Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 83. Az egyfülű

A térbeli tájékozódás egyik legfontosabb felfedezése az elmúlt évtizedekben a külső fül fülkagylójának szerepe volt. Kiderült, hogy a fülkagyló barázdáltsága nem csupán esztétikai játék, hanem az odaérkező különböző frekvenciájú és fázishelyzetű hanghullámok találkozása egyes összetevők erősítését, mások gyengítését vagy éppenséggel a kioltását eredményezik. Ahogy azt már a hulláminterferenciánál megszoktuk.

Mivel a fülkagyló reflexiós felülete kisebb a hullámhossznál, hangszóródás – össze-viszza, véletlenszerű interferencia - is van. Az átvitelt 5 rezonáns pont befolyásolja: ezek kb. 3, 5, 9, 11, és 13 kHz-en vannak, ahol kiemeléseket okoznak a beérkező jelben.

ef02

Ráadásul, ahányan csak vagyunk, annyiféle fülkagylónk van, sőt, ugyanannak az embernek sem egyforma a két fülkagylója.

ef03

A hangforrás és a külső hallójárat, esetleg a dobhártya közötti átvitelt egy különleges függvénnyel, a fejhez kötött átviteli függvénnyel jellemezzük. Ennek elterjedt angol rövidítése a HRTF (head-related transfer function). A HRTF a tér három koordinátájának és a frekvenciának a függvénye. Tehát azt mutatja meg, hogy egy adott pontból sugárzott hang frekvenciamenete milyen, illetve hogyan változik a fülben akkor, ha a fejünket elfordítjuk.

ef04

A HRTF valójában nem egyetlen, hanem több függvény, függvénysorozat.

ef05

A HRTF egyik funkciója egyrészt az, hogy valóban hozzájárul az irányok meghatározásához, mivel az eltérő irányból származó hangok eltérő visszaverődési mintázatot hoznak létre. Másrészt, utal arra, hogy a hang valóban a külvilágból érkezett. A korai kísérletekben a műfejes felvételeket fülhallgatón keresztül játszották le a kísérleti személyeknek, vagyis a személyek afféle „távoli külső fület” kaptak. Ha már hallgattál sztereóban rögzített zenét fülhallgatón keresztül, tudod, hogy az így hallott hangok lényegében a fejen belül szólalnak meg. A kísérlet során azonban a személyek arról számoltak be, hogy a mesterséges fülkagylókkal rögzített hangok kívülről is szóltak. Az irányfelismerés is lényegesen jobb volt a hagyományos módon rögzített hangokhoz képest.

A youtube-on van is néhány példa HRTF-fel készült felvételre. Ezeket a lehető legjobb minőségű fejhallgatóval hallgassad meg, és feltétlenül behunyt szemmel, hogy a látvány ne befolyásolja az irányfelismerést!

ef06

Nem tudom, mennyire varázsolt el téged a dolog, én pl. hatalmasat csalódtam. De nem véletlen, hogy inkább a szintetikus, számítógéppel előállított világban használják a HRTF-et. Mivel a fülkagyló és a tekervények alakja egyénenként változik, a HRTF is mindenkinél más, és az ujjlenyomathoz hasonlóan, „füllenyomatnak” nevezett mintázattal jellemezhető.

Ez a füllenyomat tekinthető úgy is, mint olyan „spektrális aláírás”, amellyel a fül minden beérkező hangot ellát, rányomja a bélyegét. Ráadásul csak a saját HRTF-ünk segítségével tudjuk pontosan lokalizálni a hangokat.

Jusson eszedbe a tévesztési kúp, tehát, hogy vannak olyan térbeli pontok, amelyek esetén a hangforrás lokalizációja kétfülű hangerősség- és fáziskülönbség esetén sem egyértelmű. A fülkagyló szerepe éppen az, hogy ezeknek a kétfülűen egyébként nem lokalizálható pontoknak a lokalizálását segítse, azaz egyértelművé tegye, hogy a hang elölről vagy hátulról származott-e.

Jellegzetes HRTF mérési elrendezést mutat a következő ábra, valódi emberi fülre.

ef07

A hangjelenségek helyének észlelése tanult képesség: az évek során megtanuljuk, hogy hogyan alkalmazzuk a fülkagyló speciális spektrális aláírását a hangok lokalizációjában.

A HRTF viszonylag egyszerű módszerekkel átszámítható egy másik függvénybe, a HRIR-be (head-related impulse response, fejhez kötött impulzusválasz), és ez visszafelé is igaz. De már megint mi a repedt répa ez? A HRTF a külső fülbe érkezett hangjelek nagyságának a frekvenciafügyvénye, a HRIR viszont az időfüggvénye. Ugyanaz a különbség, mint a spektrumkép és az időkép között. A HRIR-t könnyebb előállítani.

ef08

A HRTF és a HRIR, illetve ezek hangszóróbarát változata nagyon gyakori felhasználási területe az úgynevezett térszimulátoroké. A térszimulátorok a zengetők egyik nagy csoportja. Korábban már volt szó másfajta zengetőkről: a termes-hangszórósról, a rugósról, a lemezesről, az analóg elektronikusról és a parametrikus digitális zengetőkről.

A térszimulátorok lényege, hogy egy nagyon csillapított, lényegében szabadtérnek megfelelő akusztikában rögzítjük a nótát, amit „beleteszünk” a szimulált térbe. Ezt a folyamatot konvolúciónak nevezik. Nem kell félni tőle, nem harap, pusztán matek, és a digitális hangtechnika is matek, tehát jól elboldogulnak egymással.

A szimulált teret úgy is előállíthatjuk, hogy valódi térbe teszünk megfelelő mikrofonokat – pl. műfejbe szerelve. A térben megszólaltatunk egy hangforrást, ami bármi is lehet, de célszerűen valamilyen mérőjellel meglökött hangsugárzó, és a mikrofonok által fölvett jelből kiszámítjuk a HRIR-t. Sztereó esetben két ilyen függvénysorozatunk lesz. Rengeteg HRIR-t tehetünk be egy hangtárba, és néhány kattintással meghatározhatjuk, hogy a „szárazban” fölvett nóta egy templomban, egy sportcsarnokban vagy akár egy hullaházban szólaljon-e meg.

Természetesen a konvolúciós zengető sem csodaszer, mert a valódi térjellemzők időben változók, és vannak olyan érzeti paraméterek is, amelyek a látással vagy a hőérzettel kapcsolatosak. Tehát még egy jó térszimulátorral sem fogjuk magunkat egy jéghideg templomban érezni.

Annak érdekében, hogy a térszimulátorral előállított jelet ne csak fejhallgatóval lehessen élvezni, gyakorta nem műfejjel készítik a függvényeket. Ezeket RIR-nek (room impulse response) nevezik, ami a terem impulzusválasz függvénye, vagyis az, amit a terem egy impulzusra – csattanásra, pisztolylövésre, stb. lök vissza a terembe. Lökne, ha valóban impulzussal adnának pofont a teremnek. De még ezt sem teszik, hanem magastól mélyig vagy mélytől magasig szinusz hanggal „söprik” végig a termet. Ebből aztán a számítógép RIR-t állít elő. És hogy még bonyolultabb legyen, gyakran a teremre utaló R-t el is hagyják, és csak IR-ről, impulzusválaszról beszélnek. De mindjárt világosabb lesz az egész az alábbi videóból.

A másik klip pedig az IR-ek előállítását mutatja.

Nemcsak sztereó, hanem pl. 5.1-es válaszfüggvényeket is lehet készíteni, alkalmas több mikrofonos elrendezéssel.

ef09

Természetesen a már jól ismert Reaperhez is van ingyen konvolúciós zengető bővítmény, a ReaVerb. Nem is kell külön letölteni, mert eleve mellékelték az alapkészlethez.

ef10

A neten számos olyan hely van, ahonnan IR függvényeket tölthetsz le, de ezek többnyire vagy fizetősek, vagy vackok. Viszont te magad is készíthetsz ilyeneket.

ef11

Erről szól az alábbi cikk is, amit igen jól fordít a gugli, már „csak” két, szintén igen jó mikrofon illik hozzá.


http://www.soundonsound.com/techniques/reaverb-part-2