Тактильные преобразователи звука: принцип работы и применение.

Введение

Аудиоустройство

Тактильный преобразователь или "бас-шейкер" – это устройство, работающее по принципу, что низкие басовые частоты можно не только слышать, но и ощущать. Его можно сравнить с обычным динамиком, за исключением отсутствия диффузора. Вместо него в качестве диффузора используется другой объект. Шейкер передает низкочастотные вибрации на различные поверхности, позволяя людям их почувствовать. Это называется тактильным звуком. Тактильные преобразователи могут дополнять или, в некоторых случаях, заменять сабвуфер. Одним из преимуществ тактильных преобразователей является то, что при правильной установке они производят мало шума или не производят его вовсе, в отличие от корпуса сабвуфера.

Приложения

Басовый шейкер предназначен для надёжного крепления к какой-либо поверхности, такой как сиденье, диван или пол. В шейкере расположен небольшой груз, который приводится в движение звуковой катушкой, аналогичной тем, что используются в динамических громкоговорителях. Звуковая катушка управляется низкочастотным аудиосигналом от усилителя; типичные шейкеры обычно выдерживают мощность усилителя от 25 до 50 Вт. Звуковая катушка оказывает воздействие как на груз, так и на корпус шейкера, при этом последние силы передаются на монтажную поверхность. Тактильные преобразователи могут использоваться в домашнем кинотеатре, игровом кресле или контроллере, коммерческом кинотеатре или для создания специальных эффектов в аркадных играх, аттракционах в парке развлечений или других приложениях. К бас-шейкерам относятся и более новые типы преобразователей, называемые линейными актуаторами. Эти электромагнитные устройства поршневого типа передают движение напрямую, поднимая сиденья домашнего кинотеатра в вертикальной плоскости, а не передавая вибрации (путем установки внутри сиденья, платформы или пола). Утверждается, что эта технология обеспечивает высококачественное усиление звукового движения, в то время как для достижения реалистичного эффекта "шейкеры" могут потребовать серьёзной эквализации и/или нескольких устройств.

Виртуальная реальность

Существуют и другие продукты, использующие гидравлические (линейные с большим ходом) приводы и внешние процессоры движения для домашних применений, как это стало популярным в аттракционах "виртуальной реальности". Эти продукты кардинально отличаются от тактильных преобразователей тем, что требуют ручного создания и синхронизированного воспроизведения сигналов движения, помимо стандартной звуковой дорожки, с которой это движение должно быть синхронизировано.

Конструкции

С 1960-х годов было представлено множество конструкций тактильных преобразователей, большинство из которых относятся к категории "шейкеров". Шейкеры создают интенсивную вибрацию, перемещая массу (обычно магнит), закрепленную на основной массе (например, на стуле или диване). Простой пример – вибрация в обычном мобильном телефоне. Другой способ получения тактильного звука – использование "линейных актуаторов", которые перемещают мебель (обычно вверх-вниз), а не заставляют её вибрировать. Главное преимущество линейных актуаторов заключается в том, что они обеспечивают реальное перемещение (амплитуду хода), а не только вибрацию. В 2010-х годах тактильные преобразователи звука эволюционировали, включив поддержку более высоких частот и обеспечив более высокую точность воспроизведения. Диапазон тактильных частот, воспринимаемых человеком, простирается от 1 Гц (очень низкие частоты, например, при землетрясениях) до 5 кГц у некоторых людей с нарушениями слуха. Для большинства людей верхний порог тактильного восприятия составляет 2–3 кГц. Устройства, разработанные в 2010-х годах, должны обладать более высоким разрешением, чем предыдущие "шейкеры", чтобы воспроизводить эти частоты. Большинство людей способны различать тактильные изменения частоты до 2 Гц, что является минимальным различимым изменением. Основное применение расширенной полосы пропускания – воспроизведение вибрационной характеристики музыкальных инструментов, таких как скрипки, гитары, человеческий голос или звуковые эффекты в фильмах (например, спидеры в "Звездных войнах"). Более высокие частоты также могут использоваться для улучшения слуха посредством костной проводимости, что важно для людей, чьё слуховое восприятие ухудшилось из-за воздействия громкой музыки. Тактильный звук часто используется для повышения реалистичности искусственной среды. Например, установка тактильного преобразователя звука на стул или диван в домашнем кинотеатре или игровой системе может усилить ощущение присутствия. В таких случаях преобразователь часто подключается к каналу LFE A/V-ресивера. Тактильный звук часто используется в сочетании с сабвуфером, чтобы низкие частоты можно было как слышать, так и ощущать. Для обеспечения широкополосного тактильного звука все каналы суммируются, чтобы предоставить полный спектр сигнала на усилитель преобразователя. Графические эквалайзеры также могут использоваться для дальнейшей настройки эффекта.

Various designs for tactile transducers have been presented since the 1960s, most of which fall under the "shaker" category. Shakers create a vigorous vibration by moving a mass (usually a magnet) which is bolted to a final mass (like a chair or couch). A simple example of this is the vibration available on a common cellphone. Another way of producing tactile sound uses "linear actuators", which move furniture (usually up and down), rather than shaking it. The main advantage of linear actuators is that they deliver actual motion (ground excursion), not just vibration. In the 2010s, tactile sound transducers have evolved to include higher frequencies and produce higher fidelity. The human tactile frequency range is from 1 Hz, very low frequency such as earthquakes, up to 5 kHz in some hearing impaired individuals. For most individuals 2 to 3 kHz is the upper threshold for tactile reception. These 2010s era devices must have higher resolution than previous "shakers" to produce these frequencies. Most humans have tactile resolution to 2 Hz which is the smallest change in frequency that can be perceived. The primary use for this extended bandwidth is to reproduce the vibratory signature for musical instruments such as violins, guitars, the human voice or sound effects in movies (for example, the speeders in Star Wars). Also higher frequencies may be used to augment hearing through bone conduction, a consideration for people who have compromised their hearing from exposure to loud music. Tactile sound is often used to increase the realism of an artificial environment. For example, mounting a tactile sound transducer in a chair or couch in a home cinema or video game setup can give more of a sense of "being there". For such use, the transducer is often connected to the LFE channel of an A/V receiver. Tactile sound is often used in combination with a subwoofer so that low frequencies can be both felt and heard. To facilitate broadband tactile sound, all channels are summed to provide a full range signal to the transducer amplifier. Graphic equalizers can also be used to further modify the effect.

В музыке

Для музыкального исполнения барабанщики часто используют тактильный звукопередатчик, установленный на их барабанном стуле, чтобы "чувствовать" игру, а не полагаться на обычный сценический монитор. Размер и мощность сценического монитора, необходимые для адекватного воспроизведения низкочастотных звуков барабанов, были бы дорогими и сложными в транспортировке, в то время как тактильный звукопередатчик может быть достаточно компактным и потреблять гораздо меньше энергии. Кроме того, звукорежиссеры могут предпочесть тактильный преобразователь громкому и мощному сабвуферному шкафу, поскольку мониторный динамик может создавать избыточный уровень звука на сцене. Николас Коллинз описывает различные тактильные преобразователи, включая широкополосные динамики, способные передавать более широкий частотный спектр. Композитор Дэвид Тюдор использовал тактильные преобразователи в своей работе "Дождевой лес" (1968). Он использовал широкополосные динамики "Rolen Star" для создания разнообразных звуковых скульптур. Тактильные преобразователи крепятся к крупным объектам, таким как металлические ведра, приводя их в вибрацию. Вибрации этих скульптур затем улавливаются контактными микрофонами и усиливаются через стандартную звуковую систему. Более свежие примеры можно найти в работах Сабрины Шрёдер, которая размещает тактильные преобразователи на бас-барабанах. Линн Пук прикрепляет небольшие тактильные преобразователи к телам зрителей, а Карола Баукхольт использовала в своей пьесе Doppelbelichtung для скрипки 12 так называемых "скрипичных громкоговорителей". Они состоят из скрипок, подвешенных к потолку, к каждой из которых прикреплен небольшой тактильный преобразователь.