Реалізація простору
Як ми сприймаємо простір за допомогою слуху і як знання про це можна застосувати для штучної імітації простору? За час свого еволюційного розвитку людина виробила розвинену і дуже точну систему слуху, що дозволяє за звуком визначати напрямок і відстань до джерела цього звуку. Ця система допомогла і допомагає нам вижити в умовах природного відбору, дозволяючи визначити, з якого боку з'явиться хижак у природних джунглях чи автомобіль у міських. Цю систему ми використовуємо щоб отримати задоволення від прослуховування особливим чином організованих звуків, званих музикою. Нам необов'язково знати, як саме функціонує ця система слуху, щоб правильно визначати напрямок чи отримувати задоволення від прослуховування музики. Але в сучасному звукозаписі, коли в більшості випадків ми записуємо музику поза її природним середовищем концертних залів, ярмаркових площ і підземних переходів, а потім намагаємося штучно створити акустичну атмосферу, знання деяких особливостей людського слуху може бути корисним. Слід зазначити, що це питання ще недостатньо досліджено наукою і немає чітких алгоритмів, що дозволяють нам точно імітувати реальні акустичні умови.
Як ми чуємоПри визначенні напрямку та відстані до джерела звуку використовуються такі фактори: амплітуда, час, тембр, а також відбиття від найближчих поверхонь або реверберація.
Амплітуда є найбільш ясним і найлегше імітованим параметром: чим голосніше звук, тим ближче його джерело; чим гучніший звук у лівому вусі, тим лівіше знаходиться його джерело. У сучасному звукозаписі ці фактори використовуються найчастіше – ми збільшуємо гучність звуку, щоб вивести його напередній план (наблизити) і змінюємо панораму (тобто збільшуємо гучність в одному каналі стерео пари та зменшуємо в іншому), щоб перемістити його вліво або вправо.
Параметр часу також досить зрозумілий - звук джерела, розташованого ліворуч, сягає лівого вуха кілька мікросекунд раніше, ніж правого. Однак через дуже короткий час затримки цей параметр практично неможливо імітувати на записі. Набагато важливішим є час відбиття, але про них пізніше.
Зміна тембру в залежності від відстані відбувається наступним чином - низькі частоти поширюються на більш далекі відстані, так що звуки, що лунають здалеку, містять менше високих частот. Вплив тембру на напрямок складніше - поки звук доходить від одного вуха до іншого тембр змінюється кістками черепа і вушними раковинами. Спроба імітації цього ефекту називається head-related transfer function (HRTF). Вона заснована на суб'єктивному сприйнятті багатьох людей, оскільки цей процес ще недостатньо досліджений і не може бути точно описаний.
Якщо звук виробляється у приміщенні, то майже завжди, крім самого звуку, ми чуємо і численні його відображення (виняток становлять безлужні камери). Найважливішими у своїй є звані ранні відбиття (Early Reflections) - окремі повторення звуку, які у перебігу перших 50 мілісекунд після прямого звуку. У звичайній прямокутній кімнаті буває від шести (підлога, стеля та чотири стіни) до десяти ранніх відбитків, перш ніж відображення починають приходити настільки часто, що зливаються в єдину реверберацію.
Рівень та час затримки ранніх відображень, рівень, час загасання та попередня затримка (Pre-Delay) реверберації містять інформацію як про розміри приміщення, так і про відстань відслухача до джерела звуку. Частотний склад реверберації повідомляє нам про матеріал поверхонь та дає додаткову інформацію про розмір приміщення.
Слід зазначити, що ранні відображення сприймаються нами не як повторення звуку, бо як інформація про акустику приміщення. Ця здатність людського слуху називається "ефект Хааса" на прізвище вченого, який відкрив цей ефект у 1949 році. Вчений виявив, що й подібні звуки надходять із різних напрямів із різницею часом не більше 50 мілісекунд, то мозок сприймає лише перший, більш ранній звук, як окремий, навіть якщо наступні звуки голосніше першого на 10 дБ. Наш мозок автоматично поєднує прямий звук та його повторення, в результаті ми чуємо один звук, але збагачений інформацією про акустику приміщення.
Цікаво, що зовсім інакше сприймаються звук та його повторення, якщо вони надходять з одного напряму. Якщо просто об'єднати прямий звук та його затриману копію, то відбудеться зміна тембру звуку, відома як результат дії "гребінчастого фільтра", тобто в певному порядку одні частоти будуть посилені, інші ослаблені. Наприклад, при об'єднанні звуку та його копії, затриманої на одну мілісекунду, будуть посилені частоти 1 кГц, 2 кГц, 3 кГц і т. д., та ослаблені частоти 500 Гц, 1,5 кГц, 2,5 кГц тощо. Проте в реальному житті цього не відбувається. Наша система слуху влаштована таким чином, що коли прямий звук і затриманий приходять з одного напрямку, це сприймається нами як інформація про тембр, якщо ж вони приходять з різних напрямків, то це сприймається нами як інформація про простір. Таким чином, якщо ви застосовуєте невеликі за часом затримки (до 50 мілісекунд) для імітації акустики приміщення, переконайтеся, що прямий звук та затриманийрознесені по панорамі. Крім того, рівень ранніх відбиття обов'язково повинен бути як мінімум на 6-10 дБ менше прямого звуку: по-перше, тому, що це відповідає реальним акустичним умовам, а по-друге, для зниження ефекту гребінчастого фільтра при монофонічному відтворенні.
Хоча більшість сучасних систем позиціонування звуку в тривимірному просторі використовують зміни тембру, пов'язані з head-related transfer function, експерименти, зроблені фахівцями з бінаурального запису показують, що відображення (або реверберація) є навіть більш важливою складовою процесу визначення напрямку на джерело звуку, ніж HRTF .
Застосування У природних умовах звук не завжди супроводжується реверберацією. Якщо ми знаходимося на відкритому просторі (англійською це називається "free field", що можна перекласти як "у чистому полі"), то звуку просто нема від чого відбиватися. Однак вся багатовікова практика художнього виконання, особливо музичного, пов'язана з приміщеннями, які не просто мають реверберацію, а й використовують її для посилення впливу на слухача.
Коли запис музики в переважній більшості випадків проводився в тих же приміщеннях, що і виконання, і робилося це за допомогою простих засобів (наприклад, двох мікрофонів, встановлених у залі), тобто запис був по суті документальний, крім звуку інструментів і голосів записувалися також і відбиття. Результати були повністю ідентичні реальному звучання, оскільки мікрофони сприймають звук негаразд, як людські вуха, проте деяка частка природної реверберації, і навіть інформація розташування джерел звуку на записи зберігалися.
Сучасна методика запису здебільшого штучніша(Розташування мікрофонів близько до інструментів, запис партій окремо, застосування неакустичних джерел звуку) і зазвичай ніякої природної реверберації на записі не міститься. Звідси виникає потреба відшкодувати втрату з допомогою механізмів штучної реверберації. Сьогодні, застосовуючи ревербератори, ми найчастіше не думаємо про те, що відновлюємо природне середовище, ми просто чуємо, що у такому вигляді звук подобається нам більше. У принципі цього цілком достатньо, проте розуміння того, як утворюється реверберація в природних умовах може стати в нагоді при виборі способу обробки та параметрів ефекту.
Отже, як отримані в результаті читання цієї статті теоретичні відомості можна застосувати на практиці? Для початку непогано б уявити собі простір, який ви хочете імітувати, а також розташування в ньому джерела звуку і слухача. Далі, якщо ваш процесор ефектів або комп'ютерна програма, що замінює його, дозволяють встановлювати такі параметри, як рівень і час ранніх відображень, рівень, час згасання і попередня затримка реверберації, то прийміть до уваги наступне:
Чим більші розміри приміщення, тим більше часу затримки ранніх відбитків і менше їх рівень. Чим більші розміри приміщення, тим більший час попередньої затримки реверберації та менше її рівень. Час загасання реверберації немає прямого зв'язку з розмірами приміщення (може бути коротка реверберація у великому, але добре приглушеному приміщенні, і навпаки), але, здебільшого, що більше приміщення - то довше час реверберації. Останнє вірно і для частотного складу реверберації: за ідеєю, чим більше приміщення, тим менше рівень високих частот, але цей параметр також пов'язаний з матеріалом поверхонь, а точнішеїх здатністю поглинати різні частоти по-різному. Популярний в останні роки ефект реверберації з довгим часом згасання і великим рівнем високих частот звучить досить неприродно, що звичайно не означає, що його не можна застосовувати, проте один з цифрових ревербераторів Quantec QRS, що найбільш природно звучать, взагалі не відтворює частоти понад 7 кГц.
Чим більша відстань від джерела звуку до слухача, тим більший рівень ранніх відбитків і менше час їх затримки, а також тим більший рівень реверберації. Виникає природне питання: чому зі збільшенням відстані до джерела звуку рівень ранніх відбитків збільшується, а час затримки зменшується, адже відбитий звук у своїй проходить більший шлях? Справа в тому, що ми говоримо про рівень та час затримки ранніх відбитків (і про рівень реверберації) по відношенню до прямого звуку. При збільшенні відстані до джерела звуку прямий звук проходить більший шлях і його зменшується. Відбиті звуки також проходять більший шлях, проте ця відстань збільшується менше, ніж відстань для прямого звуку (у такі моменти починаєш особливо шкодувати про прогуляні в школі уроки геометрії), отже рівень відбитих сигналів зменшується менше, ніж рівень прямого звуку, і рівень відбитих сигналів по У порівнянні з рівнем прямого сигналу збільшується. Відповідно, те саме вірно і для часу затримки відбитих сигналів у порівнянні з прямим звуком.
Деякі сучасні процесори ефектів дозволяють обійтися без напруги просторової уяви та пропонують формувати ефект, встановлюючи розмір приміщення, відстань до джерела звуку та вибираючи матеріал стін, а всі питання з ранніми відбиттями та реверберацією вирішуються цими процесорамисамостійно. Іноді пропонуються обидва методи роботи. У будь-якому випадку, для більш природної обробки слід використовувати справжні стерео процесори, тобто реверберацію з урахуванням положення звуку по панорамі. Відповідно, спрямовувати на них звук необхідно зі стерео посилань мікшера, а якщо таких немає – то зі стерео підгруп.
Проте слід пам'ятати, що ми можемо повністю відновити чи створити на записі природні акустичні умови, оскільки формат стерео відтворення обмежує наші можливості. Про це детальніше ви можете дізнатись зі статті "Об'ємний звук".
Якщо у вас немає такого розвиненого процесора ефектів або він зайнятий іншою роботою, то за допомогою лінії затримки можна зробити просту імітацію умовного приміщення, що має лише бічні стіни. Уявімо, що джерело звуку знаходиться на рівній відстані від стін, а слухач трохи зміщений праворуч. Моно сигнал із одного каналу мікшера направляємо на стерео вихід, панорама каналу в центрі (оскільки джерело знаходиться в центрі). Крім того, з цього каналу направляємо сигнал на дві лінії затримки або двоканальну лінію затримки з незалежним регулюванням параметрів для кожного каналу. Встановлюємо час затримки правого каналу менше, ніж час затримки лівого (бо слухач зміщений праворуч і знаходиться ближче до правої стіни). Нагадаю, що час затримки має бути не більше 50 мілісекунд, спочатку можна спробувати 30 мілісекунд для правого і 35 для лівого каналів. Оброблений сигнал повертаємо в мікшер з урахуванням стерео інформації (тобто через стерео повернення або через два вхідних моно каналу з відповідною установкою їх панорами). Рівень обробленого сигналу має бути на 6-10 дБ менше, ніж рівень прямого, відповідно рівеньканалу з більшим часом затримки (у нашому випадку - лівого) має бути меншим, ніж рівень іншого каналу. Не слід думати, що подібний ефект дасть слухачеві точну інформацію про розміри приміщення ("ба, та це ж записувалося в кімнаті 8х10 метрів"), але звучання оброблених таким чином інструментів, особливо соло і вокалу, стане природнішим і багатшим. До того ж, подібна обробка менше засмічує загальне звучання, ніж реверберація. Не забудьте лише перевірити результат на сумісність із монофонічним відтворенням.
Крім того, за допомогою затримки можна з більшою часткою природності встановлювати розташування джерел звуку панорамою. Якщо ви зміщуєте звук управо, слід встановити для правого каналу менший час затримки і більший її рівень, ніж для лівого. Зміна рівня і особливо часу затримки для каналів саме собою є досить потужним засобом розташування звуків панорамою, навіть без зміни безпосередньо панорами.
На закінчення хотілося б відзначити, що можна досить вільно експериментувати з часом і рівнем затримки, а також іншими параметрами реверберації, в тому числі і встановлюючи різні параметри для окремих інструментів в одному музичному творі, оскільки наш слух легко прощає подібні розбіжності з реальним життям. Так що всі вищенаведені поради слід розглядати як відправну точку для творення власних досліджень і експериментів у непростому, але захоплюючому процесі реалізації простору.