Цифры в воздухе

Архив

Тим Холи (Tim Hooley), изобретатель из Кембриджа, заявил о разработке принципиально нового акустического преобразователя. Тим Холи утверждает, что ему и его небольшой команде удалось создать первые цифровые акустические системы (DLS - Digital LoudSpeaker).

   Лирика
   Эти акустические системы представляют собой плоские панели, с большим числом небольших легких трансдюсеров (то есть преобразователей того или иного вида энергии в акустические колебания; под трансдюсером здесь понимается динамик). Холи утверждает, что они производят звук, абсолютно идентичный оригинальной записи.

   Изобретение стало возможным благодаря первоначальным инвестициям в размере нескольких миллионов долларов. Но работа не закончена, и нужны новые денежные вливания. Тим Холи основал компанию 1...Ltd (то есть One Limited) в Кембридже и стал ее генеральным менеджером и техническим директором. В настоящее время 1...Ltd ищет партнеров, надеясь продавать лицензии по всему миру. Кроме того Холи рассчитывает найти партнеров в аудиоиндустрии для промышленного производства DLS в Великобритании.

   Физика
   В основе акустических систем лежит большое число трансдюсеров, причем каждый работает независимо и способен воспроизводить частоты, далеко выходящие за пределы слышимого диапазона 20-20000 Гц. Всего в системе 256 трансдюсеров, они размещены на панели площадью 12 квадратных дюймов.

   Данные, полученные с источника сигнала, преобразуются для каждого отдельного трансдюсера. Трансдюсеры управляются таким образом, что каждый из них производит единичный импульс давления с длительностью 3 микросекунды.

   Теоретически при использовании DSP (Digital Signal Processing - цифровая обработка сигналов) система может быть настроена так, чтобы компенсировать взаимодействие между трансдюсерами при воспроизведении звука. Такое устройство обеспечивает не только достоверное звучание; более того, оно имеет коэффициент полезного действия в двадцать раз больший, нежели обычные аудиосистемы, утверждает Холи. "Стандартная акустическая система имеет КПД, равный 1%, а усилитель мощности - от 30 до 80%, - замечает он. - Это дает общий КПД не более 0,5%. Эффективность наших акустических систем колеблется от 5 до 10%, усилительное устройство имеет КПД, равный 90%, так что мы можем добиться общей эффективности около 10%, что в 20 раз больше, чем в аналоговых системах".

   Кроме того, использование большого числа небольших трансдюсеров позволяет изготовлять акустические системы толщиной всего несколько сантиметров.

   Арифметика
   За основу Холи взял унарную схему, хотя в теории рассматривается применение бинарной: 8 трансдюсеров с мощностями, уровни которых составляют ряд двойки в степени n: 1, 2, 4, 8, 16, ..., 128, могут создать 8-битное разрешение, или 256 дискретных уровней звуковой амплитуды. Однако, как объясняет Холи, эта схема не работает: при переходе от одного уровня к другому возникает интерференция колебаний различных трансдюсеров.

   Холи решился увеличить число трансдюсеров и взял 256 трансдюсеров одинаковой мощности, каждый из которых формирует единицу звукового давления.

   По мнению Холи, 256 независимых трансдюсеров могут создать 8 бит бинарного разрешения, или 16-битное разрешение, присутствующее на компакт-диске, с использованием 4- или 8-кратной интерполяции с частотой дискретизации 44,1 кГц

   Вторая основа системы - использование DSP-технологий. Электронная часть базируется на продукции известной компании Analog Devices, а конкретно - на восьми микросхемах, каждая из которых имеет 32 выхода. Специальное устройство от Texas Instruments осуществляет первичную обработку сигнала и посылает его на микросхемы.

   Реальность и мечты
   В настоящее время Холи уже демонстрирует свое изобретение, в качестве трансдюсеров используется восемьдесят динамиков от пожарных сигнализаций. Холи согласен, что звучит система ужасно, но объясняет это малым числом трансдюсеров и их низким качеством.

   Холи также работает над новым прототипом акустической системы, причем к разработке трансдюсеров для этого прототипа уже привлечены два английских и один французский институт. "Наша цель в ближайшие два года, - говорит он, - попытаться внедрить DLS там, где эта технология реально может пригодиться, то есть в индустрии hi-fi-звука".

   Холи пытается найти новых партнеров, чтобы успешнее и быстрее продвинуть новую технологию на рынок. В частности, интерес к разработке проявила компания Cambridge Display Technology, производящая сверхлегкие полимеры, которые можно использовать при изготовлении трансдюсеров.

   Комментарий
   В связи с тем, что на компакт-диске амплитуда цифрового аналогового сигнала представляется 16 битами, идеальна была бы цифровая акустика из 65536 (2 в степени 16) трансдюсеров. Попытки создания подобных систем уже предпринимались, в журналах мелькало сообщение о создании в США цифровой акустической системы с трансдюсерами числом более тысячи штук на каждой.

   Кроме того, на выставках в США уже несколько раз демонстрировалась цифровая аудиосистема TACT Millennium. В ней в качестве усилителя используется цифровой процессор; работой динамиков в акустических системах управляет другой процессор, встроенный в акустические системы. Отзывы экспертов об этих системах похожи, как две капли воды: "да, впечатляет, да, цифровые системы, да, здорово, но... ничего особенного мы не услышали".

   Здесь было бы уместно заметить, что является для разработчика таких систем конечной целью. Если конечная цель - "создать цифровую акустическую систему", то это в принципе невозможно, так как все равно звук имеет аналоговую природу. Вопрос в том, каким образом мы получаем звуковые колебания. Либо изначально с помощью привычных драйверов (то есть динамиков), либо с помощью большого числа независимых драйверов, дискретные колебания которых все равно складываются в аналоговую форму. По-моему, первое легче.

   Вторая причина появления подобных систем, опять же с точки зрения качества звука, вызвана желанием избежать многочисленных потерь, связанных с преобразованием цифрового сигнала в аналоговую форму еще в источнике сигнала. Но в новой системе мы имеем дело с таким же количеством "переменных", влияющих на конечный результат. Применение дополнительных цифровых интерфейсов и специальных процессоров преобразования исходного сигнала внесет дополнительные искажения в сам сигнал, которые успешно проникнут и в трансдюсеры. Последние наверняка также внесут свою лепту.

   Попытка перенести процесс цифро-аналогового преобразования в акустическую среду, без сомнения, интересна. Но... здесь мы заходим в довольно спорную область, имя которой "качество звучания". Уже давно известно, что первоначальные расчеты и конечные измерения никоим образом не соотносятся с качеством звучания. По заявлению одного из производителей колонок, "сначала месяц уходит на создание акустики по всем правилам науки, а затем годы на то, чтобы эта акустика, наконец, стала хорошо звучать".

   Цифра, или дискретность, изначально противоречит природе любого звука (и тем более музыки). В среде профессиональных звукорежиссеров по сей день наилучшим устройством записи считается аналоговый катушечный магнитофон. Цифровые устройства записи/воспроизведения появились не потому, что они лучше аналоговых, а потому, что они - во всяком случае в быту - свободны от механических искажений аналоговых источников (виниловой пластинки или кассеты) и чрезвычайно удобны в эксплуатации. Можно ли то же самое сказать о цифровых акустических системах? По-моему, они не обладают ни тем, ни другим преимуществом по сравнению с традиционными.

   На сегодняшний день технология производства традиционных драйверов настолько отработанна, что они стоят копейки. Сомнительно, чтобы применение дорогостоящей технологии производства многочисленных трансдюсеров, оснащение их специальным цифровым процессором смогли заинтересовать крупных производителей аудиоэлектроники.

   Тим Холи и его компания практически не имели непосредственных контактов с разработчиками и производителями аудиотехники. В противном случае разработчики учли бы, что в дверь уже стучится "стандарт будущего": 24-битное квантование сигнала с частотой дискретизации 96 кГц.

   Заявления об эффективности данной акустики еще раз подтверждают, что Холи по-своему понимает конечную цель изобретения, так как вопрос эффективности в аудиоиндустрии никогда не стоял на первом месте. В 20 раз эффективнее никогда не означает в 20 раз лучше. Более того, лучше всего звучат как раз самые неэффективные усилители.

   Одним из принципов науки является исследование любых явлений, независимо от их возможной практической пользы. В этой связи появление разработок, подобных DLS, привлекает внимание. Однако я сомневаюсь, что эти системы - во всяком случае, в их нынешнем виде, примет аудиоиндустрия. Они не дешевле и не удобнее в производстве и не лучше с точки зрения качества звучания.