Реализация на пространството
Как възприемаме пространството с помощта на слуха и как знанията за това могат да бъдат използвани за изкуствено симулиране на пространството? По време на своето еволюционно развитие човекът е развил развита и много точна слухова система, която позволява на звука да определя посоката и разстоянието до източника на този звук. Тази система ни помогна и продължава да ни помага да оцелеем в условията на естествен подбор, позволявайки ни да определим от коя страна ще се появи хищник в естествената джунгла или кола в града. Използваме същата система, за да се насладим на слушането на специално организирани звуци, наречени музика. Не е нужно да знаем как точно работи тази слухова система, за да определим правилно посоката или да се наслаждаваме на слушането на музика. Но при съвременния запис, когато през повечето време записваме музика извън естествената й среда на концертни зали, панаирни площадки и подлези и след това се опитваме изкуствено да създадем акустична атмосфера, познаването на някои от характеристиките на човешкия слух може да бъде полезно. Трябва да се отбележи, че този въпрос все още не е достатъчно проучен от науката и няма ясни алгоритми, които ни позволяват точно да симулираме реални акустични условия.
Как чувамеСледните фактори се използват за определяне на посоката и разстоянието на източник на звук: амплитуда, време, тембър, както и отражения от близки повърхности или реверберация.
Амплитудата е най-ясният и лесно имитиран параметър: колкото по-силен е звукът, толкова по-близо е неговият източник; колкото по-силен е звукът в лявото ухо, толкова по-наляво е неговият източник. В съвременния запис тези фактори се използват най-често - увеличаваме силата на звука, за да го докарамепреден план (увеличете) и променете панорамата (т.е. увеличете силата на звука в единия канал на стерео двойката и намалете в другия), за да го преместите наляво или надясно.
Времевият параметър също е доста ясен - звукът от източника, разположен вляво, достига до лявото ухо няколко микросекунди по-рано от дясното. Въпреки това, поради много краткото време на забавяне, този параметър е почти невъзможно да се симулира на запис. Много по-важно е времето за размисли, но за тях по-късно.
Промяната в тембъра в зависимост от разстоянието става по следния начин - ниските честоти се разпространяват на по-големи разстояния, така че звуците, чувани отдалеч, съдържат по-малко високи честоти. Ефектът на тембъра върху посоката е по-сложен - докато звукът достига от едното ухо до другото, тембърът му се променя с костите на черепа и ушните миди. Опитът да се имитира този ефект се нарича трансферна функция, свързана с главата (HRTF). Тя се основава на субективното възприятие на много хора, тъй като този процес все още не е достатъчно проучен и не може да бъде точно описан.
Ако звукът се произвежда в стая, тогава почти винаги, в допълнение към самия звук, чуваме многобройните му отражения (изключение са безеховите камери). Най-важните в случая са така наречените ранни отражения (Early Reflections) - отделни повторения на звука, които се случват през първите 50 милисекунди след директния звук. В една типична правоъгълна стая има шест (под, таван и четири стени) до десет ранни отражения, преди отраженията да започнат да идват толкова често, че да се слеят в единичен ревербератор.
Нивото и времето на забавяне на ранните отражения, нивото, времето на затихване и предварителното забавяне (Pre-Delay) на реверберацията съдържат информация както за размера на стаята, така и за разстоянието отслушател към източника на звук. Честотното съдържание на реверберацията ни казва за материала на повърхностите и ни дава допълнителна информация за размера на помещението.
Трябва да се отбележи, че ранните отражения се възприемат от нас не като звукови повторения, а като информация за акустиката на помещението. Тази способност на човешкия слух се нарича "ефект на Хаас" на името на учения, открил този ефект през 1949 г. Ученият установил, че ако подобни звуци идват от различни посоки с времева разлика не повече от 50 милисекунди, тогава мозъкът възприема само първия, по-ранен звук като отделен, дори ако следващите звуци са по-силни от първия с 10 dB. Нашият мозък автоматично комбинира директния звук и неговите повторения, което води до един звук, но обогатен с информация за акустиката на помещението.
Интересното е, че звукът и неговите повторения се възприемат съвсем различно, ако идват от една и съща посока. Ако просто комбинирате директния звук и неговото забавено копие, тогава ще има промяна в тембъра на звука, известна като резултат от действието на "гребеновия филтър", тоест в определен ред някои честоти ще бъдат усилени, а други отслабени. Например, комбинирането на аудио и копие, забавено с една милисекунда, ще увеличи 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz и т.н. и ще намали 500 Hz, 1,5 kHz, 2,5 kHz и т.н. Това обаче не се случва в реалния живот. Нашият слухов апарат е устроен по такъв начин, че когато директен звук и забавен звук идват от една и съща посока, това се възприема от нас като информация за тембъра, но ако идват от различни посоки, тогава това се възприема от нас като информация за пространството. По този начин, ако използвате кратки закъснения (до 50 милисекунди), за да симулирате акустиката на помещението, уверете се, че директният звук и забавеният звукразпръснати в панорамата. В допълнение, нивото на ранните отражения трябва непременно да бъде поне 6-10 dB по-ниско от директния звук: първо, защото това съответства на реалните акустични условия и, второ, за да се намали ефектът на гребеновия филтър при моно възпроизвеждане.
Въпреки че повечето модерни 3D системи за позициониране на звука използват свързани с главата промени в тембъра на трансферната функция, експерименти, направени от бинаурални записващи устройства, показват, че отраженията (или реверберацията) са дори по-важна част от процеса на определяне на посоката към източник на звук, отколкото HRTF.
Приложение В естествена среда звукът не винаги е придружен от реверберация. Ако се намираме в открито пространство (на английски това се нарича "free field", което може да се преведе като "в открито поле"), тогава звукът просто няма от какво да се отрази. Въпреки това, цялата вековна практика на артистично изпълнение, особено музикално изпълнение, е свързано със стаи, които не само имат реверберация, но и я използват, за да засилят въздействието върху слушателя.
Когато музиката е записана в по-голямата част от случаите в същите помещения като изпълнението и това е направено с прости средства (например два микрофона, инсталирани в залата), тоест записът е по същество документален, тогава в допълнение към звука на инструменти и гласове са записани и отражения. Резултатите не бяха напълно идентични с реалния звук, тъй като микрофоните възприемат звука по различен начин от човешкото ухо, но все пак част от естествената реверберация, както и информацията за местоположението на източниците на звук, бяха запазени на записа.
Съвременната техника на запис в повечето случаи е по-изкуствена(поставяне на микрофони близо до инструментите, записване на части отделно, използване на неакустични източници на звук) и обикновено няма естествена реверберация на записа. Следователно възниква необходимостта от компенсиране на загубата с помощта на устройства за изкуствена реверберация. Днес, когато използваме реверберация, ние най-често не мислим, че възстановяваме естествената среда, просто чуваме, че звукът ни харесва повече в тази форма. По принцип това е напълно достатъчно, но разбирането как се формира реверберацията в естествени условия може да бъде полезно при избора на метода на обработка и параметрите на ефекта.
И така, как теоретичната информация, получена в резултат на четенето на тази статия, може да се приложи на практика? Като начало би било добра идея да си представите мислено пространството, което искате да симулирате, както и местоположението на източника на звук и слушателя в него. Освен това, ако вашият процесор за ефекти или неговата заместваща компютърна програма ви позволява да задавате параметри като ниво и време на ранни отражения, ниво, време на затихване и предварително забавяне на реверберация, тогава вземете под внимание следното:
Колкото по-голяма е стаята, толкова по-дълго е времето на забавяне на ранните отражения и толкова по-ниско е тяхното ниво. Колкото по-голяма е стаята, толкова по-дълго е предварителното забавяне на реверберацията и толкова по-ниско е нивото на реверберация. Времето на затихване на реверберацията не е пряко свързано с размера на стаята (може да има кратка реверберация в голяма, но добре заглушена стая и обратното), но в повечето случаи колкото по-голяма е стаята, толкова по-дълго е времето за реверберация. Последното е вярно и за честотния състав на реверберацията: на теория колкото по-голяма е стаята, толкова по-ниско е нивото на високите честоти, но този параметър също е свързан с материала на повърхностите, или по-скороспособността им да абсорбират различни честоти в различна степен. Популярният през последните години ефект на реверберация с дълго време на затихване и високо ниво на високи честоти звучи доста неестествено, което разбира се не означава, че не може да се използва, но един от най-естествено звучащите цифрови реверберации, Quantec QRS, изобщо не възпроизвежда честоти над 7 kHz.
Колкото по-голямо е разстоянието от източника на звука до слушателя, толкова по-голямо е нивото на ранните отражения и по-краткото им време на забавяне, както и по-голямо е нивото на реверберация. Възниква естествен въпрос: защо с увеличаване на разстоянието до източника на звук нивото на ранните отражения се увеличава, а времето на забавяне намалява, тъй като отразеният звук изминава по-дълъг път? Въпросът е, че говорим за нивото и времето на забавяне на ранните отражения (и нивото на реверберация) по отношение на директния звук. С увеличаване на разстоянието до източника на звук директният звук преминава на по-голямо разстояние и нивото му намалява. Отразените звуци също изминават по-голямо разстояние, но това разстояние се увеличава по-малко от разстоянието за директен звук (в такива моменти започвате особено да съжалявате, че пропускате уроците по геометрия в училище), следователно нивото на отразените сигнали намалява по-малко от нивото на директния звук, а нивото на отразените сигнали се увеличава в сравнение с нивото на директния сигнал. Съответно, същото важи и за времето на забавяне на отразените сигнали в сравнение с директния звук.
Някои съвременни процесори за ефекти ви позволяват да се справите без напрежението на пространственото въображение и предлагат да оформите ефекта, като зададете размера на стаята, разстоянието до източника на звук и изберете материала на стените, а всички проблеми с ранните отражения и реверберация се решават от тези процесорисам по себе си. Понякога се предлагат и двата метода на работа. Във всеки случай, за по-естествена обработка, трябва да използвате истински стерео процесори, тоест тези, които произвеждат реверберация, като вземат предвид позицията на звука в панорамата. Съответно към тях трябва да се изпраща звук от стерео изпращанията на миксера, а ако няма такива, тогава от стерео подгрупите.
Все пак трябва да се помни, че не можем напълно да възстановим или възпроизведем естествените акустични условия на записа, тъй като стерео форматът за възпроизвеждане ограничава нашите възможности. Можете да научите повече за това в статията "Съраунд звук".
Ако нямате такъв разработен процесор за ефекти или той е зает с друга работа, тогава с помощта на линията на забавяне можете да направите проста имитация на условна стая само със странични стени. Да си представим, че източникът на звук е на еднакво разстояние от стените, а слушателят е леко изместен надясно. Моно сигналът от един канал на миксера се изпраща към стерео изхода, панорамата на канала е в центъра (тъй като източникът е в центъра). Освен това от този канал изпращаме сигнал към две линии за забавяне или към двуканална линия за забавяне с независима настройка на параметрите за всеки канал. Задаваме времето на забавяне на десния канал да бъде по-малко от времето на забавяне на левия канал (защото слушателят е изместен надясно и е по-близо до дясната стена). Нека ви напомня, че времето за забавяне трябва да бъде не повече от 50 милисекунди, като за начало можете да опитате 30 милисекунди за десния и 35 за левия канал. Връщаме обработения сигнал към миксера, като вземаме предвид стерео информацията (т.е. или чрез стерео връщане, или чрез два входни моно канала с подходящата настройка на тяхната панорама). Нивото на обработения сигнал трябва да бъде с 6-10 dB по-малко от директното ниво, съответно нивотоканалът с най-голямо забавяне (в нашия случай левият) трябва да е по-малък от нивото на другия канал. Не бива да мислите, че такъв ефект ще даде на слушателя точна информация за размера на стаята („бах, да, това е записано в стая с размери 8x10 метра“), но звукът на инструментите, обработени по този начин, особено солата и вокалите, ще стане по-естествен и по-богат. В допълнение, такава обработка задръства общия звук по-малко от реверберацията. Не забравяйте да проверите резултата само за съвместимост с моно възпроизвеждане.
В допълнение, с помощта на забавяне е възможно по-естествено да се зададе местоположението на източниците на звук в панорамата. Ако измествате звука надясно, тогава трябва да настроите десния канал на по-кратко време на забавяне и по-високо ниво на забавяне, отколкото на левия. Промяната на нивото и особено на времето за забавяне за каналите само по себе си е доста мощно средство за панорамиране на звуци, дори без да се променя самото панорамиране.
В заключение бих искал да отбележа, че човек може доста свободно да експериментира с времето и нивото на забавяне, както и с други параметри на реверберацията, включително да зададе много различни параметри за отделните инструменти в едно музикално произведение, тъй като нашето ухо лесно прощава подобни несъответствия с реалния живот. Така че всички горни съвети трябва да се разглеждат като отправна точка за извършване на собствени изследвания и експерименти в трудния, но вълнуващ процес на реализиране на пространството.