Hogeschool Gent - Departement Muziek en Drama

1280:

"Klank & Ruimte"

Over spatializering van geluid

Tot na de tweede wereldoorlog was alle technisch gereproduceerd geluid monofoon. De ruimtelijkheid van het oorspronkelijke geluidsmateriaal ging, op 1 parameter na, bij elke technische reproduktie verloren.

De ene parameter die ook bij een zuivere mono-weergave en opname niet verloren gaat is de vertragingstijd die een gevolg is van het vergroten van de afstand tussen mikrofoon en geluidsbron. Wanneer een geluidsbron zich bij opname van de mikrofoon verwijdert, dan neemt niet alleen de sterkte ervan af (met het kwadraat van de afstand) maar neemt ook de looptijd van het geluid (v=344 m/s bij 20graden Celsius) zelf toe. Het aandeel reflekties van de ruimte tegenover het rechtstreekse signaal neemt toe.

Dat die ene parameter niet volstaat om aan onze technisch geproduceerde of gereproduceerde geluidsproduktie een overtuigende ruimtelijkheid mee te geven zal iedereen wel al hebben ontdekt.

Bij een monofone orkestopname is het onmogelijk te achterhalen of de cellos nu rechts dan wel links in het orkest zitten. Bij goed luisteren, en wanneer bij de opname niet al teveel mikrofoons werden gebruikt, kunnen we hooguit achterhalen dat het slagwerk zich achteraan moet bevinden.

Om aan dit bezwaar, deze ontbrekende dimensie van de mechanische geluidsproduktie, tegemoet te komen bedacht men reeds kort na de tweede wereldoorlog een systeem waarbij drie luidsprekers werden gebruikt voor weergave en minimum drie mikrofoons bij opname. Een mikro/luidspreker stond in voor het geluidssignaal rechts, één voor links, en het derde systeem stond borg voor een lijfelijk aanwezig 'midden' gebied.

Dit systeem werd o.a. gebruikt door Edgar Varese in diens Poeme Electronique uit 1958 op de wereldtentoonstelling in Brussel, een werk waarin sonore ruimtelijkheid een bijzonder belangrijke plaats inneemt.

Hoewel dit 3-kanaals systeem erg overtuigend klonk en klinkt, is het vandaag welhaast volkomen vergeten. De in de jaren zestig opkomende stereofonie, waarbij slechts twee kanalen dienden te worden gebruikt, heeft het -allicht om ekonomische redenen- volkomen verdrongen. Bij stereofonie worden (minstens) twee mikrofoons gebruikt en eveneens twee luidsprekers. Geluid dat op identische wijze in beide signalen aanwezig is, wordt door de luisteraar illusorisch in het midden van het geluidsbeeld geplaatst. Het centrum van de luisteraar is bij stereofonie dan ook volkomen 'virtueel'.

Het is hier niet de plaats om terzake in te gaan op de vele filosofische bezwaren die tegen een dergelijke schijn-reproduktie kunnen worden ingebracht, maar wel moet gezegd dat de pogingen om meer te bereiken op het vlak van ruimtelijkheid in de geluidsweergave sedertdien nooit hebben opgehouden.

In de jaren '70 zag het er even naar uit dat zgn. quadrofonie de stereofonie zou gaan vervangen: bij quadrofonie wordt van 4 luidsprekers (en bijn opname 4 mikrofoons) gebruik gemaakt, waardoor niet alleen een indruk van rechts en links kan worden verkregen, maar ook van voor- en achter. Quadrofonie heeft het echter kommercieel gezien nooit kunnen halen.

Maar ook quadrofonie was voor velen niet bevredigend, en zo ontstonden dan systemen waarmee ook boven- en onder- konden worden weergegeven. Het eenvoudigste dergelijk systeem ontwierp ik zo'n vijfentwintig jaar geleden en maakt net zoals quad gebruik van niet meer dan 4 luidsprekersystemen. In plaats van deze op te stellen in een vierkant, plaatste ik hen evenwel op de hoekpunten van een regelmatige tetraeder. De 3 luidsprekers die op de grond worden geplaatst bieden -net zoals bij 3-kanaals weergave- een reeel midden in het geluidsbeeld. De luidspreker die op het punt van de denkbeeldige tetraedertop wordt geplaatst staat in voor de hoogtedimensie. Het grootste bezwaar verbonden aan dit systeem is uiteraard dat het niet met onze konventionele architektuur te verenigen is: onze ruimtes zijn veelal ellendige rechthoeken, vierkanten, balken en paralellopipedums die bovendien niet voldoende hoogte bieden voor een goede tetaederopstelling.

Andere systemen worden algemeen aangeduid als 'ambiofone' systemen. Voor sommige daarvan worden tot vele honderden afzonderlijke luidsprekerkanalen gebruikt. (bvb. de realisatie van het Duitsland-paviljoen op de wereldtentoonstelling in Osaka, 1971, gemaakt voor het werk van Karlheinz Stockhausen). Vooral komponisten die zich intensief bezighouden met elektronische klankgeneratie hebben steeds een grote belangstelling getoond voor dit onderwerp. Elk festival dat gewijd is aan deze muziekvorm heeft dan ook wel zo'n eigen systeem als attraktiepunt (bvb. Linz: Ars Electronika, Bourges, Ircam...).

Voor het gebruik van een uiterst groot aantal luidsprekers pleit uiteraard het feit dat een écht orkest ook uit evenveel geluidsbronnen bestaat als er instrumenten in meespelen. Dat het experimenteren hiermee echter niet voor ieder -vooral dan om financiele redenen- is weggelegd hoeft hier geen verder betoog. Dat ook de aansturing van dergelijk immense luidsprekerbatterijen niet direkt eenvoudig is, zal al evenzeer duidelijk zijn.

Voor wie niettemin toch graag enige richtlijnen heeft inzake de mogelijkheden tot spatializering met een beperkt aantal luidsprekers, schreef ik een klein programma dat kan gebruikt worden als vertrekpunt en ideeënbron om een willekeurige geluidsbron via sturing met midi-continuous controllers in een ruimte te laten bewegen en de positioneren.

Het algemeen geldige algoritme voor de positionering van een puntvormige geluidsbron in een ruimte maakt gebruik van (voor 4 luidsprekers) een zgn. quadratuur-oscillator. Dat is niets anders dan een sinusvormige signaalbron waarvan de uitgangen onderling telkens 90 graden (of de juiste plaatstingshoek van de luidsprekers) zijn gedraaid.

Dus, algoritmisch gezien:

amplitude2 = SIN (hoek + Pi/2 * t)

amplitude3 = SIN (hoek + Pi * t)

amplitude4 = SIN (hoek + 3Pi/2 * t)

Bij elke hoek in een vlak van een volledige cirkel (2Pi of 360 graden) hoort een welbepaalde onderlinge verhouding van de amplitudes waarmee het betreffend signaal aan de luidsprekers moet worden toegevoerd.

Willen we naast de hoek ook de afstand in onze plaatsingsberekening kunnen betrekking dan zijn we verplicht evenveel programmeerbare delay- lijnen in te schakelen als we kanalen hebben. De in te stellen waarde van de vertragingen moet uiteraard voldoen aan de vereisten van de goniometrie. De delay-tijd per kanaal moet recht evenredig zijn met de rechtlijnige afstand van de luidspreker tot de virtuele geluidsbron. Uiteraard kunnen de delays niet onafhankelijk zijn van de eerder behandelde waarnemingshoek. Samen met de delays (maar dit kan op zowat alle machines in een stap gebeuren) kunnen ook de galmwaarden (reflekties van het geluid onderweg) proportioneel worden ingesteld.

Om de zaak nu -maar daarmee is ze dan ook werkelijk zo goed als rond- nog verder te kompliceren, moeten we -althans wanneer we van synthetische geluiden vertrekken- bovendien nog een afstands- en hoek-afhankelijk equalizing berekenen. Het is immers bekend uit de audioperceptie dat hoge tonen meer door afstand worden verzwakt dan de lage... Ook geluid dat we achter ons waarnemen, klinkt doffer dan wanneer het ons frontaal bereikt. Tenslotte speelt in dit hele verhaal ook nog de ruimte waarin we een en ander willen opzetten een uitermate belangrijke rol. De algoritmische regels zoals hier weergegeven gelden immers in principe alleen voor een anechoische ruimte...

' **************************************************************************

' * Sound-Spacing * * AMBIOPHONICS *

' **************************************************************************

' Algoritme voor in de ruimte ronddraaiend geluid: Quadratuuroscillator (voor quadrofonie onder rechte hoeken)

' 1 Radiaal = 2 * Pi = 360graden Pi = ATN(1) * 4

Radkon! = ATN(1) / 45

'In het volgende voorbeeld draait het geluid met konstante sterkte rond op een cirkelvlak tussen de speakers:

DO

FOR i% = 0 TO 360

LOCATE 10, 10 : PRINT i%, SIN(i% * Radkon!); " ";

Amp1% = 64 + (SIN(i% * Radkon!) * 63)

Amp2% = 64 + (SIN((i% + 90) * Radkon!) * 63)

Amp3% = 64 + (SIN((i% + 180) * Radkon!) * 63)

Amp4% = 64 + (SIN((i% + 270) * Radkon!) * 63)

LOCATE 12, 10: PRINT SPACE$(69);

LOCATE 12, 10 : PRINT Amp1%, Amp2%, Amp3%, Amp4%; " ";

SOUND 20000, draaisnelheid

NEXT i%

LOOP UNTIL INKEY$ <> ""

CLS

LOCATE 10, 9 : PRINT " Beweging bij opstelling in een gelijkzijdige driehoek:"

LOCATE 11, 9 : PRINT "X", "Y", "Z"

FOR i% = 0 TO 360

Amp1% = 63 + (SIN(i% * Radkon!) * 64)

Amp2% = 63 + (SIN((i% + 120) * Radkon!) * 64)

Amp3% = 63 + (SIN((i% + 270) * Radkon!) * 64)

LOCATE 12, 10 : PRINT SPACE$(69);

LOCATE 12, 9 : PRINT Amp1%, Amp2%, Amp3%; " ";

SOUND 20000, draaisnelheid

NEXT i%

CLS

draaisnelheid = 0

LOCATE 10, 9 : PRINT " Beweging binnen een tetraeder-opstelling:"

LOCATE 11, 9 : PRINT " X", " Y", " Z", " C"

' Algoritme voor 4 luidsprekers in tetraederformatie: driedimensionele draaibeweging op een bol binnen de 4 tetraederhoeken:

LOCATE 15, 10: PRINT "Horizontaal=";

LOCATE 16, 10: PRINT "Vertikaal =";

DO

FOR i% = 0 TO 360

LOCATE 15, 25: PRINT i%

FOR j% = 0 TO 360

LOCATE 16, 25: PRINT j%

Amp1% = 64 + (SIN(i% * Radkon!) * 32) + (SIN(j% * Radkon!) * 32)

Amp2% = 64 + (SIN((i% + 90) * Radkon!) * 32) + (SIN((j% + 90) * Radkon!) * 32)

Amp3% = 64 + (SIN((i% + 180) * Radkon!) * 32) + (SIN((j% + 180) * Radkon!) * 32)

Amp4% = 64 + (SIN((i% + 270) * Radkon!) * 32) + (SIN((j% + 270) * Radkon!) * 32)

LOCATE 12, 10 : PRINT SPACE$(69);

LOCATE 12, 9 : PRINT Amp1%, Amp2%, Amp3%, Amp4%; " ";

SOUND 20000, draaisnelheid

NEXT j%

NEXT i%

LOOP UNTIL INKEY$ <> ""

Praktische toepassingsvoorbeelden gesteund op deze aanpak tref je uitvoerig aan in de multimediale kompositie <Illusio> die Johan Vercruysse ineenzette als afstudeerprojekt experimentele kompositie in 1995. De kode is beschikbaar voor de studenten op een van de klaskomputers.