MIDI, a tak se postupem času na stolních počítačích firmy Atari objevil první software Cubase firmy Steinberg/Jones, který umožnil DMP7 dálkově ovládat, provádět automatizace a ukládat nastavení do paměti počítače. Pomocí rozhraní označeného cascade bylo možné řadit za sebe libovolný počet DMP7, aniž by docházelo ke změně parametrů. Vzorkovací kmitočet byl odvozen z A/D převodníků běžných CD přehrávačů, tedy 44,1 kHz při bitové hloubce 16. Za cenu kolem 4000 USD v roce 1987 toto zařízení
20 PPM – Peak programme meter, VU volume unit meter
27
nabízelo dynamický rozsah 88 dB, odstup signálu vůči rušivému pozadí 77 dB při frekvenčním rozsahu 20 Hz – 20kHz v pásmu +1/ -2 dB. Skutečným průmyslovým standardem se ale stal až nástupce DMP7, model 01V (Obrázek A. 19), stejného výrobce. Vyrábí se od roku 1993 s drobnými změnami dodnes. Šlo o první digitální pult hromadně používaný divadelními soubory v zahraničí. Jeho konstrukční filozofie, provozní stabilita a cena je příčinou masového rozšíření digitálních mixážních pultů v dnešní době. Je velice smutnou skutečností, že v České republice celá řada divadel na nástup digitálních mixážních pultů teprve čeká. Proto není možné popsat historii použití digitálních mixážních zařízení v divadlech. Lze pouze uvést, že prvním brněnským divadlem vybaveným digitálním mixážním zařízením bylo Městské divadlo Brno.
28
3. Digitalizace zvuku Cílem této kapitoly je objasnit důvody digitalizace zvuku, i její principy. Jsou zde vysvětleny nové pojmy, které se dříve ve zvukové technice nevyskytovaly. Jsou zde také zmíněny některé rizikové faktory digitalizace zvuku.
3.1. Důvody digitalizace zvuku Hlavním důvodem proč došlo k vývoji digitálních zvukových zařízení je fakt, že analogová elektronika bude vždy náchylná k vytváření šumu. Způsobuje to náhodný tepelný pohyb elektronů v součástkách. Ačkoli tento jev může být značně minimalizován dobrým návrhem obvodů, nebo použitím vysoce kvalitních součástek, vždy bude analogové zařízení produkovat nějaký šum. V digitálních zařízeních se využívá tranzistor jako spínač a neuplatní se zde tak náhodný šum produkovaný elektrony v součástkách. Zvuková křivka je zde reprezentována sérií čísel, které můžeme bez problémů přenášet a kopírovat. Analogový signál se převádí do digitální podoby s pomocí analogově – digitálního převodníku (dále jen A/D), který měří analogové vstupní napětí v přesně vymezených časových intervalech a generuje vždy vzorky, takzvané samply. Sampl je číslo zobrazující okamžitou úroveň signálu. Převodník o vzorkovacím kmitočtu signálu 44,1 kHz vzorkuje signál 44 100 krát za vteřinu a je-li dobře navržen, velikost vzorků je ve vzájemném poměru se vstupním napětím (Obrázek B. 1). Protože číslo může být popsáno a zkopírováno s absolutní přesností, digitální zvukové signály mohou být transportovány z jednoho přístroje do jiného (nebo z jedné části digitálního mixážního pultu do jiné), bez jakékoli kvalitativní změny. Na druhou stranu, analogový signál nemůže projít žádným zařízením bez mírného ovlivnění. Lze to připodobnit k modelování z jílu a kostiček Lega. Můžeme sice vytvořit kopie obou modelů, ale jen model postavený z kostek Lega bude věrný originálu, bez ohledu na to kolikrát jej zkopírujeme, či kolik kopií z kopií pořídíme. Vždy bude přesně odpovídat originálu. 29
3.2. Princip digitalizace zvuku Analogová zařízení pracují se spojitou změnou hodnoty, jako jsou napětí a proud. Digitální elektronika pracuje s diskrétními hodnotami – čísly, které zachycují pouze jednu z celé řady možností. Digitální obvody tak činí pomocí jedniček a nul reprezentujících rozdíl, mezi - zapnuto a vypnuto, nebo napětí přítomno, či ne. Tento rozdíl způsobuje, že digitální a analogové systémy zpracovávají zvuk naprosto rozdílnými cestami. Zvuk je vibrace vzduchových molekul. Udeříme-li na buben, jeho blána kmitá. Přenáší pohyb na okolní vzduch a rozechvívá okolní molekuly vzduchu v sérii tlakových vln, které vnímá zdravý člověk v rozmezí 16 Hz až 16 kHz21. Tyto drobné změny atmosférického tlaku vnímá posluchač jako zvuk bubnu, až když dosáhne jeho ušního bubínku. Ale pokud potřebujeme udělat se zvukem něco
víc,
třeba
pořídit
záznam,
nebo
zpracovat,
potřebujeme
něco
ovladatelnějšího, než jsou změny atmosférického tlaku vzduchu. V analogových obvodech jsou zvukové vlny reprezentovány spojitým elektrickým signálem. Na začátku typického zvukového řetězce je mikrofon, který převádí změny akustického tlaku na spojitý elektrický signál pomocí membrány, která generuje proměnlivý elektrický proud. Na straně druhé reproduktor změnou elektrického proudu pomocí svojí cívky spojené s membránou produkuje změny tlaku vzduchu. Digitalizaci signálu lze rozčlenit na dva samostatné bloky – samplování a kvantizaci. Při samplování dochází k měření amplitudy zdrojového signálu v daných časových intervalech. Kvantizace je konverze těchto amplitudových hodnot do konečného rozlišení. Nejmenší krok převodníku se nazývá least signifiant bit. Celkový počet zaznamenaných amplitudových hodnot pak nazýváme bitovou hloubkou a odpovídá oblasti mezi nejnižší a nejvyšší amplitudovou hodnotou. 16 bitový převodník rozloží vzorek na 65 536 úrovní 20 bitový převodník rozloží vzorek na 1 048 576 úrovní 21 V závislosti na věku a stavu poškození sluchu.
30
24 bitový převodník rozloží vzorek na 16 777 216 úrovní
3.3. Nové pojmy Digitalizace zvuku s sebou přináší celou řadu nových specifických pojmů, které je důležité objasnit. Těchto se u analogu nepoužívalo, nicméně pochopení a znalost jejich obsahu je základem práce s digitálními zařízeními na zpracování zvuku.
3.3.1. Převodníky Převod mezi analogovým a digitálním signálem zajišťují A/D převodníky. Konverze je jeden z mnoha kritických stupňů cesty zvukového signálu. I když je signál ve své digitální podobě dostatečně silný a stabilní, převodem z analogové formy se významně zvyšuje možnost degradace zvukové kvality. K tomu, aby byl zachycen vstupní signál co možná nejlépe, je výhodnější použít převodníky nabízející vyšší bitové rozlišení, tedy dnes typicky 20 či 24 bitové, spíše než 18 nebo 16 bitové, často používané v CD a DAT přístrojích.
3.3.2. Vzorkovací kmitočet a bitová hloubka Dva velmi důležité faktory determinující kvalitu digitálního zvukového řetězce jsou bitová hloubka a vzorkovací kmitočet. Dle Nyquistova teorému vhodně navržený digitální zvukový systém může přenášet zvuk ve frekvenčním pásmu odpovídajícímu maximálně polovině jeho vzorkovacího kmitočtu. Pro plné pokrytí celého pásma lidského sluchu je tedy požadován vzorkovací kmitočet 40 kHz. Nyquistova frekvence je tedy nejvyšší kmitočet, který je zařízení schopné zpracovat a je roven polovině vzorkovací frekvence. Zdvojnásobením vzorkovacího kmitočtu lze dosáhnout lepšího odstupu signálu od šumu o 3 dB.
31
Bitová hloubka určuje poměr odstupu signálu vůči šumu zařízení SNR22, to jest, jak moc velký je rozdíl mezi nejhlasitějším přenášeným zvukem a nejtišším, který zanikne v šumu. Digitální systémy mohou dosáhnout hodnoty 6,02 dB odstupu signálu od šumu na jeden bit, proto 16 bitový systém může zvládat SNR 96 dB. Teoreticky 20bitové systémy zvládnou 120 dB SNR, ale je velmi těžké těchto teoretických hodnot dosáhnout.
3.3.3. Kvantizační chyba Při kvantizačním procesu dochází k určité ztrátě informace vlivem zaokrouhlování
okamžitých
velikostí
signálu.
Tuto
ztrátu
nazýváme
kvantizačním zkreslením, či kvantizačním šumem. Ke kvantizační chybě dochází jen v oblastech, kde není k dispozici dostatečný počet bitů pro zaznamenání vlny. Týká se to velmi slabých signálů. Tato chyba je šumovým faktorem digitálních systémů a je nepřímo úměrná velikosti bitové hloubky. Lze si ji představit jako obdélníkový signál (Obrázek B. 1). Kvantizační chyba se ve zvukovém signálu projevuje jako náhodné artefakty a subjektivně snižuje jeho kvalitu. Tyto náhodné artefakty lze připodobnit ke zvukovým jevům vznikajícím u záznamu MP3 s velmi nízkou přenosovou rychlostí. Vlivem modulace jsou tyto artefakty bohaté na vyšší harmonické složky a dochází k maskování užitečného signálu. Jelikož jde o velmi slabé signály, posouzení vyžaduje dobré poslechové podmínky a značnou míru soustředění. Tuto chybu lze do určité míry eliminovat použitím vyššího vzorkovacího kmitočtu takzvaného oversamplingu, než je vyžadováno Nyquistovou teorií. Pokud je převáděn signál z 24 bitové hloubky na nižší 16 bitovou hloubku, dojde nevyhnutelně ke ztrátě kvality. Existuje naštěstí několik účinných metod jak minimalizovat dopady tohoto převodu: Aditivní dithering je nejjednodušší metodou často používanou v digitálních mixážních zařízeních. Jeho podstatou je přidání malého množství pseudonáhodného šumového signálu takzvaného ditheru. Jeho
22 SNR – signal to noise ratio, odstup užitečného signálu od rušivého napětí.
32
úlohou je zvýšit rozlišovací schopnost převodníku při nízkých signálových úrovních. Lidský sluch je mnohem citlivější na zkreslení i pod úrovní šumu, než na šum jako takový. Lze tak v podstatě zvýšit dynamický rozsah, který by byl mnohem horší. Dither je v zařízeních zařazován před proces kvantizace. Substraktivní dithering je rozšíření aditivního ditheringu o proces odečítání ditheru na výstupu zařízení a to buď analogovou, nebo digitální cestou. Do kvantizačního procesu vstupuje signál opatřený aditivním ditheringem, za kvantizací je tento dither opět od signálu odečten. Tato metoda dosahuje lepších výsledků, než předešlá. Není příliš rozšířená z důvodu nutné přesné synchronizace a nejednotnosti používaných standardů. Jelikož je jako zdroj ditheru používán generátor pseudonáhodných čísel a nesmí dojít k žádné změně signálu, je pro mixážní pulty tato technologie nepoužitelná. Noise shaping je obvod zpětné vazby aplikovaný na signál před vstupem do kvantizačního procesu. Jeho účelem je přerozdělit energii kvantizačního šumu tak, aby byl co nejméně patrný. Obvod pracuje tak, že snímá hodnotu signálu před kvantizací a po výstupu z kvantizace. Rozdíl těchto hodnot je kvantizační šum, který je filtrován a odečten od výstupního signálu. Užívá se ve spojení s aditivním ditheringem. Výhodou této metody je že filtruje dither i kvantizační šum, čímž se lze dostat i pod úroveň kvantizačního šumu. Jeho nevýhodou jsou naopak problémy při digitálním tichu (oscilace zpětnovazební smyčky) a modulace šumu užitečným signálem, kdy je šumová hladina pohyblivá podle úrovně signálu. Metoda není vhodná pro signály určené k další kompresi z důvodu možného úbytku vysokých kmitočtů a kolísání jejich úrovně.
33
3.3.4. Aliasing V případě, že do převodníku přivedeme signál, jehož nejvyšší frekvence je vyšší než Nyquistova frekvence (polovina vzorkovací frekvence), došlo by k nenávratnému
poškození signálu
jevem nazývaným aliasing. Všechny
převodníky jsou proto na vstupu vybaveny antialiasing filtrem. Jde o dolní propust zařazenou před převodníkem. Tato omezuje nejvyšší frekvenci, jež může být přivedena na vstup převodníku.
3.3.5. Digitální signálový procesor Digitální signálový procesor (dále jen DSP) je vlastním srdcem všech zařízení, která zpracovávají a upravují zvukový signál v diskrétní podobě. Je to mikroprocesor, jehož návrh je optimalizován pro algoritmy používané při zpracování digitálně reprezentovaných zvukových signálů (Obrázek B. 2). Hlavním nárokem na systém bývá průběžné zpracování velkého množství dat „protékajících“ procesorem. Oproti klasickým procesorům von Neumannova typu dokáže DSP zvládnout více operací v jediném taktu. Vznik DSP umožnil prudký pokles cen u zařízení zpracovávajících zvuk. První jednočipový DSP pod názvem MAC4 byl vyroben Bell labs v roce 1979. Architektura procesoru využívá samostatné paměti pro zpracovávaná data a pro obslužný program. Zvyšuje se tak kapacita prostupnosti zpracovávaných dat. Praktické provedení může obsahovat několik samostatných DSP jader v jediném čipu. Základním dělením digitálních signálních procesorů je dělení podle použité aritmetiky: Procesory s celočíselnou aritmetikou – jejich nevýhodou je nutnost převádět neustále celá čísla na reálná a mezivýsledky výpočtů je tak nutné upravovat takzvanými normalizacemi. Vývoj algoritmů v těchto typech procesorů je výrazně náročnější. Jsou určené pro masovou produkci výrobků, kde nevadí poněkud vyšší cena vývoje, ale důležitá je
34
zejména cena samotné součástky. Tyto DSP lze tedy najít kupříkladu v mobilních telefonech a MP3 přehrávačích. Procesory s pevnou řádovou čárkou – jde o konstrukční obdobu procesorů s celočíselnou aritmetikou. Je zde menší spotřeba energie a nižší náklady na vlastní výrobu součástky. Vesměs jsou jimi vybavena levnější zařízení, například mixážní pult Yamaha 01V296. Procesory s plovoucí řádovou čárkou - jsou složitější a dražší. Mají vyšší spotřebu energie, ale vývoj softwaru je pro ně výrazně jednodušší. Používají se v dražších mixážních pultech. Při určitém zjednodušení lze vysvětlit proč je pro určité aplikace, jako je digitální mixážní pult vhodné použít procesory s plovoucí čárkou: při použití vysokých hodnot nastavení zisku ekvalizéru by mohlo dojít k vyčerpání číselné řady. Mixážní pulty pracující s pevnou řádkovou čárkou proto u aplikací typu EQ zařazují funkci zeslabení ATT, aby nemohlo dojít k přetečení dat a následnému zkreslení. Hodnota dat u zařízení vybavených DSP s plovoucí čárkou je relativní, „přemodulování“ na vnitřních sběrnicích nemůže nastat ani v případě nastavení nesmyslně astronomických hodnot. U těchto zařízení tak signalizace overload znamená pouze přemodulování vstupní analogové části A/D převodníku, nebo výstupní analogové části D/A konvertoru. Výkon DSP, i složitost algoritmů použitých při zpracování signálových dat, ovlivňuje celkovou latenci zařízení. Použité algoritmy také významně zasahují do kvality výsledného signálu. Je proto velice těžké určit, které zařízení je pro danou aplikaci lepší, pouze na základě vzorkovacího kmitočtu a bitové hloubky. V zásadě jde o stejnou situaci, jako při porovnávání kvality korekčních obvodů analogových mixážních pultů, kde rozdílnost v návrhu obvodu zapříčinila měřením nezachytitelnou, přesto však subjektivně existující rozdílnost. U analogových zařízení bylo možné posoudit vzájemnou kvalitu alespoň na základě provedených měření přenosových vlastností, SNR, přeslechu, apod.
Tato měření jsou však pro posouzení kvality digitálního zvukového
systému naprosto nedostačující. Jediným reálně měřitelným vodítkem jsou reakční časy zařízení a latence. Vyjma sledování rozhodujících parametrů se proto v praxi nejvíce osvědčuje subjektivní posouzení poslechem. Jinak není 35
možné rozumně vysvětlit evidentně slyšitelné rozdíly ve zvukové kvalitě u parametrově shodných zařízení. V některých případech je naopak možné omluvit složitostí algoritmů vyšší latenci kvalitnějších zařízení.
3.3.6. dBFS a vhodná úroveň modulace Pro zamezení vzniku zkreslení musíme při práci na digitálním zařízení postupovat u nastavení vstupní úrovně podstatně pozorněji, než při nastavování vstupních úrovní na analogovém zařízení. Přebuzení vstupního předzesilovače se projeví nechtěnou změnou zvukového signálu, obvykle způsobenou oříznutím křivky signálu, meze kdy obvody již nejsou schopny zpracovat signál v jeho plné úrovni. U analogových obvodů roste zkreslení postupně s narůstající velikostí vstupní úrovně. Tohoto jevu je často využíváno v nahrávacích studiích, například pro vytvoření teplejšího zabarvení zvuku bicích nástrojů, užitím saturační křivky magnetického
záznamu. Ačkoli je místo
počínajícího
zkreslení dobře
identifikovatelné, je možné u analogových přístrojů tuto hranici mírně překročit. Digitální elektronické obvody pracují s přesně definovaným rozsahem vstupní úrovně. Při zvyšování vstupní úrovně směřující do A/D převodníku se na jeho výstupu objevují větší a větší číselné hodnoty, dokud nepřesáhneme jeho rozlišovací schopnost, pak nastává prudké zkreslení. Toto zkreslení není v žádném případě zvukově příjemné. Pro trvalou funkčnost ostatních zařízení následujících ve zvukovém řetězci, je vhodné se tomuto zkreslení vyhnout. Indikátory vybuzení také pracují odlišně. Analogové mixážní pulty a ostatní zařízení jsou navrženy pro rozdílné provozní úrovně. Většina profesionálních zařízení pracuje s úrovní +4dBu, nebo +6dBu. Souvislost mezi 0dB na měřidlech a místem kdy začíná slyšitelné zkreslení, není pevně dána23. Lze proto mnohdy tuto úroveň bez následků překročit, zvláště jedná-li se o výrobek renomované značky.
23
Značkové výrobky obvykle „snesou“ vyšší úroveň přebuzení, než neznačkové. Rozdíly jsou i mezi jednotlivými produkty výrobce.
36
U digitálních systémů pracujících se zvukem je měření vstupní úrovně vztaženo k 0 dBFS24, bodu vyčerpání číselných hodnot převodníku, od kterého dochází ke zkreslení. Indikátory nejsou vybaveny pro měření nad touto hodnotou, protože už nemají co dál měřit. Zobrazí se jen informace o překročení maximální vstupní úrovně převodníku s nápisem clip nebo over. Jelikož zkreslení nastoupí okamžitě po překročení této hodnoty, platí obecně, že žádná modulační špička nesmí dosáhnout úrovně indikátoru, která bývá označována červenou barvou. Analogie mezi 0 dBu a dBFS vyjádřenými číslem může být různá, vychází z profesních limitací (televize, film, rozhlas, živé ozvučování) a teoreticky by měla být jednotná u všech výrobců. U mixážních zařízení pro ozvučování odpovídá 0 VU hodnotě -18 dBFS. V tabulce č. 1 jsou uvedeny některé profesní kalibrace.
24
0 dB of full scale – plného rozsahu.
37
Tabulka č. 1: Orientační tabulka profesních kalibrací ve vztahu k dBFS dBFS Evropská kalibrace
PPM
-18 dBFS
VU
dBu
0 VU
postprodukce a film BBC
-18 dBFS
“4“
0 dBu
Americká kalibrace
-20 dBFS
0 VU
+4 dBu
Ozvučování
-18 dBFS
0 VU
+4 dBu
Rádio
-16, -14, -
0 VU
+4 dBu
postprodukce
12 dBFS ARD a studiová kalibrace
-10 (-9)
+6 dBu
dBFS
0 dBFS
+16 (+15) dBu
-18 dBFS je referenční hodnota, -9 dBFS je EBU R 68-2000 doporučená
maximum (platí i pro CD nosiče)
kalibrace 0 dBFS
+15 dBu
Zdroj: SENGPIEL, Eberhard. Www.sengpiel.com [online]. 2008 [cit. 2011-0325]. Conversion Voltage V to voltage level Lu and LV. Dostupné z WWW:
.
38
Zásadní rozdíl je také v měřidlech analogových a digitálních mixážních pultů. U analogových zařízení šlo v principu o voltmetr, měřící střední hodnotu s dlouhou integrační konstantou. Měření digitálních zařízení je vždy uvnitř procesu číslicového zpracování. Měřena je špičková hodnota, jejíž nástup je do 1 ms. Cenově vyšší kategorie mixážních zařízení značkových výrobců dovolují změnit nastavení integračních konstant měřidel. Vizuální a funkční odlišnost indikátorů může svádět k častému překračování dovolených hodnot, a je rizikovým faktorem.
3.3.7. Latence Latence je negativní vlastnost všech digitálních zařízení, tedy i zařízení zpracovávajících zvuk. Latence znamená krátké zpoždění signálu na výstupu zařízení oproti signálu na vstupu. Toto zpoždění bývá řádově v jednotkách milisekund. Vzniká při převodu signálu z analogové do digitální podoby a zpět. Druhou příčinou latence je samotné zpracování signálu procesorem. Latence musí být ve zvukových řetězcích přesně definovaná, jinak by mohlo dojít k fázovým posuvům signálu, což je u zvukové mixáže až na výjimky naprosto nežádoucí. Na velikost latence má vliv vzorkovací frekvence i bitová hloubka25. Při samotném zpracování pak latence závisí ještě i na výpočetní kapacitě procesoru.
3.3.8. Synchronizační signál Každé zařízení schopné zpracovávat zvukový signál v diskrétní podobě potřebuje synchronizační signál. Ten může být součástí přenosového protokolu digitální zvukové sítě, nebo může být k zařízení z důvodu zvýšení stability
25 Rozdíly v konstrukci A/D převodníků mohou zapříčinit různou latenci u dvou funkčně stejných zařízení. Není proto vhodné kombinovat bez důvodu zařízení různých výrobců. Rozdíl latence může dosahovat i hodnot kolem 1 milisekundy. Z důvodu kompenzace těchto rozdílů je každý vstupní díl digitálního směšovače vybaven nastavitelným zpožďovacím obvodem.
39
regenerací26 synchronizačních pulsů přiveden zvlášť, nejčastěji ve formě signálu wordclock. V případě jednosměrného propojení dvou zařízení je přivedení externí synchronizace nutností27. Existují i jiné formy synchronizace, například REF VIDEO v normě PAL nebo NTSC. Synchronizační signál jednotí pracovní frekvenci všech zařízení zapojených v řetězci. Není možné vzájemně synchronizovat zařízení s různou vzorkovací frekvencí. Synchronizační signál, i jako součást přenosového protokolu podléhá vlivem vlastností kabelů a zařízení drobným změnám: Dochází ke kolísání kolem časové základny, které označujeme jako jitter (Obrázek B. 3). Je nezbytné při propojování zařízení používat vhodnou kabeláž s odpovídající impedancí.
26 To souvisí s velikostí jitteru, který se zvětšuje například při větším množství zařízení v řetězcově řazené digitální síti. 27 Příkladem je propojení digitálního mixážního pultu s externím A/D převodníkem jen jedním kabelem, kdy zdrojem synchronizačních impulzů je mixážní zařízení.
40
4. Digitální zařízení pro práci se zvukem V této kapitole jsou zmíněna zařízení, která využívají moderních prostředků pro zpracování zvuku. Uvedeny jsou i změny, ke kterým došlo postupným vývojem u zařízení, která jsou z valné části ještě analogová. Pochopení konstrukčních inovací může přinést kvalitativní posun v práci divadelního zvukaře, i když význam některých zařízení pro divadelní provoz může být sporný. Pro pestrost jsou zde uvedeny i některé nové vývojové směry. Pro přehlednost je kapitola rozdělena do čtyř částí dle smyslu zvukového řetězce. U některých zařízení je uveden i jejich rizikový faktor, ve vztahu k divadelnímu provozu.
4.1. Zdroje signálu Za zdroje signálu lze obecně považovat ty technické prostředky, které provádějí přeměnu akustického tlaku na digitální signál, ať již přímo, nebo za pomocí dalších zařízení. Zdrojem signálu tak v této části vnímáme soubor technického zařízení převádějící signál (z jeho jakékoliv podoby) do digitální formy. Tyto zdroje jsou umístěny na začátku elektroakustického řetězce. Mohou jimi být mikrofony, ale i přehrávače kompaktních disků.
4.1.1. Mikrofony Mikrofony relativně dlouho odolávaly digitalizaci. Jednou z firem, která uvedla na trh plně digitální mikrofon je Neumann a stalo se tak v roce 2001. Tento tradiční výrobce vysoce kvalitních mikrofonů vyrábí svoje klasické produkty i ve verzi s označením D. Důvodem pro tento počin je přesun A/D převodníku co nejblíže k membráně mikrofonu pro eliminaci negativních jevů, které mohou vzniknout přenosem signálu do směšovacího zařízení, jako jsou brumy a šumy. Základní princip mikrofonu zůstává nezměněn. Je minimalizován nežádoucí útlum způsobený vedením analogového signálu kabelem. Mikrofony používají komunikační rozhraní AES 42. K propojení mikrofonu není možné použít klasický stíněný kabel s konektory XLR. Propojování se děje pomocí speciálního 41
kabelu s konektory XLD. Protože jsou tyto konektory vizuálně téměř shodné s konektory XLR jsou odlišeny pruhovaným proužkem a umístěním klíče s jiným tvarem. Samičí konektor XLD je vybaven speciálním zemnícím kontaktem ve tvaru kroužku (Obrázek C. 1). Standard AES 42 počítá se zpětnou kompatibilitou kabelů a zařízení, tedy do vstupní části mixážního pultu by mělo být možné jak zapojení konektorů XLD, tak stávajících analogových zdrojů signálu pomocí konektorů XLR. Fantomové napájení po kabelu je v zásadě totožné se stávajícím napájením typu fantom, označuje se Digital Phantom Power (DPP), s napětím 10 V o maximálním proudu 250 mA. Velice málo výrobců zatím implementuje protokol AES42 do svých zařízení. Proto je prozatím nutné použít pro připojení mikrofonů s protokolem AES42 speciální adaptér, na jehož výstupu je pak signál ve formátu AES 3, nebo S/PDIF.
Použití protokolu AES 42 podporuje
vzorkovací kmitočty do 384 kHz, při současném obousměrném přenášení ovládacích povelů, jako jsou nastavení směrové charakteristiky, zpoždění, či spuštění testovacího signálu. Pokud se tento formát prosadí, zvukař v budoucnu bude propojovat mikrofony s digitálním mixážním stolem, stále stejnými kabely s konektory XLD. Tato vize může ztroskotat na nejednotnosti výrobců a na jejich neochotě implementovat protokol AES42 do svých výrobků28. Dalším vhodným příkladem průniku digitalizace do zdrojů signálu, jakými jsou mikrofony, je zařízení AudioScope firmy Squarehead Technology (Obrázek C. 2). Nejedná se o samostatný mikrofon, ale o soubor 285 kondenzátorových mikrofonů s kulovou směrovou charakteristikou, umístěných na kruhové základně o průměru 1,5 metru. Uprostřed této základny je umístěna širokoúhlá kamera. AudioScope dokáže signál z tohoto obrovského množství mikrofonů zpracovat tak, že vzájemným zpožďováním a komparací jejich signálů v DSP vytváří takzvanou multi-směrovou charakteristiku. Operátor pomocí dotykového
zobrazovacího
zařízení dokáže ovlivnit
směrovou
charakteristiku tak, aby snímal zvuk jen v požadované oblasti. Tuto oblast lze zužovat, přemisťovat a rozšiřovat, bez nutnosti jakkoli měnit polohu zařízení. Systém AudioScope umí sám rozeznat současně až 5 zdrojů zvuku, na ty se 28
Firma Neutrik, nejznámější výrobce kvalitních konektorů pro zvuková zařízení, nenabízí žádné konektory typu XLD, přestože Audio Engineering Society ve své specifikaci normy AES42 zobrazuje konektory přímo tohoto výrobce.
42
zaměřit a sledovat je. Může používat výstupní rozhraní AES3, nebo dle požadavků. Tento systém je určen pro aplikace, kdy není možné snímat zvuk z bezprostřední vzdálenosti, například při komunikaci s publikem. Jeho schopností by bylo možné využít i v divadle. Je možné takový systém zavěsit nad jeviště a použít jej jako zálohu v případě výpadku signálu u problematických bezdrátových mikrofonů.
4.1.2. Bezdrátové systémy Bezdrátovým systémům zatím vévodí analogový přenos, ne však na dlouho. Dosavadní přijímače v ovládací části již jsou plně digitální, podporují vzdálenou správu těchto zařízení po místní síti LAN. Mohou také zcela automaticky provést proces vhodného rozdělení frekvencí. S funkcí přehledového skeneru je také spojena schopnost odhalit a archivovat chyby v přenosu (Obrázek C. 3). Tato archivační schopnost si v ničem nezadá s certifikací ISO. Operátor navíc vidí hlášení o chybách ze všech přijímačů na jediném velkém monitoru počítače, včetně nastavení zisku mikrofonu a stavu baterie. Má tak celý systém pod kontrolou. Jediný plně digitální bezdrátový systém vyrábí zatím pouze firma AKG, pod označením D7500. Dosavadní systémy používají analogový přenos signálu. Datově jsou přenášeny pouze servisní informace o nastavení zisku mikrofonu, zapnutí umlčovacího přepínače a stavu napájení vysílače. Příčinou malé nabídky digitálních bezdrátových souprav jsou obavy trhu se stabilitou těchto systémů v provozu. Pokud dojde u analogového zařízení k úbytku signálu na přijímači, tato ztráta se projeví zvolna, je doprovázena mírným šumem, zvláště dobře slyšitelným při velmi nízké úrovni modulace. U digitálního bezdrátového systému dojde i při krátkodobém oslabení nosné vlny k totálnímu výpadku celého zvukového signálu, který je mnohem rušivější, než krátkodobý slabý šum. Zatlumení je při tom nezbytně nutné, neboť zvukové artefakty takto vzniklé by mohly být nebezpečné pro další zařízení ve zvukovém řetězci. Pro představu o funkčnosti bezdrátového digitálního systému lze použít analogii televizního vysílání DVB-T. Přitom digitalizace bezdrátových systémů přináší řadu benefitů, 43
které nejde opomenout. Lze použít současně větší počet vysílačů při horších příjmových podmínkách. Přijímač je vybaven funkcí spektrální analýzy celého pásma přijímače, možností ovládání počítačem. Samozřejmostí je vestavěný ekvalizér, kompresor s funkcí de-esseru, či gate. Navíc v kvalitě přenášeného zvuku se zde tolik neprojeví cena zařízení, jako je tomu u mnoha analogových systémů29. Bezdrátové systémy jsou velkým zdrojem častých poruch. Příčin je mnoho. Lze je rozdělit do dvou skupin: Mechanické poruchy - zpravidla se jedná o mechanické poškození interpretem. Nejčastější je ulomení antény vysílače, nebo přetržení přívodního kabelu náhlavní sady. Protože se jedná až na výjimky o kondenzátorové mikrofony, je narušení kabelového svazku s napájením kritické. U náhlavních souprav hrozí také vysoké riziko poškození citlivého kondenzátorového mikrofonu stékajícím potem, proto jsou u mikrofonní vložky v místě uchycení vybaveny gumovým kroužkem. Chyba obsluhy - příčiny jsou v nedůslednosti obsluhy, nepochopení principu funkce, zanedbání preventivních opatření. Mezi příčiny tak patří vybité baterie ve vysílači i nevhodné umístění přijímače. Nejčastější příčinou je však špatné rozvržení vysílacích kmitočtů v celém spektru. Moderní doba přináší velké množství zařízení, která generují rušení v pásmech VHF a UHF, které bezdrátové systémy používají pro svůj provoz. Přestože základní kmitočet těchto zdrojů rušení leží ve zcela jiném pásmu, horní a dolní harmonické frekvence, které generují, zasahují i do těchto pásem30. Tato situace je navíc často zhoršena nevhodným rozložením vysílacích frekvencí
29 Tímto nešvarem trpí především výrobky značky Shure, kdy se stejnou mikrofonní vložkou „hraje“ každý výrobní model jinak. Porovnání s drátovým vzorem pak snese jen nejdražší model. 30
Dnes již téměř není možné použít mikroport pro pásmo VHF bez rizika rušení nosné frekvence.
44
mikroportů v použitém pásmu. Lze však navrhnout doporučený postup pro nastavení bezdrátových systémů do velkých celků: 1/ Stanovit maximální počet vysílačů na jevišti, včetně rezervní zálohy 2/ Pomocí přehledového přijímače proskenovat celou šíři možného vysílaného pásma (velké množství bezdrátových přijímačů již tuto funkci umožňuje ve spolupráci s počítačem). Důležité je provádět tuto činnost v obvyklé době představení, neboť řada zdrojů rušení pracuje jen v určitém čase (internetové sítě, radioamatéři). 3/ Frekvence, na nichž byly zjištěny známky rušení, označit a nepoužívat. 4/ Pomocí vhodného počítačového programu, například Sennheiser SIFM,
spočítat pro
stanovený počet vysílačů nejvhodnější
frekvence. Program vypočítá amplitudy harmonických složek jednotlivých vysílačů. Často není příčinou rušení vysílač naladěný na nejbližší frekvenci, ale skupina vysílačů generující harmonické složky na stejné frekvenci. Pro rychlé nastavení je užitečné vědět, že poslední trojčíslí frekvence by se mělo co nejméně shodovat. 5/ Umístit anténu přijímače co nejblíže k vysílači. Toto pravidlo je nutné dodržovat zejména v prostorech s nízkým stropem, nebo klenbou. Odražené elektromagnetické vlnění je přijímačem přijato také a vlivem fázového posuvu se od nejsilnějšího signálu odečítá. Může dojít snadno k situaci, kdy je prvotní signál tak slabý, že jej vstupní šumová brána umlčí.
45
4.1.3. Přehrávače kompaktní disků Historie přehrávačů kompaktních disků (dále jen CD) začala v roce 1980, kdy firmy Sony a Philips společně vytvořili technickou specifikaci známou jako Red Book. V tomto dokumentu jsou uvedeny přesné definice formátu Compact disc – digital audio. Na trhu se první CD přehrávač objevil v říjnu roku 1982. Existují i jiné varianty kompaktního disku, v profesionální zvukové praxi je však nejvíce využívaným formátem jen CD-DA. Kompaktní disk je nosič o průměru 120 milimetrů, obsahující dvoukanálový záznam, kódovaný pulzně-kódovanou modulací PCM s 16 bitovou hloubkou při vzorkovací frekvenci 44,1 kHz. Časový formát je složený z minut, vteřin a zlomků (frame). Tyto zlomky jsou definovány jako velikost jednoho sektoru, tedy 1/75 sekundy.
Nové výrobní technologie umožnily
rozšíření původní 74 minutové kapacity31 až na 98,5 minuty. Při této kapacitě mohou v budoucnu vyvstat problémy s kompatibilitou. Data na nosiči jsou uspořádána do spirály, podobně jako na gramofonové desce, začátek je vždy u středu. Originální CD se vyrábějí lisováním z matrice do 50 nm tenké hliníkové, zlaté nebo stříbrné vrstvy, uložené na 1,2 mm silném podkladovém polykarbonátovém disku. Z vrchní strany je hliníková folie chráněná lakem vytvrzeným ultrafialovým zářením. Originální lisovaný disk lze pouze opakovaně přehrávat. Nelze do něj nijak zasahovat. Na trhu se objevilo po uvedení zapisovatelných disků CD-R, mnoho přístrojů, které mohly provádět záznam. Jejich editační schopnosti však byly na tak nízké úrovni, že nemohly v divadlech konkurovat minidiskovým rekordérům. Současné masivní rozšíření osobních počítačů s odpovídajícím programovým
vybavením
a
obrovskými
editačními
možnostmi,
dalo
kompaktnímu disku druhý dech. U zapisovatelných disků CD-R je způsob zaznamenávání signálu technologicky odlišný, než u disků lisovaných. Čistý disk CD-R má ve své 31
Délka záznamu byla stanovena firmou Sony tak, aby mohla obsáhnout záznam celé Beethovenovy Deváté symfonie.
46
datové vrstvě předdefinovánu spirálovou stopu, kterou zapisovací hlava s laserem sleduje. Pod touto vrstvou je nanesena velmi slabá vrstva organického barviva cyaninu, do níž jsou informace zapisovány. Bodovým ohřevem cyaninu při vypalováním dojde pouze k trvalé změně optických vlastností organického barviva. Nejedná se tedy o vypalování v pravém slova smyslu, neboť se do metalického povrchu žádné díry nevypalují. Vrstva barviva musí být částečně propustná pro paprsek laseru, který sleduje předdefinovanou spirálovou stopu. To je vlastní příčinou horších čtecích a archivačních vlastností vypálených kompaktních disků, protože rozdílnost světlých a tmavých míst je velice malá. Přehrávače kompaktních disků mohou spolehlivě zpracovat média, u kterých je velikost úrovně napětí signálu (měřeného na svorkách RF v přehrávači) 0,6 voltu. Přitom lisované disky dosahují hodnoty 1,1 V. Rozmezí napětí RF pro vypalované disky se pohybuje od 0,3 do 0,9 voltu, v závislosti na kvalitě média a rychlosti vypalování. Lisované disky mají výrobci uváděnou průměrnou životnost kolem 30 let, v závislosti na oxidaci polykarbonátové vrstvy i materiálu reflexní folie. U vypalovaných disků je situace mnohem složitější, protože mimo stávající rizikové faktory je třeba počítat s optickou nestabilitou organického barviva. Běžná životnost vypáleného disku bývá od 2 do 5 let, podle kvality média. Nejvíce médium poškodí ultrafialové záření a vysoká teplota. Doporučuje se tedy CD disky skladovat při teplotě spíše nižší, kolem 15°C, s vlhkostí vzduchu 20-50 %, umístěné v neprůhledném obalu. Dále je žádoucí zajistit úložný prostor tak, aby v blízkosti nebyl silný zdroj světla, nebo sálavého tepla. Pokud je nosné médium nepoškozené a přehrávací zařízení vhodně udržováno, je přehrávání bezproblémové. Dlouhé načítání tabulky obsahu TOC je varujícím signálem, že není v pořádku přehrávací zařízení, nebo nosič.
47
4.1.4. Minidisc Minidisc (dále jen MD) je magnetooptické médium uvedené na trh firmou Sony v květnu 1991 a to primárně pro nahrávání a distribuci hudby. Běžně se takto pojmenovávají přístroje, které s tímto médiem pracují. Záznamové zařízení provádí magnetický záznam32 na laserem předehřátou kovovou vrstvu magnetooptického disku o průměru 64 mm.
Struktura a rozmístění dat
zaznamenaných na disku vychází z podobnosti s běžným zvukovým kompaktním diskem, obsahuje také tabulku obsahu TOC. Rozdíl je v použití komprese ATRAC33 před vlastním záznamem. Je tedy záznamem ztrátovým. Podstatnou nevýhodou minidiscu je vzájemná zpětná nekompatibilita 80 minutových záznamů se staršími přístroji, jež umožňovaly záznam jen 74 minut. Tyto záznamy na starších přístrojích nelze přehrát z důvodu rozdílnosti struktury záznamu na nosiči. Častým neduhem starších přístrojů je opotřebení záznamové mechaniky, kdy přístroj nedokáže zapsat informace o záznamu do TOC. Stav opotřebení magnetooptických hlav je zjistitelný pouze v servisním nastavení. Minidisc není nejvhodnějším archivačním prostředkem, protože v sobě snoubí některé nevýhody magnetického i optického záznamu. Je také reálný předpoklad útlumu výroby těchto médií. Význam přehrávačů MD v divadle postupně klesá. Nahrazují je přehrávače kompaktních disků a počítačové programy.
4.1.5. Přehrávače paměťových karet Přehrávače paměťových karet nejsou v praxi příliš často využívány. Vyskytují se obvykle jako doplněk CD přehrávače. Častější jsou typy přehrávající záznamy z USB flash disků, méně často pak z SD karet. Jedním z několika málo představitelů kombinovaných profesionálních přehrávačů je Ecler 2VSP. Výhodou takového zařízení je okamžitý přístup k potřebnému souboru, vysoká
32 Tento záznam není možné magneticky narušit bez zahřátí kovové vrstvy na teplotu vyšší než 100 °C. 33 ATRAC - Adaptive Transform Acoustic Coding.
48
kapacita nosiče dat a absence složitých pohyblivých mechanismů. Důvodem proč se v profesionální praxi nevyskytují, může být značné riziko poškození nosiče statickou elektřinou a následné ztráty veškerých dat. Životnost paměťového média typu USB flash disku se při denním používání pohybuje v rozmezí několika let, v závislosti na množství ukládaných dat a četnosti používání.
4.1.6. Softwarové přehrávače v osobních počítačích Problémy, které popsané záznamové prostředky přinášejí, vedou k otázce, jaký formát by byl nejvhodnější pro pořizování, přehrávání i archivaci zvukových snímků. Vypalované disky mají nízkou životnost, minidisc provádí již při záznamu kompresi. Magnetický záznam DAT34 se snadno prokopíruje a servisní zásahy ve starších přístrojích jsou neúměrně drahé, nemluvě o dlouhé době přístupu k jednotlivým stopám. Moderním přehrávačem i archivačním prostředkem budoucnosti může být počítač. Kromě klasických funkcí profesionálního přehrávače kompaktních disků, totiž umí přehrávat multimediální soubory s kompresí i bez komprese. Mnohé softwarové přehrávače nabízí i možnost hardwarové kontroly přímo z digitálního mixážního pultu. Divadlo se musí inspirovat u rozhlasu a televize. Tam již dávno existují centrální multimediální archivy dostupné díky internetu pro pracovníky v podstatě z celého světa. Uživatel si stáhne do svého počítače ze zálohovaného archivu potřebný soubor, se kterým může dál pracovat. Vyhledání toho správného zvukového podkladu z hudebního archivu je poté otázkou jen několika vteřin. Použitím softwarového přehrávače odpadá zbytečný proces vypalování a přepisu. V konečném důsledku jde především o úsporu času a finančních prostředků. Nevýhodou softwarových přehrávačů je množství různých formátů a kodeků, jež bude nadále narůstat. Informační obsah řeči u mluveného slova odpovídá přenosové rychlosti přibližně 35 bitů za vteřinu. Z toho lze vyvodit 34 DAT – Digital Audio Tape
49
předpoklad, že současné přenosové rychlosti budou klesat na úkor výpočetní kapacity, avšak beze změny kvality. Používání formátů s kompresí by však mělo být v profesionální praxi zcela vyloučeno, neboť komprese je ztrátou části informací. Vhodným příkladem odbavovacího softwaru pro divadelní prostředí je Colosseum firmy Disk. Je to první softwarový přehrávač určený přímo pro divadelní prostředí a byl vyvíjen ve spolupráci se zvukaři z českých divadel. Jeho ovládání je velice jednoduché. Program může obsahovat maximálně čtyři nezávislé přehrávače, z nichž každý je schopen přehrávat až 8 kanálů. Je možné jej ovládat povely MIDI. Perličkou je funkce LEARN, kdy lze velice rychle nastavit fader start u digitálních mixážních pultů, jakož i úroveň spuštění a čas zpoždění reakce. Podporované formáty jsou AIF, WAV a MP335. Typickým prvkem specifickým pro divadla je možnost uložení všech stop v playlistech ihned do jediného adresáře a export playlistu s kompletními informacemi včetně poznámek zvukaře.
35 Audio Interchange File Format, Waveform Audio File Format, Motion Picture Experts Group Audio Layer III
50
4.2. Zařízení pro směšování signálu Tato zařízení prošla díky digitalizaci velkými změnami. Z důvodu značné obsáhlosti jsou zde popisy jejich ovládání a funkcí zjednodušeny.
4.2.1. Analogové mixážní pulty s digitální částí Zařízení určená pro směšování signálů z různých zdrojů lze rozdělit do skupin na analogová a digitální. Specifickou kategorií jsou levné analogové mixážní pulty vybavené A/D a D/A převodníky, umožňující propojení mixážního pultu s ostatními zařízeními pomocí osazených S/PDIF36 rozhraní. Tato zařízení jsou z valné části na analogové bázi, nelze je proto zahrnout mezi digitální mixážní pulty.
4.2.2. Digitální mixážní pulty Důvodů proč používat mixážní zařízení v digitálním provedení je velice mnoho. Mimo zmíněných předností digitálního zpracování zvukového signálu, jde především o bohaté uživatelské možnosti, které nabízejí. Digitály, jak jsou neformálně označováni, jsou standardně vybaveny efektovými procesory. Odpadá tedy nutnost provozovat nákladné a rozměrné stojany s efektovými zařízeními. Veškeré kompresory, gejty, třetinooktávové filtry, lze obsáhnout v jediném mixážním pultu37. Všechny mixážní pulty mají možnost nastavení zpoždění pro všechny vstupy a výstupy. Slouží pro korekci rozdílu latence vestavěných a externích A/D a D/A převodníků, jako i signálů z jiných zdrojů
36
Sony/Philips Digital InterFace
37 Zde je nutno poznamenat, že každé zařízení má k dispozici jen omezenou výpočetní kapacitu DSP. I v případě možnosti zařazení korekčního filtru a aplikace pro úpravu dynamiky na každý kanál, je nezbytné počítat s tím, že zejména efektové jednotky velice zatěžují výpočetní kapacitu. Řada výrobců nabízí ke zvýšení výpočetního výkonu rozšiřující karty. Příkladem složitého algoritmu s vysokým nárokem na DSP je funkce de-esser. Tato funkce bývá zpravidla dostupná, po doplnění rozšiřující kartou, jen pro několik málo vstupů.
51
(CobraNet, MADI, EtherSound). Mnoho zvukařů této schopnosti využívá také pro sjednocení baskytary s velkým bubnem. Digitální mixážní pulty se vyrábí v několika kategoriích a v mnoha provedeních. Existují tři základní skupiny: Samostatné digitální mixážní pulty jsou osazeny analogovými vstupy i výstupy, rozšiřujícími sloty, ovládacími prvky v jedné skříni. Vyrábějí se od levných verzí pro diskotéky, přes jednoduché verze pro živé ozvučování (Obrázek C. 4), až po velmi výkonné a drahé verze (Obrázek C. 5). Integrace převodníků a ovládacích prvků do jediného obalu umožňuje snadnější přechod zvukového mistra na práci v digitálním prostředí. Tyto mixážní pulty bývají obvykle
provozně
stabilnější,
z
důvodu
jednoúčelového
softwarového vybavení. U těchto pultů se předpokládá použití klasických multipárových kabelů, pro propojení se zdroji signálu umístěnými na jevišti. Bývají vybaveny expanzním slotem pro kartu některého z mnoha přenosových standardů. Digitální mixážní pulty se samostatným audio engine (Obrázek C. 6) jsou rozděleny v několik samostatných částí: na ovládací zařízení, procesor a převodník. Ovládací prvky se označují jako control surface a pracují s operačním systémem. Používá se Windows, nebo Linux. Jedná se však pouze o ovládací část, která je propojená datovým kabelem s vlastním digitálním mixážním procesorem bez ovládacích prvků. Tento se nazývá audio engine, bývá užíváno i označení audio core. Další samostatnou částí jsou převodníky, umístěné v stage boxu, které se propojují s audio engine pomocí standardizovaných digitálních zvukových sítí MADI, EtherSound a jiných. Protože ovládací část mixážního pultu nebývá vybavena převodníky, používá se ještě zařízení s označením local rack, s jehož pomocí lze v místě ovládací jednotky připojit další pomocné vstupy a výstupy. Tyto digitální mixážní pulty se používají pro velké aplikace a jsou výkonné a finančně náročné. Výhodou této koncepce je levnější a jednodušší kabeláž pro propojení se stage 52
boxem umístěným na jevišti. Používá se koaxiální kabel, nebo běžný ethernetový kabel Cat 538. Samostatnost procesoru audio engine nabízí zálohu v případě nenadálé poruchy ovládacích prvků. Při závadě ovládání procesor audio engine provádí poslední provedenou operaci. Ovládací část je možné samostatně restartovat, lze také plynule přejít k řízení připojeným osobním počítačem. V praxi dochází občas k potížím se softwarem ovládací části mixážního pultu, který výrobce použil. Tato situace naštěstí nastává jen při nastavování ovládacích prvků, před uvedením do provozuschopného stavu a projeví se zamrznutím ovládacího systému. Poslední skupinou jsou digitální mixážní jednotky, digital mixing engine (Obrázek C. 7). Tato zařízení obsahují pouze vlastní procesor, mohou být vybavené A/D a D/A převodníky, nebo rozšiřujícími kartami pro různé přenosové protokoly.
Umožňují
uživateli přesně definovat jejich funkci ve zvukovém řetězci. Mohou se stát třetinooktávovým filtrem, několika malými mixážními pulty, automatickými směšovacími zařízeními, převodníky, splittery signálu, efektovými jednotkami, několika výhybkami a mnoha dalšími zařízeními. Lze je ovládat počítačem, lokálními ovládacími jednotkami s tlumiči, popřípadě pomocí dotykových zobrazovacích panelů. Filozofie těchto zařízení vychází z možnosti předdefinovat uživateli jeho ovládací prvky a oprávnění zasahovat do funkce systému. Zařízení je předurčeno k implementaci s jinými do velkých složitých celků.
38 Category 5 cable
53
4.2.3. Ovládání digitálních mixážních pultů Digitální mixážní zařízení se podstatně liší svým ovládáním od analogových konzol. U analogového mixážního pultu jsou všechny dostupné ovládací prvky umístěné většinou na vrchním panelu. Práce probíhá jen v jediné viditelné vrstvě. Digitální zařízení nabízejí mnohem větší uživatelské možnosti. Aby jich bylo možné využít, jsou ovládací prvky sdružené do funkčních bloků, kterým se tlačítkem přiřazuje konkrétní funkce. Tato práce může probíhat současně ve více vrstvách pod sebou. Způsob, jak se výrobce vypořádá s tímto přiřazováním funkcí, je různý. Na rozdíl od původního uspořádání analogového pultu, nemá zvukař okamžitý přehled o nastavení všech jednotlivých prvků, zvláště nachází-li se v jiné vrstvě. Funkci přiřazení vlastností ovládacích prvků se nazývá channel strip. Aktivuje se pohybem tahového potenciometru, stiskem tlačítka SEL, či jinak. Realizací „rozbalení“ channel stripu se výrobci odlišují nejvíce. Podle provedení lze jednotlivé druhy této funkce rozdělit na čtyři skupiny: Channel strip na jediném zobrazovacím prvku. Typickým představitelem jsou přístroje značky Yamaha. Kromě indikátorů je jediným prostředkem pro získání informací o nastavení jediná multifunkční
obrazovka.
Obsluha
po
označení
příslušného
vstupního, či výstupního kanálu (tlačítkem SEL, nebo pohybem potenciometru), získá informace o tomto kanále na jedinou obrazovku. Zobrazí se základní informace – zisk, korekce, směrování panoramy. Pro přístup k dalším uživatelským možnostem je potřeba stisknout příslušné tlačítko, ať jde o směrování do pomocných sběrnic, či nastavení kompresoru. Takto provedený channel strip je nejméně přehledný. Vyskytuje se u zařízení nižší cenové kategorie, nebo tam kde je velmi výhodný poměr výkonu vůči pořizovací ceně zařízení. Nutí obsluhu k neustálému používání tlačítek pro přístup k ostatním vrstvám a funkcím (Obrázek C. 4). Channel strip na větším počtu zobrazovacích prvků. Nejvíce je zastoupena mezi přístroji vyšší cenové relace. Rozložení ovládacích prvků po aktivaci funkce proběhne ve vertikální linii (Obrázek C. 8), popřípadě horizontálně (Obrázek C. 5). Díky většímu počtu 54
zobrazovacích jednotek, často s možností ovládání dotykem, má obsluha okamžitý přehled o nastavení téměř všech základních parametrů vybraného kanálu, včetně ovládání dynamiky a sběrnic. Pro přehlednost se zobrazují i okolní kanály, nebo jejich skupina. Channel strip s ovládacími prvky implementovanými do zobrazovacích jednotek. Zatím se kvůli ceně nevyskytuje na velkém množství zařízení. Je to kombinace univerzálních otočných a spínacích prvků, jako součást dotykového displeje. Obě předchozí skupiny trpí nedostatkem, protože pozornost obsluhy je upřena na zobrazovací jednotku umístěnou zcela jinde, než ovládací prvky. Při tomto provedení channel stripu je však pozornost obsluhy soustředěna na ovládací prvky, pod kterými se graficky zobrazuje jejich nastavení (Obrázek C. 9). Minimalizuje se možnost přehmatu, kdy obsluha mění parametry jiného kanálu, než ve skutečnosti potřebuje. Taková chyba je velice obvyklá, postupně mizí s rostoucí praxí na zařízení. Jediným výrobcem nabízejícím takové provedení channel stripu je prozatím firma Studer. Lze se s ním setkat jen u nejdražších mixážních pultů. Zařízení bez zobrazovacích prvků. Nastavování se provádí pouze s pomocí externích ovládacích a zobrazovacích prostředků, nebo s pomocí počítače. Toto provedení se týká jen digitálních mixážních jednotek. Nespornou výhodou digitálních mixážních pultů všech provedení je možnost uložení nastavení. Zvukař si může uložit celou inscenaci do osobního počítače, nebo na paměťovou kartu. Ukládat nebo kopírovat lze veškerá nastavení. Pouze u dražších přístrojů lze uložit i nastavení zisku předzesilovače A/D převodníku, je-li ovládán elektronicky. Tyto přednosti jsou u digitálních pultů nejvíce ceněny. Lze bez větších problémů přenést celé nastavení do jiného pultu, za určitých předpokladů i na zcela jiný typ zařízení.
55
4.3. Digitální zvukové sítě Jde o kombinaci hardwaru, softwarového vybavení a síťového protokolu určenou k propojení více různých audiovizuálních zařízení. Souhrn těchto prostředků nazýváme digitální zvukovou sítí. V zásadě je možné digitální zvukové sítě rozlišit do tří kategorií: Uzavřené – slouží k propojení dvou zařízení. Otevřené – umožňují spravovat velké množství zařízení. Subsidiární – slučují uzavřené zvukové sítě do větších celků s topologií otevřených zvukových sítí. Tato zařízení a komunikační protokoly umožňují přenášet zvukové informace v digitální podobě mezi dvěma, nebo více zařízeními v reálném čase bez sebemenší ztráty. Proto mezi ně nelze řadit streamové formy přenosu zvuku po internetové síti, jakým je RealAudio. Přenos digitální zvukovou sítí probíhá mezi externími A/D nebo D/A převodníky s mixážním pultem, vícestopým záznamovým systémem HDR, DSP procesory, zesilovači, nebo dalšími zařízeními umožňujícími příjem a vysílání těchto dat. Mimo vlastní přenos zvuku v diskrétní podobě některé protokoly podporují transport řídících a komunikačních povelů. Jednotlivé, digitalizované zvukové kanály jsou rozděleny do datových paketů, vysílaných v sérii. Přijímající zařízení pak provádí následnou kontrolu přijatých dat s pomocí kontrolních kódů, které tyto balíčky obsahují. Při výpadku datového paketu nastává ztráta zvukového signálu. Přenos po zvukových sítích vykazuje vždy vlastní latenci přímo úměrnou počtu přenesených dat. Roste s množstvím zařízení v síti, počtem přenášených kanálů, ale i se vzorkovacím kmitočtem a bitovou hloubkou. Je způsobena převáděním datového paketu v přijímačích a vysílačích signálu. Tuto latenci přenosu je potřeba připočíst ke zpoždění způsobenému konverzí analogového signálu do digitální podoby a zpět.
56
Není od věci zde připomenout, že ačkoli některé protokoly používají stejná periferní rozhraní a kabely Cat 539, nesmí nikdy dojít k propojení těchto zařízení s běžnou internetovou sítí.
Přestože by mnohdy toto spojení bylo
funkční, riziko neočekávaných výpadků signálu je příliš vysoké. Rovněž garantované latence by neodpovídaly skutečnosti. Mnoho výrobců používá vlastní jednoúčelové protokoly, například ATM firmy Lawo. Současně probíhá vývoj celé řady nových protokolů a situace se tak mění z roku na rok. Není tak možné popsat všechny. Každý z nich má specifické vlastnosti a hodí se pro trochu jiný účel. Zde uvedené standardy jsou používány širokou vrstvou uživatelů. Ty nejpoužívanější jsou popsány detailněji.
4.3.1 Uzavřené digitální zvukové sítě Nejsou kompatibilní s žádnou jinou sítí. Slouží k propojení dvou zařízení, při použití speciálních rozbočovačů (například MADI Bridge) je možné připojit zařízení více, řádově však několik jednotek. Jednoduchost sítě a jedno účelovost elektronických prvků v systému jim zaručuje vyšší provozní stabilitu a nejnižší latenci. Jednoúčelová zařízení mají na druhou stranu podstatnou nevýhodu ve vyšší pořizovací ceně a delším inovačním cyklu.
4.3.1.1 ADAT Jeho původ je v roce 1991 u firmy Alesis. Původně sloužil k propojení přístrojů Alesis Adat40 a Adat XT. Tato záznamová zařízení sloužila k zaznamenávání 8 zvukových stop v diskrétní podobě na kazetu typu S-VHS. Vzhledem k příznivé ceně byla tato zařízení běžná v menších nahrávacích studiích, našla své uplatnění také v divadlech. Časem počítačový záznam HDR svou cenou a svými možnostmi vytlačil záznamový formát Adat zcela do ústraní. Zbyl tu však přenosový protokol ADAT. ADAT je jednosměrný přenos osmi zvukových 39
Cobranet, Ethersound, AES50
40 Alesis Digital Audio Tape
57
kanálů při vzorkovacím kmitočtu 44,1 kHz, nebo 48 kHz. Propojuje se optickým kabelem Toslink, délka kabelu není určena. Konektor Toslink nemá aretaci a lze jej snadno rozpojit. Tato skutečnost vylučuje použití protokolu ADAT v profesionálním provozu, jakým divadlo bezesporu je. Přesto lze tento konektor najít téměř na všech digitálních mixážních pultech a levnějších A/D a D/A převodnících. Tento protokol není redundantní, taktéž nejsou na trhu žádná zařízení podporující záložní propojení. Zařízení komunikující formátem ADAT jsou vždy vybavena BNC konektorem pro synchronizaci wordclock. Zařízení nemusí být propojena řídícím synchronizačním signálem, protokol potřebná data obsahuje. V případě potřeby se dá ADAT prodloužit přes kabel Cat 5, za pomoci speciálních převodníků. ADAT může přenést až osm zvukových stop se vzorkovacím kmitočtem 48 kHz, při kvantizaci 24 bitů. Některá zařízení podporují režimy S/MUX II s vzorkovací frekvencí 88,2 kHz – 96 kHz, kdy je možné přenášet jen 4 zvukové kanály, nebo S/MUX IV kdy lze přenést jen 2 zvukové kanály o vzorkovacím kmitočtu 192 kHz. Konektory na zařízeních bývají označené Optical IN, Optical OUT, nebo ADAT IN a ADAT OUT. Obvykle se pomocí tohoto rozhraní propojují externí A/D a D/A převodníky s digitálním mixážním pultem, nebo HDR záznamovým systémem. Není možné vytvářet síť se složitou topologií. Výrobci implementující tento protokol do svých zařízení jsou Alesis, Motu, M- Audio, Yamaha a celá řada dalších.
4.3.1.2. AES 3 (AES/EBU) Jedná se o nejrozšířenější a nejznámější standard publikovaný Audio Engineering Society a European Broadcasting Union v roce 1985, jako jednosměrný sériový přenos dvou diskrétních zvukových kanálů. Protokol může být přenášen standardním symetrickým kabelem osazený běžnými konektory XLR. Propojení se děje stejně, jako u takto spojených analogových zařízení: samičí konektor je vždy na vstupu a samčí konektor je vždy na výstupu zařízení. Tento protokol není redundantní, mohou existovat zařízení podporující tuto zálohu. V praxi se ASES 3 používá především k vzájemnému propojení mezi 58
příspěvkovými zařízeními (CD, DAT) a digitálním mixážním pultem, nebo jako komunikace digitálního pultu s vnější efektovou jednotkou. Vzhledem ke skutečnosti, že tato zařízení bývají umístěná v blízkosti mixážního pultu, schopnost záložního propojení není potřebná. Protokol AES3 je opatřen daty, která mohou omezit pořizování kopií při přímém propojení CD a DAT. Tato data jsou digitálními mixážními pulty ignorována. Podporován je přenos 44,1kHz až 48 kHz s hloubkou 24 bitů. Dle nových specifikací z roku 2003 lze přenášet zvuková data s vzorkovací frekvencí až 192 kHz. K propojení není potřeba zvláštního spojení pro synchronizační signál wordclock. Konektory XLR mohou být označené AES3 IN, AES3 OUT, více se užívá staršího označení AES/EBU IN a AES/EBU OUT.
4.3.1.3. AES 10 (MADI) Audio Engineering Society definovala v roce 1989 Multichannel Audio Digital Interface, častěji známým pod názvem MADI. Vývoj prováděli firmy Sony, SSL, Neve a další. MADI je typickým představitelem uzavřených sítí, pro které se vžilo označení digital snake, jde v principu jen o digitální více žilový kabel. Tento protokol je rozšířením již stávajícího protokolu AES 3, známým jako AES/EBU. MADI je dvaceti osmi násobný sériový multiplex AES/EBU, to znamená, že obsahuje 56 zvukových kanálů v digitální podobě. V roce 2001 byl tento protokol redefinován pro 64 zvukových kanálů. Jeho maximální datový tok je 100Mbit/s. Do vzorkovací frekvence 48 kHz lze provozovat 32, 56, nebo 64 kanálů. Při vzorkovací frekvenci 96 kHz pak již jen 32 zvukových stop. Podporovaná bitová hloubka je 16 a 24 bitů. Komunikace je jednosměrná. Komunikace mezi zařízeními může probíhat nesymetricky po jediném koaxiálním kabelu osazeném konektorem BNC, s impedancí 75 ohmů o
59
maximální použitelné délce 150 metrů41. Druhou alternativou je optický kabel osazený konektorem SC (IEC 874-19) s aretací. U optického přenosu protokolu MADI existují dva vzájemně neslučitelné provozní módy: single mode a multi mode. Rozdíl spočívá ve vlnové délce vyzařovaného světelného zdroje a průměru světlovodného vlákna kabelu. Maximální vzdálenost přenosu jsou 2 kilometry pro formát multimode. U single mode je maximální použitelná vzdálenost omezena na 15 kilometrů. Vzhledem k tomu, že optický kabel je dražší a podstatně citlivější na zacházení, je v současné praxi obvyklejší přenos dat AES 10 po koaxiálním kabelu. Firma Studer nabízí u svých výrobků MADI dokonce ve verzi s kabelem Cat 5, s maximální délkou spojení 85 metrů. Tento protokol není redundantní, nenabízí rezervní zálohu. V případě přerušení spojení dojde k výpadku signálu. Určitou redundantní schopnost nabízejí výrobci zdvojením vstupů a výstupů: pokud dojde k výpadku signálu na jednom z nich, zařízení se automaticky přepnou na provoz po záložní lince. V praxi bývá užíváno obvykle pěti žilového kabelu, kde jeden kabel je pro synchronizaci wordclock, jeden pro komunikaci MADI IN, jeden pro MADI OUT. Poslední dva kabely jsou pro redundantní spojení MADI IN a MADI OUT. Protokol MADI je všeobecně považován za stabilnější, než jeho největší konkurent EtherSound. Nespornou výhodou je možnost pořízení interní PCI karty pro PC nebo MAC počítače a s dodaným softwarem tak zaznamenávat až 64 stop. Přednostně je určen k propojení A/D a D/A převodníků s mixážním pultem, monitorovým pultem, vícestopým záznamem, všude tam kde je potřeba přenášet velký počet kanálů. Není vhodný pro distribuci signálu přímo do zesilovačů. Pro tento účel existuje celá řada převodníků do formátů AES/EBU, TDIF nebo jiných. Latence je přesně definovatelná a je konstantní. Propojení společným wordclock signálem pro přesnou synchronizaci není nezbytně nutné. Podstatnou výhodou tohoto protokolu je možnost sdílení převodníků více uživateli s funkcí gain tracking42. Při propojení
stageboxu, zařízení
obsahujícího A/D a D/A převodníky, řídí ovlivnění zisku předzesilovače 41
Dle specifikace AES pro tuto normu, ale musí být koncová zařízení vybavena zakončovacím rezistorem a maximální užitečná délka je 50 metrů.
42 Tato funkce omezí počet přenášených kanálů na 56, zbývající kanály jsou použité pro přenos ovládacích dat. Nabízí ji ve svých zařízeních firma DiGiCo.
60
analogové části převodníku jen zařízení spojené se stage boxem obousměrně, zpravidla hlavní mixážní pult. Aby nedošlo při zásahu do zisku k ovlivnění úrovně signálu pro ostatní uživatele (monitorovací konzola, nebo mixážní zařízení v přenosovém voze), stagebox vyrovná úroveň signálu pro tyto uživatele tak, že provedené změny vůbec nepocítí. Tuto funkci nenabízí všichni výrobci mixážních pultů s MADI. Přitom ne vždy se musí podařit zařízení správně nakonfigurovat tak, aby byla služba zcela spolehlivě funkční. To je sice záležitost lidského faktoru, přesto jedinou výtkou uživatelů vůči MADI. Pomocí tohoto protokolu není možné vytvářet síť se složitou topologií bez použití speciálních zařízení, jako je MADI Bridge. Zjistit latenci MADI není jednoduché. Měřením byla zjištěna hodnota 2,5 ms, přibližně odpovídající 110 vzorkům při 48 kHz, včetně A/D a D/A převodu. Výrobci, kteří běžně implementující protokol MADI do svých zařízení jsou: DiGiCo, Lawo, Sony, Studer, Soundcraft, Klotz Digital, Yamaha a další. Audio síť MADI je vhodná pro hudební divadla, nebo tam, kde je předpoklad trvalé spolupráce s televizí. Přenosové vozy bývají tímto rozhraním vybaveny.
4.3.1.4. AES 50 (HRMAI) High Resolution Multi-channel Audio Interconnection je moderní obdobou MADI. K přenosu se využívá kabel Cat 5 s duplexním provozem a maximální délkou 100 metrů. Počet kanálů je 48, při vzorkovací frekvenci 384 kHz. Slouží k propojení dvou zařízení, stejně jako MADI. Přestože se uvádí jeho plně ethernetová kompatibilita, nepatří mezi otevřené zvukové sítě. Latence vlastního přenosu je 63 mikrosekund (bez A/D a D/A konverze). V současné době jej implementuje například Behringer, Klark Teknik, nebo Midas. Zatím nebývá příliš často využíván.
61
4.3.1.5. A-Net A-Net firmy Aviom je určitou obdobou MADI. Rozšiřuje však jeho možnosti vkládáním do datového streamu po 16 kanálech. V praxi to znamená, že lze umístit vstupní a výstupní bloky na různá místa. Primárně slouží jako digitální náhrada multipárového kabelu umožňující přenášet 16, nebo 64 kanálů jedním směrem. Při omezení počtu kanálů je možná obousměrná komunikace, stejně jako zvýšení vzorkovací frekvence ze standardních 48kHz až na 192kHz. Ke komunikaci používá kabel Cat 5. Není zcela kompatibilní s běžnými síťovými prvky. Nenabízí možnost redundantního zapojení. Struktura jeho sítě je hvězdicová, nebo řetězcová. Ve svém důsledku ale není určena pro složitější distribuci signálu. Prvky A-Netu jsou koncipovány jednoduše, k jejich nastavení není potřeba počítač a lze je jednoduše připojovat a odpojovat bez nutnosti konfigurace. Z tohoto důvodu lze v těchto systémech najít hardwarové přepojovače s propojkami. Latence A-Netu je nízká, uvádí se 0,808 ms u dvou zařízení od A/D po D/A konverzi. Jeho podstatnou nevýhodou je špatná podpora ze strany ostatních výrobců. A-Net tak mohou přijímat a odesílat jen zařízení Yamaha. Jeho nespornou výhodou jsou nižší hodnoty jitteru ve srovnání s ostatními protokoly s kabelem Cat 5.
4.3.1.6. S/PDIF Sony / Philips Digital Interface je komerční verzí AES 3. Komunikace je jednosměrná dvoukanálová, s vzorkováním 44,1 kHz při hloubce 16 bit. K přenosu je možné použít nesymetrický koaxiální kabel s impedancí 75 ohmů, osazeným konektory RCA (cinch). Druhou alternativou je propojení optickým kabelem Toslink. Protokol obsahuje data, která omezují pořizování kopií, proto při propojení CD a MD pomocí S/PDIF lze provést jen jednu kopii. Tato data jsou digitálním mixážním pultem ignorována. 62
Hlavní uplatnění S/PDIF je při propojení běžných domácích zařízení, jako CD či DVD přehrávač se zesilovačem, který je vybaven odpovídajícím vstupním rozhraním. S tímto rozhraním ve formě RCA se lze také setkat u profesionálních digitálních mixážních pultů a CD přehrávačů, určených pro provoz na diskotékách. Vzhledem k tomu, že ani jedna ze dvou nabízených možností nemá konektor umožňující aretaci, není rozhraní S/PDIF v profesionální praxi akceptovatelné, a není důležité zabývat se redundancí tohoto rozhraní. Přesto řada výrobců, zejména levnějších digitálních mixážních pultů tímto rozhraním své výrobky vybavuje. Zařízení s konektory S/PDIF nejsou vybavována konektory pro wordclock, potřebná synchronizační data jsou součástí protokolu. Konektory jsou označeny S/PDIF IN a S/PDIF OUT. V některých případech lze najít i univerzální označení DIGITAL IN a DIGITAL OUT. Je však nutné rozlišit, jestli se na takto označeném konektoru objeví nekomprimovaná data PCM, nebo signál více než dvoukanálový a komprimovaný, jako je tomu u DVD přehrávačů.
4.3.1.7. TDIF Protokol Tascam Digital Interface má stejné kořeny jako ADAT. Jeho původ byl v osmistopém digitálním záznamovém zařízení. V roce 1993 uvedla firma Tascam na trh model DA-88. Záznamovým médiem byla videokazeta Hi-8. Při hloubce kvantizace 16 bitů bylo možno využít vzorkovací kmitočet 44,1 kHz nebo 48 kHz. Tento systém nedosahoval ve své době popularity ADATu. Protokol TDIF je jednosměrný. V jeho propojovacím kabelu osazeném samčími konektory jsou obsaženy oba směry, takže lze propojit jen dvě zařízení mezi sebou. Signál je nesymetrický, vedený koaxiálním kabelem s několika jádry.
V případě potřeby propojení tří zařízení je nutné použít speciální Y
63
propojovací kabel. Konektor DB - 25 43 má aretaci pomocí šroubků. Na zařízení jsou konektory označené TDIF I/O. Tento protokol není redundantní, ani nejsou na trhu k dispozici zařízení podporující záložní propojení. Protokol je používán pro spojení externích A/D a D/A převodníků s digitálním mixážním pultem, nebo HDR záznamovým systémem. Pomocí tohoto protokolu není možné vytvářet síť se složitou topologií. Výrobci implementující protokol TDIF do svých zařízení jsou Motu, MAudio,Tascam, Yamaha a další.
43 Konektor 25pin D sub.
64
4.3.2. Otevřené digitální zvukové sítě Jsou plně kompatibilní se standardy sítě ethernet. Podporují propojení velkého množství zvukových zařízení. Latence těchto sítí je vyšší než u předchozího typu.
4.3.2.1. CobraNet Rozhraní CobraNet je založeno na čipech firmy Cyrrus Logic. Historie sahá do roku 1990. Autorem je firma Peak Audio. Poprvé byl použit v roce 1996 na 10 Mbit síti. K propojení stačí obyčejný kabel Cat 544 s konektorem 8P8C, často nesprávně označovaným jako RJ-45. Je plně Ethernet kompatibilní, podporuje tedy sítě s přepínači i s opakovači. Topologie kopíruje běžnou lokální síť, možná je kruhová, hvězdicová. Tento protokol je možné omezeně přenést bezdrátově pomocí WiFi 802.11b. Omezení maximální délky kabeláže sítě Fast Ethernet, použitelné pro instalace CobraNet, je do vzdálenosti 100 metrů s kabelem Cat 5. V praxi se z důvodu stability používá maximálně 80 metrů dlouhé vedení (bez opakovačů). Lze dosáhnout i vzdálenosti 2 kilometrů s pomocí optického kabelu. Protože přepínače jsou plně duplexní zařízení, lze jimi přenést maximálně 64 zvukových kanálů při 48 KHz a 20 bitovém rozlišení na jediné 100 Mbit síti oběma směry. To znamená až 128 zvukových kanálů po jediném kabelu Cat 5. Gigabitová síť nabízí mnohem větší šířku pásma a umožní přenést více kanálů. V sítích kde se nachází opakovače lze přenést maximálně 64 zvukových kanálů 48KHz, 20 bitů, oběma směry. Větší množství kanálů lze získat jen snížením rozlišení na 16 bitů. Spojení je primárně navrženo jako redundantní. Konektory na zařízeních jsou vždy dva, označené CobraNet PRIMARY a SECONDARY, opatřené indikátory stavu in use / conductor a link / activity. Na úrovni daných zařízení tedy nabízí redundantní zapojení, není však podmínkou. Pokud není v této síti použit přepínač, musí být pro spojení dvou zařízení použit křížově zapojený kabel. Synchronizační informaci generuje první zařízení v síti, nazvané conductor, které může být řízeno signálem wordclock. 44 Cathegory 5 cable – kabel se čtyřmi kroucenými páry.
65
CobraNet je schopen posílat mimo zvukových dat i ovládací sériová data a konfigurační nastavení. Zvuková data se zde přenášejí v balíčcích zvaných bundle, kterých je celkově 8. Balíček musí být pro identifikaci označen číslem v rozmezí hodnot 0 – 65279. Je-li balíček označen číslem 0, znamená to, že je vypnutý. Pro vzorkovací kmitočet 48 kHz obsáhne balíček až 8 zvukových kanálů, pro 96 kHz maximálně 4. Jiné vzorkovací kmitočty nejsou podporovány. Tyto balíčky jsou dvojího typu: Unicast bundle (one-to-one routing) – balíček obsahující zvukové kanály je určen jedinému konkrétnímu přijímacímu zařízení. Na zařízeních se musí nastavit koncové adresy v rozmezí od 256-65279. V případě, že víme, kde jednotlivé kanály budeme potřebovat, je výhodnější použít tento režim pro odlehčení zatížení sítě. Multicast bundle (one-to-many routing) – balíček zvukových kanálů je od vysílacího zařízení určen všem koncovým zařízením v síti. Tato situace může způsobit komplikace v sítích obsahujících přepínače, neboť zvukové balíčky se musí objevit na všech jeho výstupech současně. Adresy zařízení musí být v rozmezí od 0 do 255. Užívá se v případě nutné přítomnosti signálu na všech výstupních zařízeních. Pokud jsou balíčky plně obsazeny stopami, lze použít maximálně 105 zařízení vysílajících zvuková data. Počet přijímajících není nijak omezen. Latence CobraNetu je 256 vzorků, nastavitelná v krocích na 1.33, 2.67 nebo 5.33 milisekund bez času potřebného pro A/D a D/A konverzi. Obvykle se v praxi používá hodnota 1.33 ms, nebo 2.67 ms. Nejvyšší hodnota by byla nutná jen ve velmi velké síti. Nastavení této hodnoty při 24 bitové hloubce omezí počet kanálů v balíčku na 7. Velké množství a nízká kvalita přepínačů či opakovačů, zvýší hodnotu latence. Z tohoto hlediska je celková latence obtížněji definovatelná. Není vhodné proto tento systém použít při živém ozvučování, zejména k propojení hlavního mixážního pultu s monitorovým pultem, popřípadě k propojení se zesilovači. 66
Dobrý návrh sítě CobraNet je velmi složitý. Musí být vytvářen ve čtyřech krocích: 1/ Stanovit kolik zvukových kanálů budeme v jednotlivých umístěních vysílat a přijímat. 2/ Vybrat vhodná koncová zařízení a síťové prostředky. 3/ Najít nejlepší fyzické umístění pro tyto prvky a najít nejvhodnější cestu pro kabeláž. Umístit přepínač na místo s nejvyšším počtem zařízení, pro omezení nadměrné kabeláže. 4/ Nastavit velikost jednotlivých balíčků a přidělit jim správné číselné označení v softwaru pro správu sítě, například BSS London Architect, nebo Yamaha CobraNet Manager. Užitečné je označit si čísla jednotlivých balíčků v systémovém schématu před vlastním zadáním do programu. Číslo balíčku musí u vysílajícího zařízení souhlasit s číslem u zařízení, jež ho má přijmout. CobraNet je nejsložitější na návrh a nastavení ze všech uvedených protokolů, má také nejvyšší latenci. Nic méně, i tento systém má v divadle svoji budoucnost. Nabízí možnost distribuce signálu po již existující lokální síti, do míst, kde jeho značná latence není na obtíž, kde recipient signálu ocení možnost výběru. Všude tam kde je potřeba menší množství zvukových kanálů rozvádět do mnoha míst. Jde o centrální zastřešující řešení s obrovskou kapacitou, s jehož pomocí jde po jediném kabelu zároveň provozovat domovní rozhlas, volání inspicienta, interkom, příposlech do foyeru, či přenos všech zvukových linek do vzdáleného místa záznamu. Správu všech zařízení, stejně jako změnu trasy signálu v síti, přitom může zvukař provádět z osobního počítače v kterémkoliv místě velmi operativně.
67
4.3.2.2. Dante Dante vyvíjí firma Audinate. Je naprosto kompatibilní se sítí ethernet 100 Mbit či Gigabit. Je jedinou sítí (vyjma subsidiárních), která může současně přenášet nejen zvuková a kontrolní data, ale také běžný IP45 provoz. Oproti ostatním protokolům umí přenášet i obrazový signál ve vysokém rozlišení. Dante je svým způsobem obdobou konstrukční filozofie CobraNetu. Používá systém balíčků unicast a multicast. Na rozdíl od
CobraNetu, ale
probíhají rozpoznávání a veškerá nastavení nového zařízení v síti automaticky. Práce s ním je uživatelsky příjemnější. Podstatnou výhodou je však možnost směšování zvukových dat s rozdílným vzorkovacím kmitočtem a bitovou hloubkou. K přenosu se využívají běžné komponenty Cat 5, Cat 6. Topologie sítě je hvězdicová. Velkým benefitem Dante je počítačový program Dante Virtual Soundcard, s jehož pomocí lze z obyčejné síťové karty v běžném počítači vytvořit zvukovou kartu se 64 vstupy a výstupy. Dante nabízí záložní propojení ve vysoké kvalitě, kdy porucha vedení není provázena žádným výpadkem signálu. Redundantní zapojení se provádí přes sekundární porty přístrojů. Latence se stejně jako u CobraNetu nastavuje skokově, dle množství zařízení, velikosti sítě a kvality síťových komponentů. Nejmenší hodnota je 0,8 ms, nejvyšší až 4 ms. Vhodným propojením síťových prvků lze minimalizovat latenci: zařízení s potřebou nízkých hodnot latence (například monitorovací mixážní pult) se zapojují až na samotný okraj hvězdicově strukturované sítě. Dante podporují výrobky firem Lake, Lab Gruppen a Yamaha.
45
Internet Protocol
68
4.3.2.3. EtherSound 100 a EtherSound Giga Vývoj provádí firma Digigram. Zařízení používají čipy firem AuviTran, Barix AG, Lab X Technologies. Používá stejné, běžně dostupné síťové prvky, jako CobraNet, ale s určitým omezením. Základní verze pracuje se 100 Mbit sítí. Verze gigabitová je zatím ve fázi příprav. Maximum datového toku je 64 kanálů při 48 kHz a 24 bitech v kterémkoliv směru, po jediném kabelu. Nejvhodnější, pro přiblížení funkce, je přirovnat princip EtherSoundu k vláčku. Tento vláček má vždy 64 vagonů (zvukových kanálů) a jeho trasa vede ze stanice A, přes stanice B, C, D… na konečnou stanici Z. Tam se vláček otočí a jede zpět přes všechny zastávky (po stejném kabelu) až do stanice A. Cesta z A do Z se nazývá downstream, opačným směrem upstream. Na začátku může být vláček prázdný. Ve stanici B může naložit 32 vagonů, ve stanici F jich 15 vyloží a místo nich nabere 47. Ve stanici M může obsah 24 vagonů zkopírovat, v konečné stanici Z se vláček otočí46, zároveň přeloží obsah 6 vozů, na jiný, ale jednosměrný vláček, který dál pojede zcela jiným směrem ke stanicím ZES 1 až 20, a už se nevrátí. Při jízdě zpět může původní vláček opět libovolně nakládat a vykládat, jak je zapotřebí. V síti EtherSound můžeme používat přepínač, ale data budou přenášena pouze jedním směrem. Přenáší se zvuková data, povely GPI47, i sériová komunikační data RS 232. Konektory na přístrojích jsou vždy dva. Označují se IN a OUT, kontrolky stavu nebývají obvyklé. Mimo tyto zdířky pro konektor 8P8C, bývá na zařízení obvykle konektor D-SUB pro RS 232 a speciální zdířka pro GPI. Počítač s konfiguračním softwarem lze připojit pouze v místě prvního zařízení vybaveného konektorem EtherSound control pomocí kříženého kabelu. Takové 46 Aktivací funkce Loopback. 47
Sběrnice GPI, též GPIO, General Purpose Interface pro nízko napěťové ovládací zařízení a indikátory, slouží k ovládání pomocných zařízení, nebo z těchto získává potřebné informace. V televizním studiu se používá například pro ovládání zpětné červené. Systém umožňuje uživateli si potřebný ovladač koupit, nebo postavit. Tento systém je podstatně rychlejší než MIDI, s výhodou jej lze použít pro funkci fader start. Sběrnicí GPI jsou vybaveny všechny systémy building control (např. Crestron), které jsou schopny vykonávat vysoce sofistikovanou správu celé budovy od ovládání projektoru, až po klimatizaci.
69
zapojení není výhodné, neboť při přerušení kabelu ztrácíme možnost kontroly systému, navíc není možné přijímat zpět pomocné informace ze zařízení za přepínačem, jako je teplota koncových zesilovačů a jejich nastavení. V praxi se proto používá ještě samostatná ovládací síť pro vzdálenou správu, do nichž jsou zapojena všechna zařízení, i ta která jsou propojena analogově. Návrh sítě EtherSound není zvláště složitý. První zařízení v síti se nazývá primary master. Jednotka, která pouze extrahuje signál z datového streamu je slave. Jestliže zařízení vkládá signál do ES streamu, označujeme jej master. Jsou-li požadovány obě funkce, jde o master/slave. Síťový přepínač (switch) je možné připojit jen na konci řetězce, ale mohou být za ním další větvení. Topologie může být kruhová, hvězdicová, nebo kombinací obou. Redundance není u EtherSoundu prioritní, pokud je vyžadována, může mít síť pouze kruhovou topologii. Poslední zařízení se propojí s prvním. V případě přerušení kteréhokoli kabelu bude komunikace probíhat od začátku po konec přerušení. Dobrý návrh sítě by měl obsahovat tyto kroky: 1/ Stanovit počet zvukových kanálů, které potřebujeme vyslat a přijmout v každém konkrétním umístění. 2/ Vybrat si vhodná zařízení. 3/ Vyhledat nejlogičtější cestu pro kruhovou topologii, ujistit se že nebude třeba přenášet více než 64 kanálů (součet všech signálových cest). 4/ Označit čísla kanálů a nastavit směr upstream/downstream. Tato funkce může být automatická. 5/ Aktivovat na posledním zařízení v řetězci funkci loopback. Vlastní latence přenosu je 5 vzorků, 104 mikrosekund při 48 kHz, bez A/D a D/A konverze. Každý další slave modul v síti s kruhovou topologií přidává latenci 1.4 mikrosekund. V případě EtherSound Giga je to 0.5 mikrosekund za každé další zařízení v řetězci. V konečném stádiu příprav se nachází gigabitová verze pod názvem EtherSound Giga s podporou vzorkovacích kmitočtů 24, 44.1, 88.2, 96 kHz, o 70
bitové hloubce 24 bitů. Maximální počet přenesených kanálů je 256 kterýmkoliv směrem, v případě přepisování dat zařízeními až 512. Hlavním rozdílem je současný IP provoz pro kontrolu zařízení. Rozhodnutí pro tento protokol není jednoduché. Veškerý management sítě je založený na bázi PC, jeho stabilita je diskutabilní. V praxi vykazuje mnohem
větší
stabilitu
systém
MADI.
Jeho
největší
slabinou
je
elektromagnetické odstínění. Byl zaznamenán případ, kdy obsluha opakovaně pomocí běžné komunikační vysílačky zrušila funkčnost celého systému na dlouhé minuty. Takový stav byl navíc provázen velice rušivými zvukovými projevy, podobající se impulzům růžového šumu. Tímto neduhem bude pravděpodobně trpět i CobraNet48. EtherSound nepodporuje (prozatím) funkci gain tracking. Jakýkoli zásah do nastavení zisku předzesilovače převodníku se projeví i v monitorové konzole. Jediným řešením je pořízení mnohem dražšího převodníku s dvěma a více předzesilovači, samostatně ovladatelnými. EtherSound lze s výhodou použít tam, kde je potřeba přenést velký počet kanálů na méně různých míst. Signál v tomto formátu je možné distribuovat až do zesilovačů, bez nutnosti dalšího převodu. Protože jde o oblíbený formát, implementuje jej do svých výrobků velké množství firem.
4.3.2.4. RockNet RockNet je protokol firmy Riedel. Komunikace probíhá obousměrně jedním kabelem Cat 5 do vzdálenosti 150 metrů a lze jej prodloužit použitím opakovače až na 450 metrů. Je možné použít také optický kabel s maximální délkou 2 kilometry. K dispozici jsou dvě verze, nejvyšší RockNet 300 může přenášet až 160 kanálů s 24 bitovou hloubkou při 48 kHz. Podporuje maximální bitovou hloubku 32 bitů s vzorkovací frekvencí 96 kHz.
48
Obecně vzato, není vhodné vystavovat zařízení obsahující procesory, i jejich kabeláž silnému elektromagnetickému záření s impulzním charakterem, jaké produkují vysílačky a mobilní telefony.
71
Topologie sítě je kruhová, redundantní. Lze zapojit až 99 zařízení. Napájení všech komponentů v síti je zdvojeno. Při zapojování jednotlivých komponentů v síti je jejich adresování plně automatické. Latence je 0,85 ms od analogového vstupu po výstup. RockNet má funkci nezávislého nastavení zisku pro maximální počet osmi mixážních pultů. Tato funkce spolu s nízkou latencí z něj činí vážného konkurenta MADI. Velkou výhodou je také velká podpora celé řady výrobců, jako jsou Studer, Soundcraft, Yamaha, Alen&Heath a další. Existují také zařízení pro převod do formátů MADI a EtherSound. Firma Riedel vyrábí komunikační systémy pro divadla, nabízí tak komplexní řešení zvukových rozvodů v divadelní budově.
72
4.3.3. Subsidiární zvukové sítě Subsidiární zvukové sítě umožňují sloučit a přenášet několik komunikačních protokolů současně, nejedná se tak ve své podstatě o samostatný typ zvukového protokolu. Obvykle nabízí možnost sloučení zvukových i obrazových protokolů včetně běžného IP provozu.
4.3.3.1. Optocore Je nejrozšířenější a nejstarší podpůrnou sítí schopnou přenášet až 512 kanálů při 48 kHz. Přenos je jednosměrný po optickém kabelu. Topologie je redundantní, kruhová. Veškerá zařízení firmy Optocore mají zdvojené napájení a obsahují zdvojené porty In/Out. Zvláštností jsou speciální konektory pro optický kabel, které rozšiřují paprsek laseru v místě spoje pro zmenšení vlivu nečistot. Po síti Optocore lze posílat současně MADI, AES/EBU, DMX, RS485, EtherNet a další. Latence od analogového vstupu po analogový výstup je 1,44 ms při 48 kHz. Nevýhodou Optocore je jeho vysoká pořizovací cena.
4.3.3.2. UNioN UNioN je poměrně nová gigabitová podpůrná síť firmy Yamaha. Přenos zvukových dat je ve formátu EtherSound 100 kabelem Cat 5. Topologie je kruhová, redundantní. Dokáže přenášet a kombinovat všechny výše uvedené protokoly. Podobně jako Dante, umí využít síťovou kartu počítače jako záznamové zařízení se 48 vstupy. Bývá uváděna latence menší než 2,5 ms. Výhodou sítě UNioN je podpora všech starších produktů Yamaha, stejně jako používání běžných síťových prvků gigabitové sítě. 73
4.4. Zesilovače a reproduktorové soustavy V této části jsou popsány některé inovativní prvky a pracovní postupy, přestože se z valné části jedná o zařízení s analogovou částí. Popsat tyto inovace zde je však nezbytné, protože jejich používání v českých divadlech není zatím příliš časté. Přitom mohou přinést podstatné kvalitativní změny reprodukce zvuku a jsou budoucími standardy.
4.4.1. Zesilovače Zesilovače prochází razantními konstrukčními změnami zejména v posledních dvou letech. Bývalo běžné, že vícepásmové systémy v aktivním zapojení používaly analogové výhybky, v lepším případě vybavené obvody zpětné vazby pro ochranu reproduktorové soustavy. Pokud bylo zapotřebí změnit dělící kmitočet, muselo dojít k výměně kondenzátorů a odporů. Taková úprava byla velice složitá a její realizace se pohybovala v řádu týdnů. Výsledek však nemusel zcela odpovídat představám, protože změnou součástek došlo též ke změně fázového posuvu. Omezená byla i volba strmosti výhybky. Tento nedostatek odstranily až digitální výhybky – crossovery, vyráběné od devadesátých let. Tyto první přístroje sice neřešily problémy s kompenzací otočení fáze, avšak jejich vnitřní procesor umožnil změnu dělícího kmitočtu okamžitě, pro libovolný výstup. Rozvoj výkonu procesorů podpořil zrod vyspělejšího druhu crossoveru, tak zvaného speaker managementu. Taková digitální výhybka získává zpětnovazební informace z reproduktoru, nebo zesilovače. Předpokladem je jednotnost výrobce reproduktorových soustav, zesilovačů a výhybky49. Jiným druhem speaker managementu jsou výhybky bez zpětné vazby, které v reálném čase modelují zatížení reproduktoru zesilovačem50. Vlastní ochrana se realizuje limiterem
ve
výhybce.
Předpokladem
pro
správnou
funkci
speaker
managementu, procesorů tohoto typu, je tak zvaný tovární preset výrobce reproduktorové
soustavy.
Toto
přesné
nastavení,
získané
většinou
z
49
Například procesory NEXO NX 241 a NX 242.
50
Příkladem je procesor BSS 366T Omnidrive, nebo procesory značek XTA, LAKE, DBX a další.
74
internetových stránek výrobce reproduktorových soustav, je nutné uložit do paměti výhybky prostřednictvím počítače, nebo vhodné paměťové karty. Preset obsahuje všechny potřebné informace: vstupní citlivost a výkon zesilovače, dále všechny parametry reproduktorů v soustavě, zejména impedanci, citlivost, zatížitelnost, frekvenční charakteristiku, teplotní charakteristiku a jiné. Na základě vstupního signálu a těchto informací je vytvořen číslicový model chování reproduktorové soustavy, z něhož se odebírají potřebná zpětnovazební data pro ochranu reproduktorů. Vývoj továrních presetů pro velké množství různých digitálních výhybek velice zatěžoval vývojová oddělení výrobců reproduktorových soustav. Digitální procesory ve výhybkách jsou totiž různé a používají i různé platformy operačních systémů, výjimkou není použití Linuxu, či Windows. Pro jednu reproduktorovou soustavu tak muselo být vyvinuto několik desítek různých verzí továrních presetů51. Z tohoto důvodu dochází v současnosti k integraci kompletního speaker managementu do zesilovače. Ten má obvykle dva vstupy analogové, nebo jej lze rozšířit o digitální vstup v požadovaném formátu. Výkonový stupeň mívá dva, častěji čtyři výstupní kanály. Všechny tyto zesilovače jsou na vstupu vybaveny A/D převodníkem. Signál je na vstupu digitalizován, zpracován v integrované digitální výhybce. Poté je převeden do analogové podoby a zesílen výkonovým stupněm, který používá pulzní napájecí zdroj52. Zpětnovazební data se získávají z výkonové části zesilovače měřením nízkofrekvenčního
napětí výstupu koncového
stupně. Zároveň probíhá
modelování chování reproduktorové soustavy. Celý systém dokáže odlehčit přetěžovaný reproduktor, pozná jeho přehřátí, nebo poruchu. Dochází k situaci, kdy výrobce reproduktorových soustav „vyrábí“ vlastní zesilovače s integrovanou digitální výhybkou ve spolupráci s renomovanými výrobci zesilovačů a crossoverů. Nabízí potom dlouhodobou podporu firemních presetů často jen pro dva zesilovače různého výkonu, 51 V praxi je továrních presetů pro jednu soustavu hned několik, pro různé kombinace reproduktorů a dělících frekvencí Tyto jsou uživatelsky nezměnitelné, vyjma nastavení zpoždění jednotlivých pásem. 52 Toto však není pravidlem, příkladem lze uvést digitální zpracování TD u zesilovačů série PLM firmy LAB Gruppen.
75
například D&B Audiotechnik zesilovače D6 a D12, L-ACOUSTICS zesilovače LA-4 a LA-8 (Obrázek C. 10).
4.4.2. Reproduktorové soustavy line array Aby bylo možné vysvětlit funkci reproduktorových soustav typu line array, je nezbytné osvětlit jejich fyzikální podstatu. Za zvuk lze z fyzikálního hlediska považovat mechanické vlnění související s kmitáním částic plynu, kapaliny nebo pevné látky. Dle směru kmitání částice na směr šíření vlny, rozlišujeme vlnění příčné a podélné. V plynném a kapalném prostředí může docházet pouze k vlnění podélnému, neboť smyková napětí potřebná pro šíření příčného vlnění mohou vzniknout pouze v pevných látkách. Plynné prostředí při stlačení vykazuje pouze objemovou pružnost, nikoliv pružnost ve smyku, nebo v tahu. Ve vzduchu se tedy šíří podélné vlnění, projevující se zhuštěním a zředěním částic prostředí, které se přičítá k barometrickému tlaku. Nazýváme jej akustický tlak a jeho jednotkou je pascal (Pa). K popisu vlny šířící se prostorem je třeba, vyjma akustického tlaku, také znát akustickou rychlost, kterou kmitají částice prostředí kolem rovnovážné polohy. Tato rychlost není shodná s rychlostí šíření zvuku. Zvukové pole přímých vln se šíří jen v jednom směru. Akustický tlak a akustická rychlost jsou zde ve fázi. U těchto rovinných vln je intenzita stálá. U zvukového pole kulových vln má vlnoplocha tvar koncentrických koulí a šíří se z místa vzniku na všechny strany. Akustický tlak a akustická rychlost nejsou u kulové vlny ve fázi. Vlivem toho dochází k poklesu intenzity se čtvercem vzdálenosti od zdroje. Tento pokles hladiny akustického tlaku nazýváme sférický útlum, a při vzdálení na dvojnásobnou vzdálenost od zdroje odpovídá jeho hodnota poklesu o 6 dB. Při šíření zvuku ve vzduchu dochází také k pohlcení části zvukové energie. Toto pohlcení nazýváme atmosférický útlum. Tento útlum má dvě příčiny:
76
klasický útlum, kdy zvuková energie ubývá vlivem vedení a vyzařování tepla, viskozitou prostředí a difuzí. Je úměrný druhé mocnině kmitočtu. molekulární útlum, kdy dochází k úbytku energie vlivem relaxace molekul kyslíku. Tento útlum závisí především na množství vody obsažené ve vzduchu, teplotě a kmitočtu. Atmosférický útlum roste lineárně se vzdáleností. Tento útlum může dosáhnout za určitých okolností i 20 dB na vzdálenost 100 metrů. V souvislosti s Huygensovým principem lze vyvodit 2 skutečnosti: 1/ Je-li zdroj zvuku menší, než vyzařovaná vlnová délka, šíří se zvuk z tohoto zdoje všemi směry a vytváří kulovou vlnoplochu. 2/ Je-li zdroj zvuku, v porovnání s vyzařovanou vlnovou délkou, mnohem větší, šíří se zvuk z tohoto zdroje jedním směrem a jeho vlnoplocha je rovinná. U tradiční reproduktorové soustavy se zvuk v podstatě šíří všemi směry a směrově je vyzařováno jen vyšší frekvenční spektrum. Jsou-li reproduktorové skříně uspořádány do soustavy více zdrojů, chová se tato soustava jako několik samostatných zdrojů. Výsledná frekvenční charakteristika je velice zatížena efektem hřebenového filtru, protože pro poslech v různých místech je také vzdálenost zdrojů různá a dochází zde k problémům s rozdílným příchodem zvukových vln. I přes vějířové uspořádání těchto velkých soustav, budou posluchači v jejich blízkosti vystaveni mnohem většímu akustickému tlaku, než posluchači ve velké vzdálenosti od těchto soustav. Tento jev lze eliminovat jen použitím reprodukční soustavy vyzařující přímkovou vlnu, line source array. Všechny tyto soustavy pracují na základě matematického modelu virtuálního zdroje, který se nachází za reproduktorovou soustavou. Problémem však je spojování jednotlivých měničů soustavy tak, aby došlo k vytvoření jediného virtuálního zdroje. Generovaná vlna musí dorazit z tohoto zdroje ve fázi do každého místa vyzářeného úhlu, nemůže být prostým součtem signálů všech zrojů. Pokud je vzdálenost akustických center měničů menší, než je polovina vlnové délky nejnižší frekvence, kterou přenáší, dochází k jevu, který byl popsán 77
již Harry Olsonem, autorem slavného páskového mikrofonu RCA 44. Takový systém generuje vlny, které jsou tvarem cylindrické a šíří se jen jedním směrem. Řez vlnoplochy má menší obsah, útlum tak odpovídá poklesu o 3 dB na dvojnásobek vzdálenosti. I když je v praxi dodržení těchto kritérií velice těžké, systém line source array dokáže vyprodukovat téměř cylindrickou vlnu. Ta je vlivem prostředí po určité vzdálenosti opět sférická. Problémy se vznikem efektu hřebenového filtru sice nemizí, jeho vliv se však uplatní pouze na okrajích vyzařované horizontální plochy. Reproduktory systému vyzařujícího přímkovou vlnu musí být umístěné pod sebou v těsné blízkosti, jinak princip nebude fungovat. Ve své podstatě je line source array vertikálním výřezem jediného obrovského reproduktoru složeného z mnoha malých. Pro správnou funkci je třeba splnění pěti pravidel, která formuloval na konferenci AES v roce 1992 Dr. Christian Heil: 1/ Součet ploch zdrojů zvuku ve vertikální linii musí být větší, než 80% celkové vyzařované plochy – vertikální vzdálenost mezi měniči musí být co nejmenší. 2/ Vzdálenost akustických center dvou zdrojů musí být menší, než je polovina vlnové délky všech jimi přenášených frekvencí. 3/ Odchylka od ideální cílené vlnoplochy (rovné nebo zakřivené), vyzařované jednotlivými zdroji sestavy, musí být menší než čtvrtina vlnové délky na nejvyšší frekvenci (to odpovídá odchylce méně než 5 mm na 16kHz). 4/ U zakřivených sestav by se měly úhly jednotlivých boxů odlišovat v opačné proporci ke vzdálenosti posluchače. 5/ Existují limity týkající se výšky každé sestavy, minimální vzdálenosti posluchače a úhlů mezi danými sestavami.
Aby bylo splněno první pravidlo, jsou vždy v systémech line array použity speciální zvukovody pro vysokotónové měniče. Nikdy je nelze nahradit zvukovody s konstantní směrovostí (CD). Pro nižší kmitočty se používají co 78
nejmenší měniče, někdy speciální přepážkou rozdělené na dva samostatné akustické zdroje (Obrázek C. 11). Osazení měničů bývá koplanární pro dosažení koaxiálnosti zdroje (Obrázek C. 12). Výsledný tvar reproboxu je pak podstatně jiný, než u klasické konstrukce, z důvodu malého vertikálního rozměru53. Systémy line array jsou oblíbeny pro vysokou předvídatelnost chování. Všichni výrobci těchto soustav nabízejí počítačové programy pro modelování vlastností systému v otevřeném prostředí. Důvod proč jsou reprodukční systémy line array budoucím standardem je skutečnost, že dokážeme mnohem přesněji a efektivněji vyzařovat zvuk jen tam, kam potřebujeme. Vyrovnaná úroveň akustického tlaku v celém prostoru sálu zvyšuje divákovo akustické pohodlí. Zároveň jsou minimalizovány nežádoucí odrazy zapříčiňující dozvuk.
4.4.3. Speciální reproduktorové soustavy pro nízké kmitočty Principy line array nelze uplatnit pro nízké kmitočty. Vlnová délka je zde již tak velká, že funkční soustava by dosahovala výšky mnoha metrů. Z konstrukčního hlediska je nemožné vytvořit takovou soustavu, protože by se takový systém sám neunesl, ani by nebylo možné jej nikam zavěsit. Pro doplnění systému line array se v praxi používají dva typy basových reproboxů v různém provozu: 1/ Basové reproboxy standardní konstrukce - může se jednat o přímo vyzařující reproboxy vybavené ozvučnicí s Helmholtzovým rezonátorem, nebo může jít o systém se zvukovodem. Šíření zvuku je všesměrové. Tyto reproduktorové skříně je možné umístit v nejnutnějším případě přímo ke stěně. Odrazy od stěn ale zapříčiní zdvih některých nízkých kmitočtů. Pokud se umístí větší množství reproboxů nad sebe, směrová charakteristika má tvar elipsy. Ve výjimečných případech je možné použít uspořádání velkého 53 Obecně se pro tyto reproboxy rozmáhá označení „placatá bedna“.
79
množství reproboxů do jediné horizontální linie. Jednotlivé reproboxy se pak nastavením procesoru zesilovače zpozdí tak, že vytvářejí virtuální polokruhové uspořádání. Reproboxy umístěné uprostřed mají nastaveno největší zpoždění. 2/ Kardoidní basové reproboxy – mají speciální konstrukci. Jejich provoz je výhradně dvoukanálový. V přední části je umístěn jeden až dva reproduktory velikosti 10 až 18 palců. V zadní části je umístěn obvykle jen jeden menší reproduktor, vyzařující za reprobox54. Signál pro tento reproduktor je odvozen od signálu reproduktorů v přední části. Obsahuje zpoždění odpovídající rozdílu vzdáleností mezi předními a zadním reproduktorem a ekvalizaci v pásmu 3 dB, s mírně potlačenými nízkými frekvencemi. Tyto reproboxy je možné umístit jen ve větší vzdálenosti, než 1,2 metru od zdi, či jiné překážky. Nikdy se nesmí umístit přímo u zdi. Směrová charakteristika je kardoidní. Při umístění většího počtu boxů na sebe se kardioida prodlužuje. 3/ Standardní basové reproboxy v kardoidním provozu – princip funkce vychází z konstrukce kardoidních reproboxů. Sestava musí obsahovat minimálně čtyři reproboxy. Tři směřující dopředu a jeden otočený vzad (Obrázek C. 13). Pro umístění této soupravy platí stejné podmínky jako pro kardoidní basové reproboxy. Reprobox směřující dozadu musí být vždy v sestavě nejníže. Jeho signál by měl odpovídat parametrům pro signál zadního reproduktoru kardoidního basového boxu. V praxi se ale osvědčil i jednokanálový provoz se stejným signálem s vynikajícími výsledky. Soustava má kardoidní směrovou charakteristiku. 4/ Basové dělo konstruované z reproboxů standardní konstrukce – v praxi se používá jen na velkých koncertech, kde je vyžadována velká průraznost basového signálu. Vytváření takových soustav je zatím jen ve fázi pokusů. Firemní presety pro tyto soustavy zatím 54
Někdy je těžké rozeznat, která strana reproboxu má směrovat dopředu a lze se orientovat jen dle přípojného konektoru, který by měl být vždy vzadu.
80
neexistují. Směrová charakteristika má tvar nevyrovnané osmičky. Funkční celek lze sestavit minimálně z osmi kusů basových reproduktorů standardní konstrukce. Reproboxy se umísťují po dvojici, ve vzdálenosti přibližně 80 centimetrů za sebou. Všechny směřují dopředu. Signál pro každou dvojici je vždy zpožděn o součet zpoždění následující dvojice a rozdílu vzdálenosti mezi dvojicemi. První dvojice u posluchačů má tedy nastavené největší zpoždění. Je také možné použít dvě sestavy standardních reproboxů v kardoidním provozu za sebou. V principu jde o virtuální zvětšení výchylky kmitačky výřezu jediného basového reproduktoru.
4.4.4. Audio Spotlight Za určitých okolností je možné, aby se zvukové vlny chovaly stejně jako paprsek světla. Zvukové vlny, které můžeme přesně směrovat i na velké vzdálenosti, bez vlivu ztrát. Zvukové vlny, které se přesně odrazí i od menších rovných povrchů. Zvukové vlny, které nám umožní přesně definovat okruh posluchačů, byť by měl být jen jeden jediný. Zvukové vlny které vnímá jen ten, komu jsou určeny. Takto je možné se zvukovými vlnami skutečně zacházet. Základy teorie jsou známé z šedesátých let dvacátého století, z vývoje sonaru pro ponorky. Funkční zařízení ale předvedl až v roce 1998 jako první Joe Pompei. Audio Spotlight používá ultrazvuk jako nosnou vlnu, na niž je amplitudovou modulací superponována nízkofrekvenční vlna. Zařízení využívá nelinearitu, která vzniká až při kontaktu ultrazvukové vlny s lidskou hlavou, čímž dojde k její demodulaci. Člověk takový zvuk vnímá jako by se ozýval zevnitř jeho hlavy, proto systémy využívající ultrazvuku nikdy nebudou stereofonní. Vlastní audio reflektor je 10 milimetrů silná čtvercová deska. Vyrábí se v provedení 16 nebo 24 palců. V zadní části je konektor BNC pro spojení se speciálním zesilovačem, kde se provádí vlastní modulace ultrazvuku nízkofrekvenční složkou. Vzhledem k tomu, že zařízení pracuje s ultrazvukem, zesilovač se poměrně zahřívá a je velmi problematické dosáhnout velkých výkonů. Doporučené vzdálenosti pro použití jsou do desítek metrů. 81
Systém je hlavně určený pro muzejní expozice. I když aplikace tohoto systému v divadelním provozu je sporná, jeho budoucnost může být i v divadle jako moderní systém nápovědy, nebo scénický prvek určený k podpoře účinku představení v podobě vnitřního hlasu.
4.4.5. Systém úpravy akustiky prostoru Reprodukční systém úpravy akustiky prostoru Constellation (Obrázek C. 14) byl vyvinut firmou Meyer Sound za účelem úpravy akustických vlastností prostoru. Je primárně určen pro divadla se širokým repertoárem, kterým umožní variabilní změnou dozvuku dosáhnout realistické akustické vlastnosti různých prostorů. Lze tak třeba na komorním jevišti vytvořit zvukovou iluzi hlediště Carnegie Hall, nebo v plenéru vytvořit dozvuk komorní scény. Nejsou kladena žádná omezení. Princip funkce akustického systému Constellation spočívá v tom, že procesor vyhodnocuje akustické signály z velkého množství mikrofonů. Tyto mikrofony jsou zavěšeny nejen nad jevištěm, ale také v hledišti. Na základě takto získaných informací procesor zjistí, který signál je originální, co je jen dozvuk prostoru a která část signálu je ruch. K takto získanému signálu je přidán dozvuk s požadovanými vlastnostmi, který je distribuován do velkého množství miniaturních aktivních reproboxů. Každý reprobox s kardoidní směrovou charakteristikou má ale svůj vlastní signál, který zahrnuje časovou a frekvenční kompenzaci. Platí, že reproboxy se umísťují do míst, které by generovaly odrazy zvukových vln v reálném prostoru. Umísťují se do stropních panelů, ale také na boční stěny. Ke snímání zvuku se užívá velkého množství miniaturních všesměrových kondenzátorových mikrofonů v poměru 1:1 se speciálními aktivními reproboxy. Aby byla použitá kabeláž co nejjednodušší, využívá se pro napájení aktivních reproboxů obyčejné fantomové napájení, k propojení pak obyčejná kabeláž s konektory XLR. Všechny kabely jsou připojeny do zvukového procesoru s vzorkovacím kmitočtem 96 kHz a 64 bitovou hloubkou. Tento procesor, pracující s plovoucí čárkou, vyhodnocuje přicházející zvukové signály a přidává k nim odpovídající dozvuk a zpoždění. Uživatel si může vybrat 82
z přednastavených akustických vlastností renomovaných koncertních sálů a divadel (například Metropolitní opera New York), může však také vytvářet vlastní virtuální prostory, i takové, jejichž existence není reálná. Tento systém je výhodnější pro prostory s krátkou dobou dozvuku, zejména je vhodný pro experimentální divadelní prostor s vysokou variabilitou. Jeho výhod využívá řada moderních evropských divadelních budov.
4.4.6. Digitální reproduktor Důvodů k vývoji digitálního reproduktoru je celá řada, počínaje snahou o minimalizaci výrobních nákladů, až po možnost totální kontroly směru vyzařování zvukových vln. Smart Digital Loudspeaker Array (dále jen SDLA) je z větší části zatím jen teorie. Princip SDLA (Obrázek C. 15) spočívá v převodu digitálního elektrického signálu, kódovaného PCM modulací, přímo na akustický signál za pomocí mikroskopických piezo-keramických motorů. Tyto motory jsou dnes běžně využívány k pohybu čoček ve fotoaparátech mobilních telefonů a dokáží reprodukovat i obdélníkový signál. Počet pohybujících se motorů odpovídá takzvané váze bitu přicházejícího signálu (čím větší počet bitů, tím větší množství motorů se pohybuje). Jednotlivé motory jsou umístěny na čipu s měničem bitového sledu. Protože je možné velmi přesně kontrolovat a zpožďovat jednotlivé měniče (motory) v systému, kterých jsou řádově tisíce, je možné ovládat plně vyzařování zvukového pole. Úpravou zdrojových dat je možné vyzařovat při použití jediné desky s měniči i několik zvukových kanálů současně za pomocí odrazů od bočních stěn místnosti (funkčně obdobné zařízení s elektrodynamickými měniči je například Yamaha Digital Sound Projector YSP1000). Na druhou stranu je rovněž možné obložit všechny stěny místnosti deskami se SDLA a vytvářet různé, naprosto realistické dozvukové vlastnosti prostoru. Bohužel na instalaci takového zařízení v divadle bude nutné ještě několik desítek let počkat.
83
5. Studie využití digitálních zvukových technologií Cílem výzkumu bylo zmapovat nejobvyklejší problémy, na které zvukař v divadelní praxi může narazit, při používání digitálních zvukových technologií. Do výzkumu proto byla zahrnuta jen ta divadla v městě Brně, kde již běžně používají digitální mixážní pulty. Se zvukovými mistry byly realizovány řízené rozhovory, aby došlo k minimalizaci chyb způsobených nepochopením výzkumných otázek a omezeno záměrné ovlivnění výsledku. Pro zjištění skutečného opodstatnění existence digitálního mixážního pultu v divadelním provozu bylo provedeno modelové porovnání vlastností analogového a digitálního mixážního pultu. Dále pak bylo zapotřebí zjistit, jaké digitální mixážní zařízení uvedená divadla používají, jakou měrou jsou zde zastoupeny moderní zvukové technologie při realizaci inscenace a jaká je jejich poruchovost ve vztahu k analogové verzi. Důležité bylo stanovení maximálního počtu používaných vstupů při provozu, zjištění počtu bezdrátových systémů a jednotnost jejich výrobce. V průběhu výzkumu se ukázalo nutností rozšířit výzkumné otázky o stanovení poměru času stráveného ve zvukové kabině při vlastní realizaci inscenace.
5.1. Modelové porovnání analogového a digitálního mixážního stolu Pro studii využití digitálních technologií v divadle je důležité srovnání vlastností analogového mixážního pultu a jeho ovládání s digitálním zařízením obdobných parametrů. Výběr vhodných zařízení pro srovnání je velice nelehký. Lze ho bez nadsázky přirovnat k porovnávání starého drátové telefonu s moderním mobilním telefonem. Jinak řečeno: i nejlevnější současný model by hravě ve všech parametrech předčil špičkový analogový mixážní pult. Nelze tak srovnávat modely například se stejným počtem sběrnic, nebo se stejným počtem vstupních kanálů. Určitým východiskem je srovnání pořizovací ceny pomocí koeficientu ceny jiného produktu. Takový produkt musí být z oblasti zvukové techniky, neboť jen tak je možné minimalizovat výkyvy způsobené politicko84
ekonomickými vlivy. Najít produkt vyráběný alespoň 20 let beze změn není snadné, v oblasti mixážních zařízení je to nemožné. Jedinými výrobními stálicemi jsou některé typy mikrofonů. Proto byl zvolen cenový koeficient mikrofonu Shure typ SM 58 LE, neboť se bez jakýchkoliv změn vyrábí od roku 1966 a pro účely tohoto srovnání je dostačující. Jeho cena se v letech 1992-1994 pohybovala v rozmezí od 99 do 109 $ v zemi původu. Jedinou změnou ve výrobní technologii byl přesun výroby z USA do pobočky Shure v Mexiku. Ten se však neprojevil v kvalitě a koncové ceně zařízení. V roce 2010 bylo možné pořídit mikrofon Shure SM 58 LE v rozmezí od 89 do 99 $. Podíl takto získaných středních hodnot udává koeficient porovnatelné ceny 0,904. Pomocí tohoto koeficientu lze získat pouze přibližný obraz. Jinak řečeno: pokud by se vyráběl nepřetržitě mixážní pult obdobnými technologiemi od roku 1992, jeho současná pořizovací cena by byla o 9,6 % nižší ve srovnání s rokem 1992. Tato metoda srovnání, bohužel také nepřichází v úvahu, z důvodu velmi vysoké přidané hodnoty digitálního mixážního stolu. Současná zařízení obsahují v ceně i algoritmy procesního zpracování zvuku, která u analogu obstarávala výhradně externí zařízení umístěná v takzvaném side racku: kompresory, ekvalizéry, efektové jednotky a další. Muselo by dojít nezbytně ke srovnání konkrétního analogového zařízení jako celku. Ten je ale uživatelsky variabilní. Výchozím řešením byl shledán výběr konkrétního analogového modelu a k němu odpovídající ekvivalent současnosti, z hlediska historie firemní politiky modelových řad. Vhodným modelem analogového mixážního pultu byl shledán Soundcraft Vienna ve verzi se třiceti dvěma vstupy, se kterým má autor této práce dlouholeté zkušenosti. Tento analogový mixážní pult se vyráběl v letech 1992-1994, poté byl nahrazen modelem Vienna II. Ve verzi se 48 vstupními kanály byl nejdražším modelem této značky. Tato značka spadá pod Harman Group a výkonnější pulty byly vždy vyráběny pod značkou Studer a je tomu tak doposud. Jako partnera pro porovnání je třeba vybrat Soundcraft Vi6. Ve verzi 96 kanálů je vlajkovou lodí značky Soundcraft. Vyrábí se od roku 2008. Pult porovnatelný s modelem Vienna 32 je Vi6 ve standardní verzi 64 kanálů.
85
Zde je potřeba upozornit na změnu strategie firmy. Zatím co dříve bylo možné za příplatek rozšířit počet kanálů, typicky po osmi, a zvětšoval se fakticky počet ovládacích tlumičů, dnes je potřebné pro rozšíření kapacity na dvojnásobek pouze dokoupit výpočetní kapacitu, to jest přidat jeden DSP modul k již použitým dvěma.
5.1.1. Soundcraft Vienna Vienna je analogový mixážní pult vyráběný v letech 1992- 1994 (Obrázek C. 16). Fyzicky jsou všechny prvky, mimo napájecího zdroje, součástí jednoho obalu. Externí zdrojová část je z konstrukčního hlediska částečně redundantní – nízko voltové napájení bylo zdvojené, včetně kabeláže, a pokud došlo k závadě v napájecím zdroji pouze na jednom z pěti napěťových výstupů, většina mixážního pultu stále bez problémů fungovala. K plné záloze však musely být používány zdroje dva. Vstupní část Vienny obsahuje 32 vstupních, monofonních, samostatně demontovatelných bloků a 8 modulů stereofonních návratů. Pult obsahuje 8 sběrnic typu GROUP, 8 sběrnic typu AUX s jednokanálovým provozem a 3 sběrnice LCR. Každý monofonní vstup obsahuje LOW PASS filtr, čtyř pásmový parametrický ekvalizér s možností přepínání úrovně Q z hodnoty 0,5 na 1,5 u středních pásem. Horní a spodní pásmo obsahuje přepínače typu filtru BELL/SHELV. Vstupní moduly jsou vybaveny 100 mm fadery ALPS s možností přiřazení do osmi skupin VCA a osmi umlčovacích skupin. Každý vstupní díl je vybaven symetrickým inzertním bodem, který je možné zařadit před korekční obvod, nebo za něj. Toto nastavení se provádí přímo na desce plošných spojů, není možné za provozu. Vstupní osmice stereofonních návratů je přiřaditelná pouze do dvou sběrnic AUX čísel 1 a 2, nebo 3 a 4. Vstupní obvody stereofonních návratů nejsou osazeny korekčním filtrem. Pomocný matricový mixer MATRIX obsahuje vstupní tlumiče ze sběrnic LCR, GROUP a z externího vstupu.
86
Výstupní sekce obsahuje výstupy LCR, 8 výstupů GROUP, 8 pomocných výstupů MATRIX, výstupy sluchátkového zesilovače, výstupy generátoru, interní a externí komunikace a další. Tento mixážní pult byl stavěn pro typ provozu FOH55. Při zamutování všech vstupů nejsou tyto umlčeny do sběrnic AUX, ale jen do sběrnic LCR a GROUP. Provoz pultu také neumožňuje výběr mezi mixáží typu LR a LCR. Možný je provoz jen LR, sběrnice C je jen pomocnou, protože signál je směrován jen přes přepínač. Pokud bylo zapotřebí přepnout místo inzertního bodu před, nebo za vstupní ekvalizér, či popřípadě bylo nutno povolit vstup testovacího generátoru do sběrnic GROUP, bylo nutné vstupní díly demontovat a požadovanou změnu provést přímo na desce plošných spojů přepínačem. Taková změna nemohla být provedena za provozu.
5.1.2. Soundcraft Vi6 Vyrábí se od roku 2008. Skládá se z fyzicky oddělených částí: ovládacího panelu, local racku a stage boxu (Obrázek C. 6). Jeho napájení je standardně redundantní. Komunikačním protokolem mezi stage boxem a local rackem s audiocore je AES 10 (MADI). Zde je možné si vybrat provoz po optickém kabelu, nebo po kabelu specifikace Cat 5.
Obě verze jsou zálohované, s
možností automatického přepnutí v případě přerušení kabelu. Local rack je možné dovybavit přídavnými kartami pro jiné komunikační protokoly, včetně ryze obrazových formátů, jako je například SDI56. Vstupní a výstupní A/D převodníky jsou umístěné ve stage boxu. Předzesilovače jsou analogové a jejich zisk je řízen z ovládací části. Local rack tvoří audiocore Studer a takzvaný Break
55 FOH - Front Of House, typ provozu mixážního pultu, jako hlavního ozvučovacího pultu. Soustředění ovládacích prvků a jejich rozsah neumožňuje pohodlné ovládání monitorových cest, na rozdíl od provozu typu MON, nebo FOH/MON. 56
Většina digitálních obrazových formátů dnes obsahuje i zvukové kanály.
87
Out Box (BOB) s 24 vstupními a výstupními konektory nejen analogového signálu, ale také ve formátu AES 3. Control surface je rozdělen do pěti částí. Čtyři vstupní, po osmi ovládaných
kanálech
a
jeden
výstupní,
s
osmicí
hlavních
tlumičů
VCA/GROUP/AUX. Součástí výstupního bloku je také trojice tlumičů LCR a jeden tlumič pro monitoring. Vstupní část Vi6 se ovládá ve třech vrstvách, vždy po třiceti dvou kanálech. Základní verze se dvěma kartami DSP umí zpracovat 64 kanálů. Mezi tyto je však nutné zahrnout i kanály generované vnitřními efektovými procesory. Při rozšíření o další kartu DSP tak může současně zpracovávat až 96 vstupních kanálů. Všechny vstupní tlumiče jsou vybaveny indikátory vybuzení s nastavitelnou integrační konstantou dle tří profesionálních standardů. Nastavování zisku a panorámy se děje pomocí otočných enkodérů se stupnicí diod LED. Otočné enkodéry ostatních funkcí jsou součástí TFT panelů systému Studer Vistonics. Jejich nastavení je zobrazováno na těchto panelech. V některých případech mohou fungovat jako přepínače s více polohami. Vi6 neobsahuje fyzické stereofonní vstupní kanály, protože návraty z efektových jednotek jsou řešeny interně. Stereofonní kanály jsou řešeny párováním, jinak spojováním ovládacích funkcí monofonních vstupních jednotek. Lze párovat vstupní kanály vedle sebe, ale i pod sebou. Tento způsob párování ušetří jeden tlumič ve vrstvě. Veškerá nastavení, včetně míst inzertních bodů, se dějí softwarově. Jedinou výjimkou jsou hardwarová nastavení přepínačů local racku. Všechna nastavení je možné uložit do paměti pultu, nebo na paměť USB flash, případně do laptopu. Při vyvolávání paměti lze vybrat jen některé položky nastavení. Navíc je možné vyjmout funkcí ISO kterýkoli kanál a ponechat jej beze změn, trvale, nebo dočasně. Pult je také vybaven funkcí UNDO v deseti krocích, lze se tak snadno vrátit původnímu nastavení. Pomocí funkce LOCK je možné uzamknout některé funkce mixážního pultu, třebas před nenechavými prsty osvětlovačů. Kromě standardních skupin VCA, je možné tlačítkem GANG vytvořit jednorázové spojení všech označených vstupních dílů ve všech funkcích tak, aniž by došlo k narušení rozdílnosti jejich vzájemného nastavení.
88
Velice užitečné je propojení přes WiFi. S programovým vybavením Vi6 virtual desk je možné pomocí laptopu s dotykovým displejem ovládat všechny ovládací prvky mixážního pultu na relativně velkou vzdálenost. To může ušetřit spoustu času při přesném nastavování odposlechových cest, neboť zvukař se nemusí nacházet v těsné blízkosti pultu, ale může rovnou na jevišti nastavovat jednotlivé parametry. Ryze speciální funkcí je BLACKOUT. Je navržena speciálně pro divadla vybavená liveposty. Po stisknutí tlačítka zhasnou všechny svítící prvky pultu, vyjma tlačítka, které tuto funkci ruší.
5.1.3. Porovnání parametrů V tabulce č. 2 jsou uvedeny všechny důležité parametry obou mixážnch pultů.
89
Tabulka č. 2: Modelové porovnání parametrů: Soundcraft Vienna a Vi6 POROVNÁVANÉ
SOUNDCRAFT
PARAMETRY
VIENNA
ROZMĚR
185 X 90 x 34 cm
SOUNDCRAFT Vi6
ovl. panel 174 x 72 x 32 cm stage box 44x48x38 cm local rack 35x48x38 cm
HMOTNOST
cca 180 kg
ovládací panel 63 kg stage box 16 kg local rack 25 kg
POČET VSTUPNÍCH
32 mono, 8 stereo
64 mono
19
35
(8 x GROUP
(maximálně 32 x GROUP
8 x AUX
maximálně 32 x AUX
3 LCR)
maximálně 16 x
KANÁLŮ POČET SBĚRNIC
MATRIX 3 LCR) SPOTŘEBA
cca 650 W
465 W
51
24
ELEKTRICKÉ ENERGIE POČET INZERTNÍCH BODŮ (EXTERNÍCH)
90
POROVNÁVANÉ
SOUNDCRAFT
PARAMETRY
VIENNA
POČET INZERTNÍCH
SOUNDCRAFT Vi6
0
99
+ 0/-0,5 dB (20 Hz-20
+0/-1 dB (20 Hz- 20kHz)
BODŮ (INTERNÍCH) FREKVENČNÍ CHARAKTERISTIKA
kHz)
ODSTUP RUŠIVÝCH
<-127,5 dBu (mic in)
NAPĚTÍ HARMONICKÉ ZKRESLENÍ (od vstupu do výstupu)
- 91 dBu (64 ch routed)
<-82 dBu (32 ch routed) <0,008 %(1 kHz)
<0,003% (1kHz)
<0,02 %(10 kHz) (@ + 20 dBu)
PŘESLECH
<80 dB
< - 110 dB
neuvedeno
80 dB @ 1kHz
HEADROOM57
20 dBu
18 dB
NOMINÁLNÍ
+ 4 dBu
+15/+24 dBu @ 0 dBFS
8/12
16/98
LR
LR,LCR
FOH
FOH / MON
CMRR
VÝSTUPNÍ ÚROVEŇ MATRIX (počet výstupů/ počet vstupů) MIXÁŽ PROVOZ
57
Headroom je dostupný signálový rozsah nad nominální úroveň před začátkem zkreslení.
91
POROVNÁVANÉ
SOUNDCRAFT
PARAMETRY
VIENNA
GPIO
NE
SOUNDCRAFT Vi6
16 local rack 8 stage box
MIDI VSTUPNÍ A VÝSTUPNÍ
NE
ANO
ANALOG
ANALOG, AES10,
FORMÁT REDUNDANTNÍ
AES42, A-DAT NE
ANO
NE
ANO
NAPÁJENÍ REDUNDANCE ZVUKOVÉ KABELÁŽE POŘIZOVACÍ CENA
cca 1 300 000 Kč (1993) cca 1 500 000 Kč (2010) cca 1 175 200
cca 1 500 000
CENA ZA 1m
> 1100 Kč
7,50 Kč
KABELÁŽE
(2x Sommer cable SC
(1xUTP Cat5)
(OSAZENÍ 32 in/10 out)
100-1156-24 LOGIC
POŘIZOVACÍ CENA S KOEFICIENTEM POROVNATELNÉ CENY
MODF 24) CENA KONEKTORŮ
> 7308 Kč
166 Kč
KABELÁŽE
(Neutrik)
(Neutrik)
NE
ANO
(OSAZENÍ 32 in/10 out) FADER START
(GPIO, MIDI)
92
POROVNÁVANÉ
SOUNDCRAFT
PARAMETRY
VIENNA
ROZŠÍŘITELNOST
NE
SOUNDCRAFT Vi6
SOFTWAROVÝ/HARD WAROVÝ UPGRADE
VSTUPNÍ EKVALIZÉR
4 pásmový s
4 pásmový s plně
nastavitelnými parametry, nastavitelnými parametry Q 0,5 nebo 1,5 nebo
Q 0,3 – 8,7, nebo SHELF
SHELF VÝSTUPNÍ
NE
EKVALIZÉR
35 X třetinooktávový filtr, samostaný pro každý výstup
NE
8 X LEXICON
NE
64 + 35
GATE
NE
64 + 35
LIMITER
NE
64+35
MOŽNOST ULOŽENÍ
NE
ANO
EFEKTOVÁ JEDNOTKA KOMPRESOR/ DEESSER
NASTAVENÍ MOŽNOST PŘÍPRAVY
USB, nebo do PC NE
NASTAVENÍ MOŽNOST DÁLKOVÉHO
ANO Vi6 virtual desk
NE
ANO Vi6 Virtual desk, HiQNet
OVLÁDÁNÍ
93
MUTOVACÍ SKUPINY
8
4
VCA
8
16
43 x Alps 100mm
44 x motorizované
16x Alps 63mm
Penny&Giles 100mm
-
48 kHz / 96 kHz
0
< 2ms @48kHz
0
< +/- 5ns
Analogové obvody
DSP 40 BIT s plovoucí
TLUMIČE
VZORKOVACÍ FREKVENCE LATENCE (ANALOGOVÝ VSTUP- ANALOGOVÝ VÝSTUP) JITTER ZPRACOVÁNÍ ZVUKU
čárkou FILTRY HPF A LPF
LPF nastavitelný
LPF a HPF nastavitelný, další nastavitelný HPF v analogové části vstupních dílů
Zdroj: Jan Vrbka
5.1.4. Vyhodnocení Jak vyplývá z výše uvedené tabulky, moderní digitální mixážní pult předčí svého analogového předchůdce téměř ve všech parametrech. Tam kde však analogová konzola podstatně ztrácí, je přidaná hodnota zařízení, která vyvažuje vyšší pořizovací náklady digitálního pultu. Nejpevnějším argumentem je však dvojnásobná kapacita zpracovávaných vstupů a schopnost archivovat všechna 94
nastavení. Při pořízení digitálního mixážního pultu divadlo získá v podstatě stejné vybavení s mnohem menšími náklady. Navíc v případě livepostu uspoří cenný prostor, kam může umístit diváky. Nezanedbatelná je také neporovnatelně nižší cena kabeláže a její záložní provedení, včetně vyloučení problematických přepojovačů. Digitalizace divadla tedy smysl má, vede k racionalizaci investičních nákladů a k obrovskému zvýšení provozní spolehlivosti. Otázkou pouze zůstává, zda má divadlo dostatek kvalitních lidských zdrojů k obsluze takového zařízení a jestli jejich finanční ohodnocení odpovídá kladeným nárokům.
95
5.2. Stav digitálních zvukových technologií v brněnských divadlech Ve městě Brně jsou digitálními mixážními pulty vybavena divadla: Husa na provázku, Janáčkovo divadlo, Mahenovo divadlo, divadelní studio JAMU Marta a Městské divadlo Brno. Všechna tato divadla používají digitální mixážní pulty značky Yamaha. Je to způsobeno tím, že tento výrobce nabízí nejpříznivější poměr výkonu vůči pořizovací ceně zařízení. Dle zjištění jsou velkou rezervou digitální zvukové sítě. Divadla jimi vybavena nejsou, až na výjimky. Všechna zařízení jsou propojena analogovou cestou, pouze některé příspěvkové stroje jsou propojeny rozhraním S/PDIF, nebo AES3. Světlou výjimku tvoří pouze Hudební scéna Městského divadla, kde používají specifickou optickou síť založenou na formátu ADAT pro spojení splitteru s monitorovým digitálním mixážním pultem. Určitou zvláštností je použití digitální zvukové sítě A-Net na činoherní scéně Městského divadla Brno. Zde je však používán k mixáži analogový směšovací pult Allen&Heath, proto tato scéna nebyla zahrnuta do výzkumu. Jeden z respondentů dokonce zastával názor, že digitální zvukové sítě nemají v divadle co dělat. S tímto tvrzením se ostatní dotázaní neztotožnili. Většina divadel používá reproduktorové soustavy klasické konstrukce ve spojení s digitálními výhybkami. Tato situace se změní po plánované rekonstrukci Janáčkova divadla. Mělo by zde dojít k instalaci reprodukční soupravy line array firmy Nexo. V jednom případě instalace reproduktorových soustav line array není provedena zcela dle kriterií pro zdroje zvuku s přímkovou vlnou. Příčinou je snaha o minimální zásah do historického interiéru budovy, není však vyloučeno jisté nepochopení základních principů line array instalační firmou. Obdobný problém se vyskytuje i v pražském Hudebním divadle Karlín. Maximální počet používaných vstupů a bezdrátových systémů úzce souvisí s repertoárem divadla. Je zde velký kontrast se situací pře rokem 1989, který naznačuje značný posun od akustické soběstačnosti inscenace.
96
V případě přístrojů pro odbavení zvukových záznamů je preferován stále minidisc. Objevují se však již softwarové přehrávače na osobním počítači, nebo vícestopý záznam. Používají se především pro zrychlené editační možnosti při zkouškách. V případě Městského divadla je použití multitracku technologickou podmínkou vysoce sofistikované zvukové koncepce. Vzhledem k budoucnosti MD lze očekávat příklon k CD a softwarovým přehrávačům. Procentní podíl času práce zvukaře na livepostu je poměrně vysoký i pro činoherní představení. Výjimkou je Janáčkovo divadlo. Tam livepost
sice
existuje, využíván je však výhradně pro hostující představení. Je to způsobeno pravděpodobně repertoárem, který je složený výhradně z baletních a operních představení.
97
Tabulka č. 3: Stav moderních zvukových technologií v brněnských divadlech k
LIVEPOSTU (V %)
ČAS STRÁVENÝ NA
ZAŘÍZENÍ
PŘÍSPĚVKOVÉHO
PREFERENCE
JEDNOST)
SYSTÉMY (POČET/
BEZDRÁTOVÉ
UŽÍVANÝCH VSTUPŮ
MAX. POČET
ARRAY
REPROBOXY LINE
SÍŤ
DIGITÁLNÍ ZVUKOVÁ
PULT (VÝROBCE)
DIVADLO
DIGITÁLNÍ MIX.ÁŽNÍ
30.8.2009
YAMAHA
NE
NE
32
10/ANO
MD
85%
JANÁČKOVO DIVADLO
YAMAHA
NE
NE *
24
12/NE
MD
0%
MAHENOVO DIVADLO
YAMAHA
NE *
ANO **
48
24/NE
CD
70-90%
MARTA
YAMAHA
NE
NE
40
13/NE
CD/PC
25-33%
MĚSTSKÉ DIVADLO
YAMAHA
ANO ***
ANO
72
40/ANO
MD/MTR
100,00%
DIVADLO HUSA NA PROVÁZKU
BRNO - HUDEBNÍ SCÉNA
Vysvětlivky: *
je v plánu příprav
** instalace není provedena přesně dle podmínek pro line array *** specifická síť ADAT CD- přehrávač kompaktních disků MD- přehrávač minidisc PC – softwarový přehrávač v osobním počítači MTR – vicestopý záznam formátu ADAT Zdroj: Jan Vrbka
98
5.3. Poruchovost zvukových systémů Zemní smyčky způsobující brumy bývaly velice obvyklým problémem, se kterým se zvukař v praxi setkával. V současnosti je v pevných instalacích divadel tento problém vyřešen, nebo vědí jak tyto problémy zcela odstranit, například použitím oddělovacího transformátoru. Závady způsobené kabeláží nejsou obvyklé. Pokud se vyskytnou, bývají způsobené stářím kabeláže. Možným zdrojem poruch jsou též konektory. Zejména pro konektory XLR a TRS (jack) je vhodné volit produkty značkového výrobce, s jasně definovanými rozměry. Pořizování levných asijských kabelů a konektorů se ve svém důsledku prodraží. Životnost kabeláže není nekonečná. Modernizační cyklus by měl být maximálně 10 let u značkových kabelů a konektorů. Po této hranici vzrůstá poruchovost. Závady bezdrátových systémů způsobené interferencí vysílací frekvence ve sledovaných provozech nejsou časté. Pokud se vyskytnou, jsou vždy vyřešeny. Ve třech případech provedla nastavení vysílacích frekvencí a instalaci přijímačů odborná firma, v Mahenově divadle je v provozu použit i počítačový systém pro vzdálenou správu bezdrátových souprav. Příčinou závad jsou spíše zvýšené nároky na provozní flexibilitu ve variabilním scénickém prostoru, než chyby způsobené nevhodným nastavením. Zcela nečekaně je největším zdrojem poruch mikrofonní souprava pro bezdrátový přenos. Oproti prvotnímu předpokladu jde zejména o mechanické závady vysílací části řetězce zapříčiněné nevhodným používáním ze strany výkoného umělce. Tyto závady jsou v zásadě dvojí: vady způsobené vlhkostí – poškození citlivé kapacitní mikrofonní vložky stékajícím potem, případně vlhkostí dechu. hrubé mechanické poškození – zlomené antény vysílačů, vytržené a zlomené konektory, přetržené kabely od mikrofonní vložky do vysílače. Tyto vady jsou nejčastější příčinou selhání celého zvukového řetězce. Stojí za nimi pohybové nároky choreografie, spolu s určitou averzí k technice a notnou 99
dávkou nevědomí. Nalézt vhodné řešení tohoto palčivého problému není jednoduché. Za určitých podmínek lze provozovat dvě samostatné vysílací sady pro jednoho interpreta. Toto řešení, běžné v zahraničí, je finančně nákladné. Zvukař při výpadku signálu použije jiný tlumič na mixážním stole. Kvůli reakčnímu času potřebnému k přepnutí vstupu jde však o řešení následků poruchy, nikoli příčin. Mnohem výhodnější by bylo zaměřit se na dlouhodobou prevenci těchto poruch: ve spolupráci s choreografem najít vhodné umístění vysílače na těle herce. Umělce pak seznámit alespoň s obecnými zásadami provozu bezdrátové mikrofonní soupravy. V ideálním případě by bylo žádoucí zavést pro budoucí zpěváky a herce výuku práce s bezdrátovým mikrofonem přímo na odborné škole, protože v praxi se s touto technikou jistě setkají. Mělo by dojít k určité synergii techniky a umělce, k součinu jejich kvalitativních vlastností. Závady přehrávacích zařízení nejsou běžné. Pokud se vyskytují, jsou zaviněny stářím a nedodržením modernizačního cyklu. V provozech, kde došlo k instalaci nové profesionální techniky, se závady nevyskytují. Pro vysokou provozní spolehlivost by bylo vhodné provádět každé dva roky servisní prohlídku, po 5 letech pak zařízení vyměnit. Závady digitálních mixážních pultů se člení do dvou kategorií: závady vzniklé obsluhou - dle zjištění se ve sledovaných provozech nevyskytují. Obsluha je plně seznámena s vlastnostmi zařízení. závady zařízení - dle dostupných informací došlo pouze v jediném případě k závadě na motorických tlumičích, přibližně po 3 letech provozu. Tato závada se projevovala kmitáním jednoho ze spřažených tlumičů. Výsledkem byla kolísající úroveň hlasitosti daného kanálu. Oprava byla řešena výměnou sady motorických tlumičů. Tyto závady jsou u digitálních mixážních pultů vcelku běžné. Nároky na kvalitu tlumiče nejsou tak vysoké, jako u analogových mixážních pultů. Je tak běžnou praxí, že výrobce používá stejné tlumiče u drahých i levných zařízení. Tuto závadu lze
100
očekávat ve chvíli, kdy není možné provést kalibraci tlumičů v systémovém nastavení58. Závady reproduktorů se v divadle nevyskytují. Nedochází k jejich přetěžování, systémy jsou vhodně navržené. Vyskytují se závady pouze na koncových zesilovačích, četnost je ale nízká. Vesměs šlo o výpadky signálu konstrukční vadou zesilovače, závady stářím zařízení. Vhodný způsob prevence je pravidelná údržba, zvláště v provozech s častým užíváním výrobníků umělé mlhy. Mimo prevenci je užitečné mít i zálohu. U větších reprodukčních soustav bývala záloha tvořena velkým množstvím zesilovačů. V současnosti se však již v instalacích nepoužívá počet kanálů zesilovače k reproduktorům v poměru 1:1. Bývá proto vhodnější zesilovače unifikovat a mít alespoň jeden záložní trvale k dispozici. Tabulka č. 4: Příčiny nejčastějších poruch
REPRODUKTORY
ZESILOVAČE A
MIXÁŽNÍ PULT
CD/MD
SYSTÉMY
BEZDRÁTOVÉ
SYSTÉMY VADY
BEZDRÁTOVÉ
KABELÁŽ
(BRUMY)
ZEMNÍ SMYČKY
DIVADLO
DIVADLO HUSA
ANO
NE
ANO
ANO
ANO
NE
NE
NA PROVÁZKU JANÁČKOVO
NE
NE
NE
ANO
ANO
NE
ANO
DIVADLO MAHENOVO
NE
NE
NE
ANO
NE
NE
ANO
DIVADLO MARTA
NE
ANO
ANO
ANO
NE
NE
NE
MĚSTSKÉ
NE
NE
NE
ANO
NE
ANO
ANO
DIVADLO BRNO CELKEM %
20%
20%
40%
100%
40%
20%
60%
Zdroj: Jan Vrbka 58 Všechny digitální mixážní pulty mají možnost seřízení motorických tlumičů na stejnou úroveň – kalibraci. Provádí se v okamžiku, když fyzická úroveň nastavení tlumiče neodpovídá číselné hodnotě v mixážním stole. Funkce je dostupná v systémovém menu, pro zařízení Yamaha jde o kombinaci několika tlačítek a spínače napájení.
101
5.4. Životnost digitálních zvukových technologií Digitální mixážní pulty fungují v brněnských divadlech zatím jen 7 let. Nejdéle fungující soustava mixážních stolů je v Městském divadle Brno. Zatím se tak neprojevily závady, které způsobí změny ve stárnoucích elektronických součástkách. Vysychající elektrolytické kondenzátory, přechodové odpory v paticích procesorů, studené spoje a další, způsobí velmi neočekávané změny chování celého zařízení. Dle výsledků získaných pozorováním profesionálních digitálních zvukových zařízení starších 10 let, lze očekávat nečitelnost zobrazovacích jednotek, pomalé reakční časy, nespolehlivé startovací sekvence, závady ovládacích prvků, vady napájecích zdrojů, „zamrzání“. U jednoho zařízení byl pozorován stav, kdy docházelo k plynulým změnám nastavitelných hodnot pomocí více ovládacích prvků tak, jako by přístroj ovládal neviditelný zvukař. Tyto vady jsou nepředvídatelné. Jednoznačně určují zavedení maximálně desetiletého modernizačního cyklu pro všechna digitální zařízení. Stabilita operačního systému mixážního pultu je potřebná řešit až u zařízení, která jsou založena na platformách Windows a Linux. Oblíbené Yamahy problém se stabilitou s výjimkou startovací sekvence nemívají, na úkor uživatelských možností. Pokud však dojde k pořízení vyspělejšího zařízení, je nutné očekávat problémy spojené s touto vyspělostí. Bez výhrad jde vždy o mixážní pulty se samostatným audio engine, kde dochází k takzvanému „zamrznutí“ ovládací části pultu. Stává se to při zaváděcí sekvenci, při patchování vstupů a výstupů, při nestandardním řetězení vnitřních sběrnic, při připojení paměťové karty. Prodejci tyto informace tají. Lze je získat jen osobní zkušeností. Platí, že každý digitální mixážní pult musí být vybaven nepřerušitelným zdrojem napájení, UPS. Jen tak lze zaručit stabilitu operačního systému mixážního stolu.
102
5.5. Výsledky zjištěné mimo plánovanou oblast Během provádění výzkumu byla zjištěna existence různých nepřesných informací týkajících se zvukové techniky obecně. Je důležité vyvrátit některé mýty, které v tomto oboru přežívají. Tyto omyly a přežitky se netýkají jen laické veřejnosti, co hůř týkají se i profesionálů a odborné literatury. Proto autor považuje za vhodné uvést tyto informace alespoň částečně na pravou míru, s využitím praktických poznatků.
5.5.1. Zánik zvukové kabiny Zejména zadavatelé rekonstrukcí a novostaveb divadelních budov žijí v mylné představě o nezbytnosti existence zvukové kabiny v daném prostoru. O to hůř, že nákladné rekonstrukce, byť třebas jen částečné, ani nepočítají s možností umístění pracoviště zvukaře jinde, než ve zvukové kabině. Na daný problém je užitečné pohlížet v historických souvislostech. Od třicátých let dvacátého století byly v divadelních budovách zřizovány samostatné zvukové kabiny oddělené od sálu nevyjímatelným okénkem. Tyto kabiny se prvotně vyvinuly ze zvukových koutků umisťovaných na jevišti. Je to logické, protože v počátcích užívání zdrojů ruchů (a to byla prvotní role zvukové techniky v divadlech) obsluhoval tato zařízení inspicient. Později s rozvojem možností zvukové techniky byly kabiny umísťovány zpravidla tak, aby byl dobrý výhled na jeviště, obvykle dvě patra nad úrovní sálu. Toto umístění mohlo vzniknout jako pozůstatek spolupráce s rozhlasem, neboť hlavní účel takového umístění bylo dostatečné odhlučnění od okolí. V takovém prostoru nemohl zvukový technik adekvátně posoudit stav zvukového obrazu v sále, měl proto k dispozici reproduktor pro kontrolní poslech, v lepším případě i galvanometr59 pro kontrolu správné úrovně modulace. Postupem času se okna zvětšila a bylo je možno otvírat, nebo vyjímat. Stále však nedostatečná informace o akustickém vjemu diváka nutila zvukaře uchylovat se k dodnes používané praxi, k
59 Mikroampermetr.
103
dovybavení sálu přehledovým mikrofonem, který přenáší zvukovou informaci do kontrolní odposlechové reproduktorové soustavy. Tento přehledový systém v dnešní podobě může obsahovat i více mikrofonů, různě umístěných nad jevištěm či v blízkosti zvukové kabiny. Hlavní náplň přehledových mikrofonů je dodávat zvukovou informaci do míst, kde není zvuk z jeviště slyšet, do uměleckých šaten, předsálí, nebo jiných provozně-technických místností s potřebou tohoto poslechu. Proto i dnes má tento systém své opodstatnění. I ten nejlepší mikrofon s kvalitními reproboxy pro blízký poslech nikdy nemůže zvukovému mistru nahradit přímý poslech v sále. Může sice, při správném nastavení, poskytnout alespoň přibližnou informaci o hlasitosti reprodukce v sále, nikdy tak ale nelze získat konkrétní představu o divákově akustickém vjemu a jeho akustickém pohodlí. K těmto účelům není většina zvukových kabin vhodně akusticky upravena. V souvislosti s obrovským kvalitativním skokem v technické oblasti, musí i práce divadelního zvukaře jít kvalitativně vpřed. Tím není v žádném případě míněno, že by dosavadní práce zvukaře byla horší kvalitativní úrovně. Přeci jen to však byla práce „naslepo“, stejné úrovně, jako když osvětlovač na scénu nevidí a svítí jen po paměti, nebo s pomocí televizního monitoru a kamery. Při takové práci není umožněn kvalitativní rozvoj pracovníka. Soustředí se na odhadování rozdílu mezi slyšeným a skutečností v sále. Moderní divadelní produkce v sobě spojuje velké množství rozmanitých technických požadavků, je syntézou různých technických oborů, u kterých hledá potřebné technologie. V oblasti zvukové techniky není divadlo zdrojem, je spíše uživatelem přejímajícím nejen technické vymoženosti, ale také určité stereotypní chování, myšlení, pracovní postupy. Dochází k určitému technologickému opoždění, úměrně závislému na potřebách, možnostech divadla a vlastní invenci pracovníků. Jestliže se divadlo ve své audiovizuální vybavenosti inspirovalo v počátcích u rozhlasu a později také u televize, dnes je to spíše oblast živého ozvučování, kdo je zdrojem potřebného technologického vybavení. Z tohoto relativně mladého odvětví také pochází pracovní postup, kdy je zvukař při práci umístěn mezi diváky v sále. Toto místo se označuje anglickým výrazem livepost.
104
Stejně jako v mnoha jiných případech, není zatím pro toto označení adekvátní český výraz60. Livepost není nijak normativně upraven. V ideálním stavu by se takové umístění nacházelo ve druhé třetině délky sálu, uprostřed. Taková instalace je zvykem z koncertních turné, není však pro divadlo vhodná. Zvukař by divákům za sebou překážel61. Bohužel dochází často k situování livepostů pod balkony. Toto umístění není vhodné z důvodu ovlivnění poslechu stojatými vlnami, obvykle s horší možností poslechu vysokých kmitočtů. Bohužel v divadelním prostoru bude umístění zvukového pracoviště vždy kompromisním řešením. Vhodným příkladem umístění livepostu, jako plnohodnotné náhrady zvukové kabiny, je pracoviště zvukového mistra Hudební scény Městského divadla Brno. Umístění zvukaře na livepost podpoří jeho profesní rozvoj. Složitost ovládacích prvků digitálních mixážních pultů vyžaduje jeho zvýšenou pozornost, nejen po období přechodu na tyto nové technologie. Je na čase nechat zvukovou kabinu minulosti. Zastánci tohoto přežitku vyzdvihují především její bezpečnostní úlohu. Dnes jsou ale k dispozici sofistikovanější bezpečnostní prvky, než je zeď. Ve světle těchto skutečností se může jevit budování zvukové kabiny v moderním flexibilním divadelním prostoru, jako neopodstatněné plýtvání finančními prostředky.
60
Půvabné výjimky tvoří slangové výrazy. Pro příklad lze uvést výraz čuchák, alternativní označení monitor engineer wedge (odposlechový reprobox monitorového zvukaře). Existuje také mnoho hovorových výrazů pro mixážní pult: mixák, kliky, ponk, myšpult, a další.
61
Mnoho zvukařů při ozvučování velkých hudebních těles stojí, nebo má ve zvyku přecházet. Tento zvyk pramení z nutkání kontrolovat každou stranu reprosoustav zvlášť a pro vyloučení chyby způsobené jevem hřebenového filtru. Protože v přesném akustickém středu se nachází jen velmi malý počet posluchačů, je vhodné tuto kontrolu provádět.
105
5.5.2. Užitečnost jednotky decibel Význam decibelu jako měrné jednotky je zvukaři velmi často podceňován. Co naplat, že téměř všechny přístroje pro zvukovou techniku mají stupnice cejchované pro decibel. Navíc bez znalostí jeho vztahu k ostatním veličinám je práce zvukaře v praxi velmi ztížená. Decibel je bezrozměrná, logaritmická poměrová veličina a používá se pro něj zkratka dB. Písmenko přidávané ke zkratce označuje základní hodnotu, k níž je veličina vztažena při úrovni 0 dB. dBV – decibel vztažený k úrovni 1 V RMS62. Při napětí 1 V vznikne na 1 kΩ zátěži ztráta 1 mW. Používá se u spotřební elektroniky. Nominální úroveň –10 dBV je 0,316 V. dBu – decibel vztažený k napětí 0,7746 V RMS. Při tomto napětí na odporové zátěži 600 ohm vznikne ztráta 1mW. Je možné tuto jednotku zaměnit s jednotku dBm u zařízení s impedancí 600 ohmů. Tato jednotka je nejvíce využívaná v profesionální zvukové technice. Obvyklá výstupní úroveň mixážních pultů je +4 dBu, tedy 1,228 V RMS. Méně často se používá nominální úroveň +6 dBu, která odpovídá 1,55 V RMS. Rozdíl mezi -10 dBV a profesionální úrovní +4 dBu je cca 12 dB. dBFS – decibel of full scale, jednotka vztažená k maximální úrovni, kterou je zařízení schopno přenést bez zkreslení. Vždy se uvádí v záporných číslech. Používá se v digitální zvukové technice, její analogovou obdobou je dBov (overload). dBm (dBmW) – decibel vztažený k 1 mW. Používá se ve vysílací technice, zejména u bezdrátových vysílačů. dBr – decibel relativní, bez konkrétní souvztažnosti. Používá se při udávání hodnot měření digitálních zvukových zařízení přímo v procesu číslicového zpracování mezi A/D a D/A převodníky
62
RMS (root mean square) – efektivní hodnota periodických veličin
106
Lze vyvodit několik obecně platných pravidel: změna úrovně o 1 dB je nejmenší slyšitelnou změnou, výstupní napětí vzroste o 12%, potřebný nárůst výkonu je 26% součet dvou stejných úrovní zapříčiní nárůst o 3 dB nárůst hlasitosti o 6 dB je jejím zdvojnásobením, k jeho uskutečnění je potřeba čtyřnásobný výkon
5.5.3. Kvalita filtru Q a jeho význam u digitálních mixážních pultů Zpracování zvuku pomocí DSP skýtá ohromné možnosti. I ta nejlevnější zařízení dnes umožňují používání plně parametrických korekčních filtrů s nastavitelnou kvalitou. Kvalita filtru se označuje písmenem Q a číslem udávajícím kvalitu filtru. Čím vyšší je tato hodnota Q, je filtr kvalitnější a jím ovlivňovaná šířka pásma je užší. Hodnota Q je převrácenou hodnotou šířky pásma. Je měřená při polovičním výkonu, tedy ve vzdálenosti 3 dB pod vrcholem křivky přenosové charakteristiky. Výjimku lze nalézt při měření filtrů pásmových zdrží typu NOTCH. Jejich hodnota Q je měřena na hodnotě -3 dB po začátku propadu přenosové charakteristiky (Obrázek D. 1). Šířku pásma v jednotkách hertz zjistíme vydělením střední frekvence filtru hodnotou Q. Pro příklad: 1/3 oktávový filtr na frekvenci 1 kHz bude mít hraniční pásma, 3 dB pod vrcholem, na frekvencích 891 a 1123 Hz. Šířka pásma tohoto filtru je tedy 232 Hz a hodnota jeho Q je 4,31. Na druhou stranu, je poměrně složitější stanovit přímý vztah mezi Q a oktávou. Jelikož je pro výpočet potřeba složitých výpočtů, bývá jednodušší použít on-line kalkulátorů dostupných
na
internetu,
například
na
adrese
http://www.sengpielaudio.com/calculator-bandwidth.htm. Pro ilustraci vztahu lze uvést, že 1 oktávovému filtru přísluší hodnota Q 1,41.
107
Pozůstatkem minulosti je popletení významů variabilní a proporcionální Q. V praxi rozeznáváme tři základní typy filtrů: Filtry s proporcionální hodnotou Q – jsou nejběžnější typy filtrů používaných u analogových zařízení, zejména u mixážních pultů. Šířka ovlivňovaného pásma je nepřímo úměrná hodnotě nastavení zisku, či útlumu. V grafickém znázornění je při nižších hodnotách zisku nebo útlumu křivka přenosové charakteristiky znatelně plošší (Obrázek D. 2). Filtry s fixní hodnotou Q – jde o filtry, které se začaly používat nejdříve u grafických korekčních filtrů. Tvar špičky křivky jejich přenosové charakteristiky je při různých nastaveních zisku stejný (Obrázek D. 3). Filtry s variabilní (nastavitelnou) hodnotou Q – v zásadě se jedná o filtry s fixním Q, s možností změny hodnoty Q. Filtry tohoto typu obsahuje drtivá většina digitálních mixážních pultů. Mnohdy to ale není z grafického rozhraní pultu příliš patrné.
Na tomto místě je potřeba připomenout že hodnotou Q se neoznačují filtry s průběhem typu SHELF.
5.5.4. Křivky stejné hlasitosti Často se lze setkat v odborné literatuře s Fletcher - Munsonovými, nebo také Barkhausenovými křivkami stejné hlasitosti. V případě že hodláme využívat výsledky moderních měření, či jen prostě nechceme pokračovat ve starých omylech, musíme využívat křivky stejné hlasitosti ISO 226:2003, nebo novější revize. Fletcher s Munsonem nebyli první výzkumníci, kteří se zabývali frekvenční závislostí citlivosti lidského sluchu. Prvním byl Kingsbury v roce 1927. Frekvenční závislostí citlivosti sluchu nás vybavila příroda z důvodu 108
upoutání naší pozornosti. Náš sluch je nejcitlivější ve frekvenčním spektru, které vydávají naše nedospělá mláďata. Naopak, malá citlivost na nízké kmitočty nás zbavuje stresu z přírodních jevů, třebas strachu z bouřky. Fletcher s Munsonem provedli první smysluplné měření křivek stejné hlasitosti na statisticky užitečném vzorku. Z dnešního pohledu to byl jistě heroický výkon, když zvážíme, s jakým vybavením v roce 1933 pracovali. Bohužel, jejich měření bylo zatíženo značnou chybou. Sledovaný vzorek byl příliš malý, s velkým věkovým rozptylem. Měření bylo prováděno pomocí sluchátek, kdy byl posluchačům do jednoho kanálu pouštěn čistý sinusový signál 1 kHz, do druhého pak porovnávaný kmitočet. Lze si představit, jak bylo sluchové ústrojí posluchačů unaveno a nakolik mohlo ovlivnit měření. Nejslabším článkem však patrně byl použitý nízkofrekvenční zesilovač. A proto s výjimkou křivky prahu citlivosti, můžeme na ostatních křivkách sledovat pouze přenosovou charakteristiku přetíženého zesilovače pánů Fletchera a Munsona. Obdobných chyb se dopustil později i Barkhausen. Bohužel, na základě mylných výsledků Fletchera s Munsonem byly stanoveny váhové filtry A, B, C. Zesilovače byly nesmyslně vybavovány takzvanou fyziologickou regulací63 a rozdíl v citlivosti vysokotónových a hlubokotónových reproduktorů byl mnohdy vydáván za projev fyziologie sluchu. O revizi se vroce 1956 pokusili Robinson s Dadsonem, kteří záhy odhalili zásadní rozdíly ve výsledcích (Obrázek D. 4). Tyto rozdíly byly připisovány měřící metodě Robinsona a Dadsona – při měření byl použit reprobox umístěný před posluchačem. Měření probíhalo ve volném poli (mrtvé komoře) a věk respondentů byl mezi 18 až 25 lety. Po několika letech ověřování byly výsledky Robinsona a Dadsona přijaty roku 1961 za základ standardu ISO 226:1961. Zatím poslední revize proběhla v roce 2003. Její správný název je ISO 226:2003. Zahrnuje statisticky upravené výsledky laboratoří z Japonska, USA, Dánska, Německa a Velké Británie na několika tisících respondentů. Tato revize odhalila rozdíly až 15 dB v pásmu pod 1 kHz od předchozí. Vzájemné výsledky laboratoří však také ukazují poměrně značné rozdíly mezi Evropskými státy,
63
Loudness volume control- při nižších úrovních hlasitosti se uměle zvyšovala úroveň vysokých a hlubokých kmitočtů.
109
Japonskem a USA. Tyto Odchylky byly nejvíce citelné zejména u Japonců, kteří tvořili celkem 40% respondentů. Odlišnost kultur tedy má prokazatelný vliv na kvalitu sluchu zdravé populace. Jak je patrno, z vyobrazení křivek stejné hlasitosti ISO 226:2003 (Obrázek D. 4), nejhorším článkem elektroakustického řetězce z frekvenčního hlediska je lidský sluch. Pokud chceme zohlednit měření fyziologií lidského sluchu musíme použít jedině váhový filtr typu A pro všechny úrovně SPL. Tvar křivky váhového filtru A je přizpůsoben potřebám měřících přístrojů a odpovídá fyziologickým vlastnostem sluchu jen velmi přibližně. Tato skutečnost by měla být při vyhodnocování výsledků měření brána v potaz. Specifické je také diagnostické vyšetření sluchu. Zjištěné hodnoty jsou považovány za průměrné, pohybují-li se v rozmezí 10 dB. Audiometrie se provádí za pomocí sluchátek v bezdozvukové komoře. Zjišťují se prahové hodnoty sluchu. Jejím cílem je odhalit sluchové vady, přitom za vady sluchu jsou považovány rozdíly větší než 30 dB oproti normálu. Frekvence měřením zachycené neobsahují celé sluchové spektrum člověka a také přesnost měření není nijak závratná. Z tohoto vyšetření nelze vyvozovat žádné závažnější závěry, natož jej porovnávat s křivkami ISO 226:2003.
5.5.5. Typy filtrů pro dělení frekvenčních pásem Digitální zvukové procesory typu speaker management umožňují výběr z velkého množství filtrů pro dělící pásmo reproduktorů v aktivní soustavě. O jejich rozdílnosti je však mezi zvukaři malé povědomí. Výběr nevhodného typu filtru se může značně projevit jak ve kvalitě zvuku, tak v životnosti měničů. Protože ne ve všech případech je možné použít presetu s filtry s nastavením od výrobce, je zde uvedena pomocná tabulka, kde jsou jejich vlastnosti shrnuty.
110
Tabulka č. 5: Typy filtrů pro dělení kmitočtového pásma PLOCHOST KŘIVKA
ŘÁD
FREKVENČNÍ
PLOCHOST
KONTROLA
SKUPINOVÉHO FÁZOVÉHO
ODEZVY
ZPOŽDĚNÍ
RYCHLOST SPÁDU
ROZSAHU
Butterworth 6
1.
●●●●●●
●●●●●●
●
●
Butterworth 12
2.
●
●●●●●
●●●●●●
●●
Bessel 12 *
2.
●●●●●
●●●●●●
●●●
●
Linkwitz-Riley
2.
●●●●●●
●●●●●●
●●●●●●
●●
3.
●●●●●●
●●●●●●
●●
●●●
Butterworth 24
4.
●
●●●●
●●●●●●
●●●●
Bessel 24
4.
●●
●●●●●●
●●●●●
●●●
Linkwitz-Riley
4.
●●●●●●
●●●●
●●●●●●
●●●●
Butterworth 48
8.
●
●
●●●●●●
●●●●●
Linkwitz-Riley
8.
●●●●●●
●●
●●●●●●
●●●●●
4.
●●●●●●
●●●●
●●●●●●
●●●●●
8.
●●●●●●
●●
●●●●●●
●●●●●●
*
12 *
Butterworth 18 *
24
48
Neville Thiele 36
Neville Thiele 52
* vyžaduje inverzní polaritu Zdroj: Neville Thiele MethodTM Crossover Filters. Potters Bar (UK) : BSS Audio A Division of Harman International Industries Ltd, 2009. 2 s. Dostupné z WWW: .
111
5.5.6. Zvukovody vysokofrekvenčních měničů Značné mezery jsou v obecné znalosti vyzařovací charakteristiky zvukovodů. Toto tvrzení samozřejmě neplatí exaktně pro divadelní zvukaře. Příčinou této skutečnosti je absence popisu tohoto zařízení v odborné literatuře, která se specializuje spíše na oblast záznamu zvuku a jeho studiové zpracování. Přitom správná orientace zvukovodu, například odposlechového boxu, má značný vliv na vznik zpětné vazby. Zvukovod tlakového reproduktoru se používá pro zvýšení účinnosti. Je to pasivní akustický prvek a nezesiluje zvuk. Ve své podstatě je akustickým transformátorem. Přizpůsobuje hustý materiál membrány řídkému vzduchu. Na začátku řetězce je membrána reproduktoru, která má mnohem větší průměr než vstupní část horny, nazývaná hrdlo. Poměr jejich velikostí se nazývá kompresní poměr. Hrdlo zvukovodu má malý průměr, obykle 1 až 2 palce. V tomto místě je vysoká akustická impedance. Výstup zvukovodu je mnohem větší, akustický tlak je zde menší, avšak akustická impedance je menší. Zvukovody umožňují zvětšit přenášené frekvenční spektrum reproduktoru. Musí být dodržena podmínka shodnosti délky zvukovodu a vlnové délky nejnižší přenášené frekvence. Pokud není dodržena a zvukovod je příliš krátký, může dojít ke zničení kmitačky reproduktoru nadměrným namáháním. Toto pravidlo se nedodržuje úplně pro nízkofrekvenční zvukovody, kde není možné dosáhnout potřebných délek zvukovodu. Ochrana reproduktoru je zajištěna malým kompresním poměrem, maximálně 1,5:1. U zvukovodů pro vysokotónové měniče lze zaznamenat několik vývojových typů. Ve výsledku jsou moderní zvukovody kombinací jejich konstrukcí i vlastností: Kuželové zvukovody (Obrázek D. 5) jsou nejstarší. Používaly se již u hudebních nástrojů. Ve zvukové technice se používaly u fonografů. Mají konstantní změnu průřezu. Jsou značně limitované pro šířku přenášeného pásma signálu. Exponenciální zvukovody jsou exponenciální ve svém poměru ke vstupnímu hrdlu. Mají širší frekvenční rozsah než zvukovody 112
kónické. U těchto zvukovodů je typické zužování vyzařovací charakteristiky při vyšších frekvencích. Horizontální a vertikální difrakční slot64 jsou ve stejném místě. Multicell se používaly dříve ve větších zvukových sestavách. Jde o soubor exponenciálních zvukovodů, který měl za cíl rozšířit směrovou charakteristiku. Radiální zvukovody jsou konstrukční variací exponenciálních zvukovodů. Zvukovody s konstantní směrovostí CD (constant directivity). Používají se nejčastěji. Dají se rozpoznat podle ploch, které definují jejich vyzařovací úhel (Obrázek D. 6). Obsahují hyperbolickoexponenciální hrdlo a dvě kónické části. První kónická část za hrdlem udává vyzařovací úhel vysokých kmitočtů, druhá pak úhel středního pásma. Přenášené pásmo zvukovodů s konstantní směrovostí má značné omezení v oblasti vysokých kmitočtů. Proto je nutná ekvalizační korekce +6 dB zhruba od 6 kHz. Tento neduh je vyvážen širším vyzařovacím úhlem vysokých kmitočtů. Z konstrukčního hlediska jsou vhodné tam, kde není nutný velký vertikální úhel. Oddělení horizontální a vertikální rozptylové štěrbiny zde není na první pohled příliš patrné. Zvukovody Mantaray (Obrázek D. 7) jsou symetrické, mají zřetelné oddělení difrakčních štěrbin v horizontálním a vertikálním směru. Z konstrukčního hlediska jsou vhodné tam, kde je očekávána symetrie horizontálních a vertikálních úhlů. Bi-radiální zvukovod (Obrázek D. 8) je konstrukční obdobou zvukovodu Mantaray. Jeho hrdlo je částečně součástí kompresního prostoru v horizontálním směru. Lze jej snadno rozpoznat podle
64 Difrakční slot, též rozptylová štěrbina, je místo, kde dochází k expanzi zvukových vln v horizontálním a vertikálním směru. Horizontálním difrakčním slotem je vertikálně orientovaná štěrbina.
113
dvou vypouklých ploch. Směrovost je téměř shodná s předešlým typem. Vlnovody (waveguide) jsou zvukovody nové konstrukce, které se používají v reprodukčních soustavách line array. Přestože jsou konstrukční řešení velice rozdílná, spojuje je funkce korekce časového zpoždění vln. Toto zpoždění vzniká rozdílnou vzdáleností jednotlivých bodů membrány a výstupu zvukovodu. V kterémkoli místě výstupu zvukovodu musí být zvuková vlna ve stejný čas. Časová korekce se provádí umělým prodloužením dráhy zvukového paprsku z nejbližších bodů. Většinou jde o konstrukce s akustickými zrcadly (Obrázek D. 9). Méně často se používá systém miniaturních labyrintů, který dovedl k dokonalosti systém akustických čoček známý ze 70 let. U vlnovodů bývá horizontální rozptylová štěrbina součástí ústí. Šířka vyzařovaného úhlu je ve velkém nepoměru k fyzickému rozměru ústí. Klasické zvukovody jsou hybridní konstrukcí mnoha typů. Pro zvukaře je obvykle těžké rozpoznat rozdíly v jejich vyzařovacích vlastnostech, zvláště v případě asymetrických horen odposlechových reproboxů. Pro nejjednodušší rozpoznání mohou být použita následující pravidla: 1/ Zvukovody, kde není oddělena horizontální a vertikální rozptylová štěrbina (difrakční slot) jsou exponenciální. Vyzařování vysokých frekvencí v horizontálním směru je mnohem užší, než šířka zvukovodu v tomto směru. Typickým představitelem je jednopalcový zvukovod aktivního plastového reproboxu. 2/ Zvukovody, kde je patrné oddělení difrakčních slotů, jsou zvukovody s konstantní směrovostí (CD) a musí být u nich použita vyrovnávací ekvalizační křivka. Protože nemusí být shodný rozměr výstupu zvukovodu se skutečnou směrovou charakteristikou, platí, že širší stranou je ta, jejíž difrakční štěrbina je blíže výstupu zvukovodu a je opticky plošší.
114
3/ Šířka úhlu zvukovodu v jeho ústí není stejná se šířkou vyzařovacího úhlu všech frekvenčních pásem. 4/ U zvukovodů s hrdlem nad 1,5 palce dochází při vysokém zatížení k projevům nepříjemného „mečení“ na frekvencích kolem 3,5 kHz. To je způsobeno turbulencemi vzduchu u difrakčních slotů. Jediným řešením je použití dynamického ekvalizéru pro potlačení tohoto jevu v daném frekvenčním pásmu.
5.5.7. Vliv délky reproduktorového kabelu Příliš malý průřez reproduktorového kabelu může způsobit parazitní odpor, který se projeví na výkonu zařízení. Též není vhodné používat kabely nadměrných délek, nebo je stáčet při provozu do klubíček. Vytváří se parazitní indukce a kapacita, projevující se zhoršenou kvalitou zvukového signálu. To je nejvíce patrné u vysokých kmitočtů. Je však běžnou praxí, že se v divadlech vytvářejí takzvané „výkonovny“, se zesilovači. Jsou ale umístěny velmi daleko od jeviště, často tam, kde zbyl vhodný prostor Tato skutečnost má nepříjemný vliv na kvalitu zvukového signálu, neboť vzdálenost mezi zesilovačem a příslušnou reproduktorovou skříní dosahuje i několika desítek metrů. Zesilovač by v ideálním případě měl být umístěn co nejblíže reproboxu. Nesmí však svým provozním hlukem ohrožovat provoz jeviště. Pokud takové umístění není možné, je nutné délku kompenzovat vhodně zvoleným reproboxem s vyšší impedancí a kabeláží příslušného průřezu. V tabulce jsou uvedeny maximální použitelné délky kabelu v závislosti na jeho průřezu a impedanci reproboxu.
115
Tabulka č. 6: Vliv průřezu vodiče na maximální délku reproduktorového kabelu ZATĚŽOVACÍ IMPEDANCE (Ω)
2
3
4
6
8
12
PRŮŘEZ
MAXIMÁLNÍ DÉLKA KABELU V
VODIČE
METRECH
16
1,5 mm2
3
4,5
6
9
12
18
24
2,5 mm2
5
7,5
10
15
20
30
40
4 mm2
8
12
16
24
32
48
64
Zdroj: Alpha series : User manual version :1.01. Plailly (FR) : Nexo SA, 06/10/10. 40 s.
5.5.8. Porovnávání vlastností digitálních zařízení S příchodem digitálních technologií vyvstala celá řada nových problémů. Není v technologických možnostech zvukaře ohodnotit kvalitu dvou technologicky obdobných zařízení. To je dáno zejména složitostí měření digitálních zařízení. U digitálních zařízení je determinující složkou kvalita použitých algoritmů zpracování zvuku. Z praxe lze uvést několik příkladů: 1/ Byly porovnávány dva digitální zvukové procesory typu speaker management, propojené analogově. Výrobcem uváděné parametry byly u obou naprosto shodné, s výjimkou vzorkovací frekvence. Dražší zařízení mělo vzorkovací kmitočet vnitřního zpracování 96 kHz, levnější 48 kHz. Na obou zařízeních byla nastavena ekvalizační křivka se stejnými parametry. Při následném měření linearity přenosových vlastností nebyly u obou zařízení shledány rozdíly větší než 1 dB. Kontrola fáze použitých filtrů nezjistila žádný závažný rozdíl. Následným subjektivním poslechovým testem pěti osob ve věku 24 až 60 let bylo zjištěno, že vždy je lépe 116
hodnoceno zařízení dražší. Jako důvod byla uváděna průzračnost zvukového přednesu. 2/ Byly hodnoceny dva digitální mixážní pulty. Levnější na vzorkovací frekvenci 96 kHz, dražší zařízení pracovalo s frekvencí 48 kHz a plovoucí čárkou. Test proběhl pomocí hudebních skladeb z CD přehrávače na referenční reproduktorové soustavě, nebyly použity korekce. Nebyly také použity žádné procesy ovlivňující dynamiku průchozího signálu. Přesto byl subjektivním poslechovým testem čtyř osob zjištěn mnohem vyšší dynamický rozsah u dražšího mixážního pultu. Z uvedených příkladů lze sice posoudit vliv vyšší vzorkovací frekvence a procesingu s plovoucí čárkou, přesto se nelze ubránit jistým pochybnostem, když v prvním případě by teoretické rozdíly v kvalitě signálu měly být daleko za hranicí vnímání pokusných osob. Ve druhém případě zase nebyly použity korekce, teoreticky by tak neměl být vnímán rozdíl kvality procesního zpracování s plovoucí čárkou. Bez nadsázky je možné tento stav přirovnat k subjektivnímu posuzování kvality korekčních filtrů analogového mixážního pultu. Rozhodujícím faktorem při výběru nového digitálního zařízení by neměly být jen výrobcem udávané parametry, ale také porovnávací subjektivní poslechový test.
5.5.9. Praktické využití Haasova jevu Roku 1949 popsal Helmut Haas, ve své disertační práci, jev známý jako zákon první vlny. Jedná se o psycho akustický efekt binaurálního slyšení. Přímá zvuková vlna vždy vstupuje dříve do toho ucha, které je blíže zdroji zvuku. To je dáno tvarem lidské hlavy, tedy umístěním uší a jejich oddělením pevnou překážkou – hlavou. Haasův jev vysvětluje, jak člověk lokalizuje zvukový zdroj a že se tak děje na základě priority příchodu první vlny do sluchového orgánu. Pokud následující vlna dorazí v rozmezí 25-35 milisekund, nemá na schopnost určení směru vliv, byť je hlasitější o 10 dB. První vlna tak zamaskuje vlnu následující a způsobí její nevnímání. Tento jev, jehož popis původně sloužil k 117
pochopení existence plné stereofonie jen za pomoci dvou reproduktorů, může být s výhodou aplikován při nastavování zpoždění vykrývacích reproduktorových soustav. Když zvukař měří a nastavuje zpoždění pro pomocné vykrývací reprosoustavy, odpovídá přesnost jeho nastavení pouze jediné vzdálenosti od jeviště. V tomto bodě uslyší divák zvuk současně z předních i vykrývacích reprosoustav. Reproboxy budou v tomto bodě časově srovnané. Divák o několik řad před ním, ale z vykrývacích reproboxů uslyší zvuk o několik milisekund zpožděný. Divák úplně vzadu zase o několik milisekund dříve. Bude navíc při sebemenším rozdílu úrovní jejich hlasitostí vnímat zřetelně vykrývací reprodukční systém jako samostatný zvukový zdroj. Tato situace nekoresponduje ovšem s jeho optickým vjemem. Pro některé zvukaře se tato situace jeví jako neřešitelná a nastavují úroveň hlasitosti vykrývacích reproduktorů záměrně na nízké hodnoty, čímž však význam vykrývačů upadá. Ve skutečnosti lze správně provedeným měřením a nastavením systému, dosáhnout stavu, kdy akustický obraz všech posluchačů je stejný, navíc odpovídající optickému vjemu. Pro správné nastavení a využití Haasova jevu stačí dodržet následující postup: 1/ Musí dojít k určení správného místa měření, aby bylo možné nastavit zpoždění vykrývacích reproboxů. Typicky je toto místo blízké vzdálenějšímu konci oblasti pokrytí, například poslední řada sedadel. Nebo nejvzdálenější místo před začátkem další zpožďovací zóny. Zde se pomocí měřícího mikrofonu a vhodného vybavení změří rozdíl zpoždění předních
a vykrývacích
reprosoustav. Vhodným pomocníkem je v tomto případě počítač se sofwarem, který umí měřit zpoždění pomocí porovnávání FFT rámců, jako jsou SIA SmaartLive, EASERA AFMG. Vhodným typem měřícího signálu je rychlý sweep65, impulz, nebo hudební skladba. Nevhodným typem signálu je růžový šum. Přesnost měření se dá zvýšit vyloučením sub basových reproboxů z měřícího řetězce. Zjištěný rozdíl v časech příchodů vln se použije pro nastavení zpoždění vykrývací soustavy. Měření zpoždění 65 Logaritmicky nebo lineárně frekvenčně přelaďovaný signál
118
zvuku vyžadují relativně velkou přesnost a z tohoto důvodu se jako základní jednotky používají milisekundy, nikoliv metry. 2/ Jakmile je zpoždění nastaveno, musí být prostým uchem zkontrolováno, kde dochází ke zřetelnému poklesu úrovně signálu. Tato oblast by měla být na vnějším okraji zpožďované zóny. Pokud tomu tak není, je zapotřebí upravit úroveň zesilovače vykrývacího reproboxu. 3/ Je-li potřeba, je žádoucí přizpůsobit přenosovou charakteristiku vykrývací reprosoustavy vlastnostem daného prostoru pomocí ekvalizačních nástrojů. Nyní se opět upraví úroveň hlasitosti vykrývací soupravy pro kompenzace sférického útlumu. Měřená hlasitost v místě počátku zóny má být vyšší než u přední reprosoustavy. Dle typu reprosoustav se zvolí zisk 3 dB (pro line array) až 6 dB (pro reprosoustavy klasické konstrukce). 4/ Shora uvedenými kroky byla vytvořena zóna Haasova jevu. Poslední činností je kontrola této zóny. Při dodržení všech doporučení nesmí být v žádné části zpožďované zóny vnímatelná rozdílná úroveň hlasitosti přední a vykrývací soupravy. Akustický vjem je čistší. Působí dojmem zvuku vycházejícího pouze z předních reprosoustav, současně došlo k vyrovnání sférického útlumu šíření zvukových vln. Také se zlepšil odstup přímého signálu od nežádoucích odrazů pro zadní řady diváků. Z Haasova jevu lze také zobecnit pravidlo, že je výhodné zpozdit pomocnou reprosoustavu, je-li rozdíl zpoždění mezi předními a pomocnými reproboxy na počátku vykrývané zóny větší než 35 ms66. A dále, je-li rozdíl mezi zpožděními na začátku zóny a na jejím konci větší než 35 ms a zvukové pokrytí není dostačující, musí být pro zachování principu Haasova jevu instalována další vykrývací souprava. Případně musí být zvolena jiná vhodnější poloha vykrývací reprosoustavy. V případě použití centrálního systému soupravy LCR, musí být
66 Tato situace nastává při reproduktorech umístěných na stativech na podlaze již při vzdálenosti 12 metrů.
119
pro dokonalý akustický obraz provedeno zpoždění i pro první stereofonní pár reproduktorové soustavy.
5.5.10. Měření zvuku v praxi Správně provedené měření je základem dobrého nastavení zvukové aparatury. Měření pro potřeby zvukaře však nelze v žádném případě slučovat s měřeními prováděnými ke zjištění akustických vlastností sálu. Tato měření se provádějí se zdrojem zvuku s kulovou vyzařovací charakteristikou, zároveň jeho umístění odpovídá polohou zdrojům zvuku, které se v daném prostoru používají. Ke zjištění výsledků měření se používá především signál typu sweep a různé druhy šumů či impulzních signálů. Tyto signály jsou přijímány stereofonním párem všesměrových mikrofonů, takzvanou umělou hlavou. Měření s vyhodnocením probíhá metodou MLSSA. Velké množství měření v relativně úzkém pásmu se poté statisticky zprůměruje z důvodu vyloučení chyb. Pro takové měření je potřebné drahé vybavení, odborné znalosti a mnoho času67. V praxi se proto provádí měření za pomocí jediného kondenzátorového mikrofonu s kulovou směrovou charakteristikou a laptopu vybaveného programem pro porovnávání FFT rámců. Často se lze setkat s nesprávným názorem, že umístění měřícího mikrofonu by mělo být ve výšce uší posluchače. Tento názor je chybný – takové měření by bylo zatíženo značnou chybou, způsobenou odrazy od podlahy. Z tohoto důvodu se doporučuje prosté umístění mikrofonu na zvukově absorpční podložku na podlahu, v místě posluchače. Nesmí však docházet k akustickému stínění například sedadly. Provádí se několik druhů měření: Měření doby dozvuku. Standardem je měření RT60, kde se měří čas, za který hladina akustického tlaku poklesne o 60 dB. Ideálním signálem pro zjištění stavu je růžový šum. Často se také používá nejběžnější typ signálu užívaný v daném prostoru. Protože měření RT60 vyžaduje značný rozdíl akustického tlaku, je potřeba vybudit 67 Výsledkem je mimo jiné i střední doba dozvuku v pásmu 500 Hz až 1 kHz. Ta by se u koncertních sálů měla pohybovat do 2 vteřin.
120
prostor maximální úrovní. Ten je navíc obvykle zatížen značným ruchovým pozadím. Proto se dopočítává RT 60 z poloviny hodnoty poklesu.
Vhodným
doplňkem
tohoto
měření
je
použití
spektrogramu. Lze z něj vyvodit rozdílnost poklesu signálu na různých frekvencích a zjištěné výsledky použít pro nastavení ekvalizační křivky místnosti. Tyto korekce by však neměly být nijak drastické,
neboť
měření
pomocí
všesměrového
mikrofonu
nerespektuje psychoakustické vlastnosti lidského sluchu. Došlo by tak k nadměrnému potlačení některých frekvencí. Pokud je nevyhnutelné
zahrnout
do
aspektů
orientačního
měření
i
psychoakustické vlastnosti lidského sluchu, můžeme zkusit měření kardoidním kondenzátorovým mikrofonem s váhovým filtrem A. Výsledky jsou však jen informativní. Měření impulzní odezvy místnosti je obdobou, či také součástí měření doby dozvuku. Jeho výsledkem by měla být křivka zvukové energie vyjádřené v čase, na které jsou jasně patrné prvotní a následné odrazy. Toto měření pomůže odhalit potíže s difuzí zvukového pole v prostoru. Fázování reprosoustav, zde není uvedeno náhodně, nejedná se však o kontrolu polarity zapojení reproduktorů. Protože měniče jednotlivých frekvenčních pásem mají různou vzdálenost od okraje reproboxu, provádí se časová korekce jejich vzdáleností, neboli sfázování, na dělící frekvenci mezi vzájemně sousedícími pásmy. Základem měření je přesné nastavení latence referenčního signálu. Toto měření se provádí na základě porovnávání FFT rámců referenčního a měřeného signálu, jež si musí časově odpovídat. Změří se tedy vzdálenost měřícího mikrofonu od konstrukčně nejvzdálenějšího pásma reprosoustavy v milisekundách, vůči kterému se budou ostatní pásma zpožďovat. Většinou jsou to vysokotónové měniče, v případě použití systému se zvukovody ve všech pásmech (například Nexo Alpha) to budou naopak subbasové
121
boxy68. Mikrofon by měl být umístěn v místě, které je referenční z hlediska možnosti využití Haasova jevu, tedy spíše dále, než vpředu. Eventuálně tam kde je vyžadován nejvyšší akustický tlak. Neměl by to být zcela přesný střed mezi reprosoustavami, kde se statisticky vzato nachází velmi malé procento posluchačů. Rozdíl zjištěný opakovaným měřením se zanese do měřícího programu jako latenční koeficient referenčního signálu. Následně se provede opakované měření sousedícího pásma. Zjištěný rozdíl poslouží k nastavení zpoždění daného pásma na výstupu ze zvukového procesoru. Provede se následné odělené měření přenosové charakteristiky obou pásem s vyhodnocením fázové odezvy. Obě měřená pásma by se měla na fázovém diagramu překrývat v místě dělící frekvence. Typem vhodného signálu pro měření fázování reprosoustav je signál sweep. Měření přenosových vlastností systému se provádí stejným způsobem, jako měření předchozí. Zjišťuje se linearita zvukového systému. Vyhodnocení má pouze orientační hodnotu, z důvodu značného vlivu akustiky prostotu, a to i v případě, že je prováděno v bezprostřední blízkosti reproduktoru. Větší smysl má provádět samostatné měření přenosových vlastností pouze částí zvukového řetězce, kupříkladu zesilovačů. Nemá velký smysl se při měření linearity systému zabývat zkreslením. Lidský sluch je velice citlivý na zkreslení sinusového signálu, spolehlivě odhalí i zkreslení menší než 1%. Ucho je tedy u sinusových signálů spolehlivě přesnější než běžně dostupná měřící zařízení. Platí, že měření provedené bez váhového filtru je značně zatíženo projevy infrazvuků, které způsobuje například klimatizační soustava. Vliv těchto infrazvuků může mít důsledek zejména na distribuci vysokých kmitočtů69. I když má většina měření pouze informativní charakter, je vhodné používat co 68
Prvotní měření je však nutné provést na vysokotónovém měniči.
69
Byl zaznamenán případ, kdy klimatizační jednotka způsobovala slyšitelné tremolo mluveného projevu.
122
nejkvalitnější dostupnou techniku. Zejména měřící mikrofon by měl mít co nejplošší kmitočtovou charakteristiku. Nikdy také není možné nechat ekvalizační korekci místnosti na zvukových procesorech v režimu AUTO. Podmínky pro správné fungování této funkce by musely být ideální. Nejkvalitnějším měřícím přístrojem je lidský sluch a měřící přistroje jsou pouze grafickou pomůckou sloužící k orientaci v problému.
5.5.11. Hlukové limity Běžný život nás dnes obklopuje vysoce výkonnými zdroji hluku. Mnohá dětská hračka hravě vyvine hluk i 140 dB SPL70. V oblasti divadelního provozu sice nedochází k překračování povolených limitních norem hluku, takové situace však nelze zcela vyloučit při specifickém inscenačním záměru. V České republice jsou hlukové limity pro elektricky zesilované zvukové zdroje upraveny nařízením vlády o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací, číslo 502/2000 Sb. Zde se uvádí hodnota LAeqT 100 dB, po dobu maximálně 4 hodin uvnitř hlediště. Toto nařízení je platné i pro divadelní provoz. U měření hluku je měřen akustický tlak, kterému je posluchač vystaven. Biologické účinky hluku jsou ale závislé na celkové akustické energii, které je organismus vystaven po určitý čas. Proto je potřeba zohlednit také dobu trvání této expozice. Byla tedy zavedena takzvaná ekvivalentní trvalá hladina zvuku Leq, která matematicky zohledňuje i faktor času.
Z uvedeného vyplývá, že
jednotlivé špičky mohou přesáhnout hodnotu SPL 100 dBA. Určit hodnotu Leq není v praxi rychle a jednoduše možné, neboť se jedná o časosběrná měření s celou řadou výpočtů. Pro snazší orientační měření postačí obyčejný levný hlukoměr s váhovým filtrem A, nastaveným na pomalou časovou konstantu S71. Výsledek se vyhodnotí dle následující tabulky:
70 Především jde o imitace mobilních telefonů. Měření bylo prováděno v minimální vzdálenosti od reproduktoru. 71 Časová konstanta měření S (SLOW) odpovídá 1 vteřině.
123
Tabulka č. 7: Přípustná doba expozice hluku PŘÍPUSTNÁ DOBA EXPOZICE HLUKU ZA DEN (POČET HODIN)
ÚROVEŇ SPL ( dBA, časová konstanta S)
8
90
6
92
4
95
3
97
2
100
1,5
102
1
105
0,5
110
Méně než 0,25
115
Zdroj: Soundcraft Vi6™ : User Guide. Cranborne Road (UK) : Harman International Industries Ltd., 2008. 282 s.
124
6. Závěr Digitální zvukové technologie jsou velkým kvalitativním přínosem v práci divadelního zvukaře. Součástí jejich užití jsou však i technologická omezení, která musí zkušený pracovník znát. Přínos digitálních zvukových technologií je mnohem větší, než rizika spojená s implementací těchto nových technologií a pracovních postupů do divadelní praxe. Z hlediska historického však ještě na „digitální revoluci“ čekáme. Je smutné, že penetrace moderních zvukových technologií do brněnských divadel je dnes reálně pomalejší než před osmdesáti lety. Příčin je mnoho a k zamyšlení je také výrazný technologický náskok některých divadel před ostatními. Úplná digitalizace zvuku v divadelním provozu, z dlouhodobého hlediska, přinese snížení investičních nákladů, vysokou provozní stabilitu a dosud netušenou kontrolu nad všemi prvky zvukového řetězce. Vše by bylo možné automatizovat. Ale bez lidského faktoru by to už nebylo divadlo. Proto hlavním argumentem pro pořízení digitálního vybavení divadla je zvýšení kreativních možností.
125
Seznam citované literatury AES10-2003. AES Recommended Practice for Digital Audio Engineering : Serial Multichannel Audio Digital Interface (MADI). New York : Audio Engineering Society, Inc., 2003. 16 s.
AES42-2006. AES standard four acoustics : Digital interface for microphones. New York : Audio Engineering Society, Inc., 2006. 41 s.
AES50-2005. AES standard for digital audio engineering : High-resolution multi-channel audio interconnection (HRMAI). New York : Audio Engineering Society, Inc, 2005. 6 s. Alpha series : User manual version :1.01. Plailly (FR) : Nexo SA, 06/10/10. 40 s.
Aviom Audio networking technologies [online]. 2011 [cit. 2011-07-23]. Dostupné z WWW: .
BEZDĚK, Pavel, et al. Jevištní technologické zařízení : Divadla. 1. vyd. Praha : Ministerstvo kultury ČSR, 1987. 141 s.
BOHN, Dennis. Operator adjustable equalizers: : An overview. In Rane Corporation. RaneNote122 [online]. Mukilteo (USA) : Rane Corporation, 1990 [cit. 2011-05-08]. Dostupné z WWW: . BROCKETT, Oskar. Dějiny divadla. Přeložil Milan Lukeš. 8. vyd. Praha : Lidové noviny, 2008. 948 s. ISBN 978-80-7106-576-0.
Česko. Nařízení vlády ze dne 27. listopadu 2000 o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. In Sbírka zákonů, Česká republika. 2000, 146, s. 7962-7992.
Dante Virtual Soundcard. USA : Audinate, Inc., 2010. 2 s.
126
GEIST, Bohumil. Akustika : Jevy a souvislosti v hudební teorii a praxi. Praha : Muzikus, 2005. 282 s. ISBN 80-86253-31-7.
HADRABA, Jakub. Dither a noise shaping a jejich role při kvantizaci signálu. Praha, 2008. 4 s. Oborová práce. Akademie múzických umění v Praze.
HAWKSFORD, Malcolm O.J. Smart digital loudspeaker arrays. Journal of the Audio Engineering Society. 2003, 12, s. 1133-1162. Dostupný také z WWW: .
KOLEGAR, Jan. Historie scénických technologií : textová část. 1. vyd. Brno : Janáčkova akademie múzických umění v Brně, 2001. 98 s. ISBN 80-85429-51-9.
L Accoustics & line arrays. France : L Accoustics, 2001. 18 s.
Lindos Electronics [online]. 2007 [cit. 2011-05-12]. Equal-Loudness Contours. Dostupné
z
WWW:
bin/FlexiData.cgi?SOURCE=Articles&VIEW=full&id=17>.
MURRAY, John. The Quadratic-Throat Waveguide : A White Paper On An Invention By Charles E. Hughes of Peavey Electronics Corporation. In Peavey architectural acoustics. White Papers [online]. Meridian (USA) : Peavey architectural
acoustics,
2000
[cit.
2011-05-17].
Dostupné
z
WWW:
.
Neville Thiele MethodTM Crossover Filters. Potters Bar (UK) : BSS Audio A Division of Harman International Industries Ltd, 2009. 2 s. Dostupné z WWW: .
Overview - An Introduction to the ES-100 Technology Rev. 3.0b. Arlington, USA : Digigram Inc., August 29, 2006. 15 s.
127
SIGMUND, Milan. Analýza řečových signálů. 1. vyd. Brno : Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Ústav radioelektroniky, 2000. 86 s. ISBN 80-214-1783-8.
SENGPIEL, Eberhard. Www.sengpiel.com [online]. 2008 [cit. 2011-03-25]. Conversion Voltage V to voltage level Lu and LV. Dostupné z WWW: .
SENGPIEL, Eberhard. Sengpielaudio [online]. 03.1994 [cit. 2011-05-12]. Fletcher-Munson
is
not
Robinson-Dadosn.
Dostupné
z
WWW:
.
Soundcraft Vienna user guide. Cranborne Road (UK) : Harman International industries, 1992. 55 s.
Soundcraft Vi6™ : User Guide. Cranborne Road (UK) : Harman International Industries Ltd., 2008. 282 s.
The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) [online]. 2003-10-22 [cit. 2011-05-12]. Full Revision of International Standards for Equal-Loudness Level Contours (ISO 226). Dostupné z WWW: .
TI 330 Cardioid Subwoofer Array : (CSA function within the d&b D12 amplifier). Backnang, Germany : D&b audiotechnik GmbH, 01/2004. 8 s.
Welcome to Riedel Communications [online]. 2011 [cit. 2011-06-01]. Dostupné z WWW: .
128
Seznam použité literatury CABOT, Richard C. Fundamentals of Modern Audio Measurement. In Audio Precision, Inc. Journal of the Audio Engineering Society [online]. Beaverton (USA) : Audio Engineering Society, 1999 [cit. 2011-05-08]. Dostupné z WWW: .
GEIST, Bohumil. Akustika : Jevy a souvislosti v hudební teorii a praxi. Praha : Muzikus, 2005. 282 s. ISBN 80-86253-31-7.
JANOUŠEK, Ivo. ABC akustiky pro hudební praxi. Popelka Iša. 1. vyd. Praha : Supraphon, n.p., 1979. 135 s.
JAVORIN, Alfred. Divadla a divadelní sály v českých krajích : divadla. 1. vyd. Praha : Umění lidu, 1949. 320 s.
JAVORIN, Alfred. Divadla a divadelní sály v českých krajích : divadelní sály. 1. vyd. Praha : Umění lidu, 1949. 338 s.
KOLEGAR, Jan. Historie scénických technologií : obrazová část. 1. vyd. Brno : Janáčkova akademie múzických umění v Brně, 2001. 137 s. ISBN 80-85429-519.
KOLEGAR, Jan. Historie scénických technologií : textová část. 1. vyd. Brno : Janáčkova akademie múzických umění v Brně, 2001. 98 s. ISBN 80-85429-51-9.
PATZAKOVÁ-JANDOVÁ, Anna, et al. Prvních deset let Československého rozhlasu. 1. vyd. Praha : Radiojournal , 1935. 1039 s.
PEJCHA, Jiří, ŠKUBAL, Jan. Zvuk v divadle : Učební texty pro výuku předmětu Základy scénického zvuku. 1. vyd. Brno : Janáčkova akademie núzických umění v Brně, 2005. 86 s. ISBN 80-86928-01-2.
129
SCHAUER, Pavel. Akustika. 1. vyd. Brno : Akademické nakladatelství Cerm, s.r.o., 2002. 57 s. ISBN 80-214-2069-3
STEHLÍKOVÁ, Eva. Antické divadlo. 1. vyd. Praha : Karolinum, 2005. 383 s. ISBN 80-246-1105-8.
SYROVÝ, Václav. Malý slovník základních pojmů z hudební akustiky a hudební elektroniky. 1. vyd. Praha : Akademie múzických umění v Praze, fakulta hudební, 2001. 68 s. ISBN 80-85883-80-5. SYROVÝ, Václav. Hudební akustika. 1. vyd. Praha : Akademie múzických umění v Praze, 2003. 427 s. ISBN 80-7331-901-2. ŠKVOR, Zdeněk. Elektroakustika a aplikovaná akustika. 2. vyd. Praha : Vydavatelství ČVUT, 1999. 130 s. VARGA, Christian. Procesory Yamaha řady DME. seminář v Club Hotelu Praha – Průhonice, 2008. Vlastní zápisky z přednášky.
VLACHÝ, Václav. Praxe zvukové techniky. 3. aktualiz. vyd. Praha : Nakladatelství Muzikus, 2008. 297 s. ISBN 978-80-86253-46-5. VOTT, Jaroslav, VACHEK, Josef, SLAVÍK, Josef. Akustika hlediště v divadelním provozu : Výsledky úprav akustických měření Prozatímního divadla v Praze. 1. vyd. Praha : Česká grafická Unie a. s., 1943. 93 s.
130
Seznam tabulek Tabulka č. 1: Orientační tabulka profesních kalibrací ve vztahu k dBFS………38 Tabulka č. 2: Modelové porovnání parametrů: Soundcraft Vienna a Vi6…...90-94 Tabulka č. 3: Stav moderních zvukových technologií v brněnských divadlech k 30. 8. 2009………………………………………………………...…………..98 Tabulka č. 4: Příčiny nejčastějších poruch…………………………………….101 Tabulka č. 5: Typy filtrů pro dělení kmitočtového pásma……………………..111 Tabulka č. 6: Vliv průřezu vodiče na maximální délku reproduktorového kabelu………………………………………………………………………….116 Tabulka č. 7: přípustná doba expozice hluku………………………………….124
131
Seznam příloh
Příloha A. Obrázky: Historie zpracování zvuku v divadelním prostoru 1. Thorikos, plán řeckého divadla z 5. století př. n. l., s pozdějšími úpravami. 2. Epidauros, plán řeckého divadla z 3. století př. n. l., s pozdějšími úpravami. 3. Orientační simulace šíření zvukové energie v prostoru divadla v Epidauru, pomocí programu ArrayCalc V5.2 4: Aspendos, plán římského divadla z 2. století n. l. 5: Rekonstrukce římského divadla 6: Orientační simulace šíření zvukové energie v prostoru divadla Aspendos 7: Teatro Olimpico 8: Koncertní mušle instalovaná na jevišti Janáčkova divadla 9: Mixážní zařízení Čsl. Rozhlasu, kolem roku 1930 10: Zvukař v rozhlasové kabině brněnského divadla při přenosu Janáčkovy „Pastorkyně“ 11: Reproduktor E. Kellogga a Ch. Rice z roku 1924 12: Rozhlasové zařízení. Zesilovač s vestavěným směšovacím zařízením, kolem roku 1945 13: Přístroj firmy Neumann pro pořízení zvukového záznamu na gramofonovou desku rytím 14: Mixážní pult n. p. Tesla Elektroakustika Bratislava, blokové schema, parametry, kolem roku 1967 15: První zpožďovací digitální jednotka Lexicon Delta T 101 16: EMT model 250, první plně digitální dozvuková jednotka 17: První sériově vyráběný digitální pult na světě, NEVE DSP 132
18: Yamaha DMP 7, nejstarší masově rozšířený digitální pult 19: Yamaha 01V, srovnání první verze (vlevo) se zatím poslední 01V2 96 VCM
Příloha B. Obrázky: Digitalizace zvuku 1: Vzorkování a kvantizační chyba 2: Princip funkce digitálního signálového procesoru 3: Vznik jitteru při přenosu formátu AES 3 nevhodným kabelem
Příloha C. Obrázky: Vývojové trendy moderních zvukových technologií 1: Konektor XLD v samičí verzi 2: Systém AudioScope, detail ovládacího dotykového displeje při provozu 3: Monitorování chyb v bezdrátovém přenosu 4: Příklad malého pultu 01V, s funkcí channel strip pouze na jediném zobrazovacím zařízení 5: Výkonný mixážní pult s horizontálním channel stripem, Soundcraft Si 2 6: Mixážní pult se samostatným audio engine, s funkcí Vistonics, Soundcraft Vi6 7: Samostatný mixážní procesor, Yamaha DME 64 8: Mixážní stůl s vertikální funkcí channel strip, na více zobrazovacích zařízeních, DiGiCo D5 LIVE 9: Detail funkce Vistonics s otočnými enkodéry v horizontálním channel stripu, Soundcraft Vi6 10: Čtyř kanálové zesilovače s vlastním procesorem speaker managementu, L Accoustics LA 4 a LA 8 11: Akustická přepážka na středovém reproduktoru
133
12: Koplanární uspořádání reproduktorů u D&B J 12 13: Příklad vytvoření basové kardoidní sestavy s reproboxy klasické konstrukce 14: Instalace systému úpravy akustiky Constellation firmy Meyer Sound 15: Miniaturní „integrovaný“ obvod soustavy digitálních mikroreproduktorů, SDLA 16: Analogový mixážní pult Soundcraft Vienna
Příloha D. Obrázky: Doplňující informace 1: Průběh filtru typu NOTCH, v porovnání s běžným filtrem 2: Průběh filtru s proporcionální hodnotou Q 3: Průběh filtru s fixní hodnotou Q 4: Fletcher-Munsonovy křivky stejné hlasitosti (modrá barva) v porovnání s ISO 226:2003 (červená barva) 9: Řešení teorie vlnovodu line array systému akustickými zrcadly, L Accoustics
134
135
