L.S.N.: Елена, не могли бы вы немного рассказать о себе — где учились, работали, как оказались в d&b audiotechnik?

Елена Шабалина: Я окончила Физфак МГУ, кафедру акустики, и на момент поступления я уже точно знала, что хочу работать в области акустики помещений и звукоусиления. Параллельно с учебой, курсе на пятом, я начала работать в компании «АРИС» и работала там еще год после окончания университета. Тогда я уже поняла, а может быть, и раньше знала, что хочу пойти в аспирантуру, и начала ее организовыватьМы тогда уже были знакомы с d&b. Я  четко знала, над какой темой хочу работать,  очень хотела, чтобы d&b в этом участвовали, и они тогда меня поддержали. Довольно долго все это организовывалось. Я уволилась из «АРИСа» и летала взад-вперед. В этом участвовала еще одна компания, AFMG, которая программирует и разрабатывает EASE, то есть это была коллаборация двух компаний и университета. Над диссертацией я трудилась около трех с половиной лет, параллельно частично работая сначала в техподдержке в d&b, а позднее — в R&D (от Research and Development — научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. — L.S.N.). Получалось так, что я три недели в месяц работала в университете и на неделю ездила в d&b.

Тем исследований было несколько, они менялись, затем через год или два d&b предложили еще одну, а затем, сразу после аспирантуры, я перешла полностью в d&b.

L.S.N.: Вы являетесь одним из разработчиков программы NoizCalc, которая представлена здесь на выставке. Это первая ваша самостоятельная работа?

Е. Ш.: Трудно сказать. У нас часто кто-то стоит за отдельным продуктом, но в моем случае это не так, потому что я по большей части занимаюсь предразработками, то есть работаю над чем-то новым, что мы еще не делали, — попробовать, посмотреть, работает или нет, начитаться книжек, статей… Да, NoizCalc — это первый продукт, который я делала от и до, но это, конечно, не моя единоличная работа. До этого я работала над техническими изменениями в ArrayCalc, несколькими исследовательскими проектами, которые пока не превратились в готовые продукты.

NoizCalc — это не полностью наша разработка. Это продукт совместной деятельности с компанией SoundPLAN, которая уже более 30 лет разрабатывает софт для расчета шума. Их основные задачи – расчет шума от дорог, железных дорог и аэропортов, планирование городов, построение шумовых карт. Это довольно развитая область, которая, к тому же, контролируется государством: например, при постройке новой дороги обязателен расчет шума в соответствии с принятым в стране или городе стандартом. SoundPLAN – эксперты в этой области, их программы включают практически все официальные стандарты вычисления и применяются во всем мире.

В нашей области – звукоусилении – последнее время часто возникают ситуации, когда при подготовке концерта мы общаемся не только со звукоинженером или системным инженером, но и консультантом по шуму. Все чаще для разрешения проведения концерта власти требуют представить расчет предполагаемого шума. Разрешенные уровни шума отличаются не только от страны к стране, но и от города к городу, поэтому важно работать с консультантом по акустике, хорошо знающим местные стандарты.

Последние несколько лет проблема шума от концертов стала довольно острой, особенно в Германии и Англии, но практически ни у кого не было возможности провести расчеты приемлемой точности: стандарты, разработанные для вычисления шума от дорог и аэропортов, считают, что отдельные источники звука никакого отношения друг к другу не имеют. Для дорог это верно: две машины на трассе излучают совершенно разный звук, друг с другом не кореллируют, поэтому шум от них просто дает в сумме +3дБ. Для расчета уровня шума от сцены такой подход совершенно не годится: громкоговорители в линейном массиве или в массиве сабвуферов излучают один и тот же сигнал, поэтому диаграмма направленности всей сцены зависит от фазовых соотношений между отдельными акустическими системами. Если складывать звук от отдельных колонок так же, как шум от машин, результат получается далеким от реальности.

Тем не менее, довольно долго консультантам по шуму ничего другого не оставалось. Многие изобретали способы обойти ограничения: например, рассчитывали диаграмму направленности в EASE и этот результат использовали для расчета шума,

Что мы сделали в NoizCalc? Мы взяли всю модель расчетов ArrayCalc и соединили ее с моделью расчета шума от сцены. Теперь мы можем посчитать уровень звука от сцены  с учетом его распространения в открытом пространстве .

L.S.N.: Расскажите, пожалуйста, подробнее про модель расчета: как это работает?

Е. Ш.: Что происходит со звуком, когда он отходит от колонки? Во-первых, он направлен – любая колонка имеет определенную направленность. Во-вторых, с удвоением расстояния он теряет 6 дБ, потому что он распространяется сферически. Кроме этого, есть атмосферные эффекты: более сильное поглощение высоких частот в атмосфере, температурные градиенты. Например, температура воздуха у земли может быть выше, чем наверху, и наоборот. Разные скорости ветра на разных высотах. Земля вокруг сцены не всегда ровная:  могут быть горки, дома, лес или озеро и все эти эффекты надо учитывать.

Для каждого эффекта есть отдельные математические модели, про них написаны книги, статьи. Например, распространение звука через слои воздуха с разной температурой или дифракция на углу здания — все это по отдельности можно посчитать. Но посчитать все вместе, да еще и в реальной ситуации, очень сложно, потому что кто знает, как на самом деле распределены слои температуры в воздухе, какой на самом деле угол у этого здания? Никто не знает. Но считать надо, потому что это законом предписано.

Для упрощения вычислений были разработаны стандарты, один из самых распространенных – ISO 9613-2. Он очень простой, там буквально на нескольких страницах объяснено, как проводить вычисления. Этот стандарт рассчитан на худший случай: считается, что от источника звука ветер дует во все стороны, а по ветру звук распространяется дальше. Соответственно, если мы знаем, что ветер дует от источника звука, то мы знаем, что будет в худшем случае. В реальности, когда ветер дует в определенном направлении, во всех остальных направлениях уровень шума будет ниже рассчитанного.

Стандарт ISO 9613-2 распространенный, но не очень точный. Есть еще много стандартов, из которых, кроме ISO 9613-2, мы выбрали Nord 2000. Это один из самых современных и всеобъемлющих методов вычислений. С его помощью можно принимать во внимание реальное направление ветра, слои температур, есть метод расчета, например, отражения от земли. Отражение от земли – один из важнейших эффектов. Звук от источника распространяется к приемнику не только по воздуху, но и отражаясь от земли. В зависимости от поверхности у земли, отраженный звук складывается с прямым с разной амплитудой и в разной фазе. В разных стандартах этот эффект учитывается по-разному: например, можно принимать во внимание только точку отражения, или пятно определенного размера. По-разному рассчитывается и импеданс поверхности в зависимости от ее типа: гладкий асфальт, мох в лесу, снег или чередование асфальта и газона.

Когда же мы рассчитываем распространение звука с помощью NoizCalc, то мы берем каждую колонку в линейном массиве и массиве сабвуферов отдельно и считаем, как звук распро

страняется от нее в каждую конкретную точку на карте. Звук от каждой конкретной колонки  поглощается в атмосфере, отражается от земли, проходит через деревья и т.п. В каждой точке, где находится гипотетический приемник, комплексно суммируются  вклады от каждого громкоговорителя. За счет этого мы получаем настоящую диаграмму направленности от сцены, с учетом фазы каждой колонки и всех задержек между элементами системы звукоусиления. В этом главное отличие от любых других программ по расчету шума: они не могут складывать источники звука с учетом фазы, так как это  не предусмотрено в стандартах.

С нашей моделью расчета мы можем, в том числе, посмотреть, насколько хороши стандарты. Стандарты в момент разработки проверялись таким образом: брали двигатель от самолета, ставили его в поле и измеряли уровень шума на расстоянии 200 метров по кругу. Сложность в том, что характеристики такого двигателя не очень хорошо известны – его диаграмму направленности трудно измерить с достаточной точностью.. В нашем случае мы хорошо знаем источник звука и его направленность, поэтому можем с достаточно большой точностью верифицировать результаты вычислений.

L.S.N.: Как долго вы разрабатывали эту программу? Как родилась идея, как это происходило?

Е. Ш.: Работа непосредственно над NoizCalc заняла год, но все началось пять лет назад. В это время я все еще была в университете, а не в d&b. Так получилось, что компания SoundPLAN находится с нами в одном городе, на расстоянии 800 м.  Пять лет назад мой шеф Маттиас (Matthias Christner, начальник отдела R&D acoustics) и Ральф (Ralf Zuleeg, начальник отдела Education & Application Support) решили с ними познакомиться. Контакт они нашли довольно быстро, оказалось, что SoundPLAN  часто получает запросы о расчетах шума от концертов, мы тоже получаем много подобных запросов, но  никто толком не знает, как проводить эти расчеты. Кроме того, в d&b уже давно поняли, что с помощью наших, например, массивов сабвуферов и расчетов в ArrayCalc можно влиять на распространение шума вдали от сцены. Например, если во время фестиваля кто-то из местных жителей жалуется на шум, то можно с помощью ArrayCalc найти такие настройки системы, что звук в зрительских зонах не изменится, а у жалующегося жителя шума станет меньше. Правда, есть вероятность, что шума станет больше у соседа, который пока не жалуется, но тем не менее… То есть в d&b уже знали, что с помощью небольших изменений и расчетов можно влиять на распространение шума, но предсказать результат с учетом метеорологических эффектов на тот момент не могли. Поэтому совместно с SoundPLAN было решено для начала провести измерения и посмотреть, как  все это работает. Для этого договорились с соседней деревней, рядом с которой был маленький аэропорт, что мы привезем туда систему звукоусиления, установим и померим. Мы привезли два линейных массива, массив сабвуферов, и измеряли уровень шума по кругу на расстоянии 200 и 400 метров от массивов в течение дня, чтобы учесть влияние изменения температуры и ветра. Обнаружилось, , что предсказания с помощью ArrayCalc довольно точные, если нет ветра, но ветер совершенно меняет результат.

Было решено попробовать объединить две модели: наше комплексное сложение источников звука, и распространение звука в открытых пространствах от SoundPLAN.

SoundPLAN разработали интерфейс, с помощью которого в программу SoundPLAN Noise можно импортировать проект из ArrayCalc и рассчитывать распространение звука в открытом пространстве с учетом фазы Результаты расчетов хорошо совпали с измерениями, мы опубликовали несколько совместных статей на эту тему, выступили на нескольких конференциях, и год назад решилиначать работать над NoizCalc. Мы решили, что нашим пользователям – звукоинженерам – будет не очень удобно работать в такой большой программе, как SoundPLAN Noise, и, кроме того,  мы не хотели влезать в поле работы консультантов по шуму. Поэтому мы начали работать над созданием NoizCalc — программы, которая поможет разработчикам системы звукоусиления в самом начале понять, что будет, если он повернет сцену в ту или иную сторону, и в течение получаса получить предварительных результат. И уже потом, если нужно официальное заключение экспертов о превышении допустимых уровней шума, обратиться к эксперту, которых может использовать подготовленный в NoizCalc проект для окончательных расчетов в  программе SoundPLAN Noise.

L.S.N.: С помощью NoizCalc уже были просчитаны какие-то реальные проекты?

Е. Ш.: Да. В прошлом году мы делали расчет и измерения для большого «металлического» фестиваля Wacken в Германии.

С начала весны мы работаем над расчетами для летних фестивалей, на которых мы проведем и измерения.

NoizCalc — это только начало работы. Мы очень надеемся на отзывы, чтобы понять, в какую сторону нам двигаться дальше. Мы подготовили поле для этого, возможность для расчетов, и теперь нам надо понять, какие именно людям нужны данные. Например, что требуют власти для проведения расчетов, что работает или не работает в программе. Этим летом мы надеемся собрать много экспериментальных данных В целом, я очень надеюсь, что расчеты шума перед концертом скоро станут обычной практикой – проблема шума становится все острее во многих странах, и шоу-бизнесу пора об этом задуматься. С выходом NoizCalc я надеюсь, что наш фокус расширится: мы будем стараться не только создать оптимальный звук на зрительских местах, но и сохранить тишину в соседних домах.

L.S.N.: Это бесплатная программа?

Е. Ш.: Программа бесплатная, но нужна регистрация, с помощью которой мы сможем держать связь с пользователем. Мы пока можем только гадать, сколько будет пользователей, поэтому нам важно знать, кто именно использует программу, в чем их основные задачи и трудности, и как мы можем помочь. И если в программе будут какие-то изменения, мы бы хотели их информировать.

L.S.N.: Большое спасибо за интересный рассказ.