Стрелочки! История появления VU-метров в аудиотехнике

Одной из самых привлекательных особенностей винтажной аппаратуры являются «стрелочки» – аналоговые индикаторы уровня VU Meters (Volume Unit, или единицы громкости), использовавшиеся для измерения уровня громкости в магнитофонах и усилителях. С наступлением цифровой эры эти индикаторы быстро сменились более продвинутыми электронными шкалами, но сегодня стрелочки вновь обретают популярность, появляясь в очень серьезной аудиофильской аппаратуре.

Не удивительно, что современный VU-метр берет свое начало от двух базовых технологий 20-го века: телефона и радио. Впервые в истории человеческий голос с помощью электрических сигналов смог передаваться дальше, чем расстояние, на которое мог кричать самый громкий человек. Это породило поиск способа количественно оценить этот сигнал и превратить его в какое-то определенное значение, представляющее воспринимаемую громкость звука.

Усилия пионеров телефонной связи по измерению уровня звука были основаны на потерях в линии на «стандартной миле» кабеля. Приборы, откалиброванные по этому стандарту, позволили им легко настраивать ламповые повторители, чтобы компенсировать потери мощности речи по известной длине провода.

Кабельные линии в г. Пратт, шт. Канзас, начало XX в.

По мере того, как радио стало коммерческим и получило широкое распространение, корреляция между уровнем звука и длиной кабеля стала терять смысл. В 1920-х годах инженеры радио и телефонной связи начали искать более подходящее решение и стали использовать логарифмическую шкалу, лучше отражающую то, как человеческое ухо воспринимает звук, измеряя отношение мощности между двумя различными источниками звука, и назвали это «единица передачи» (TU или Transmission Unit).

Шкала TU также имела преимущество в том, что её можно было использовать на любой частоте, поскольку она не учитывает индуктивность и емкость кабеля. В 1928 году компания Bell переименовала единицу передачи TU в децибел.

В течение 20-х и 30-х годов прошлого века TU-метры использовались звукорежиссерами, чьи ряды увеличивались с появлением звука в киноиндустрии. Однако не было никакой реальной стандартизации, и становилось все труднее сравнивать уровни звука между звуковым оборудованием разных типов.

Запись аудиодорожки к фильму. США, 1930-е годы

В конце 30-х годов эксперты из CBS, NBC и Bell Telephone Laboratories собрались вместе, чтобы выработать стандарт, который можно было бы использовать для всех нужд измерения аудиосигнала. И они изобрели измеритель уровня громкости, каким мы его знаем сегодня. Предназначенный для отображения сравнительной громкости или мощности в «единицах громкости», он указывал идентичные уровни для ряда разнородных источников, которые средний слушатель считал бы равными по громкости.

Для определения этого собирали фокус-группы и давали слушать записи мужской и женской речи, пианино, духового оркестра, танцевального оркестра и записи скрипки, прося выбрать уровень звука для каждого из фрагментов, где система оказалась на пороге искажений. Поскольку все эти источники содержали разные соотношения пиковой и полной среднеквадратичной мощности, схема считывания пиков была признана нежелательной.

Учитывая технологии того времени, определение того, что именно составляет единицу громкости, базировалось на характеристиках стрелочного индикатора с подвижной катушкой.

Ноль на шкале VU-метра был определен как точка, в которой стрелка указывает, когда звуковой сигнал чистой синусоидальной волны 1000 Гц достигает мощности 1 мВт при сопротивлении 600 Ом, создавая напряжение 0,775 В RMS. Сегодня мы игнорируем нагрузку и просто называем уровень напряжения 0 дБн.

Но на этом люди не успокоились, и некоторые решили упростить определение этой опорной точки, используя не 0,775 В, а 1 В, назвав это 0 дБВ. В наши дни потребительская Hi-Fi аппаратура использует для определения 0VU значение -10дБВ (около –8 дБн), в то время как большинство профессиональных систем используют + 4 дБн. Стоит отметить, что -10 дБВ и +4 дБн НЕ разделены на 14 децибел! Это потому, что они ссылаются на разные значения.

Каждый такой стрелочный индикатор имеет определенную «баллистику», что означает, насколько быстро стрелка реагирует на сигнал, который измеряется. У стрелки есть «время нарастания» – то, как быстро она реагирует на входящий сигнал, и «время спада», которое требуется индикатору для возврата в исходное положение.

Оригинальная спецификация VU-метра учитывала тот факт, что для отклонения стрелки от положения покоя до 0 дБ требуется определенное время. И то отставание, которое вносит этот электромеханический прибор, кажущееся погрешностью, на самом деле является особенностью, потому что оно имитирует восприятие звука человеческим ухом.

Представьте себе ситуацию, что вы включили усилитель с выкрученной вправо ручкой громкости и внезапно слышите очень громкий звук. У вас уходит некоторое время на то, чтобы сообразить выкрутить ручку громкости влево или выключить девайс. За несколько секунд вы начинаете испытывать дискомфорт, но если вы услышите этот звук на том же уровне громкости всего на полсекунды, то он не окажется для ваших ушей таким громким.

И вот VU-метр своей задержкой прекрасно демонстрирует этот эффект – в первом случае стрелка поднимется к какому-то высокому значению, а во втором едва колыхнется. VU-метр имеет время нарастания и спада около 300 мс для аппроксимации с динамическим откликом человеческого уха.

В 70-е годы стрелочные индикаторы в потребительской аудиотехнике начали использоваться повсеместно. Практически каждый магнитофон, катушечный или кассетный, были оборудованы стрелочными индикаторами уровня.

Одни из самых запоминающихся волюметров появились на усилителях. Мы знаем множество фасадов, украшенных огромными стрелочными индикаторами уровня, от которых до сих пор не отвести взгляд.

Но уже в середине 80-х годов на смену стрелочным индикаторам пришли более точные электронные, и в конце концов стрелочки почти полностью исчезли с фасадов аудиотехники.

Однако  «стрелочки» получают второе рождение сегодня, в XXI веке. Хорошие аудиофильские усилители вроде Audio Research, SPL, T+A сегодня оснащают этими олдскульными индикаторами, от которых даже в XXI веке невозможно отвести глаз. И, возможно, в будущем мы увидим куда больше интересной техники со «стрелочками».