A hangsugárzás kérdései 2. rész

Az időtartomány és az emberi hallás. Az első részben megemlítettük, hogy a számítástechnika alkalmazása a hangfelvételek készítésének teljes metodikáját átalakította. Mivel a hang információt tartalmaz, ebből azonnal következik, hogy bármi, ami áthalad az információs csatornán (beleértve a merevlemezeket, hálózatokat, hangszórókat és az emberi hallást) mindegyik tényleges információs kapacitással vagy bit-sebességgel rendelkezik.

A The Doors híres hangmérnöke, Bruce Botnick stúdiójában három JBL M2 Master Reference Monitorra támaszkodik.
Milyen formában jelenik meg a hanginformáció?
Ennek megválaszolásához vissza kell menni ahhoz, hogy mire való a hallás. Evolúciós értelemben az elektronikus szórakoztatás az elmúlt néhány ezredmásodpercben történt. Réges-régen a hallás a túlélés eszköze volt, és az evolúció megjutalmazta azokat a fajokat, amelyek jobb eszközöket fejlesztettek ki a táplálékszerzésre és párválasztásra. A hallásérzékelés ebből a szempontból előnyös tulajdonság. Mi a legfontosabb? Nyilvánvalóan a lista elején kell lennie a hangforrás helyének észlelése, szorosan utána a hangforrás méretének meghatározása. Vajon a hang fenyegetést jelent, vagy felfedi a következő étkezés lehetőségét?
Beszéd vagy zene hiányában a hangmagasság megállapításának fogalma korlátozott jelentőséggel bírt, így a frekvenciatartomány is. Kezelésének módjai később fejlődtek ki. Az irány és méret meghatározásának őskori eszközei még mindig velünk vannak, be vannak kötve a Human Audio System (HAS) rendszerünkbe, és már születésünk után működőképesek. A hangvisszaadás azon szempontjainak figyelmen kívül hagyása, amelyeket ezek a mechanizmusok értelmeznek, a realizmus elvesztését és a hallás fáradtságát eredményezi.

Ha a hangforrás a hallgató egyik oldalán van, a hang különböző időpontokban érkezik a két fülbe. A halló szerkezet képes azonosítani ugyanazt a tranziens mindkét fülnél, és mérni az idő különbséget.

Hogyan alakul ki az irány, először direkt úton, majd a reflexiók jelenlétében? Az ábrán látható, hogy a központon kívüli hangforrás esetén a forrás és a fülek távolsága eltérő. A hang véges sebessége azt jelenti, hogy bármilyen hullámforma érkezik a közelebbi fülbe, az előre látható késéssel érkezik a távolabbi fülbe. A hallószerkezet egy korrelátor. Bármelyik fül által felismert bármely hang észlelése azt eredményezi, hogy a másik fül később megpróbálja megtalálni azt a hullámformát. Az időeltolódás megmondja az irányt. A két hullámforma közötti időeltolódás egyértelmű mérése csak akkor lehetséges, ha a hullámforma tranziens. Szinusz-hullámmal próbálkozni nehézségekbe ütközik. Először is, minden ciklus ugyanolyan, így számos időeltolódásnál korreláció lép fel. Másodszor, a való világban a tiszta hangok a legközelebbi állóhullámra vagy saját hangra ugranak a helyiségben, így a forrás helye rejtve marad. Ez aligha probléma a való világban, ahol az olyan hangok, mint a lépések, az ajtók becsukódása, a leeső tárgyak, átmenetiek. Ez megmagyarázza, hogy miért nem túl okosak a segély autókon lévő szirénák, és miért nem lehet hallás után megtalálni a járművet mindaddig, amíg a villogó lámpák nem láthatók.

Tekintettel arra, hogy a szuboptimális alkalmazások inkább szabály, mint kivétel az akusztikában, nem kell meglepődnünk azon, hogy sok régi hangsugárzóban csak közép-hangszórót találunk. Érdekes a problémát kommunikációelméleti szempontból vizsgálni. A szinuszhullámok tiszta hangok, ezért nincs sávszélességük, az információs kapacitásuk nulla, a tranziens sávszélességük nagy. Ebből az következik, hogy a hangban található információk nagy részét a tranziensek hordozzák, és ha a hangszóró idő-tartományának pontosságát nem vesszük figyelembe, az súlyosan veszélyeztetheti a hangszóró információs kapacitását. Ez az egyik oka annak, hogy ha olyan hangszórókat hallunk, amelyeknek mindegyike azonos frekvencia-átvitellel rendelkezik, mindegyiknek más a hangja. Találunk például olyan hangszórókat, amelyeknél a hegedűk jók, az ütőhangszerek viszont silányak. Hallószervünk nemcsak a két fülnél érzékeli a hang-verziók közötti késleltetést. Az egyik irányból érkező hang hangsúlyosabb, a más irányból érkező hang pedig kevésbé. Ezt figyelmi szelektivitásnak nevezzük, amely lehetővé teszi a hallgató számára, hogy egy hangforrásra figyeljen a többi helyett. A két fül egy fázis-sorba került.

A reflexiók nem csökkentik az iránymeghatározás képességét, mert túl későn érkeznek. Ehelyett a visszaverődéseket és a közvetlen hangot időben eltolják, hogy a forrás jobban hallható legyen.

Az ábra azt mutatja, hogy a reflexióknak hosszabb utat kellett megtenniük, és nagyobb késést kellett elszenvedniük. A hang megszólalása és a hangközi késleltetés észlelése után a korrelátor tovább fut, és a hang további változatait keresi, amelyek a visszaverődések jelenlétét jelzik. A visszaverődéseket felismerjük, és a késleltetést arra használjuk, hogy érzékeljük a tükröző felülettől lévő távolságot, vagy egy zárt térben képet kapjunk a tér méretéről. Az a tény, hogy a visszaverődéseket felismerjük, azt jelenti, hogy a közvetlen hangon keresztül nem csökken a forrás helyének pontossága. Feltéve, hogy a visszaverődés nem sokat késik, halló szerkezetünk az összes visszaverődést az eredeti hanghoz igazítja, hogy az eredeti hang jobban hallható legyen egy visszhangos környezetben. Ezt Haas-effektusnak nevezik. Ezt összehasonlítva egy mikrofonnal, amelynek nincs ilyen mechanizmusa – a tükröződések csak rontják a dolgokat. Az amatőr hangfelvételek ezért mindig szörnyűek, mert sokan nem értik, hogy a mikrofon nem úgy hall, mint az élőlények. Szegény mikrofonnak nincs agya, és ahelyett, hogy az amatőr felvevő erre gondolna, megpróbálja a valóságot utánozni.

A kritikus zenehallgatáshoz a hangsugárzókat miért akusztikailag kezelt terekbe állítják fel?
Itt találjuk a hangzás egyik nagy ellentmondását. Kérdezzünk meg egy akusztikust, hogy a visszhangzó hang vagy a közvetlen hang adja a legtöbb információt a hallgató számára a nézőtéren! Azt fogja azt mondani, hogy ha kiveszi a visszhangot egy koncertteremből, azt a közönség rossz néven veszi. A rövid válasz az, hogy a hangszórók nem tudják megfelelően reprodukálni az időtartományt, és nem tudják megfelelően kezelni a visszhangot, így a Haas-effektus nem működik. A visszavert hangok zavaró tényezővé válnak, amelyeket valamivel el kell nyeletni. A természetes hangforrások gyakran fizikai tárgyak, amelyek teljes felületét vagy egy részét mozgásba hozzák. Ha valaki rálép egy gallyra, amely aztán eltörik, a rezgés és a hang átmeneti lesz. Képzeljük el, hogy ezt valami felület hirtelen tovább viszi! Megnövekedett nyomású tranziens hang kerül kisugárzásra. A légkör azonban nem tudja elviselni a nyomáskülönbséget, így a túlnyomás elszivárog. Az a sebesség, amellyel elszivárog, a tranziens hang időállandója.

Az időállandó a sugárzó tárgy méretének függvénye. A nagyobb tárgyak akadályozzák azt az utat, amelyen keresztül a nyomás nagyobb mértékben kiegyenlítődik, és hosszabb időállandót okoz. A valóságban hallószervünk „meg tudja mérni” egy tranziens időállandóját, és meg tudja becsülni a forrás méretét. A legtöbb hangsugárzó-kialakítás nem teszi lehetővé ennek a mechanizmusnak a működését, mert saját időállandókat raknak egymáshoz. Arra a következtetésre jutunk, hogy a realizmus érdekében az audio-hullámformáknak meg kell őrizniük fázislinearitásukat. Az audio-erősítők tervezői szigorúan korlátozott négyzet-hullámokkal tesztelik termékeiket, és gyakran közzéteszik az eredményeket. Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768. – 1830) francia matematikus és fizikus szerint a négyszöghullám egy sor harmonikusból áll, amelyek amplitúdója és fázisa szorosan meghatározott. Egy olyan rendszer, amely négyszöghullámot képes reprodukálni a kimenetén, nem csak lapos frekvenciaválaszú, hanem fázis-lineáris is, és képes hordozni a kívánt időtartomány-információkat. Nagyon kevés hangszórógyártó teszi közzé termékei négyzethullám-válaszát, általában azért, mert a kimeneti hullámforma felismerhetetlen.