Должны ли мы тестировать? Да, должны!
Джон Аткинсон, 5 августа 1989 г.
«Тестировать мы обязаны», — воскликнул бывший редактор журнала High Fidelity Майкл Риггс в передовой статье январского номера 1989 года, осуждая рост субъективного тестирования. (См. боковую колонку с некрологом журнала HF, написанным Питером Митчеллом; теперь издание фактически объединено с Stereo Review.) За исключением акустических систем, где по-прежнему необходимо слушать, писал он, «лабораторные испытания (если они выполнены должным образом) могут рассказать нам практически всё, что нужно знать о характеристиках типичного электронного компонента… Мы знаем, какие параметры важны, как их измерять и как интерпретировать результаты».
При всём уважении к мистеру Риггсу, который, помимо прочего, по-видимому, всё ещё считает, что журналы должны содержать передовые статьи и потому стоит выше заурядного редактора, — это последнее утверждение нелепо. Нелепо. Я бросаю вызов любому: попробуйте взглянуть на полный набор технических характеристик CD-проигрывателя или усилителя и правильно предсказать качество его звучания (сноска 1). Однако я вспомнил эту редакционную статью, когда посетил пресс-конференцию, организованную NAD на выставке SCES 1989 года. (Полный отчёт «коммандос» журнала Stereophile вы найдёте в этом номере.)
Если существует одна фундаментальная характеристика усилителя, которая, казалось бы, должна однозначно коррелировать с тем, что мы слышим, — это его номинальная мощность. Усилитель, рассчитанный на 100 Вт, естественно, должен играть громче (на 3 дБ — для всех технофанатов), чем модель, способная выдать 50 Вт на ту же нагрузку. Однако на CES компания NAD продемонстрировала убедительный пример того, что их ресивер 7100 с паспортной мощностью 50 Вт по стандарту FTC способен выдавать больше вольт без клиппинга на типичную нагрузку (представленную акустикой B&W), чем конкурирующий продукт, рассчитанный даже на 90 Вт. Из этого следовало, что 50-ваттный аппарат NAD будет играть громче без искажений, чем усилитель, официально оценённый почти вдвое мощнее. «Где же теперь ваша аккуратная корреляция между номинальной мощностью и возможной громкостью?» — словно бы воскликнула Злая Ведьма Запада. (Кажется, я перепутал «Десять заповедей» с «Волшебником страны Оз», который NAD демонстрировала на своём впечатляющем новом 13-дюймовом ТВ-мониторе непосредственно перед пресс-конференцией.)
Реальная ситуация, разумеется, гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд. (Не обращайте внимания на человека за занавесом.) Номинальная мощность по стандарту FTC, задуманная как основной показатель усилителя, относится к максимальной непрерывной мощности. Существует и вторичный показатель — динамический запас мощности IHF («Dynamic Headroom»), который представляет собой отношение максимальной мощности, выдаваемой усилителем в течение короткого импульса длительностью всего 20 мс, к его непрерывной мощности. Усилитель, способный выдать 200 Вт в течение 20 мс, но лишь 50 Вт непрерывно, будет иметь динамический запас 6 дБ. В сочетании с рейтингом FTC этот вторичный показатель должен указывать, насколько громко усилитель сможет играть на заданную нагрузку. (Разумеется, речь идёт о резисторе, а не о реальной акустической системе — а это уже совсем другая история.)
В чём же претензия NAD к FTC? Насколько я понимаю, прежде всего в том, что потребители массового рынка — сокращённо MMC — принимают решение о покупке, ориентируясь исключительно на количество ватт по FTC. Это ставит коммутируемые усилители NAD — как и продукцию Proton и Carver, где используются многорельсовые блоки питания, позволяющие выдавать мощность, во много раз превышающую номинал FTC, при музыкальных транзиентах длительностью до одной секунды и более — в коммерчески невыгодное положение. (Боже упаси, чтобы кто-нибудь из этих MMC действительно послушал, на что собирается потратить свои всё более тяжело зарабатываемые деньги (сноска 2).)
Однако непрерывный рейтинг FTC был выбран не произвольно. Он был навязан индустрии hi-fi, которая доказала свою полную безответственность в способах оценки собственной продукции. Такие мистические величины, как «Peak Power» и «Music Power», использовались направо и налево для создания ориентированных на продажи характеристик, не имеющих ничего общего с реальностью. (Современная автомобильная аудиоиндустрия, где отсутствуют подобные нормативы и где усилитель, способный выдать максимум около 6 Вт RMS на нагрузке 4 Ом, рекламируется как обеспечивающий более 20 Вт (сноска 4), служит примером точности, типичной для индустрии потребительской электроники.)
NAD предлагает новый основной показатель мощности усилителя — такой, который по крайней мере коррелировал бы с тем, насколько громко усилитель действительно играет на музыке. Такой показатель — возможно, под названием «Burst Power», «Music Transient Power» или «Equivalent Loudness Power» (NAD предлагает громоздкое «Musically Effective Burst Power») — должен стать основным указываемым параметром усилителя мощности. Он будет определяться как максимальная мощность на стандартной нагрузке, измеренная с использованием 200-миллисекундного тонового импульса, наложенного на фоновый сигнал уровнем –12 дБ. Рабочий цикл 10% (то есть пик повторяется каждые две секунды) даст отношение пик/среднее 15%, что соответствует наибольшему соотношению, встречающемуся в музыке. Период 200 мс был выбран на основании исследований Питера Митчелла из Stereophile, который установил, что именно такой длительности достигают самые продолжительные транзиенты в музыке. Это также соответствует средней длительности ноты в музыкальном материале, перемежаемой участками на 6 дБ ниже по уровню мощности.
Что ещё важнее, такой импульс достаточно длинный, чтобы его клиппинг был отчётливо слышен. Тест IHF с 20-миллисекундным импульсом не учитывает динамику слухового восприятия. По данным NAD, психоакустические исследования показали, что система ухо/мозг определяет субъективную громкость, интегрируя поступающую энергию в окне длительностью около 200 мс. Следовательно, такой рейтинг напрямую коррелировал бы с тем, насколько громко усилитель будет играть.
Честно говоря, я думаю, что у предложения NAD изменить основное определение мощности по FTC примерно столько же шансов на успех, сколько у меня — стать президентом (сноска 5). Я помню, как в конце 1979 года воодушевился идеей выражать мощность усилителя в дБВт (dBW), что позволило бы напрямую отражать субъективную разницу в громкости. Усилитель мощностью 100 Вт, который MMC считают значительно более мощным, чем 50-ваттный, получил бы рейтинг 20 dBW на 8 Ом. Но поскольку 100-ваттный усилитель на самом деле лишь немного громче 50-ваттного, рейтинг последнего в 17 dBW точнее отражал бы субъективную разницу. В то время мой журнал Hi-Fi News & Record Review публиковал характеристики усилителей именно в dBW. Добавление поправки –3 дБ при каждом уменьшении сопротивления нагрузки вдвое также демонстрировало бы качество блока питания усилителя. Аппарат, выдающий 20 dBW на 8, 4 и 2 Ом, был бы явно лучше того, который показывает соответственно 20, 17 и 14 dBW. Мне казалось, что это блестящая идея.
Никому не было дела. Никто даже не заметил!
Конечно, я должен был понимать лучше. Достаточно было взглянуть на тот факт, что линейные и потому искажённые рейтинги светочувствительности плёнки ASA так и не были вытеснены гораздо более разумными логарифмическими значениями ISO или DIN, чтобы понять: правота ещё не делает идею неотразимой. И всё же мне немного стыдно, что я не настоял на включении мощности усилителей в dBW в заголовки обзоров Stereophile. Возможно, начну со следующего номера. Слушайте внимательно, рецензенты.
Однако важно отметить следующее: оставив в стороне коммерческие мотивы, NAD предложила основной рейтинг мощности, связанный с субъективной громкостью различных усилителей. Основывая систему на психоакустических параметрах уха/мозга, они создают измерение, которое действительно что-то означает — в отличие от коктейля традиционных тестов, подразумеваемых формулой «лабораторные испытания (выполненные должным образом)» из High Fidelity, ни один из которых — если только в нём нет грубой ошибки — сам по себе ничего не значит.
NAD решила бросить вызов FTC и наносить обозначение «Musically Effective Burst Power» на все свои усилители и ресиверы. Купив продукт NAD, вы получите «Extra Loudness» или какое-нибудь подобное маркетинговое украшательство. Это, конечно, может оказаться смелым, но пустым жестом, поскольку, как я понимаю, FTC, как и другие федеральные регулирующие органы, в наши дни страдает от сокращения ресурсов. Но я всё равно аплодирую NAD — браво! — за попытку внести здравый смысл в фундаментальную, но ныне пустую спецификацию.
Всё это — окольный путь к главной теме этого месяца в рубрике «As We See It»: моему восторгу по поводу доклада, представленного на недавней конференции AES Луисом Филдером из Dolby Labs (сноска 6). Сидя среди серьёзных делегатов в огромном канадском конференц-зале, я едва удерживался от желания вскочить и закричать: «Вот именно!», «Говорите правду!» и другие типично английские выражения поддержки. Мистер Филдер, чьи предыдущие работы на AES (о реальном динамическом диапазоне музыки и о корректной спецификации для акустической системы, называемой «сабвуфером» (сноска 7)) показывают, что он обладает по-настоящему праведным складом ума, похоже, намерен едва ли не в одиночку привнести рациональность в измерения, применяемые к CD-проигрывателям.
Мистер Филдер начинает с двух базовых наборов данных: динамического диапазона реального звука и возможностей человеческого слуха. На их основе он определяет, насколько хорошей должна быть система ЦАП, чтобы не вносить слышимых искажений или модуляции шума. Это правильный подход: вместо произвольного выбора числа — скажем, 0,1% КНИ — и объявления всего ниже «хорошим», а выше «плохим», следует вывести абсолютные пределы производительности из первых принципов. Тогда можно понять, почему усилитель с 1% искажений только второй гармоники (типичный классический ламповый дизайн) объективно хуже, но субъективно лучше транзисторной модели с 0,1% искажений, состоящих из гармоник от 7-й до 17-й.
Рассматривая сначала динамический диапазон реальной музыки, Филдер экспериментировал с определением минимального слышимого уровня, используя прерывистый белый шум. Он оказался около 4 дБ SPL — значительно ниже типичного фонового шума в 20–40 дБ SPL. Затем он изучил литературу и провёл собственные измерения пиковых уровней живой музыки. Обычно они составляют примерно 112 дБ пика для классической музыки и до 129 дБ пика для рока. Это означает, что для домашнего воспроизведения необходим динамический диапазон 98 дБ, а для профессионального — целых 122 дБ (!).
Следующая часть исследования касалась остроты человеческого слуха. Хотя Кларк Джонсен категорически не согласен (см. колонку «Letters» в этом номере), Филдер убеждён, что система ухо/мозг действительно действует как многополосный спектральный анализатор, разделяя аудиодиапазон на 25 отдельных зон разной ширины — так называемых «критических полос». Звук, энергия которого сосредоточена в одной критической полосе, всё хуже маскирует звуки в других полосах по мере удаления их центральной частоты. Именно поэтому гул так раздражает в записях камерной музыки: в критической полосе гула почти нет музыкального содержания, поэтому он совсем не маскируется. Сочетание понятий критических полос и маскирования с измеренной чувствительностью слуха по всему диапазону даёт основной критерий слышимости искажений в присутствии основного сигнала.
Рассмотрим пример из статьи Филдера (рис. 23). Возьмём бытовую систему воспроизведения с максимальным уровнем синусоиды 102 дБ SPL (эквивалент 105 дБ пика) — вполне типичный показатель для полночастотных high-end систем. Проиграем тон 500 Гц на уровне –60 дБ относительно 102 дБ, то есть на 52 дБ SPL, и оценим слышимость его гармоник по описанным выше критериям. Относительно высокие уровни низших гармоник всё равно останутся неслышимыми из-за сочетания порога слышимости и маскирования основным сигналом. Даже 1% второй гармоники не будет услышан.
Однако поскольку чувствительность слуха достигает максимума в диапазоне 2,5–5 кГц, а сигналы в этой области лежат в критических полосах, удалённых от полосы 500 Гц, даже очень малые побочные составляющие будут слышимы. Например, седьмая гармоника на 3500 Гц у сигнала, уже ослабленного на 60 дБ от максимума, должна быть ещё как минимум на 50 дБ ниже — то есть ниже –110 дБ — чтобы остаться неслышимой. А если система воспроизведения имеет изменяющийся шумовой фон, как это часто бывает у CD-проигрывателей, то любой сигнал в этой области также должен быть ниже –110 дБ относительно максимума, чтобы шум не был слышен.
Возьмём типичный CD-проигрыватель. Да, на полном уровне его искажения исчезающе малы, и в любом случае они эффективно маскируются высоким уровнем основного сигнала. Но для среднечастотных тонов на уровне –60 дБ ситуация совершенно иная. По критериям Филдера, даже если искажения находятся на 40 дБ ниже основного сигнала (что типично) и состоят преимущественно из высоких гармоник, они всё равно будут слышны — и проигрыватель оказывается недостаточным.
Если вы когда-либо задавались вопросом, почему ламповый усилитель с относительно высоким уровнем искажений на больших уровнях звучит менее искажённо, чем CD-проигрыватель без искажений на больших уровнях, — вот ответ. Искажения усилителя маскируются в большей части динамического диапазона и уменьшаются с уровнем, тогда как CD-проигрыватель по мере снижения уровня вводит всё больше наиболее слышимых и наименее маскируемых типов искажений — именно в тех областях, где традиционно считалось, что такие искажения несущественны.
Учитывая всё вышесказанное, вас может удивить, что я намерен увеличить объём традиционных измерений в поддержку фундаментально субъективных отчётов Stereophile. В последние месяцы мы потратили пятизначную сумму на измерительное оборудование, включая полную двухканальную систему измерений Audio Precision, и наняли технического редактора Роберта Харли для работы в нашей новой лаборатории. (См. рубрику «Industry Update» в этом номере для обсуждения Бобом проблемы CD Soundrings.) Боб будет регулярно измерять каждый компонент, представленный журналу на обзор, принимая во внимание самые современные исследования (включая работы Филдера), какие мы только сможем найти.
В отличие от «глянцевых» изданий, где измерения должны определять или даже заменять опыт прослушивания, работа Боба будет направлена на то, чтобы: а) выявлять откровенно плохие аппараты до отправки их обозревателю; б) накапливать базу измерений, которая со временем выявит корреляции со слышимым; в) удостовериться, что нет простой технической причины для особенностей звучания. (Предусилитель с возрастающей АЧХ фонокорректора всегда будет звучать ярко; тратить большие деньги на компонент со встроенным «темброблоком» — не лучшая идея.) Должен признаться — посмотрите, как легко можно разделить инфинитив, даже не задумываясь — что мне нравится детективная сторона рецензирования, как это было в измерениях в моём обзоре MartinLogan Sequel II в этом номере:
Уотсон: (Ибо это он.) Чёрт побери, Холмс, нет очевидной причины, почему Sequel звучит именно так — но он звучит!
Холмс: (сноска 8) [Глубоко задумавшись: он и та женщина, миссис Ирен Адлер, совершают величайшее преступление, чтобы профинансировать покупку системы WAMM по рекомендации «Audio Anarchist» в колонке этого месяца.] Ха! [Быстрая полуулыбка в сторону сцены — женщины в зале падают в обморок.]
Видите ли, Уотсон, я написал монографию на эту тему. Исследование импульсной характеристики электростатической панели и басового динамика по отдельности всё прояснит. [Квиксотически хмурится.] Именно. [Мужчины в зале вскакивают и аплодируют.]
Я заключаю, что профессор Мориарти — урождённый Гарри Пирсон? — будет очень недоволен. [Сильно затягивается сигаретой; тянется к скрипке и т. д.]
Возможно, этот конкретный приём не сделал абсолютно ясным, почему Sequel II звучит именно так — Холмсу повезло иметь под рукой deus ex machina в лице Конан Дойла, который мог упростить мир, — но у измерений есть своя роль. Они создают базовую структуру для отчёта, основанного на воздействии компонента на музыку, хотя услышанное всегда будет важнее измеренного.
«Мы не верим в магию», — сказал Майкл Риггс в январе. Но за исключением работы Луиса Филдера и ему подобных, современное состояние звуковоспроизведения напоминает мне известный афоризм писателя-фантаста Артура Кларка: «Для примитивного народа любая достаточно развитая технология неотличима от магии». Измерения — да, выполненные «должным образом», но, что ещё важнее, правильно задуманные — поднимут нас над уровнем примитивности. Тогда воспроизведённая музыка не будет магией — она просто будет звучать волшебно.
https://www.stereophile.com/content/must-we-test-yes-we-must
Сноска 1: Возможно, журнал Stereophile должен учредить приз?
Сноска 2: Знаю, знаю: я закончил предложение предлогом. Должно быть, это из-за близости штата Одинокой Звезды к офису Stereophile в Нью-Мексико. Я действительно знаю, где находится мой синтаксис! (сноска 3)
Сноска 3: Конечно, знаешь. — Редактор-корректор
Сноска 4: Чтобы соответствовать требованиям профессии продавца автомобильных усилителей, прежде всего нужно понимать, как получается рейтинг мощности RMS. (Знай своего врага!) При питании, скажем, от автомобильной сети 14 В типичный одноконечный усилитель может обеспечить размах около 12 В пик-пик на акустической системе с сопротивлением 4 Ом. Это напряжение эквивалентно среднеквадратичному напряжению 12 / (2 × √2) = 4,24 В RMS. Это постоянное напряжение, эквивалентное данному переменному напряжению пик-пик, если рассматривать его как источник резистивного нагрева. Согласно закону Ома.
При нагрузке 4 Ом это среднеквадратичное напряжение 4,24 В даст мощность 4,24 × 4,24 / 4 Вт, то есть всего лишь 4,5 Вт! Знаю, знаю, в сезон «прибавь громкость» вы не продадите много 4,5-ваттных усилителей, поэтому давайте воспользуемся мощностью, которая получилась бы, если бы это напряжение пик-пик было, вместо этого, значением RMS. (Ваши покупатели вряд ли являются выпускниками электротехнических факультетов.) Тогда получится — давайте придумаем звучное название — например, «Maximum Peak Burst Power»; нет, заменим слово «Burst», оно намекает, что усилитель не может долго это поддерживать — «Maximum Peak Music Power» величиной 36 Вт! Вот это уже звучит как настоящий мужской автомобильный усилитель! Вы на пути к своей первой продаже. Joe Isuzu гордился бы вами.
Сноска 5: Как постоянно проживающий иностранец, я не могу ни голосовать, ни стать президентом. Но федеральное правительство и штат Нью-Мексико любезно позволяют мне платить много, очень много налогов. Даже налог на грех. Никакого налогообложения без представительства, говорю я.
Сноска 6: Луис Д. Филдер: «Human Auditory Capabilities and Their Consequences in Digital-Audio Converter Design», 7-я Международная конференция AES, Торонто, май 1989 года, доклад 4A. Обратите внимание на список литературы — около 65 источников — как на обязательный перечень актуальных исследований в области психоакустики.
Сноска 7: «Dynamic-Range Requirement for Subjectively Noise-Free Reproduction of Music» и «Subwoofer Performance for Accurate Reproduction of Music» (совместно с Э. М. Бенджамином), Journal of the Audio Engineering Society, июль/август 1982 года и июнь 1988 года соответственно.
Сноска 8: В исполнении Jeremy Brett, а не Basil Rathbone. Я когда-нибудь рассказывал вам, что мистер Бретт однажды помахал рукой моей жене? Нет? Возможно, когда-нибудь…