Представьте себе комнату, в которой настолько тихо, что можно услышать собственный пульс. Вы слышите, что говорит человек, обращенный к вам, но стоит ему отвернуться в сторону, и вы уже с трудом разбираете слова. Вы стоите на едва видимой пружинящей металлической сетке где-то посередине между потолком и полом, которые, как и стены, сплошь ощетинились метровыми звукопоглощающими «сталактитами».

Главный герой этого фантастического действа — небольшой пластиковый предмет, установленный в центре комнаты на массивном вращающемся основании. Каждые пару секунд он поворачивается всего на градус и издает звук, похожий на выстрел бластера из «Звездных войн». По другую сторону массивной, будто бронированной, двери сидит человек, с интересом поглядывающий на несколько компьютерных экранов. После каждого выстрела на них возникают новые замысловатые графики.

Итак, знакомьтесь: «волшебная комната» — это безэховая камера исследовательского центра Logitech, построенная при содействии инженеров NASA. Человек за компьютером — Джейсон Риггз, руководитель отдела проектирования акустических систем. «Выстрел бластера» — это широкополосный звуковой сигнал, частота которого быстро возрастает с 20 Гц до 20 кГц. Вероятно, во многих фантастических фильмах примерно такие звуки использовались для имитации «космической пальбы». Важнее то, что такой сигнал позволяет быстро измерить частотную характеристику акустической системы с помощью калиброванного микрофона. Наконец, само «секретное оружие» — это обычная пластиковая колонка Logitech, для которой в данный момент проходит исследование диаграммы направленности.

Сложнейшие инструментальные тесты и бескомпромиссное лабораторное оборудование, как правило, ассоциируется с компаниями, выпускающими дорогостоящую акустику класса Hi-End. На самом же деле производители музыкального «от кутюр» работают в относительно простых условиях. Их задача — добиться безупречного звука, не считаясь со средствами. К их услугам большие и тяжелые корпуса, жесткие (и сложные в производстве) диффузоры, наконец, увлеченные и компетентные потребители. Их путь к успеху прямой, проверенный и консервативный.

Совсем другое дело — заставить миниатюрную, простую в использовании и доступную колонку звучать на миллион долларов, осчастливив тем самым миллионы покупателей с самыми разными музыкальными вкусами. Каждую такую модель фактически приходится изобретать заново, и это задача для настоящих исследователей. Специалисты аудио-подразделения Logitech пригласили нас в Портленд и показали оборудование, с помощью которого они запихивают киловатты звука в маленькие красивые коробочки.

Парящая комната

Безэховая камера — это абсолютно объективный и беспристрастный третейский судья для готовых акустических систем и их прототипов. Чтобы иметь возможность точно измерить АЧХ динамика в области низких частот, нужна очень большая безэховая камера. Судите сами: частоте звука в 50 Гц в воздухе соответствует длина волны около 7 м, а волна с частотой 20 Гц простирается уже на 17 м. Чтобы можно было описать широкополосный сигнал с учетом фазовых искажений, расстояние между микрофоном и источником звука должно быть никак не меньше. «Наша камера позволяет проводить измерения в диапазоне от 40 Гц в любом направлении, — говорит Джейсон Риггз, — а если немного схитрить с расположением микрофона, можно отодвинуть границу до 20 Гц».

Очевидно, что для точных измерений звука необходима абсолютная тишина, которой не просто добиться в офисном здании с системами вентиляции, множеством компьютеров и автомобильной дорогой за окнами. Поэтому безэховая камера хоть и находится внутри здания, но не контактирует с ним. Ее внешние стенки представляют собой массивную бетонную коробку. Внутри коробки на пружинах подвешен металлический каркас, а уже в нем возведены звукопоглощающие стены с треугольными рассеивателями.

Специальный бесшумный кондиционер поддерживает постоянную температуру воздуха, от которой зависит не только (и не столько) комфорт исследователей, сколько скорость распространения звуковых волн. Работу кондиционера облегчают ненагревающиеся светодиодные лампы.

Прямо за дверью безэховой камеры располагается чуть менее приметная, но едва ли менее важная исследовательская установка. Это лазерная система измерения положения диффузора. Внешне она напоминает небольшую видеокамеру, напротив которой на штативе закреплен динамик. Система представляет собой что-то вроде лазерного сканера, который способен фиксировать положение и форму диффузора с частотой более 20 000 кадров в секунду. По результатам замеров компьютер строит трехмерную визуализацию, которая позволяет рассмотреть мембраны в замедленном повторе. Неподготовленного зрителя этот «мультик» может очень сильно удивить.

На стоп-кадре диффузор динамика, воспроизводящего звук, напоминает штормящее море, подтаявший пудинг — что угодно, только не твердый конус, который мы привыкли видеть невооруженным взглядом. Музыкальный сигнал с катушки и собственные резонансные частоты пластика, подвеса и демпфера в горячем споре разрывают податливую мембрану на части, заставляя ее изгибаться самым причудливым способом.

Наращивание жесткости мембраны связано с увеличением массы, размеров и стоимости динамика. Использовать бешеный танец мембраны во благо — вот элегантный путь специалистов Logitech. Визуально анализируя искажения в мельчайших деталях, то есть «зная врага в лицо», они могут подобрать такую форму корпуса, в которой воздушные потоки будут противодействовать деформации диффузора в наиболее критичных местах. Кроме того, зная характер искажений конкретного динамика в конкретном корпусе, разработчики могут применить электронные алгоритмы для их устранения.

Голова два уха

По словам главного стратега Logitech Джефа Андерсона, наиболее перспективные направления в развитии акустических систем на сегодняшний день — это беспроводные технологии и объемное звучание. В ближайшем будущем способность всех бытовых устройств легко взаимодействовать друг с другом по радио обещает избавить наши дома не только от проводов, но и от многих лишних приборов. К примеру, для всех динамиков в помещении достаточно одного сабвуфера. Все акустические системы в доме (в гостиной, спальне, кухне, ванной комнате) могут воспроизводить музыку с одного источника, в том числе портативного, и включаться автоматически в зависимости от нахождения слушателя поблизости.

По словам Джефа, камни преткновения в беспроводных технологиях — это дальность действия, задержка сигнала и время подключения. Любые устройства должны автоматически соединяться с соседями не дольше чем за пять секунд без участия пользователя. Система должна предусматривать одновременную работу одного устройства с несколькими, например аудиоплейера с шестью колонками объемного звучания. Наконец, все устройства обязаны работать достаточно быстро, чтобы слушатель не заметил ни малейшей рассинхронизации.

Объемного звучания можно добиться как «честными методами», физически направляя звук в нужную сторону (5.1-системы, саундбары), так и косвенными. «Не стоит забывать, что у человека всего два уха», — улыбается Андерсон. Известно, что человеческий слух очень чувствителен к разнице во времени между появлением сигнала в правом и левом ухе. Кроме того, благодаря форме ушной раковины, конфигурации слухового канала и строению черепа звуки, пришедшие с разных сторон, на барабанной перепонке приобретают разную тембральную окраску.

Все это исследователям Logitech рассказала искусственная голова. Вместо барабанных перепонок у этого манекена калиброванные измерительные микрофоны. У него есть слуховые каналы, ротовая полость, челюсти и даже зубы — все, что может резонировать на собственной частоте и оказывать влияние на тембр звука. А главное, у него есть уши. Точнее, даже несколько комплектов ушных раковин — разного размера, возраста и даже национальности. Уши сделаны из силикона и на ощупь почти неотличимы от настоящих.

Работая над прототипом компактной 2.1-системы Z623, инженеры Logitech шутили, что было бы неплохо получить для этих колонок сертификат THX. Этот стандарт, созданный компанией Lucasfilm для оценки профессионального кинотеатрального оборудования, требует от акустических систем прохождения более 400 сложных тестов. Прототип показал многообещающие результаты, и его решили взаправду отвезти в Lucasfilm. Вместе с заветным шильдиком THX разработчики получили от создателей «Звездных войн» самый желанный комплимент: «Неужели так много звука выходит из таких маленьких колонок?»

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2012).