Реалізація простору
Яким чином ми сприймаємо простір за допомогою слуху і як знання про це можна застосувати для штучної імітації простору?
За час свого еволюційного розвитку людина виробив розвинену і дуже точну систему слуху, що дозволяє по звуку 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 в природних джунглях або автомобіль в міських. Цю ж систему ми використовуємо для отримання задоволення від прослуховування особливим чином організованих звуків, званих музикою. Нам необов'язково знати, як саме функціонує ця система слуху, для того, щоб правильно визначати напрямок або отримувати задоволення від прослуховування музики. Але в сучасній звукозапису, коли в більшості випадків ми записуємо музику поза її природного середовища концертних залів, ярмаркових площ і підземних переходів, а потім намагаємося штучно створити акустичну атмосферу, знання деяких особливостей людського слуху може бути корисно. Слід зазначити, що це питання ще недостатньо досліджена у науці і не існує чітких алгоритмів, що дозволяють нам в точності імітувати реальні акустичні умови.
Як ми чуємо
При визначенні напрямку і відстані до джерела звуку використовуються наступні фактори: амплітуда, час, тембр, а також відображення від найближчих поверхонь або реверберація.
Амплітуда є найбільш ясним і найлегше імітованим параметром: чим голосніше звук, тим ближче його джерело; чим голосніше звук в лівому вусі, тим лівіше знаходиться його джерело. У сучасній звукозапису ці фактори використовуються найчастіше - ми збільшуємо гучність звуку, щоб вивести його на передній план (наблизити) і змінюємо панораму (тобто збільшуємо гучність в одному каналі стерео пари і зменшуємо в іншому), щоб перемістити його вліво або вправо.
Параметр часу також досить ясний - звук джерела, розташованого ліворуч, досягає лівого вуха на кілька мікросекунд раніше, ніж правого. Однак через дуже малого часу затримки цей параметр практично неможливо імітувати на записи. Набагато важливіше час відображень, 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 напрям складніше - поки звук доходить від одного вуха до іншого його 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 процес цей ще недостатньо вивчений і не може бути точно описаний.
Якщо звук виробляється в приміщенні, то майже завжди крім самого звуку ми чуємо і численні його відображення (виняток становлять безлунна камери). Найважливішими при цьому є так звані ранні відображення (Early Reflections) - окремі повторення звуку, що відбуваються протягом перших 50 мілісекунд після прямого звуку. У звичайній прямокутної кімнаті буває від шести (підлога, стеля і чотири стіни) до десяти ранніх віддзеркалень, перш ніж відображення починають приходити настільки часто, що зливаються в єдину реверберацію.
Рівень і час затримки ранніх віддзеркалень, рівень, час загасання і попередня затримка (Pre-Delay) реверберації містять інформацію як про розміри приміщення, так і про відстань від слухача до джерела звуку. Частотний склад реверберації повідомляє нам про матеріал поверхонь і дає додаткову інформацію про розмір приміщення.
Слід зазначити, що ранні відображення сприймаються нами не як повторення звуку, а як інформація про акустику приміщення. Ця здатність людського слуху називається "ефект Хааса" на прізвище вченого, який відкрив цей ефект в 1949 році. Учений виявив, що якщо схожі звуки надходять з різних напрямків з різницею в часі не більше 50 мілісекунд, то мозок сприймає тільки перший, більш ранній звук, як окремий, навіть якщо наступні звуки голосніше першого на 10 дБ. Наш мозок автоматично об'єднує прямий звук і його повторення, в результаті ми чуємо один звук, але збагачений інформацією про акустику приміщення.
Цікаво, що зовсім інакше сприймаються звук і його повторення, якщо вони надходять з одного напрямку. Якщо просто об'єднати прямий звук і його затриману копію, то відбудеться зміна тембру звуку, відоме як результат дії "гребенчатого фільтра", тобто в певному порядку одні частоти будуть посилені, а інші ослаблені. Наприклад, при об'єднанні звуку і його копії, затриманої на одну мілісекунди, будуть посилені частоти 1 кГц, 2 кГц, 3 кГц і т. Д. І ослаблені частоти 500 Гц, 1,5 кГц, 2,5 кГц і т. Д. Однак в реальному житті цього не відбувається. Наша система слуху влаштована таким чином, що коли прямий звук і затриманий приходять з одного напрямку, то це сприймається нами як інформація про тембрі, якщо ж вони приходять з різних напрямків, то це сприймається нами як інформація про просторі. Таким чином, якщо ви застосовуєте невеликі за часом затримки (до 50 мілісекунд) для імітації акустики приміщення, переконайтеся, що прямий звук і затриманий рознесені по панорамі. Крім того, рівень ранніх віддзеркалень обов'язково повинен бути як мінімум на 6-10 дБ менше прямого звуку: по-перше, тому, що це відповідає реальним акустичних умов, а, по-друге, для зниження ефекту гребенчатого фільтра при монофонічному відтворенні.
Хоча більшість сучасних систем позиціонування звуку в тривимірному просторі використовують зміни тембру, пов'язані з head-related transfer function, експерименти, пророблені фахівцями з бінауральної записи 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 реверберацией. Якщо ми знаходимося на відкритому просторі (по-англійськи це називається "free field", що можна перевести як "в чистому полі"), то звуку просто не від чого відбиватися. Однак вся багатовікова практика художнього виконання, особливо музичного, пов'язана з приміщеннями, не просто володіють реверберацией, але і використовують її для посилення впливу на слухача.
Коли запис музики в переважній більшості випадків проводилася в тих же приміщеннях, що й виконання, і робилося це за допомогою простих засобів (наприклад, двох мікрофонів, встановлених в залі), тобто запис була по суті документальної, то крім звуку інструментів і голосів записувалися також і відображення. Результати не були повністю ідентичні реального звучання, оскільки мікрофони сприймають звук не так, як людські вуха, але все ж деяка частка природної реверберації, а також інформація про розташування джерел звуку на записи зберігалися.
Сучасна методика записи в більшості випадків більш штучна (розташування мікрофонів близько до інструментів, запис партій окремо, застосування неакустіческіх джерел звуку) і зазвичай ніякої природної реверберації на записи не міститься. Звідси виникає потреба відшкодувати втрату за допомогою пристроїв штучної реверберації. Сьогодні, застосовуючи ревербератори, ми, найчастіше, не думаємо про те, що відновлюємо природне середовище, ми просто чуємо, що в такому вигляді звук подобається нам більше. В принципі цього цілком достатньо, проте розуміння того, як утворюється реверберація в природних умовах може стати в нагоді при виборі способу обробки і параметрів ефекту.
Отже, яким чином отримані в результаті читання цієї статті теоретичні відомості можна застосувати на практиці? Для початку непогано б подумки уявити собі простір, яке ви хочете імітувати, а також розташування в ньому джерела звуку і слухача. Далі, якщо ваш процесор ефектів або замінює його комп'ютерна програма дозволяють встановлювати такі параметри, як рівень і час ранніх віддзеркалень, рівень, час загасання і попередня затримка реверберації, то візьміть до уваги наступне:
Чим більше розміри приміщення, тим більше час затримки ранніх віддзеркалень і менше їх рівень. Чим більше розміри приміщення, тим більше час попередньої затримки реверберації і менше її рівень. Час загасання реверберації не має прямого зв'язку з розмірами приміщення (може бути коротка реверберація в великому, але добре заглушеному приміщенні, і навпаки), але, в більшості випадків, чим більше приміщення - тим довше час реверберації. Останнє вірно і для частотного складу реверберації: по ідеї, чим більше приміщення, тим менше рівень високих частот, але цей параметр також пов'язаний з матеріалом поверхонь, а точніше їх здатністю поглинати різні частоти в різному ступені. Популярний в останні роки ефект реверберації з довгим часом загасання і великим рівнем високих частот звучить досить неприродно, що звичайно не означає, що його не можна застосовувати, однак один з найбільш природно звучать цифрових ревербераторів Quantec QRS взагалі не відтворює частоти понад 7 кГц.
Чим більше відстань від джерела звуку до слухача, тим більше рівень ранніх віддзеркалень і менше час їх затримки, а також тим більше рівень реверберації. Виникає природне запитання: чому при збільшенні відстані до джерела звуку рівень ранніх віддзеркалень збільшується, а час затримки зменшується, адже відбитий звук при цьому проходить більший шлях? Справа в тому, що ми говоримо про рівень і часу затримки ранніх віддзеркалень (і про рівень реверберації) по відношенню до прямого звуку. При збільшенні відстані до джерела звуку прямий звук проходить більший шлях і рівень його зменшується. Відбиті звуки також проходять більший шлях, проте це відстань збільшується менше, ніж відстань для прямого звуку (в такі моменти починаєш особливо шкодувати про прогулятися в школі уроках геометрії), отже рівень відображених сигналів зменшується менше, ніж рівень прямого звуку, і рівень відображених сигналів по порівняно з рівнем прямого сигналу збільшується. Відповідно, те ж саме вірно і для часу затримки відбитих сигналів у порівнянні з прямим звуком.
Деякі сучасні процесори ефектів дозволяють обійтися без напруги просторової уяви і пропонують формувати ефект, встановлюючи розмір приміщення, відстань до джерела звуку і вибираючи матеріал стін, а всі питання з ранніми відображеннями і реверберацией вирішуються цими процесорами самостійно. Іноді пропонуються обидва методи роботи. У будь-якому випадку, для більш природною обробки слід використовувати справжні стерео процесори, тобто виробляють реверберацію з урахуванням положення звуку по панорамі. Відповідно, направляти на них звук необхідно зі стерео посилів мікшера, а якщо таких немає - то з стерео підгруп.
Проте слід пам'ятати, що ми не можемо повністю відновити або створити на записи природні акустичні умови, оскільки формат стерео відтворення обмежує наші можливості. Про це більш детально ви можете дізнатися зі статті "Об'ємний звук".
Якщо у вас немає настільки розвиненого процесора ефектів або він зайнятий іншою роботою, то за допомогою лінії затримки можна зробити просту імітацію умовного приміщення, що має тільки бічні стіни. Уявімо собі, що джерело звуку знаходиться на рівній відстані від стін, а слухач злегка зміщений вправо. Моно сигнал з 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 на двухканальную лінію затримки з незалежним регулюванням параметрів для кожного каналу. Встановлюємо час затримки правого каналу менше, ніж час затримки лівого (оскільки слухач зміщений вправо і знаходиться ближче до правої стіни). Нагадаю, що час затримки має бути не більше 50 мілісекунд, для початку можна спробувати 30 мілісекунд для правого і 35 для лівого каналів. Оброблений сигнал повертаємо в мікшер з урахуванням стерео інформації (тобто або через стерео повернення або через два вхідних моно каналу з відповідною установкою їх панорами). Рівень обробленого сигналу повинен бути на 6-10 дБ менше, ніж рівень прямого, відповідно рівень каналу з великим часом затримки (в нашому випадку - лівого) повинен бути менше, 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 природніше і багатше. До того ж подібна обробка менше засмічує загальне звучання, ніж реверберація. Не забудьте тільки перевірити результат на сумісність з монофонічним відтворенням.
Крім того, за допомогою затримки можна з більшою часткою природності встановлювати розташування джерел звуку по панорамі. Якщо ви зміщуєте звук вправо, то слід встановити для правого каналу менший час затримки і більший її рівень, ніж для лівого. Зміна рівня і особливо часу затримки для каналів саме по собі є досить потужним засобом розташування звуків по панорамі, 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 дуже різні параметри для окремих інструментів в одному музичному творі, оскільки наш слух легко прощає подібні розбіжності з реальним життям. Так що все вищенаведені поради слід розглядати в якості відправної точки для твору власних досліджень і експериментів в непростому, але захоплюючому процесі реалізації простору.