Delaylijnen en effect speakers
1. Inleiding
1.1 God sprak,”laat er licht zijn” en er was licht. “Genesis 1,3”.
Er word gesproken over de creatie van licht, hoewel er nergens over de creatie van geluid gesproken word. Een zintuig die als vanzelfsprekend gezien word. Hoewel er veel bekent is over geluid, word het waarnemen van geluid omringt door mysterie. Tevens is het een van de meest krachtige emotionele stimuli.
Laagfrequent geluid bijvoorbeeld. Men weet dat laagfrequent geluid het aanmaken van adrenaline stimuleert. Wanneer men geconcentreerd naar een spannende film kijkt en er ineens links geritsel te horen is, zal dit ook bepaalde gevoelens oproepen welke onlosmakelijk verbonden zijn aan bepaalde hormonen etc.
Er zijn tal van psycho-akoestische verschijnselen waar geluidstechnici in de praktijk gebruik van kunnen maken. Dit om de gevoelens die bijvoorbeeld een theatervoorstelling moet kunnen oproepen te versterken. Stereofonie, het precedence effect etc. In deze paper zullen we in gaan op de pshycho akoestische verschijnselen en hun toepasbaarheid.
Gezien het feit dat we het hier voornamelijk over psycho-akoestische verschijnselen hebben, zullen we een groot stuk van de exacte wetenschap achter geluid los moeten laten. Er zijn wetenschappers geweest die bepaalde waarden aan bepaalde verschijnselen wisten te koppelen, maar deze waarde zijn in verhouding met akoestiek erg abstract en zullen je geen absoluut antwoord bieden op hoe je je systeem exact moet inregelen. Net als met complexere systemen zul je, per situatie, het systeem toch echt met je oren moeten controleren. Hulpmiddelen als smaart zullen geen oplossing bieden. Het komt echt aan op de oren en een beetje experimenteren zal dus ook een MUST zijn om het onderste uit de kan te halen.
1.2 Grondslag
In deze paper zal er veel gesproken worden over “Richting geven aan geluid” en “plaatsen van geluid”. Feitelijk is dit niet juist. We zullen echter dit onderwerp hoofdzakelijk benaderen vanuit de ontvanger, welke moet bepalen vanuit welke richting het geluid komt. De ontvanger moet de geluidsbron plaatsen. Vandaar deze toch wat vreemde woordkeuze. Nu we alles is perspectief hebben geplaatst zullen we verder gaan met het menselijk gehoor.
Het menselijk gehoor en de fysieke vorm van het menselijk hoofd zijn erg belangrijke factoren in het plaatsen van geluid. Mensen kunnen richting geven aan geluid door middel van volumeverschil (denk maar aan de pan-knop op de mengtafel) maar ook en misschien wel belangrijker door middel van tijdsverschillen.
2 – Stereofonie.
In de strijd geluid zo natuurlijk mogelijk weer te geven zijn er veel wetenschappers geweest die onderzoek hebben gedaan naar het vormen van stereo-beeld (stereofonie). Zo vroeg als 1881 heeft Clément Ader de eerste stereo reproductie van geluid berijkt door middel van telefoonsignaal.
In december 1925 heeft de BBC haar eerste radiouitzendingen in stereo weergegeven.
Men had echter twee radio sets nodig om dit daadwerkelijk stereo te ontvangen en beluisteren.
Walt Disney presenteerde in 1940 Fantasia. Deze film werd tevens in stereo vertoont.
In 1948 werd er in het concertgebouw in amsterdam een concert in de grote zaal stereo uitversterkt en weergegeven in de kleine zaal van het gebouw.
Pas in 1958 kwam stereo ter beschikking voor het grotere publiek.
Wat is stereo eigenlijk? Feitelijk is het niet meer dan het reproduceren van geluid door middel van twee of meer bronnen in een symmetrische opstelling met als doel een klankbeeld te creëren waarbij diverse signalen een eigen punt van oorsprong kennen. Visueel gezien dan. Feitelijk geef je de signalen een plekje tussen (de meest voorkomende) 2 luidsprekers. Neem een gitarist die tijdens een concert geheel links staat. Zou het dan niet raar zijn om het geluid van die gitarist helemaal van rechts te laten komen. Met een goede opstelling heb je meer keuzes dan links, rechts en midden. Alle posities tussen links en rechts zijn mogelijk.
2.1 Het menselijk gehoor en richting.
Het menselijk gehoor kan richting in geluid en de richtingen van diverse bronnen onderscheiden. Door middel van vertraging en verzwakking bij het waarnemen van een geluidsbron weet het menselijk gehoor richtingen te onderscheiden. Hoe minuscuul het verschil ook is.
Voorbeeld :
Afbeelding 2.1 en 2.2 laten de vertraging tussen de twee oren zien bij 90° en 45° bij een omtrek van 60cm.
De tijd die het geluid nodig heeft om de beiden oren te bereiken is bij 90° gelijk hoewel er bij een hoek van 45° een tijdsverschil is van 0,626ms. In combinatie met de schaduwwerking van het hoofd welke invloed heeft op het volume van het geluid zijn de hersenen in staat de globale richting te achterhalen.
De gevoeligheid van het menselijk oor in zake vertragingen en volume zijn enigszins frequentie gebonden.
De directionele eigenschappen van hoogfrequent geluid maken het makkelijker een volumeverandering te onderscheiden en op deze manier de plaats te bepalen. De omni-directionele eigenschappen van laagfrequent geluid zorgen ervoor dat de plaatsbepaling ervan erg lastig is. Het volume van laagfrequent geluid word niet zo ingrijpend beïnvloed door objecten en hun schaduwwerking. De vertraging is in deze gebieden een belangrijker middel om geluid te plaatsen.
2.2 Reproductie in stereofonie.
Zoals al eerder vermeld is stereofonie een reproductie van geluid met stereo-beeld door middel van 2 of meer bronnen in een symmetrische opstelling. Een zeer efficiënte manier om stereofonie te creëren is een hoofdtelefoon. Hierbij is volume de meest bepalende factor in het plaatsen van geluid. Echter is het in de praktijk van de geluidstechnicus niet altijd haalbaar iedereen met een hoofdtelefoon in de zaal te zetten. Los van het feit dat dit het contact met de “performer” reduceert. Om het grotere publiek te bedienen heeft men dan ook "grote" geluidssystemen ontwikkeld.
Met een simpele links - rechts set-up kan men erg nauwkeurig stereo-beeld creëren. Hier hangen echter weer randvoorwaarden aan. Men mag er vanuit gaan dat wanneer twee luidsprekers die hetzelfde signaal op hetzelfde volume weergeven, de afstand sterk correleert met de tijd en degradatie van het volume. Deze gegevens zullen bij de beide luidsprekers gelijk blijven. Ofwel, de systemen zijn identiek in klank en volume.
Om een perfect stereo-beeld te creëren zal de afstand tussen het publiek en luidspreker 1 gelijk moeten zijn aan de afstand tussen het publiek en luidspreker 2. In de praktijk is dit niet voor het gehele publiek te realiseren. In dergelijke gevallen kan met gebruik maken van additionele luidsprekers om het stereo beeld te versterken. Dit gebeurt echter niet vaak.
In de Hifi wereld word vaak een gelijkzijdige driehoek gehanteerd. Op de apex van deze gelijkzijdige driehoek bevind zich de “sweet spot”, de plek waar het geluid het best tot zijn recht komt.
Los van dit alles bevind iedere luidspreker zich op 45° ten opzichte van deze sweet spot. Zo maakt men optimaal gebruik van de schaduwwerking van het hoofd. Plaats je de luidsprekers verder naar voren zal het geluid minder sterk “Recht van voren komen”. Uit ervaring is gebleken dat dit de meest efficiënte manier is. Afwijkingen zijn mogelijk, maar men dient ten alle tijden een gelijkbenige driehoek te houden.
2.3 Toepassing van stereofonie.
Men kan stereofonie gebruiken om bepaalde effecten te creëren. Denk aan stereo-delay, maar ook het pannen van de toms bij een drumstel. In een live situatie zal men hier visueel geen plaats aan geven maar het is toch erg vet om een roffeltje van links naar rechts te horen gaan.
Echter is het doel van veel geluidstechnici om het geluid zo natuurlijk mogelijk over te brengen aan de luisteraar. Plaatsing is hier een onderdeel van. Eerder genoemd: een gitarist die links staat maar rechts te horen is. Dit beeld is erg vreemd en misschien wel wat frustrerend. Erger nog. Een spreker die voor je staat terwijl zijn stem van achteren komt. Dit is een ernstig afleidende factor.Bij plaatsing van het geluid werken het gehoor en zicht zintuig nauw samen. Men heeft de neiging een bron te zoeken met de oren en de ogen. Als er een seminar gegeven word en men ziet de spreker in het midden staan terwijl het geluid hoofdzakelijk van links en rechts komt zal men als nog de spreker als bron erkennen. Door het signaal 2 dimensionaal in perspectief te plaatsen kost het ons minder moeite de plaats aan te wijzen en zal dit in zekere maten ook rust in je geluid creëren. Nog een voorbeeld is het stereo mixen van in-ear monitoren. Men is gewend geluid te plaatsen. Het psychische effect van stereo beeld maakt dat men het veel fijner vind om naar te luisteren en meer rust heeft om te luisteren naar waar het om gaat.
3.1 Precedence en Haas effect.
In 1948 beschreef Lothar Cremer in een artikel: “ wanneer hetzelfde geluid van verschillende plaatsen komt, het menselijk gehoor de richting geeft aan de bron waar het geluid als eerste vandaan komt.” Dit psycho-akoestische verschijnsel word het Precedence effect genoemd. Ook wel bekent als de "wet van het eerste geluidsfront".
Het precedence effect is van toepassing op richting die wij als mensen aan geluid geven. Zolang het geluid van de 2e bron binnen het tijdsbestek van 2ms t/m 50ms (louter spraak) of 80ms (complexere signalen zoals muziek) zal men de eerste bron aanwijzen als daadwerkelijk de bron van het geluid. De tweede bron zal niet meer dan als een “early reflection” gezien worden. Bij een grotere delaytijd word het signaal gezien als echo.
In 1949 ging Helmut Haas verder met onderzoek naar de relatie van delay en richting. In zijn test plaatste hij twee identieke luidsprekers onder een hoek van 45° met 3 meter afstand ten opzichte van de ontvanger. Door met volume en delay te spelen kwam Haas erachter dat een 2e signaal die binnen het tijdsbestek van 5 tot en met 30ms, meer dan 10dB harder moet zijn voordat het menselijk gehoor niet langer de richting van het geluid naar de eerste bron toekent. Dit effect noemt men het Haas effect en word vaak verward met het precedence effect.
3.2 Praktische toepassing / Main PA
De hiervoor genoemde psycho-akoestische verschijnselen hebben een hoop mogelijk gemaakt in de geluidsontwerpen binnen theaters.
Geluidssystemen die uit conventionele luidsprekers bestaan zullen van deze verschijnselen gebruik kunnen maken om naast het standaard stereo-beeld (horizontaal geluid plaatsen), ook verticaal geluid te kunnen plaatsen. Veel theaters in nederland hebben een balkon. Om alle bezoekers zo goed mogelijk te bedienen heeft men vaak luidsprekers voor de vlakke zaal en apparte luidsprekers voor het balkon. De luidsprekers voor het balkon hangen vaak hoger dan die voor de zaal. Als deze luidsprekers allemaal met 0ms vertraagt worden zullen voor het publiek op het balkon de balkonluidsprekers dominant zijn als het aan komt op richting. Echter ziet dit publiek de spreker/acteur bijvoorbeeld 5 meter onder deze luidsprekers staan. Dit geeft een onrustig gevoel. Een dergelijke situatie kan zelfs de fragiele ilusie van een theatervoorstelling verstoren met als gevolg dat het publiek niet volledig IN het verhaal komt.
Stadsschouwburg Groningen.
Wanneer men de balkon luidsprekers “virtueel” bijvoorbeeld 5 a 6 meter naar achteren plaatst, ofwel 17,4ms in tijd vertraagt, zal het geluid van de onderste luidsprekers eerder aankomen dan het geluid van de gevlogen luidsprekers. Dit zorgt ervoor dat de richting van het geluid veranderd en wekt de illusie dat het geluid van beneden komt. De klank word echter hoofdzakelijk bepaalt door de gevlogen luidsprekers dus hoeft men zich daar niet al te veel zorgen over te maken. ( Precedence effect.)
De acteur staat 3 meter achter de onderste luidsprekers. Wanneer we het geheel nog eens virtueel 3 a 4 meter naar achteren plaatsen wekt men de illusie dat het geluid rechtstreeks bij de acteur vandaan komt. Dit onder de voorwaarde dat het geluid niet meer dan 10 dB versterkt word. In veel gevallen weer erg lastig om te bereiken. Op deze manier heb je als het waren een 3e dimentie toegevoegd aan het geluidsbeeld. ( Haas effect.)
3.3 Effectspeakers
Een andere manier om diepte in je geluid te krijgen is gebruik maken van effectspeakers. Een spreker of akoestische bron is moeilijk te controleren. Wanneer je één luidspreker gebruikt kan je simpel weg het geluid harder of zachter zetten en meer of minder vertragen.
Voorbeeld : Stel er staat een deur op toneel waar het geluid van een deurbel vandaan moet komen.
Plaats hier een luidspreker bij. Zorg dat de delay van het main PA gelijk is of 1m groter dan de afstand tussen het main PA en deze luidspreker. Behoud een volume verschil van minder dan 10 dB en voilà. Het geluid komt uit die luidspreker met de illusie dat de deurbel ook daadwerkelijk bij de deur vandaan komt.
Dit soort toepassingen zijn geen exacte wetenschap. Het feit is dat de 3-dimensionale opstelling van publiek in bijvoorbeeld theaters het moeilijk maken om voor iedereen hetzelfde effect te bereiken. De basis voor de opstelling van effectspeakers kan men berekenen, maar het is raadzaam om alles toch op je gehoor te “tweaken”.
Omdat ons gehoor sterk correleert met onze vizuele zintuigen, is het bij het maken van een geluidsontwerp erg interessant te weten dat het mogelijk is om geluid 3-dimensionaal te plaatsen. Hiermee kunnen we rare effecten bereiken en de emoties bij het publiek versterken.
3.4 Delay lijnen, Center Clusters en frontfills.
Ook een in theater veel toegepast hulpmiddel; Delay lijnen. Deze zijn bedoeld om een zo egaal mogelijke dekking te krijgen. Doordat het main PA niet altijd overal kan komen (bijvoorbeeld onder een balkon) kan men met met behulp van de delay lijnen ervoor zorgen dat ook onder het balkon een compleet frequentiespectrum te horen is.
