Τ Ε Ι Κ Ρ Η Τ Η Σ Π Α Ρ Α Ρ Τ Η Μ Α Ρ Ε Θ Υ Μ Ν Ο Υ ΤΜΗΜΑ ΜΟΥΣΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΗΧΟΛΗΨΙΑ Ι ΞΕΝΙΚΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ

Transcript

1 Τ Ε Ι Κ Ρ Η Τ Η Σ Π Α Ρ Α Ρ Τ Η Μ Α Ρ Ε Θ Υ Μ Ν Ο Υ ΤΜΗΜΑ ΜΟΥΣΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΗΧΟΛΗΨΙΑ Ι ΞΕΝΙΚΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2017

2

3 1 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΗΧΟΛΗΨΙΑ ΓΕΝΙΚΑ 1. Προϋπόθεση πραγματοποίησης ηχοληψίας είναι η ύπαρξη μιας ηλεκτρονικής / ηλεκτροακουστικής εγκατάστασης. Η εγκατάσταση αυτή, ξεκινώντας από απλή (δύο μικρόφωνα+μαγνητόφωνο+ακουστικά), μπορεί να καταλήγει σε απίστευτα σύνθετη (π.χ. μεγάλα σύγχρονα recording studios, ηχ. εγκαταστάσεις συναυλιών σε πολύ μεγάλους χώρους, στάδια, κλπ.). 2. Οι ηχητικές εγκαταστάσεις χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: α) τα recording studios και β) τις εγκαταστάσεις που καλύπτουν μόνιμα ή μη συναυλιακούς χώρους. Σε επίπεδο φυσικού φαινομένου μία είναι η θεμελιώδης διαφορά: Στα studios, η ηχητική πηγή και το αναπαραγόμενο (μέσω μεγαφώνων) ανάλογο της βρίσκονται σε ξέχωρους, απομονωμένους χώρους. Αντίθετα, στους συναυλιακούς χώρους η ηχητική πηγή και το ανάλογο της αλληλεπιδρούν, κι έτσι, η ανάδραση (feedback) αποτελεί τον Νο 1 «εχθρό» στην προσπάθεια ενίσχυσης (reinforcement) των ηχητικών σημάτων. 3. Δεν είναι ο ηχολήπτης ο άνθρωπος που κατασκευάζει, «στήνει» την εν λόγω εγκατάσταση. Διεθνώς, έμπρακτα επικρατεί η άποψη ότι: Οι ηχητικές εγκαταστάσεις πρέπει να γίνονται από εξειδικευμένα γραφεία που διαθέτουν τον απαραίτητο εξοπλισμό (μηχανήματα μετρήσεων κ.λπ.) και στηρίζονται σε καταξιωμένη στην εφαρμογή της σύγχρονη, επίσης εξειδικευμένη γνώση. Το θεωρητικό θεμέλιο της γνώσης αυτής βρίσκεται στις επιστήμες α) Ηλεκτρονικά και β) Ακουστική. Επιπλέον: γ) στο εξειδικευμένο «πάντρεμα» των παραπάνω που λέγεται Ηλεκτρακουστική. δ) στο εξειδικευμένο «πάντρεμα» της Ακουστικής με το ανθρώπινο αισθητήριο του ήχου (αυτί+εγκέφαλος) που ονομάζεται Ψυχοακουστική. 4. Ο ηχολήπτης είναι ο άνθρωπος ο οποίος χειρίζεται τις ηχητικές εγκαταστάσεις: Χρήστης λοιπόν αυτών, σε προχωρημένο επίπεδο. Πρέπει να μπορεί να εξαντλεί τις δυνατότητες των, με στόχο τη δημιουργία και αναπαραγωγή (από την ηχ. Εγκατάσταση) της εκτέλεσης ενός μουσικού έργου από κάποιο μουσικό σύνολο. Ας αναλύσουμε αυτά 4α. Στο Studio, ο ηχολήπτης κρίνει τα πάντα μέσω της αναπαραγωγής στο Control Room. Ο άμεσος «πληροφοριοδότης/συνεργάτης» του είναι τα μεγάφωνα, τα λεγόμενα monitors πολύ σωστά, γιατί πράγματι αυτός ο αγγλικός όρος ορίζει εύστοχα τη

4 2 λειτουργία τους: μονάδες ελέγχου. Όμως, αυτό που «παίζουν» τα monitors εμπεριέχει αναγκαστικά τα ακόλουθα στοιχεία: 1) τρόπο χρήσης και ποιότητα όλης της αλυσίδας συσκευών απ την ηχητική πηγή μέχρι τα monitors 2) την ποιότητα αυτών των ιδίων των monitors 3) την αλληλεπίδραση των monitors με τα ακουστικά χαρακτηριστικά της αίθουσας Control Room Επιπλέον, ενώ το τελικό προϊόν του studio κρίνεται και κατασκευάζεται στο Control Room, στόχος είναι να αναπαράγεται καλά και οπουδήποτε αλλού εκτός από εκεί, δηλ. στην οποιασδήποτε μορφής οικιακή συσκευή κ.λπ. Είναι φανερό ότι τα παραπάνω θέτουν μια σειρά από αντικειμενικά ζητήματα τα οποία αφορούν την Ηχ. Εγκατάσταση/Studio σε επίπεδο κατασκευής, παράλληλα δε δηλώνουν ότι ο ηχολήπτης, που μοιραία «κινείται» ανάμεσα σ αυτά, πρέπει να έχει επίγνωση και να μπορεί να παίρνει πρακτικά θέση στοχεύοντας στην προστασία του πελάτη αφ ενός, και του εαυτού του, βέβαια, αφ ετέρου Ο πρώτος κριτής σε επίπεδο ποιότητας κατασκευής ενός studio είναι ο ηχολήπτης που το «λειτουργεί» 4β. Στο studio, ο ηχολήπτης μπορεί να καταγράφει στα μαγνητόφωνα / PC την ηχητική πηγή και το χώρο του studio. Το ποσοστό του καταγραφόμενου χώρου μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή από 0% έως 100%. Ανήκει στις δεξιότητες του ηχολήπτη να καταφέρνει να «γράφει» αυτό που χρειάζεται, σύμφωνα πάντα με το μουσικό είδος, το μουσικό όργανο, και τις γενικότερες συνθήκες ή δεδομένα της ηχογράφησης. Πρέπει να πούμε εδώ, απλώς επιγραμματικά, ότι οι διάφορες μέθοδοι ηχογράφησης μπορούν να χωριστούν σ εκείνες που επιδιώκεται η καταγραφή της φυσικής ακουστικής του περιβάλλοντος μαζί με τον ήχο των μουσικών οργάνων, και σ εκείνες που δεν χρειάζεται κάτι τέτοιο.. αυτές οι δεύτερες κυρίως επιλέγονται σήμερα, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι έχουμε ξεχάσει τις πρώτες. Οι λόγοι που έχουν οδηγήσει σ αυτή τη κατάσταση είναι κατά βάση κοινωνικοεμπορικο-οικονομικοί. Έτσι, το πράγμα που συνήθως αντιμετωπίζει ένας ηχολήπτης σήμερα είναι το εξής: Έχοντας στη διάθεση του πολυκάναλο (multitrack) μαγνητόφωνο / PC, του οποίου βασική ιδιότητα είναι το ότι παρέχει την δυνατότητα της μη σύγχρονης, αλλά σταδιακής, "κομματιαστής" ηχογράφησης της όποιας Μουσικής ορχήστρας, δημιουργώντας έτσι μοιραία την περίπου πλήρη- αντιστοίχιση: μουσικό όργανο κανάλι μαγνητοφώνου / PC επιπλέον δε, ευρισκόμενος ο ηχολήπτης σε studio του οποίου το recording room, για τους παραπάνω λόγους, δεν διαθέτει συνήθως αξιόλογης ποιότητας Ακουστική συμπεριφορά, υποχρεούται να ηχογραφεί τις ηχ. πηγές τοποθετώντας τα μικρόφωνα πολύ κοντά των, ελαχιστοποιώντας έτσι την καταγραφή των στοιχείων του χώρου. Μ αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται επίσης η ελαχιστοποίηση της ποσότητας ήχου του Β μουσικού οργάνου που καταγράφει το προοριζόμενο για το Α μουσικό όργανο μικρόφωνο. Το αποτέλεσμα, τις περισσότερες φορές είναι ανορθόδοξο και αφύσικο: αυτό που συλλαμβάνει π.χ. ένα μικρόφωνο τοποθετημένο πολύ κοντά στο στόμιο μιας τρομπέτας δεν είναι ευχάριστο, γιατί απλά δεν μας χρειάζεται, και δεν έχουμε επομένως μάθει / συνηθίσει ν ακούμε κάτι τέτοιο Φυσικό και ευχάριστο είναι να «νοιώθουμε» ότι το μουσικό όργανο βρίσκεται σε κάποια απόσταση από εμάς, ακούγοντας το με τις πρέπουσες σε κάθε περίπτωση

5 3 δυναμικές, και σε αγαστή συνεργασία με τα ακουστικά χαρακτηριστικά του χώρου που βρισκόμαστε Στο τελικό στάδιο της ηχογράφησης, τη μίξη, που δεν είναι πια ηχογράφηση αλλά επεξεργασία, όλα τα παραπάνω θα διορθωθούν: Με τη βοήθεια της τεχνολογίας και σε συνεργασία με τον παραγωγό ή ενορχηστρωτή ή συνθέτη, ο ηχολήπτης, με τεχνητά μέσα, στην κυριολεξία θα κατασκευάσει μια μουσική σκηνή -με την αισθητική έννοια του όρου αλλά και του χώρου στην κυριολεξία- έτσι ώστε ο ακροατής, ακούγοντας στο στερεοφωνικό του το τελικό προϊόν του studio, να έχει την εντύπωση/ψευδαίσθηση ότι στη σκηνή αυτή, της οποίας η ακουστική ταιριάζει με το μουσικό έργο, τα μέλη της ορχήστρας έχουν το καθένα τη θέση του επ αυτής, και όλοι παίζουν μαζί και όμορφα, ακούγονται καθαρά, με τις σωστές χροιές και δυναμικές και εντάσεις, αναδεικνύοντας έτσι τις αρετές του μουσικού έργου. Συμπερασματικά, από τα παραπάνω, παρ ότι σίγουρα δεν φωτίζουν όλες τις πλευρές της δουλειάς του ηχολήπτη, θα λέγαμε ότι διαφαίνονται τα εξής: - Για τη σχέση του με τη Μουσική δεν χρειάζεται ιδιαίτερη ανάλυση, είναι αυτονόητο ότι τουλάχιστον κάποιες βασικές γνώσεις είναι απαραίτητες, επιπλέον όμως, θεμελιακό στοιχείο πετυχημένης ηχογράφησης αλλά και απρόσκοπτης συνεργασίας με τους ανθρώπους της Μουσικής θεωρείται η όσο το δυνατόν πληρέστερη καλλιέργεια και ενημέρωση του ηχολήπτη πάνω στα διάφορα μουσικά ρεύματα, αυτό που στην καθομιλουμένη λέμε "ακούσματα", τουλάχιστον για τα μουσικά είδη που ηχογραφεί.. - Δεν είναι ο ηχολήπτης ακουστικολόγος, όμως η σχέση του με θέματα Ακουστικής, Ηλεκτροακουστικής, Ψυχοακουστικής είναι προχωρημένη: απ την τοποθέτηση ενός μικροφώνου, ως την κατασκευή ήχων και χώρων με τεχνητά μέσα,.. όπου βέβαια, αυτό το τελευταίο δεν γίνεται απλώς πατώντας ένα κουμπί επιλογής ενός preset προγράμματος κάποιου effects unit. Σχεδόν εξ ορισμού λοιπόν, η ηχοληψία είναι κατ εξοχήν δημιουργική εργασία Κάθε φορά ο ηχολήπτης «φτιάχνει» και αποτυπώνει στη "μαγνητοταινία" κάτι καινούργιο: Παρά την αδιαμφισβήτητη «επέμβαση» του studio σαν κατασκευή καλή ή κακή, αλλά και τις παραινέσεις παραγωγών, ενορχηστρωτών κ.λπ., το αποτέλεσμα φέρει τη σφραγίδα του, την ιδιαιτερότητά του καλή ή κακή επίσης

6 4 2 ΨΥΧΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗ Κάτω από τον όρο «Ψυχοακουστική» κρύβεται ένας πολύ ενδιαφέρον επιστημονικός κλάδος. Το αντικείμενό του είναι περίπου φανερό απλά και μόνο από το όνομα: Εξετάζει τις ιδιομορφίες της σύνδεσης μεταξύ του φυσικού φαινομένου/ήχος και του παραγόμενου μέσω του αυτιού υποκειμενικού αισθήματος. Με άλλα λόγια, η Ψυχοακουστική εξετάζει το πως ο άνθρωπος (αυτί+εγκέφαλος) αντιλαμβάνεται τους ήχους μαζί με τα διάφορα χαρακτηριστικά τους. Η Ψυχοακουστική εισάγει επομένως έναν καινούργιο παράγοντα πέρα και πάνω από τα φυσικά μεγέθη: Το ανθρώπινο αισθητήριο της ακοής. ` Θα έπρεπε επομένως το κεφάλαιο αυτό να ξεκινά με κάποια περιγραφή του αυτιού. Εμείς όμως, θα παραλείψουμε το μέρος αυτό, μπαίνοντας κατ ευθείαν στα συμπεράσματα της Ψυχοακουστικής, χωρίς ν ασχοληθούμε ιδιαίτερα με το πως αυτά προκύπτουν. Πριν ξεκινήσουμε όμως, θα θέλαμε να τονίσουμε την τεράστια σημασία του αντικειμένου αυτού για Μουσικούς και Ηχολήπτες με την ακόλουθη σκέψη: Κάθε ηχοληψία, σε τελευταία ανάλυση, είναι καταγραφή του ηχητικού μέρους ενός γεγονότος (συναυλία, μουσική εκτέλεση στο studio, ραδιοφωνική συζήτηση κτλ.) που συμβαίνει κάπου, κάποια χρονική στιγμή με σκοπό την αναπαραγωγή/ακρόαση αλλού, σε άλλο χρόνο από άλλους ανθρώπους. Συνεπώς, το ζητούμενο από μια καλή ηχοληψία είναι η όσο το δυνατόν ρεαλιστικότερη αναπαράσταση του γεγονότος, προφανώς με τεχνητά μέσα (μηχανήματα) και βέβαια σε συνθήκες περιβάλλοντος που καμιά συνήθως σχέση δεν έχουν με εκείνες του πραγματικού γεγονότος. Πχ. ζητάμε από ένα stereo σύστημα να «φέρει» μια ορχήστρα μέσα στο δωμάτιό μας να παίξει μόνο για μας... Τελικά, ο σκοπός κάθε ηχοληψίας είναι η δημιουργία μιας ψευδαίσθησης/αναπαράστασης. Απαιτείται επομένως κατά τη γνώμη μας βαθιά γνώση όλων εκείνων των στοιχείων που κάνουν το αυτί μας να αντιλαμβάνεται κάτι με ένα δεδομένο τρόπο, προκειμένου να επιτευχθεί η ψευδαίσθηση αυτή. Ακριβώς λοιπόν αυτοί οι μηχανισμοί αντίληψης των ηχητικών συμβάντων είναι το αντικείμενο της Ψυχοακουστικής.

7 5 2.1 ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Θα ξεκινήσουμε με τα βασικά γνωρίσματα κάθε ήχου. Ο Πίνακας που ακολουθεί δείχνει ποια είναι αυτά, κυρίως όμως την υιοθέτηση διαφορετικής ορολογίας, για σαφέστερη αντιδιαστολή του φυσικού μεγέθους από το υποκειμενικό αίσθημα: ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ Συχνότης Ένταση Φάσμα ήχου ΥΠΟΚΕΙΜΕΝΙΚΟ ΑΙΣΘΗΜΑ Ύψος (Pitch) Ακουστότητα (Loudness) Χροιά (Timbre) ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΤΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ Κατ αρχήν, να ξεκινήσουμε από το εύρος της μπάντας συχνοτήτων που ερεθίζουν το ανθρώπινο αυτί: Σε γενικές γραμμές αυτή είναι Hz. Οι λέξεις τόνος και ύψος (pitch) είναι βασικά συνώνυμες. Στη καθομιλουμένη χρησιμοποιείται κυρίως ο όρος "τόνος" αντί για "συχνότητα", και η μεταβολή της συχνότητας ονομάζεται συνήθως αλλαγή ύψους / pitch ή "μεταπήδηση" σε υψηλότερο / χαμηλότερο τόνο. Βεβαίως, απ τη Μουσική προέρχονται όλ αυτά, γεγονός που είναι απολύτως φυσιολογικό. Και πάλι από τη Μουσική, μαθαίνουμε αυτή τη φορά ποια είναι τα χαρακτηριστικά μας στην αντίληψη του διαστήματος, της απόστασης δηλαδή μεταξύ δυο συχνοτήτων: Όπως ξέρετε, το όλο ακουστικό φάσμα χωρίζεται σε μπάντες / διαστήματα ίσου μουσικά εύρους, τις γνωστές οκτάβες στις οποίες τελική προς αρχική συχνότητα έχουν λόγο 2, 2f f = 2. Αυτή η ιδιότητα του αυτιού μας είναι βολικότερο να εκφράζεται μαθηματικά απ το λογαριθμικό διάστημα log 2f log f = log 2 = σταθ. για κάθε f [ενώ αντίθετα το γραμμικό διάστημα 2f f είναι μεταβλητό, εξαρτώμενο από την f]. Αυτό ακριβώς εννοούμε με την έκφραση ότι έχουμε τα ανθρώπινα όντα- λογαριθμική αντίληψη των συχνοτικών διαστημάτων. Μια πρώτη τεχνική εφαρμογή του γεγονότος είναι το ότι, στις γραφικές παραστάσεις ακουστικών μεγεθών συναρτήσει της συχνότητας, ο άξονας των συχνοτήτων είναι συνήθως (όχι πάντα) βαθμονομημένος λογαριθμικά, σε λογαριθμική κλίμακα, στη θέση δηλαδή των τιμών των συχνοτήτων να φαντάζεστε τις τιμές των λογαρίθμων τους. Δείτε πχ το Σχ. 2.2 και το λεπτομερέστερο Σχ Ένα δεύτερο στοιχείο της αντίληψης της συχνότητας είναι η λεγόμενη διακριτική ικανότης του αυτιού ως προς τη συχνότητα. Δηλαδή, πόσα Hz διαφορά πρέπει να έχουν minimum δύο συχνότητες για να τις διαχωρίζει το αυτί μας. Το εν λόγω θέμα μπορεί να τεθεί με δυο τρόπους, οι οποίοι μάλιστα είναι και ουσιωδώς διαφορετικοί: - Ο πρώτος, συνίσταται στη λειτουργία μιας μόνης πηγής η οποία παίζει μια συχνότητα μόνο,

8 6 την οποίαν όμως, αλλάζοντας την, περιμένουμε να καταγράψουμε πότε, δηλαδή με πόση minimum διαφορά γίνεται αντιληπτή απ τους ακροατές η εν λόγω αλλαγή. - Ο δεύτερος, συνίσταται στη λειτουργία δυο πηγών που παίζουν δυο συχνότητες ταυτοχρόνως, των οποίων η διαφορά, ξεκινώντας απ το μηδέν, αυξάνεται με μικρά βήματα έως ότου οι ακροατές αντιληφθούν ότι ακούνε δυο συχνότητες. Σχετικά με τον πρώτο τρόπο: Στο Σχ. 2.1 φαίνεται το αποτέλεσμα πειραματικών μετρήσεων σε πολλά άτομα. Σχήμα 2.1: Η JND συναρτήσει της συχνότητας. Το level κατά την διεξαγωγή των μετρήσεων ήταν περίπου 80 db SPL. (από τους Zwicker, Flottorp και Stevens, 1957) Κατ αρχήν δείτε ότι η αναζητούμενη διαφορά ονομάζεται -πολύ εύστοχα- JND, «Just Noticeable Difference», διαφορά δηλαδή που μόλις γίνεται αντιληπτή. Δείτε στη συνέχεια ότι εμφανίζεται η JND εξαρτώμενη από τη συχνότητα. Στο Σχ. 2.1, η σχετική συνάρτηση δηλώνεται από την ομώνυμη καμπύλη. [Οι άλλες καμπύλες, 1% Resolution κλπ, είναι βοηθητικές, δείχνουν τα όρια μέσα στα οποία κινούνται οι τιμές της JND (πχ η 3% Resolution δίνει στα 100 Hz 3/100 x 100 = 3 Hz, ενώ η 0,5% Resolution στα 2 KHz δίνει 0,5/100 x 2000 = 10 Hz και στα 3 KHz 0,5/100 x 3000 = 15 Hz)]. Βλέπουμε λοιπόν ότι η τιμή της JND κυμαίνεται από 2 3 Hz στη χαμηλή περιοχή μέχρι μερικές δεκάδες Hz στην υψηλή περιοχή [είναι JND = 30 Hz στα 5 KHz, ενώ στα 16 KHz πχ, μπορούμε να υποθέσουμε απ τη μορφή της καμπύλης- ότι θα ναι πιο κάτω απ τα 160 Hz της 1% Resolution]. Επί της ουσίας, οι JNDs ορίζουν περιοχές συχνοτήτων (μεταβλητού, όπως είδαμε, εύρους) που κάθε μια τους όμως διατηρεί το χαρακτηριστικό ότι ο όποιος τεμαχισμός της, σε επίπεδο αντίληψης της συχνότητας, δεν έχει κανένα νόημα, απλά γιατί τα προκύπτοντα μέρη θα

9 7 ακούγονται ίδια, σαν ίδια συχνότητα. Μπορούν επομένως οι JNDs να αποτελέσουν τα κβάντα, τα κομμάτια, τις μονάδες "δόμησης", ή, όπως έχει επικρατήσει, τα διακριτά τονικά βήματα με τα οποία θα καλυφθεί όλο το ακουστικό φάσμα. Πειραματικά έχει γίνει όλο αυτό, και στο Σχ. 2.2 φαίνεται το αποτέλεσμα: Η υπάρχουσα καμπύλη δίνει το πλήθος των τονικών βημάτων έστω N συναρτήσει της συχνότητας f, όπου όμως N(f ) σημαίνει N τονικά βήματα μέχρι την f, δηλαδή N βήματα στη περιοχή απ την αρχή του φάσματος (16 Hz ) μέχρι τη συχνότητα f. Όπως βλέπετε, το πλήθος N μεγαλώνει με την αύξηση της συχνότητας, που σημαίνει ότι και σε επίπεδο οκτάβας συμβαίνει το ίδιο: Βρίσκουμε πχ ότι υπάρχουν 30 βήματα στην οκτάβα [ Hz] ενώ στην παραπάνω [ Hz] γύρω στα 280. Ο αριθμός των διακριτών τονικών βημάτων ανά οκτάβα μεγαλώνει καθώς πηγαίνουμε σε υψηλότερες οκτάβες. Είναι δε αξιοσημείωτο το γεγονός ότι αυτό συμβαίνει παρά την αύξηση, επίσης, του εύρους των JNDs στις υψηλότερες συχνότητες. Τελικά, σε επίπεδο συνόλου, σε όλο δηλαδή το ακουστικό φάσμα, από 16 Hz έως Hz, υπάρχουν γύρω στα διακριτά τονικά βήματα Σημειώστε ότι στις δυτικές μουσικές κλίμακες το φάσμα αυτό καλύπτεται από 120 νότες. Σχήμα 2.2 Θα έλεγε κανείς ότι οι τονικές δυνατότητες του αυτιού πολύ απέχουν από το να έχουν εξαντληθεί στη δυτική μουσική... είναι όντως έτσι? Θα το δούμε αφού εξετάσουμε πρώτα και τον δεύτερο τρόπο ελέγχου της διακριτικής μας ικανότητας. Σχετικά με τον δεύτερο τρόπο: Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι η συνύπαρξη δυο συχνοτήτων θα ερεθίζει διαφορετικά από πριν το αυτί μας και συνεπώς η εδώ διαφορά που συμβολίζεται με D f D και ονομάζεται limit of frequency discrimination, όριο δηλαδή διαχωρισμού συχνοτήτων θα προκύπτει διαφορετική επίσης. Είναι πράγματι έτσι: Η D f D είναι κι εδώ αύξουσα συνάρτηση της συχνότητας, εκτείνεται όμως από Hz στη χαμηλή περιοχή έως και πάνω από 800 Hz

10 8 στις υψηλές συχνότητες. Καμιά σχέση λοιπόν με τις τιμές της JND. Το πράγμα είναι λίγο περίπλοκο: Δυο συχνότητες f 1, f 2 με f2 f1 D fd σαφώς δεν γίνονται αντιληπτές, μια ακούγεται, εμφανίζονται όμως κάποια επιφαινόμενα τα οποία καταμαρτυρούν έμμεσα την ύπαρξη της άλλης συχνότητας. Συγκεκριμένα: Σχήμα 2.3: Δf D και Critical Bandwidth Δf CB ως συναρτήσεις της κεντρικής συχνότητας (f + f ) 2 -γραμμική κλίμακα- δυο τόνων που ερεθίζουν το ανθρώπινο αυτί. 1 2 Για τιμές διαφοράς 15Hz περίπου, ακούγεται προφανώς το γνωστό διακρότημα, δηλαδή μια περιοδική αυξομείωση της έντασης. Μεγαλώνοντας κι άλλο η διαφορά, χάνεται μεν το διακρότημα, η ακρόαση όμως μιας συχνότητας παραμένει, συνοδευόμενη τώρα από μια χαρακτηριστική θολούρα και δυσάρεστη αίσθηση, μέχρι την τιμή Δf D. Η εμφάνιση της δεύτερης συχνότητας σε επίπεδο ακρόασης πραγματοποιείται με το ξεπέρασμα της τιμής Δf D. Όμως, η υπάρχουσα θολούρα / τραχύτητα δεν "εγκαταλείπει" ακόμη: Δηλαδή, η δυσάρεστη ακρόαση της μιας συχνότητας αντικαθίσταται από επίσης μη ευχάριστη ακρόαση δυο συχνοτήτων. Όλη δε αυτή η διαδικασία θα τελειώσει, θα φτάσουμε δηλαδή σε μια καθαρή, άνετη ακρόαση των δυο συχνοτήτων, όταν η διαφορά των φτάσει / ξεπεράσει μια καινούργια οριακή τιμή Δf CB που ονομάζεται Critical Bandwidth. Οι τιμές της, σε όλο το εύρος του φάσματος, είναι μεγαλύτερες της D f κατά ένα ποσό της τάξης των 80, 100 Hz. D

11 9 Σίγουρα, το πρώτο σχόλιο που πρέπει να κάνουμε για τα παραπάνω είναι η εντυπωσιακή πράγματι διαφορά μεγέθους μεταξύ των D f D, fcb και της JND. Χοντρικά μιλώντας, οι διαφορές είναι κάπου 30 φορές πάνω απ τις JND διαφορές. Πρέπει δηλαδή τελικά να fcb συνειδητοποιήσουμε ότι, τα ανθρώπινα όντα, συλλαμβάνουμε μεν πολύ μικρές τιμές αλλαγής ενός τόνου "μόνου" του, από την άλλη όμως, αρκούντως σημαντική πρέπει να 'ναι η διαφορά δυο τόνων που συνηχούν για να τους ξεκαθαρίσουμε καλά. Η εν λόγω διαφορά φαντάζει ακόμα πιο έντονη αν τη μετρήσουμε με μουσικά διαστήματα: Η D f πχ, είναι μονίμως μεγαλύτερη από ένα ημιτόνιο, σε όλο το φάσμα... και από έναν ολόκληρο τόνο στο πάνω άκρο του φάσματος (Σχ. 2.3). Σημαίνει άραγε αυτό ότι ένας μουσικός παίζοντας μαζί δυο νότες ένα ημιτόνιο μακριά, δεν θα ακούει και τις δυο?? Θα τις ακούει.. γιατί ο μουσικός, αντί για τις δυο απλές συχνότητες σταθερής έντασης του παραπάνω πειράματος, ακούει πραγματικές νότες, ακούει δηλαδή επιπλέον και τις αρμονικές καθώς και μια μεταβαλλόμενη ένταση. Αυτά είναι στοιχεία που διευκολύνουν τη διάκριση των τόνων. Βέβαια, πρέπει παράλληλα να πούμε ότι στη Δυτική Μουσική το εν λόγω διάστημα θεωρείται διάφωνο. Θα συμπεράνουμε επομένως ότι το διάστημα ημιτόνιου όντως "κουβαλάει" κάποια σκληρότητα, σε συμφωνία προφανώς με τα παραπάνω περί των D D f D και f CB συμπεράσματα. Σκληρότητα, της οποίας όμως η βαρύτητα, μέσα στο σύνθετο και πολυποίκιλο αλλά και πολύ ενδιαφέρον μουσικό περιβάλλον, είναι πολύ πιο μειωμένη απ ότι στο Εργαστήριο που την "ανακαλύψαμε" πιο πριν. Σχετικά τέλος με τα.. λίγα(?) τονικά βήματα της Δύσης: Είναι ψευδοπρόβλημα αυτό που τέθηκε, ή μάλλον δεν τέθηκε καλά, γιατί Μουσική δεν είναι απλά μόνο μια ροή στο χρόνο από νότες, που "μετράει" η JND.. είναι και συγχορδίες, η ταυτόχρονη δηλαδή συνύπαρξη τόνων. Εδώ είναι που τα D f D και fcb παίζουν το ρόλο τους, και τα όρια πράγματι στενεύουν. Αντιπαραθέτοντας αυτά τα όρια όχι μόνο με τη Μουσική της Δύσης αλλά με όλα του Μουσικά Συστήματα που υπάρχουν, θα λέγαμε ότι τα πράγματα μάλλον καλώς έχουν.. Ένα τρίτο σημαντικό στοιχείο για την αντίληψη του pitch είναι ο χρόνος... Έχει αποδειχθεί ότι κάθε συχνότητα πρέπει να διαρκέσει κάποιες περιόδους της για να γίνει αντιληπτό το pitch της. Ο αριθμός αυτών των αναγκαίων περιόδων αυξάνει με την άνοδο της συχνότητας, με λογική συνέπεια ότι, σε μονάδες χρόνου, αυτή η απαιτούμενη διάρκεια να παραμένει κατά μέσο όρο σταθερή... Προσδιορίζεται αυτό το χρονικό διάστημα γύρω στα 13 ms ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΤΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ Η αναγνώριση της έντασης ενός ήχου είναι ένα φαινόμενο αρκετά πολύπλοκο. Ο όρος που χρησιμοποιείται για την ένταση του υποκειμενικού αισθήματος είναι η Ακουστότητα (Loudness). Αυτή λοιπόν, αντιστοιχεί στην ένταση (Intensity) του ήχου, αλλά όχι μόνο σ αυτή. Συγκεκριμένα η ακουστότητα ενός ήχου εξαρτάται από την ένταση και από τη συχνότητα του με τρόπο που δεν είναι πάντα ίδιος, αλλά διαφορετικός για κάθε διαφορετική τιμή μεγέθους της έντασης! Μ άλλα λόγια, το αυτί μας έχει μια κάποια καμπύλη απόκρισης συχνότητας η οποία δεν

12 10 είναι flat (!) η καμπύλη δε αυτή είναι διαφορετική για διαφορετικές τιμές της έντασης. Οι λεπτομέρειες του φαινομένου φαίνονται στις καμπύλες ίσης ακουστότητας των Fletcher Munson, Σχ. 2.4: Μονάδα μέτρησης της ακουστότητας είναι το phon. Ταυτίζεται με την ένταση στα 1000 Hz. Σχήμα 2.4: Καμπύλες Fletcher Munson. Κάθε καμπύλη αντιστοιχεί σε μια τιμή phons. Αν από οποιοδήποτε σημείο της φέρουμε καθέτους στους άξονες (Hz, db SPL) θα βρούμε για την προσδιοριζόμενη συχνότητα τα db έντασης που απαιτούνται για να έχουμε τιμή ακουστότητας εκείνη της καμπύλης. Φαίνονται οι καμπύλες σαν αντεστραμμένες καμπύλες απόκρισης συχνότητας. Τα κύρια χαρακτηριστικά που προκύπτουν από τις καμπύλες είναι: Το ανθρώπινο αυτί είναι ευαίσθητο πολύ στη μεσαία περιοχή συχνοτήτων, με maximum στους Hz. Η ευαισθησία πέφτει στις υψηλές συχνότητες κάπως, αλλά παρά πολύ στις χαμηλές. Το χαρακτηριστικό αυτό είναι έντονο στις χαμηλές εντάσεις (λίγα phons), ενώ στις υψηλότερες, σταδιακά γίνεται λιγότερο έντονο. Δηλαδή όσο πάμε σε υψηλότερες εντάσεις η καμπύλη απόκρισης του αυτιού γίνεται περισσότερο επίπεδη. Τελειώνοντας, πρέπει να αναφέρουμε την επίδραση της έντασης στην αντίληψη του τόνου: Έχει αποδειχθεί ότι οι μεσαίες συχνότητες διατηρούν περίπου σταθερό pitch στις μεταβολές της έντασης. Αντίθετα, η αύξηση της έντασης οδηγεί σε κάπως χαμηλότερο pitch τις χαμηλές συχνότητες και αντίστοιχα υψηλότερο pitch τις υψηλές συχνότητες. Το ποσοστό αύξησης του pitch για τις υψηλές συχνότητες είναι μεγαλύτερο. Ας σημειωθεί ότι μεγάλες διαφορές έντασης μπορεί να δώσουν διαφορά τονικότητας που να πλησιάζει ένα τόνο (Σχ. 2.5). Προφανώς, η σταθερότητα της μεσαίας περιοχής είναι εκείνη που μας προφυλάσσει από την τονική ασάφεια κατά τις αλλαγές της έντασης, μια και σ αυτήν περιέχονται σχεδόν

13 11 όλες οι θεμελιώδεις των μουσικών οργάνων... Σχήμα 2.5: Αλλαγή του pitch (επί τοις εκατό) συναρτήσει της ακουστότητας, για διάφορες συχνότητες [150 Hz, 300 Hz, κλπ](s. S. Stevens) MASKING EFFECT. Είναι σε όλους μας εμπειρικά γνωστό ότι θόρυβοι γενικά, μέσω της έντασης των, "σκεπάζουν" χρήσιμους ήχους, τους οποίους δυσκολευόμαστε ν ακούσουμε ή τους "χάνουμε" παντελώς. Μ άλλα λόγια δηλαδή, η ύπαρξη δυο ήχων με εντάσεις I 0 και I αντιστοίχως και > I, οδηγεί ενδεχόμενα σε πλήρη απόκρυψη του ήχου με I, ο οποίος μόνος του είναι I0 απολύτως άνετα ακουστός. Είναι πολύ εύστοχος ο όρος masking για το εν λόγω φαινόμενο. Επιχειρώντας δε να το αναλύσουμε, πρέπει προφανώς να λάβουμε υπ όψιν τη συχνοτική σχέση των I 0, I.. δυο είναι οι δυνατές περιπτώσεις: 1/. Δυο τόνοι ίδιας συχνότητας, εντάσεων I 0 και I με I0 > I Ο πρώτος τόνος αποκαλείται masking tone και η τιμή I 0 είναι δεδομένη. Εισάγοντας τον δεύτερο τόνο έντασης I -τον ονομάζουμε masked tone- το συνολικό level αυξάνει, η δε ελάχιστη απαιτούμενη διαφορά για να γίνει αντιληπτή αυτή η αύξηση προκύπτει πειραματικά ότι είναι περίπου 0,2 0,4 db, σταθερή πρακτικά για όλη τη μεσαία περιοχή συχνοτήτων. Την ονομάζουμε και πάλι "just noticeable difference", in sound level όμως. Δηλαδή: I0 + I jnd = 10 log db (2.1) I 0 Όπως φαίνεται και στο Σχ. 2.6, η jnd, όντας ελάχιστη διαφορά, καθορίζει κατά βάση μια

14 12 οριακή τιμή του I κάτω από την οποία ο εν λόγω τόνος δεν ακούγεται, "κρύβεται", εξ ου και το όνομα Συνιστά δηλαδή το Threshold of masking αυτή η τιμή, και ως level ονομάζεται Masking Level (ML): Σχήμα 2.6 (2.1) 10 jnd 10 = ( I ) jnd 10 ( jnd I I0 I I0 = 10 1 I = I0 10 1) οπότε ML = 10 log ( I I ref ), δηλαδή: 0 jnd 10 ( ) ML = L + 10 log 10 1 (2.2) Βρίσκουμε τώρα που κυμαίνεται η τιμή ML: jnd = 0.2 db ML = L db = 0.4 db ML = L 0 10 db 2/. Πληρέστερη εικόνα του φαινομένου αποκτάμε αν αφήσουμε τη συχνότητα f του masked tone να πάρει οποιαδήποτε τιμή. Το Σχ. 2.7 δείχνει τι συμβαίνει σ αυτή τη περίπτωση. Με αφορμή την εμφάνιση ενός masking tone f 0 (παράδειγμα f0 = 415 Hz σε διάφορα levels, 80, 70, 60.. db), φαίνεται ότι το ML α) είναι συνάρτηση της f. β) παρουσιάζει maximum για f = f0. Λογικό, γιατί ή ίδια συχνότητα μόνο μέσω στάθμης μπορεί να δηλώσει την παρουσία της, σε αντίθεση με μια διαφορετική που βοηθιέται και από τη "χροιά" της. [Στο σχήμα φαίνεται ότι η στάθμη IL (L 0 ) του masking tone κινείται γύρω στα 15 db περίπου πάνω από το ML της, σε συμφωνία πρακτικά με τη τιμή που δίνει η (2.2) για την L 0 ]. Στη λογική λοιπόν της παραπάνω διαπίστωσης, ελαττώνεται το ML για συχνότητες γύρω απ την f 0, για να καταλήξει σε μηδενική τιμή αρκετά μακριά απ αυτήν. Δεν γίνεται βέβαια απότομα αυτή η ελάττωση, η μορφή της καμπάνας που εμφανίζει η συνάρτηση ML γύρω απ την f 0 δηλώνει τη bandwidth που "συνοδεύει" κάθε συχνότητα, σύμφωνα με τα λεγόμενα μας προηγουμένως, 2.1.1

15 13 Σχήμα 2.7: Το masking level ML συναρτήσει της συχνότητας εξ αιτίας ενός masking tone f 0 = 415 Hz σε διάφορα levels (80, 70, κλπ). [Egan and Hake, Ανατύπωση από το Journal of the Acoustical Society of America]. Ένα δεύτερο στοιχείο που πρέπει να προσέξουμε είναι ότι, για μικρές εντάσεις του masking tone, το ML ελαττώνεται συμμετρικά γύρω απ την f 0, ενώ αντιθέτως, σε μεγαλύτερες εντάσεις το φαινόμενο του masking "απλώνεται" περισσότερο στις υψηλές συχνότητες. Αυτό συμβαίνει επειδή στις μεγάλες σχετικά εντάσεις η συμπεριφορά του ανθρώπινου αυτιού παρουσιάζει στοιχεία μη γραμμικότητας, το ότι δηλαδή λόγω της "δυνατής" f 0 εμφανίζονται οι αρμονικές της 2 f 0, 3 f 0 κλπ (σε επίπεδο "παραμορφωμένης" αντίληψης, όχι πραγματικά), οι λεγόμενες aural harmonics. Μ άλλα λόγια, στις μεγάλες εντάσεις, ο masking tone "κουβαλάει" επιπλέον "θορύβους", τίθεται επομένως θέμα masking και απ αυτές τις συχνότητες ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΤΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ Η λέξη χροιά (timbre) δηλώνει ως γνωστόν όλα εκείνα τα ειδικά στοιχεία που κάνουν ένα ήχο αναγνωρίσιμο και διακριτό από άλλους. Πχ η ίδια νότα από ένα πιάνο και μια κιθάρα είναι για το αυτί μας διαφορετικές χροιές και έτσι ξεχωρίζουμε το ένα όργανο από το άλλο. Η φυσική εξήγηση του γεγονότος αυτού είναι ότι κάθε ήχος σύνθετος έχει το δικό του εντελώς φάσμα, πράγμα το οποίο χρησιμοποιεί το αυτί μας για να ξεχωρίσει και ταξινομήσει

16 14 τους ήχους. Πρέπει να υποθέσουμε ότι το αυτί μας, ακούγοντας, πραγματοποιεί μια ανάλυση φάσματος (!) και ξεχωρίζει τις διαφορετικές χροιές. που αντιστοιχούν σε διαφορετικά φάσματα. Φυσικά, δεν θα πρέπει να ξεχνάμε ότι, λέγοντας φάσμα ενός ήχου, δεν εννοούμε μόνο το συχνοτικό του περιεχόμενο αλλά επίσης και τις σχέσεις πλάτους (εντάσεων) των διαφόρων συχνοτήτων και την φασική σχέση αυτών.. Το παραπάνω παράδειγμα της ίδιας νότας στο πιάνο και στην κιθάρα είναι εδώ εύστοχο: Ίδια νότα σημαίνει ίδιες αρμονικές, οι εντάσεις των όμως καθορίζονται κυρίως απ την συνεπαγόμενη (εξαναγκασμένη) δόνηση του ηχείου του μουσικού οργάνου, απ όπου και προκύπτει η ιδιαίτερη χροιά / φάσμα καθενός εξ αυτών. Η επίδραση της έντασης στη χροιά, είναι νομίζουμε εύκολα παρατηρήσιμη. Σε μεγαλύτερες εντάσεις, ακούμε περισσότερες αρμονικές... γεγονός αναμενόμενο αν συνδυάσει κανείς την κατά τεκμήριο χαμηλότερη σχετική ένταση στο φάσμα των υψηλότερων αρμονικών, με τις ιδιομορφίες των καμπύλων ίσης ακουστότητας π.χ. τρίτη αρμονική, αν είναι πάνω από Hz, ακούμε μόνο αν η ένταση είναι πάνω από 60 SPL, ενώ τέταρτη και πέμπτη πάνω από τα 80 SPL.

17 ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ Ο προκείμενος τίτλος υποδηλώνει ένα σημαντικό κεφάλαιο, αντικείμενο του οποίου είναι ο προσδιορισμός και η ανάλυση όλων εκείνων των στοιχείων που μπορούν να δίνουν στον ανθρώπινο εγκέφαλο ακουστικά "σημάδια", βάσει των οποίων αφ ενός μεν αναγνωρίζεται ο περιβάλλων χώρος, το είδος αυτού κατ αρχήν αλλά και επιπλέον χαρακτηριστικά του, αφ ετέρου δε εκτιμάται η θέση τη όποιας πηγής εντός αυτού ΑΝΑΚΛΑΣΕΙΣ / DELAYS ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η ανάκλαση αποτελεί το κυρίαρχο στοιχείο δια του οποίου ακουστικά δηλώνεται η παρουσία κάποιου αντικειμένου / "εμποδίου" μέσα στον περιβάλλοντα χώρο, εκτός βέβαια απ την ηχητική πηγή. Η αλλαγή της πορείας του ηχητικού κύματος που επιτελείται μ αυτό τον τρόπο έχει πολλές συνέπειες, μια των οποίων είναι ότι ο ακροατής, πέραν του απ ευθείας εκ της πηγής ηχητικού σήματος, ακούει και τις ανακλάσεις, δηλαδή καθυστερημένες επαναλήψεις (delays) του ίδιου πράγματος. Τίθεται επομένως άμεσα θέμα διακριτικής ικανότητας ως προς το χρόνο, διότι πράγματι, το αυτί μας δεν μπορεί να ξεχωρίσει "ατάκες" των επαναλήψεων που βρίσκονται πολύ κοντά χρονικά, τις αντιλαμβάνεται σαν μία (α). Φαινόμενο Haas / Precedence effect. Ο Helmut Haas, ψάχνοντας ακριβώς να προσδιορίσει το ρόλο των ανακλάσεων στη διαμόρφωση του ακουστικού χαρακτήρα ενός κλειστού χώρου, οδηγήθηκε στη μελέτη της Σχήμα 2.8

18 16 διακριτικής ικανότητας του ανθρώπου στο θέμα της αντίληψης της ύπαρξης μιας επανάληψης ενός δεδομένου σήματος. Έκανε μετρήσεις με τη διάταξη που βλέπετε στο Σχ Το ζητούμενο ήταν, πότε οι ακροατές θα αντιλαμβανόντουσαν / διέκριναν μιαν επανάληψη του σήματος του αριστερού καναλιού στο δεξί κανάλι. Τα χαρακτηριστικά στοιχεία που βγήκαν, γνωστά ως φαινόμενο Haas, είναι τα εξής: 1). Το όριο πάνω από το οποίο γίνεται διακριτή μια - ίδιου level -καθυστερημένη επανάληψη του αρχικού ήχου είναι περίπου 50 ms. Το "περίπου" οφείλεται στο ότι η ακριβής τιμή είναι σοβαρότατα εξαρτώμενη από το είδος του ηχητικού σήματος: Για σήματα που περιέχουν μεταβατικά στοιχεία, κρουστά κλπ, το εν λόγω όριο κατεβαίνει στα ms. Ενώ για σήματα με αργές ατάκες, έντονα sustains κλπ, συμβαίνει το αντίθετο.. χρειάζεται μερικές φορές να ξεπεράσουμε (αρκετά) τα 50 ms για να αντιληφθούμε την επανάληψη. 2). Ακόμα κι αν η ένταση της επανάληψης είναι αρκετά μεγαλύτερη -αλλά μέσα σε κάποια όρια- το φαινόμενο της μη διακριτότητας ισχύει. Το Σχ. 2.9 δείχνει τις λεπτομέρειες. Σχήμα 2.9 Ο κατακόρυφος άξονας του σχήματος δείχνει σε db το λόγο των εντάσεων ανάκλασης προς direct σήμα, και επειδή οι τιμές είναι θετικές όπως βλέπετε, ο εν λόγω άξονας δείχνει πόσα db πάνω είναι η ανάκλαση. Η καμπύλη τώρα του σχήματος οριοθετεί τη περιοχή της μη διακριτής επανάληψης. Δηλαδή, η οποιαδήποτε τιμή διαφοράς level κάτω απ την καμπύλη οδηγεί σε μη διακριτή επανάληψη. Βλέπετε δε ότι στη περιοχή των 20 ms ακόμη και 10 τόσα db δυνατότερη ανάκλαση συνεχίζει να μην είναι διακριτή. Η περιοχή του σχήματος μεταξύ της καμπύλης / όριο και του οριζόντιου άξονα των χρόνων είναι η λεγόμενη «ζώνη του Haas». 3). Πολύ βασική ιδιότητα του φαινομένου είναι ότι το αρχικό ηχητικό σήμα και η επανάληψη του έρχονται συνήθως από διαφορετικές κατευθύνσεις, όπως βλέπετε στο Σχ Παρ όλ αυτά, η επανάληψη, όσο είμαστε μέσα στη ζώνη του Haas, εκτός του ότι δεν διακρίνεται σαν τέτοια ούτε στον προσδιορισμό της κατεύθυνσης προέλευσης του ήχου επεμβαίνει: Το ανθρώπινο αυτί αντιλαμβάνεται ως κατεύθυνση προέλευσης του ηχ. σήματος εκείνη από την οποία αυτό έρχεται πρώτο χρονικά, η δε επανάληψη δεν επεμβαίνει καθόλου σχετικά, δηλαδή δεν διασπά ούτε καταστρέφει την πληροφορία της κατεύθυνσης που αποκτιέται από το πρώτο ερέθισμα.

19 17 Απ αυτήν, προφανώς, την ιδιότητα προέρχεται το δεύτερο, μάλλον πιο διαδεδομένο όνομα του φαινομένου: Precedence effect.. Λέγεται ότι το φαινόμενο ακολουθεί τον «νόμο του πρώτου μετώπου κύματος», «law of the first wavefront». Οι συνέπειες Α). Το Precedence effect μας εξηγεί λοιπόν ότι οι επαναλήψεις / ανακλάσεις / delays είναι διακριτές σαν τέτοιες (echoes), άμα η χρονική τιμή τους είναι πάνω από 50 ms περίπου. Αν Δt < 50 ms δεν γίνονται αντιληπτές οι επαναλήψεις.. Τι ακούμε τότε? Ακούμε αυτό το κάτι που μας δίνει μια αίσθηση που πολύ σωστά όλοι μας εισπράττουμε και ερμηνεύουμε εμπειρικά ως διαφορετική σε διαφορετικούς χώρους: Είναι λοιπόν και επιστημονικά σωστό να πούμε ότι αντιλαμβανόμαστε μια αίσθηση χώρου, που δεν είναι αναγκαστικά κλειστός χώρος,.. και οι ανοιχτοί χώροι έχουν χαρακτήρα. Εδώ ακριβώς, σ αυτή την αίσθηση, ο παραπάνω νόμος του Πρώτου Μετώπου παίζει θεμελιακού χαρακτήρα ρόλο: Η πηγή παραμένει στη θέση της,.. κάτι παίρνει παρ όλ αυτά στο άκουσμα της, ένα "άπλωμα", σαν να βρίσκεται κάπου, αυτό δηλαδή που εύστοχα ονομάσαμε χωρικό στοιχείο. Ο χαρακτήρας και ο βαθμός έντασης της εν λόγω αίσθησης εξαρτάται κυρίως απ τη τιμή του delay και το level του, αλλά και από την απόσταση των διευθύνσεων προέλευσης των δυο εν προκειμένω σημάτων. Προσέξτε όμως κάτι σε σχέση με το level του delay: Εκτός από ειδικές ηχοληπτικά περιπτώσεις εφέ, δεν είναι ούτε επιστημονικά σωστό ούτε ευχάριστο αισθητικά να 'χουμε delay με level μεγαλύτερο του direct σήματος: Το "πολύ" χωρικό στοιχείο ακούγεται αφύσικο, άλλωστε, από κάποιο σημείο και μετά η πηγή "πλατειάζει", χάνει τις φυσικές της διαστάσεις στο χώρο.. Μ άλλα λόγια, το Σχ. 2.9 πρέπει να το δείτε σαν αυτό που είναι, σαν αποτέλεσμα δηλαδή πειράματος, με στόχο την διερεύνηση μέχρις ορίων της διακριτικής του ανθρώπου ικανότητας ως προς την αντίληψη της επανάληψης / ανάκλασης,.. και όχι ως εφαρμόσιμο στη πράξη "κατά γράμμα", σε συμφωνία δηλαδή απόλυτη με το σχήμα... Προσέξτε κάτι άλλο: Έχοντας, ας πούμε, ένα σήμα και μια επανάληψη του στα 70 ms, σαφέστατα διακριτή, τι θα συμβεί αν παρεμβάλλουμε ένα δεύτερο delay, πχ στα 40 ms? Θα πάψουμε να διακρίνουμε την επανάληψη των 70 ms!.. διότι, το πρώτο delay, όντας μέσα στα όρια, 40 0 = 40, δεν είναι διακριτό ως επανάληψη, συγχρόνως δε λειτουργεί σαν ένα είδος γέφυρας για το δεύτερο delay και το καθιστά επίσης μη διακριτό, αφού = 30, και πάλι μέσα στα όρια! Γενίκευση του συμπεράσματος: Ακόμη και μεγάλης τιμής delays, πολύ πάνω του ορίου του Haas, μπορούν να καταστούν μη διακριτά ως επαναλήψεις, αρκεί γι αυτό η παρεμβολή και άλλων delays, υπό την προϋπόθεση ότι, η χρονική διαφορά δυο οποιωνδήποτε γειτονικών είναι μέσα στα όρια του Haas. Καταλαβαίνετε ότι το precedence effect αναδεικνύεται τελικά σε θεμελιακό στοιχείο κατανόησης των μηχανισμών αντίληψης της ακουστικής των χώρων. Ήδη, τα παραπάνω εξηγούν πχ πώς είναι δυνατόν σ ένα music hall, εξ αιτίας των ανακλάσεων, οι μουσικές νότες να παίρνουν μια σημαντική διάρκεια χωρίς όμως να ακούγονται επαναλήψεις, πώς δηλαδή φτιάχνεται η Αντήχηση του hall. Επιπλέον, παρά τον καταιγισμό ανακλάσεων απ όλες τις διευθύνσεις, δεν χάνεται η αντίληψη της διεύθυνσης, η θέση της πηγής δηλαδή, η διεύθυνση του "direct" κύματος. Β). Σχετικά με το πάνω όριο της ζώνης του Haas μπορούμε να αποσαφηνίσουμε το εξής:

20 18 Επεκτείνοντας τη καμπύλη/όριο σε τιμές πάνω των 50 ms ακολουθώντας το ρυθμό "πτώσης" εκείνης της περιοχής (extrapolation), θα συμπεράνουμε ότι και αυτά τα μεγαλύτερα delays θα είναι μη διακριτά αν το level τους μειωθεί ανάλογα. Η πείρα λέει σχετικά ότι και τα 100ms μπορούν συχνά να "περάσουν" ως μη διακριτή επανάληψη με το κατάλληλα μικρότερο level από κείνο του direct. Γ). Υπάρχει κάτω όριο στη ζώνη του Haas? Ναι υπάρχει, παρ ότι δεν το είχε "δει" ο Haas: Ο λόγος είναι ότι, καθώς μικραίνει η τιμή του delay, απ τη τιμή 1 ms περίπου και κάτω, μπαίνουμε σε περιοχή όπου άλλου είδους μηχανισμός αντίληψης επικρατεί, αυτός της λεγόμενης binaural αντίληψης. Ας δούμε περί τίνος πρόκειται.. (β). Binaural αντίληψη. Εντοπισμός θέσης στο χώρο. Το Σχ δεν δείχνει κανενός είδους κατασκευή. Απλά, το κεφάλι ενός ανθρώπου και μια ηχητική πηγή. Ο χώρος στον οποίο βρίσκονται δεν έχει εδώ σημασία, θεωρήστε επομένως ότι είναι το ύπαιθρο, δηλαδή το free field. Μας απασχολεί απλώς η θέση της πηγής ως προς τον ακροατή, με την έννοια της διεύθυνσης μόνο και όχι της απόστασης. Σ αυτό λοιπόν το πλαίσιο, το ηχητικό σήμα της πηγής γίνεται αντιληπτό απ τον ακροατή μέσω δυο διαφορετικών εκφάνσεων του ίδιου πράγματος, οι οποίες εκφάνσεις αντιστοιχούν φυσικά στα δυο του αυτιά, στις διαφορετικές διαδρομές ήχου που αυτό συνεπάγεται.. Τα δυο αυτά σήματα έχουν όλες εκείνες τις διαφορές που οι νόμοι της Ακουστικής επιβάλλουν. Αποτέλεσμα τους, το παρακάτω σοβαρότατο συμπέρασμα: Είμαστε σε θέση να ξέρουμε ότι ο εγκέφαλος μας προσδιορίζει τη θέση μιας ηχητικής πηγής στον 3D χώρο μέσω σύγκρισης, ταξινόμησης κλπ, των σημάτων των δυο αυτιών. Σχήμα 2.10 Ας δούμε αναλυτικότερα το όλο πράγμα: Κατ αρχήν, αυτές οι διαφορές μπορούν να κατηγοριοποιηθούν. Είναι δυο ειδών: Διαφορές πλάτους (έντασης) αφ ενός και χρονικές / φασικές διαφορές αφ ετέρου. Σχετικά με το πλάτος: Το κεφάλι αποτελεί εμπόδιο στη πορεία του ήχου, και συνεπώς μπορεί να ρίχνει "σκιά", όπως λέμε, στο ένα αυτί, εξαρτάται από την χωροτοποθέτηση πηγής/ακροατή όλο αυτό. Φυσικά, είναι συχνοτικά εξαρτώμενο το γεγονός, ισχύει μόνο για μήκη κύματος σαφώς μικρότερα των διαστάσεων της κεφαλής, πρακτικά δηλαδή για πάνω μεσαίες και υψηλές συχνότητες. Προκύπτει, κατά συνέπεια, αλλοιωμένο το φάσμα του εισερχόμενου στο αυτί σήματος.

21 19 Το λέμε «φαινόμενο σκίασης» το εν λόγω φαινόμενο. Επιπλέον, στις περιπτώσεις που η πηγή είναι αρκετά κοντά στον ακροατή, η διαφορά μεταξύ των L/R - διαδρομών, της τάξης των 17 cm σύμφωνα με το πλάτος της κεφαλής, δίνει μια ακόμη διαφορά level βάσει του νόμου του αντιστρόφου τετραγώνου. Δεν είναι όμως αξιόλογη ποσοτικά αυτή η διαφορά όταν η πηγή βρίσκεται σε φυσιολογική έως μεγάλη απόσταση, όταν δηλαδή το μήκος των διαδρομών είναι πολύ μεγαλύτερο των 17 cm. Για όλους τους παραπάνω λόγους, η εμφανιζόμενη διαφορά στάθμης ονομάζεται Interaural Level Difference και συμβολίζεται ως "ILD". Ως προς τις χρονικές διαφορές: Την υπάρχουσα χρονική διαφορά που βλέπετε στο οριζόντιο επίπεδο του Σχ θα ονομάζουμε Interaural Time Difference και θα συμβολίζουμε με "ITD". Οφείλεται στη διαφορά δρόμου, η οποία οφείλεται στη γωνία φ, αυτήν υπό την οποία ο ακροατής "βλέπει" την ηχητική πηγή. Η μέγιστη τιμή της αντιστοιχεί στο πλάτος μιας ανθρώπινης κεφαλής, ονομάζεται συνήθως binaural delay και είναι της τάξεως των 0,65ms = 650µ s. Προφανώς λοιπόν 0 ITD 650µ s, περίπου. Για λόγους εξοικείωσης με το αντικείμενο, δείτε ότι μια καλή προσέγγιση της διαφοράς δρόμου είναι η διακεκομμένη γραμμή στο Σχ. 2.10, για την οποία ισχύει Δx = hsinφ όπου h το πλάτος της κεφαλής. Βασίζεται βέβαια αυτή η σχέση σε μιαν ακόμη προσέγγιση, ότι το κύμα πρακτικά φτάνει στον ακροατή ως επίπεδο και συνεπώς οι L,R-διαδρομές είναι παράλληλες γραμμές. Μέχρις εδώ, δηλαδή η μέχρι στιγμής σύγκριση των δυο διαδρομών/ σημάτων δείχνει ότι και ο χρόνος άφιξης και το level, καθένα "μόνο του" αλλά και ο συνδυασμός τους, αποτελούν στοιχεία προσδιορισμού της διεύθυνσης, στοιχεία εντοπισμού της θέσης της πηγής. Πρέπει όμως να εμβαθύνουμε περισσότερο: Να ξεφύγουμε κατ αρχήν απ το οριζόντιο μοντέλο του Σχ και να πάμε στις τρεις διαστάσεις: Σχήμα 2.11: Σύστημα σφαιρικών συντεταγμένων (r, φ, δ) -για την ακρίβεια παραλλαγή του- με κέντρο την ανθρώπινη κεφαλή. Η γωνία φ, όπως και γενικότερα, αποκαλείται "αζιμούθιο". Το όνομα για τη γωνία δ είναι "elevation", ανύψωση. Δώστε βάση στο όνομα και τη θέση των τριών βασικών επιπέδων: Το επίπεδο frontal χωρίζει το χώρο σε εμπρός και πίσω ημισφαίριο, το horizontal σε πάνω και κάτω και το median σε αριστερό και δεξί ημισφαίριο.

22 20 Στο Σχ βλέπετε τη επιλογή χρήσης σφαιρικών συντεταγμένων καθώς και την βαθμονόμηση και την ορολογία που έχουν υιοθετηθεί σε μετρήσεις/πειράματα του είδους που συζητάμε.. Μπορείτε να πάρετε μια πρώτη "γεύση" χρήσης των από το Σχ. 2.12, επί του οποίου βλέπετε μετρήσεις της ITD σε πολλά άτομα- για συγκεκριμένες διευθύνσεις, με τη πηγή δηλαδή να βρίσκεται σε συγκεκριμένες διευθύνσεις: Σχήμα 2.12: Μέτρηση ITD, για δεδομένες διευθύνσεις, σε 40 άτομα. Βλέπετε συγκεντρωμένες και τις 40 μετρήσεις. Φαίνεται αμέσως το προφανές- ότι είναι μηδενική η τιμή της ITD αν η πηγή βρίσκεται στο median επίπεδο. Επιβεβαιώνεται επίσης ότι και για το οριζόντιο και για το μπροστινό επίπεδο- η maximum τιμή της ITD βρίσκεται όντως στη περιοχή των 650µ s. Σ αυτό το πλαίσιο τώρα, προχωρώντας λίγο πιο πέρα, ένα πρώτο, πολύ σοβαρό, στοιχείο που πρέπει να δούμε είναι αυτό που δείχνει το Σχ. 2.13: Το επίπεδο πρακτικά κύμα που έρχεται απ τη πηγή, πριν εισέλθει στο εσωτερικό του αυτιού, θα συναντήσει το εξωτερικό του μέρος, το κοινώς λεγόμενο πτερύγιο. Αποτέλεσμα: οι μικροανακλάσεις που βλέπετε.. μαζί με το μοιραίο

23 21 γεγονός ότι στο εσωτερικό του αυτιού θα εισέλθει το άθροισμα τους, συνεπώς ένα σήμα διαμορφωμένο, μέσω των συνεπαγόμενων comb filters. Λογικά αναμενόμενο επομένως το παρακάτω θεμελιώδες συμπέρασμα: Η συχνοτική διαμόρφωση του εισερχόμενου στο εσωτερικό του αυτιού σήματος εξαρτάται από τη διεύθυνση πρόσπτωσης του στην εν λόγω περιοχή. Σχήμα 2.13 Σχήμα 2.14 Διότι, διαφορετικές διευθύνσεις πρόσπτωσης οδηγούν σε διαφορετικά patterns ανακλάσεων, συνεπώς διαφορετικές συχνοτικά θέσεις εξάρσεων και βυθισμάτων των comb filters, διαφορετικές δηλαδή τελικά διαμορφώσεις / αλλοιώσεις του φάσματος του "αρχικού" προσπίπτοντος ήχου. Είναι λοιπόν όντως θεμελιακής αξίας η παραπάνω υπογραμμισμένη πρόταση, διότι η αντιστοιχία θέση στο χώρο χρονική / φασική διαφορά + ειδική διαμόρφωση φάσματος εφοδιάζει, προφανώς, τον εγκέφαλο με "σημάδια" αναγνώρισης της διεύθυνσης προέλευσης του προσπίπτοντος ήχου. Ο όρος «μικροανακλάσεις» που χρησιμοποιήσαμε πιο πάνω, σχετίζεται βέβαια με τις μικρές διαστάσεις του πτερυγίου, και υπονοεί προφανώς ότι μόνο αρκετά μικρά μήκη κύματος, μπορούν να "δουν" το πτερύγιο, και τις "ανωμαλίες" της επιφάνειας του. Οι δημιουργούμενες λοιπόν σχετικές εξάρσεις και βυθίσματα αναμένονται στις υψηλές συχνότητες, στη περιοχή των 7 khz και πάνω.. Τώρα βέβαια, ιδίως μετά απ αυτή τη σύγκριση διαστάσεων με τα μήκη κύματος, τίποτα δεν απαγορεύει την επέκταση στη μορφολογία του σώματος γενικότερα.. Πράγματι είναι έτσι. Να λοιπόν το σχετικό συμπέρασμα: Εκτός από το πτερύγιο του αυτιού, και το κεφάλι φυσικά που ήδη έχουμε αναφέρει, η ωμοπλάτη, αλλά και ο θώρακας, επηρεάζουν τα πράγματα: Συχνοτικά εξαρτώμενα φαινόμενα, ανακλάσεις, περιθλάσεις κλπ, διαμορφώνουν φασματικά το σήμα (spectral shaping) που θα εισέλθει στο εσωτερικό μέρος του αυτιού. Αυτή η διαμόρφωση εξαρτάται βέβαια από τη διεύθυνση προέλευσης του προσπίπτοντος ήχου, και θα είναι προφανώς ειδική για κάθε ένα αυτί.

24 22 Τελικά: Όλα τα παραπάνω περί των εντάσεων και των χρονικών διαφορών και των άλλων ηχητικών διεργασιών λειτουργούν ταυτόχρονα, αθροίζονται, και δημιουργούν μια Head Related Transfer Function (HRTF), η οποία, εξαρτώμενη από τη διεύθυνση πρόσπτωσης, δείχνει πώς ανάλογα διαμορφώνεται το εισερχόμενο στο αυτί σήμα. Σχήμα 2.15: HRTFs ενός αυτιού σε διάφορες διευθύνσεις. (Blauert, 1977, MIT Press). Δείτε τα Σχ και Σχ τα οποία είναι πολύ κατατοπιστικά, δείχνουν ακριβώς όλα αυτά Ειδικότερα το Σχ σας βοηθά να συνειδητοποιήσετε ότι η ITD συνεχίζει να έχει τη σημασία της όπως την ορίσαμε πιο πάνω, αφού οι HRTF-διαμορφώσεις έρχονται χρονικά μετά: Δηλαδή, όντας η ITD η χρονική διαφορά μεταξύ των επιπέδων κυμάτων που προσεγγίζουν την περιοχή κάθε αυτιού, οι πολλαπλές διαδρομές λόγω πτερυγίου, ωμοπλάτης κλπ -δείτε πάλι το Σχ δημιουργούνται μετά, μπορούμε συνεπώς να πούμε ότι η ITD εμφανίζεται σαν ομαδικό delay τους και σαν τέτοιο υπεισέρχεται στις συγκρίσεις που κάνει ο εγκέφαλος για τον εντοπισμό της θέσης στο χώρο. Το Σχ δείτε το σαν παράδειγμα γνωριμίας με τις HRTFs: Ανηχοϊκός θάλαμος, με την ηχητική πηγή στο ύψος των αυτιών σε απόσταση 2m. Μετρήσεις σε ένα αυτί, σε διάφορες διευθύνσεις στο οριζόντιο επίπεδο. δηλαδή σε θέσεις (2,φ,0). Το εν λόγω σχήμα δείχνει τη διαμόρφωση που έχει υποστεί το σήμα πριν εισέλθει στο εσωτερικό του αυτιού [στην είσοδο δηλαδή του "καναλιού" του αυτιού] συναρτήσει της θέσης/διεύθυνσης της πηγής. Δείτε το δηλαδή σαν μορφή φίλτρου δια του οποίου περνάει και "αλλοιώνεται" το σήμα, εξαιτίας της διεύθυνσης προέλευσης του. Βλέπετε ότι είναι καλυμμένο με μετρήσεις όλο πρακτικά το οριζόντιο επίπεδο, με βήμα γωνίας 30º. Έτσι λοιπόν, με τη πηγή πχ στον άξονα του αυτιού φ = 90º, δηλ. θέση (2,90,0), παρατηρείται μια αύξηση level γύρω στα 3-5 db για τη μεσαία περιοχή Hz περίπου, επίσης ένα γενναίο peak στις υψηλές, πάνω από 10 db (!) στους 8000 Hz, κλπ, κλπ.. Η γνώση που έχουμε σήμερα περί των HRTFs έχει προέλθει από τέτοιες μετρήσεις σε πάρα πολλά άτομα, στατιστικά δηλαδή, χρησιμοποιώντας τη λογική του μέσου όρου. Το Σχ σας δείχνει μια εικόνα τέτοιων μετρήσεων. Πρακτικά, ξέρουμε τις μορφές των για κάθε διεύθυνση, γι αυτό και συχνά χρησιμοποιείται ο συμβολισμός της συνάρτησης, γράφουμε δηλαδή HRTF( ϕδ, ) για να δηλώσουμε την HRTF της διεύθυνσης ( ϕδ, ). Τέλος, να τονίσουμε κάτι -που στην αρχή της παραγράφου απλώς διαφαίνεται- σχετικά με το χώρο που ισχύουν τα παραπάνω: Το ύπαιθρο φαίνεται να

25 23 ταιριάζει καλύτερα στην ουσιαστική αξία και χρησιμότητα των HRTFs, είναι λοιπόν τελικά αυτές εξ ορισμού free field συναρτήσεις, συνεπώς οι μετρήσεις δια των οποίων προέκυψαν έγιναν όλες σε ανηχοϊκούς θαλάμους. Κλείνουμε εδώ αυτή τη σχετικά συνοπτική παρουσίαση των βασικών στοιχείων του μηχανισμού της binaural αντίληψης, και είμαστε σε θέση να δηλώσουμε τα χρονικά όρια της: Όπως είδαμε, οι μεγαλύτερες τιμές του binaural delay-itd κινούνται γύρω απ τα 650 μs.. ας πούμε λοιπόν -στρογγυλεύοντας λίγο- ότι καλύπτεται η περιοχή {0 1 ms} περίπου. Ταυτόχρονα, προσδιορίζεται έτσι και το κάτω όριο του Haas: Το κάτω όριο της περιοχής του precedence effect (Haas) είναι περίπου το 1 ms. Σχήμα 2.16: HRTFs του αριστερού αυτιού για τις διευθύνσεις που βλέπετε στο οριζόντιο επίπεδο (δ=0). Οι άσπρες γραμμές είναι μέσοι όροι. Επίλογος. Εδώ ολοκληρώνεται η έκθεση των Ψυχοακουστικών ιδιοτήτων των delays, δια των οποίων, σε επίπεδο αντίληψης, στο "αρχικό" σήμα προστίθενται κάποια χωρικά με την ευρεία έννοια- στοιχεία. Το βασικότατο συμπέρασμα που βγαίνει είναι ότι αυτά τα διάφορα, διαφορετικά, χωρικά στοιχεία εμφανίζονται σε διαφορετικές περιοχές τιμών των delays. Δηλαδή, το απλό φυσικό φαινόμενο της επανάληψης έχει μια σημαντική ιδιότητα: Σε συνδυασμό, σε σύγχρονη δηλαδή ακρόαση του με το "αρχικό" σήμα, δημιουργείται κάποιο επιφαινόμενο του οποίου η ταυτότητα, το πιο δηλαδή είναι, εξαρτάται μόνο απ τη τιμή του delay, ή καλύτερα, από την περιοχή στην οποία η εν λόγω τιμή ανήκει. Βρήκαμε ότι: Α).0 1 ms: binaural περιοχή, ITD και HRTFs Β).1 50 ms: Precedence effect. Γ). > 50 ms Echoes. Χρειάζεται κάτι ακόμη για να ολοκληρωθεί πλήρως η παραπάνω ταξινόμηση, κάτι που αφορά στο comb filtering, το οποίο, όπως είδαμε, παίζει θεμελιώδη και καθοριστικό ρόλο στη binaural περιοχή, στη "κατασκευή" των HRTFs συγκεκριμένα. Συνεχίζει όμως το εν λόγω φαινόμενο να υπάρχει και εκτός αυτής... είναι πρακτικά παρατηρήσιμο με delays μέχρι και ms περίπου. Αυτό πρώτ απ όλα σημαίνει ότι περιοχή λειτουργίας του είναι και η περιοχή του precedence effect. Η δε φράση "πρακτικά παρατηρήσιμο" υπονοεί το εξής: Οι αλλοιώσεις στο φάσμα του σήματος που το comb filter εξ ορισμού δημιουργεί, στη προκείμενη περιοχή τιμών του delay λειτουργούν στη κυριολεξία σαν τέτοιες, δηλαδή ακούγονται σαν αλλαγή χροιάς του "αρχικού" ή "direct", όπως συνήθως λέμε, σήματος. Αυξάνοντας τη τιμή του delay μικραίνει η συχνοτική απόσταση των peaks και dips, έτσι ώστε από κάποια τιμή του και μετά η αλλαγή χροιάς παύει να υφίσταται... όριο είναι τα ms που δηλώσαμε παραπάνω.

26 24 Συμπερασματικά: Η αίσθηση χώρου που δημιουργούν τα delays της αρχής του precedence effect πιθανόν να καταστρέφεται αισθητικά λόγω της αλλαγής χροιάς που αυτά επιφέρουν στο ηχητικό υλικό. Η πιθανότητα αυτή εκλείπει όταν οι τιμές των delays μεγαλώνουν. Καταλήγουμε λοιπόν, για όλους αυτούς τους λόγους, στην παρακάτω ταξινόμηση: Α) 0 1ms binaural περιοχή, ITD και HRTFs. Β) 1 10ms Precedence effect (+ Comb filtering). Γ) ms Precedence effect. Δ) > 50 ms Echoes.

27 25 3 ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΟΥ ΗΧΟΥ 3.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Η αναπαραγωγή του ήχου είναι ο τελικός σκοπός της Ηχοληψίας, ο λόγος ύπαρξης της. Η κύρια συσκευή πραγματοποίησης της είναι βέβαια το μεγάφωνο / ηχείο. Θα υιοθετήσουμε τον όρο "Σύστημα αναπαραγωγής" για τον απαιτούμενο εξοπλισμό, όχι τόσο για να δηλώσουμε τις μονάδες που υπεισέρχονται, ηχεία, ενισχυτές κλπ, αλλά κυρίως για να τονίσουμε ότι η διάταξη / τοποθέτηση των (των ηχείων) στο χώρο καθώς και η σχετική θέση του ακροατή συνιστούν δεδομένα μεγάλης λειτουργικής σημασίας. Το σύστημα αναπαραγωγής σχετίζεται θεμελιακά με τη μέθοδο ηχογράφησης. Είναι μάλιστα σωστό να πούμε ότι η αναπαραγωγή ως λειτουργία αποτελεί μια αντανάκλαση της ηχογράφησης, υπάρχει δηλαδή κατοπτρικού τύπου σχέση μεταξύ αυτών των δυο διαδικασιών. Στη συνέχεια θα φανεί αναλυτικότερα όλο αυτό. Το πρώτο ιστορικά σύστημα που εμφανίζεται είναι βέβαια η γνωστή Μονοφωνία: Υπάρχει μόνο ένα "κανάλι" αναπαραγωγής, μια και μόνη δηλαδή πορεία / διαδρομή του ήχου σήματος, που καταλήγει σ ένα ηχείο. Χαρακτηριστικό του εν λόγω συστήματος είναι ότι όλες οι ηχητικές πηγές του ηχογραφημένου υλικού, πχ όλα τα μουσικά όργανα μιας ορχήστρας, φαίνεται ότι έρχονται από ένα σημείο του χώρου, τη θέση του μεγαφώνου αναπαραγωγής προφανώς. Η χωρική διάταξη μουσικών / μουσικών οργάνων δεν αναπαράγεται για την ακρίβεια, αναπαράγεται μόνο μια απ τις τρεις διαστάσεις του χώρου, αναπαράγεται το λεγόμενο "Βάθος σκηνής". Τα όργανα που στο χώρο ηχογράφησης βρισκόντουσαν μακριά από το μικρόφωνο - μακρύτερα σε σχέση με άλλα στην αναπαραγωγή ακούγονται όντως πιο πίσω, πιο μακριά. Ακόμη και στις πρώτες ιστορικά ερευνητικές προσπάθειες για την αντικατάσταση της Μονοφωνίας από κάτι πληρέστερο, χαρακτηριστικό ήταν η αναζήτηση μεθόδου εγγραφής / αναπαραγωγής του χώρου, των χωρικών στοιχείων. Σημειώστε δε ότι ο πρώτος σχετικός όρος, «Στερεοφωνία /Stereophony», έχει καταχωρηθεί ως αναπαραγωγή που παρέχει πειστικά στοιχεία τρισδιάστατου χώρου ας δούμε μερικά στοιχεία του πράγματος: Σχ. 3.1: Λόγω των πολύ μικρών μεταξύ των μεγαφώνων αποστάσεων, τα επί μέρους "μεγαφωνικά" κύματα των πολλών μεγαφωνικών πηγών συντίθενται στο χώρο πριν φτάσουν στον ακροατή, και το άθροισμα τους, κύμα μιας πηγής επομένως, δεν μπορεί παρά να είναι ανάλογο του κύματος που έπεφτε πάνω στο τείχος μικροφώνων μέσα στο θάλαμο ηχογράφησης,

28 26 Σχήμα 3.1: Μπροστά από τη πηγή ένα "τείχος" από μικρόφωνα, πολύ μεγάλος ο αριθμός των, πολύ μικρές οι αποστάσεις των. Στο χώρο αναπαραγωγής, ένα αντίστοιχο "τείχος" μεγαφώνων ανασυνθέτει το του χώρου ηχογράφησης κύμα της πηγής. Η ιδέα ονομάζεται «Wave Field Synthesis» και επί της ουσίας πρόκειται για μια απόπειρα υλοποίησης της Αρχής του Huygens. Εννοείται ότι οι "ευαισθησίες" των μικροφώνων και των μεγαφώνων- ρυθμίζονται ίδιες. και δίνει κατά την ακρόαση μια αντίστοιχη "virtual" θέση της πηγής, συνοδευόμενη προφανώς απ τα στοιχεία του χώρου της ηχογράφησης. Πρόκειται, όπως καταλαβαίνετε, για μια πολύ καλή Στερεοφωνία, υψηλότατου ρεαλισμού, τρανταχτή δε απόδειξη αυτού του γεγονότος είναι ο ολογραφικός χαρακτήρας της ακρόασης, ακούει δηλαδή ο ακροατής κάτι αντίστοιχο αυτού που θα άκουγε αν ήταν μέσα στο χώρο ηχογράφησης την ώρα της ηχογράφησης. Παράδειγμα: αν ο ακροατής στο χώρο αναπαραγωγής αλλάξει θέση, η πηγή παραμένει στη θέση της, και αυτός ακούει ό,τι η πηγή στέλνει στη νέα του θέση (ένα νέο συνδυασμό direct σήματος και ανακλάσεων / αντήχησης του χώρου ηχογράφησης), εισπράττοντας παράλληλα, βάσει του binaural μηχανισμού, ότι η πηγή τώρα βρίσκεται δεξιότερα ή αριστερότερα και ενδεχομένως υψηλότερα ή χαμηλότερα, κλπ.. Βέβαια, ελάττωμα του παραπάνω μοντέλου είναι το πρακτικά ανεφάρμοστο του πράγματος. Μοιραία λοιπόν συνέπεια η αναζήτηση ενός άλλου μοντέλου, όπου κατά βάση γίνεται αντικατάσταση της πλειάδας των μικροφώνων / μεγαφώνων από λιγότερα τέτοια Αυτό που δείχνει το Σχ. 3.2 είναι ένα τέτοιο παράδειγμα: Τρία μόνο τα μικρόφωνα και μεγάφωνα τώρα, μια συμβιβαστικού τύπου επομένως πρόταση σε σχέση με πριν. Είναι σαφώς ελαττωμένη η πληροφορία για τη θέση της πηγής εντός του χώρου ηχογράφησης, επειδή αναγκαστικά αλλάζει εντελώς ο μηχανισμός ακρόασης: Σε αντίθεση με πριν, στο χώρο αναπαραγωγής ο ακροατής έχει μπροστά του τρεις πηγές αντί μιας τα μεγάφωνα που παίζουν συγγενή σήματα. Φανερό δε είναι ότι τα σήματα αυτά αθροίζονται στ αυτιά του και όχι όπως πριν στο χώρο. Τα πειράματα έδειξαν ότι ο ακροατής, αν έχει την κατάλληλη θέση, ακούει / εισπράττει μια

29 27 αξιόλογη "εικόνα" του χώρου της ηχογράφησης εντός του οποίου η πηγή παίρνει και πάλι μια virtual θέση, κάπου ανάμεσα στα δυο ακραία μεγάφωνα, συμπεριλαμβανομένων και των θέσεων των μεγαφώνων. Σχήμα 3.2 Ως προς τη κατάλληλη θέση: Είναι καθοριστική η σημασία της, υπακούει όμως η εύρεση της στη κοινή λογική, βάσει της οποίας κατάλληλη είναι κατ αρχήν οποιαδήποτε θέση επί της μεσοκαθέτου της ευθείας που ενώνει τα δυο ακραία μεγάφωνα. Επί της ουσίας, απορρέει αυτή η καταλληλότητα από καθαρά γεωμετρικούς λόγους, δεδομένου ότι τα -λίγα πια - τρία μικρόφωνα πρέπει οπωσδήποτε, στο χώρο ηχογράφησης, να τοποθετηθούν έτσι ώστε ομοιόμορφα να καλύπτουν το χώρο που καταλαμβάνει η ορχήστρα (stage). Δείτε το Σχ. 3.2: Λειτουργώντας "ανάποδα", απ τη θέση που βρίσκεται ο ακροατής (observer), πρέπει να συμπεράνετε ότι το μεσαίο μικρόφωνο "σκοπεύει" στη μέση της ορχήστρας ενώ τα Left και Right ισαπέχουν από αυτό. Οι παραπάνω παρατηρήσεις περί της χωροτοποθέτησης "μέτρησαν" με ιδιαίτερη βαρύτητα, και επικράτησε τελικά η λύση των λίγων μεγαφώνων στην απλούστερη της μορφή: Two channel stereo.

30 STEREO ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗ. Είναι σίγουρο ότι οι βασικές και πολύ σημαντικές παράμετροι που λειτούργησαν υπέρ του two channel stereo είναι το μικρό κόστος για οικιακή χρήση και η ευκολότερη κωδικοποίηση (βινύλιο, cd, ραδιοφωνικό σήμα, κλπ) των δυο καναλιών απ ότι των τριών η παραπάνω. Εμάς, από ηχοληπτική άποψη, κυρίως ενδιαφέρει η ποιότητα ήχου και η ποιότητα του χωρικού στοιχείου, δηλαδή της χωροτοποθέτησης. Σχήμα 3.3: Η σωστή θέση για στερεοφωνική ακρόαση, το σημείο το λεγόμενο Hot Spot. Παρατηρήστε ότι για τον προσδιορισμό του χρησιμοποιούνται και πάλι πολικές συντεταγμένες με κέντρο τον ακροατή, όπως και στη μελέτη της binaural ακρόασης. Σ αυτό το πλαίσιο, είναι σαφές ότι ως προς τη χωροτοποθέτηση το δικάναλο stereo δεν παρέχει την "τελειότητα" του τείχους των μεγαφώνων, από την άλλη πλευρά όμως, για τον ακροατή που βρίσκεται στη σωστή θέση το αποτέλεσμα είναι κάτι πολύ περισσότερο από απλώς ικανοποιητικό.. Στο Σχ. 3.3 βλέπετε ποια είναι αυτή η σωστή θέση: Σε συμφωνία με το σκεπτικό της προηγούμενης παραγράφου, είναι εκείνη που σχηματίζει μαζί με τις θέσεις των μεγαφώνων ένα ισόπλευρο τρίγωνο. Με τη βοήθεια της μεσοκαθέτου στο ευθύγραμμο τμήμα που ενώνει τα δυο μεγάφωνα σχηματίζεται η γωνία θ 0 υπό την οποία ο ακροατής βλέπει κάθε μεγάφωνο, o θ 0 = 30 στην ισόπλευρη τοποθέτηση. Από κει και πέρα, έχει στη πράξη διαπιστωθεί ότι o πράγματι η θ 0 < 30 οδηγεί σε μάλλον φτωχό "άπλωμα" της στερεοφωνικής εικόνας, ενώ η o θ 0 > 30 κινδυνεύει να δημιουργεί ασάφεια, "τρύπα" στο κέντρο, όπως συνήθως λέγεται. Η εμπειρία της stereo ακρόασης -γνωστή υποθέτω(?)- μαζί με τις διάφορες ιδιότητες της ερμηνεύεται προφανώς μέσω της binaural λογικής. Οπότε χρησιμοποιώντας την, θα βρούμε τα περί χωροτοποθέτησης στη στερεοφωνία ως αποτέλεσμα της άθροισης των σημάτων των δυο μεγαφώνων στα αυτιά του ακροατή. Ιδού: Μας είναι αρκετό να θεωρήσουμε ως δεδομένο ότι το σύστημα παίζει ένα μόνο σήμα το ονομάζουμε "πηγή S"- του οποίου η τάση είναι τυχαία μοιρασμένη στα L,R μεγάφωνα. Στη συνέχεια πρέπει να υπολογίσουμε τις πιέσεις που φτάνουν στ αυτιά του ακροατή. Θα δηλώνουμε εν συντομία- το ηχ. κύμα καθενός με το ζεύγος (Α, Φ), υπονοώντας (Πλάτος, Φάση). Η όλη ουσία του πράγματος βρίσκεται στο ότι κάθε ένα αυτί ακούει και τα δύο μεγάφωνα, υπάρχει δηλαδή και η "χιαστί" ακρόαση, το λεγόμενο crosstalk. Οπότε -σε συμφωνία με τους Α, Φ και συμβολισμούς του Σχ το αριστερό αυτί του ακροατή αθροίζει τα σήματα ( L L) ( Α, Φ ) ενώ το δεξί τα ( Α, Φ ) και (, ) R R R R ΑL Φ L αντιστοίχως. Οι εμπλεκόμενες τιμές παραμέτρων και μεταβλητών σ αυτά τα τέσσερα ηχητικά κύματα εξαρτώνται προφανώς απ

31 29 την ένταση που κάθε μεγάφωνο παίζει τη πηγή S και από τις αντίστοιχες αποστάσεις μεγαφώνου αυτιού. Σχήμα 3.4 Σχήμα 3.5 Όμως,.. στην όλη γεωμετρία του πράγματος φαίνεται αμέσως ότι για τις αποστάσεις μεγαφώνου αυτιού ισχύουν οι ισότητες L= R και L = R, γεγονός το οποίο, σε συνδυασμό με το ότι το εύρος της ανθρώπινης κεφαλής -γύρω στα 17 cm κατά μέσο όρο- είναι σαφέστατα μικρότερο αυτών των αποστάσεων, μας δίνει το δικαίωμα να θεωρήσουμε ότι οι διαφορές δρόμου R L, L R είναι μηδαμινές στο να δώσουν διαφορά πλάτους πίεσης στο αντίστοιχο αυτί, δημιουργούν όμως διαφορές φάσης, των οποίων τις συνέπειες θα δούμε αμέσως τώρα, προχωρώντας στην άθροιση των κυμάτων σε κάθε αυτί.. Αν a και b είναι τα αντίστοιχα πλάτη πίεσης των βασικών L, R κυμάτων στη θέση του ακροατή, τότε, προφανώς Α L = a, Α R = b και η άθροιση δίνει στο αριστερό αυτί ( a, tot tot Φ L) + ( A, R R ) ( A L, Φ = ΦL ) στο δεξί αυτί ( b, tot tot Φ R) + ( A, ) ( A R, Φ = ΦR ). L L Το αποτέλεσμα που προκύπτει απ αυτές τις αθροίσεις λέει ότι αφ ενός τα ολικά πλάτη είναι tot tot ίσα, A = A, στο βαθμό που δεν λαμβάνεται υπ όψιν το «φαινόμενο σκίασης» που ισχύει L R για πάνω μεσαίες και υψηλές συχνότητες, και αφ ετέρου η διαφορά φάσης DΦ = ΦL Φ R εξαρτάται από τα πλάτη a και b, λογικό, δεν μπορεί όμως να υπολογιστεί με ακρίβεια λόγω του σχήματος της ανθρώπινης κεφαλής. Ήδη μπορούν να βγουν κάποια συμπεράσματα: Το πρώτο αφορά στην ισότητα των πλατών πίεσης, η οποία παρεμπιπτόντως βρίσκεται και χωρίς πράξεις επειδή, σύμφωνα με τις παραπάνω διαπιστώσεις, και οι τέσσερις διαδρομές είναι πρακτικά ίσες, άρα λοιπόν κάθε αυτί δέχεται την ίδια πίεση, η οποία αντιστοιχεί στο συνολικό σήμα που εκπέμπει το ζεύγος των μεγαφώνων. tot tot

32 30 Το δεύτερο συμπέρασμα, που είναι συνέπεια του πρώτου, λέει ότι για τη συγκεκριμένη περιοχή συχνοτήτων δε μένει παρά μόνο η φασική διαφορά ΔΦ(a,b) μεταξύ των σημάτων των δυο αυτιών βάσει της οποίας ο ακροατής θα εντοπίσει τη θέση της πηγής κατά την stereo ακρόαση. Το πώς, βρίσκεται στα λεγόμενα της 2.2.1(β) περί binaural αντίληψης και κυρίως στο Σχ. 2.10: Υπάρχει επί αυτού ένα σύστημα (πολικών) συντεταγμένων με κέντρο το κεφάλι o του ακροατή στο οποίο η διεύθυνση των 0 αποκαλείται "Front Centre" και το οποίο όχι τυχαία- είναι πανομοιότυπο με το σύστημα του Σχ. 3.3 της stereo ακρόασης. Για τον εν λόγω ακροατή λοιπόν, με την πηγή όντας στη διεύθυνση ϕ, η φασική διαφορά οφείλεται στη χρονική διαφορά δ t (βλέπε διαφορά δρόμου D x = c δ t) και εξ αιτίας αυτής, που προφανώς εξαρτάται από την ϕ, ο ακροατής συμπεραίνει ότι η πηγή βρίσκεται στην εν λόγω διεύθυνση. Εφαρμόζοντας αυτό το σκεπτικό στο stereo σύστημα αναπαραγωγής, θα συμπεράνουμε ότι η διαφορά φάσης ΔΦ(a,b) θα κάνει τον ακροατή να λειτουργήσει ψυχοακουστικά- σαν να μη "βλέπει" μεγάφωνα, όπως στο Σχ. 2.10, και να αποφανθεί ότι η πηγή βρίσκεται μπροστά του σε κάποια διεύθυνση καθοριζόμενη απ τη τιμή της ΔΦ(a,b). Να σημειώσουμε εδώ ότι η μη δυνατότητα υπολογισμού με ακρίβεια της ΔΦ δεν μειώνει την επιστημονική της αξία, εμφανίζεται άλλωστε πολύ συχνά αυτό στη Φυσική. Από την άλλη, οι προσεγγιστικές λύσεις συχνά βοηθούν στη βαθύτερη κατανόηση του όλου πράγματος. Δείτε κι εδώ μια τέτοια: Θα θεωρήσουμε λόγω Fourier- ότι η πηγή εκπέμπει μια συχνότητα μόνο, ένα δηλαδή κύμα κυματάριθμου k, οπότε η DΦ γράφεται DΦ (a,b) = k D x. Χρειαζόμαστε μια προσέγγιση για την D x η οποία και πάλι βρίσκεται στη 2.2.1(β), είναι η διακεκομμένη γραμμή στο Σχ Η προσέγγιση βγάζει Dx h sin α όπου h το πλάτος της κεφαλής και α η γωνία θέσης της πηγής, αντίστοιχη της ϕ. Προκύπτει DΦ ( a,b) = k h sin α sin α = DΦ ( a,b) ( k h). Ο ανθρώπινος εγκέφαλος «μεταφράζει» λοιπόν τη διαφορά φάσης σε μια εικονική (virtual) θέση της πηγής γωνίας α.. όπως ακριβώς δείχνει το Σχ Για συχνότητες μέχρι 700 Hz περίπου, οι πράξεις θα δώσουν την παρακάτω πολύ καλή προσέγγιση για τη γωνία α : a b sinα = sinθ0 (3.1) a + b Αποκαλείται συνήθως αυτή η σχέση «κανόνας του ημίτονου», για προφανή λόγο. Ισχύει o θ0 α θ 0 και σύμφωνα με τα standards του Σχ. 3.3 θ 0 = 30. Παρατηρήσεις: Η ιδιομορφία του όλου μηχανισμού έγκειται στο ότι τα levels, που κυρίαρχα την αντίληψη της έντασης εξυπηρετούν, εδώ εμφανίζονται έμμεσα, στις φασικές διαφορές μέσω των οποίων δημιουργείται η χωροτοποθέτηση της πηγής. Πρέπει να τονίσουμε ότι στην περιοχή συχνοτήτων που ισχύει η παραπάνω ανάλυση κάτω μεσαίες και χαμηλές συχνότητες βρίσκεται κατά τεκμήριο ο κύριος όγκος των περισσότερων ηχητικών πηγών. Για τις υψηλότερες συχνότητες ισχύει αντίθετα και η σκίαση, δια της οποίας η διαφορά στάθμης μεταξύ των αυτιών, μια δηλαδή ILD, είναι τώρα ένα επιπλέον και εξ ίσου σημαντικό στοιχείο. Χωρίς ιδιαίτερη ανάλυση, μπορείτε να δείτε ότι στις χαμηλομεσαίες μόνο η διαφορά φάσης (ITD) και στις υψηλές η ITD μαζί με τη διαφορά στάθμης (ILD) -πλήρης εφαρμογή της 2.2.1(β) -λειτουργούν ομόρροπα από πλευράς διεύθυνσης, και επομένως, σε συνεργασία, συμπληρώνουν /φτιάχνουν την εικονική θέση της πηγής. Η αναπόφευκτη σχετική διάχυση αυτής της "εικόνας" σε μια περιοχή (αντί για σημείο) λειτουργεί υπέρ της φυσικότητας του πράγματος.

33 31 Όλη η παραπάνω binaural (αμφιωτική), όπως είπαμε, ανάλυση/ερμηνεία της stereo ακρόασης συνίσταται κατά βάση στο ότι: 1) Τα δυο μεγάφωνα, παίζοντας οποιαδήποτε άσχετα μεταξύ των σήματα, δηλώνουν στον ακροατή την παρουσία τους στον 3D χώρο ως δυο σημεία L και R τα οποία, μαζί με τη θέση του ακροατή όπως στο Σχ. 3.3, ορίζουν το επίπεδο ακρόασης, το οποίο συνήθως είναι και το αποκαλούμε- οριζόντιο αν τα μεγάφωνα είναι ακριβώς ή περίπου- στο ύψος των αυτιών του ακροατή. 2) Το ζεύγος (ITD, ILD), για οποιοδήποτε κοινό στα δυο μεγάφωνα σήμα, απλώς τοποθετεί εικονικά αυτό το σήμα κάπου ανάμεσα στα L και R σημεία / μεγάφωνα μέσω της πολικής γωνίας α (Σχ. 3.5). Προστίθεται λοιπόν στην ακρόαση η διάσταση του Πλάτους σκηνής. Οπότε, εκτός από το Βάθος σκηνής της Μονοφωνίας που ούτως ή άλλως υπάρχει και εδώ για τους ίδιους λόγους, το Πλάτος είναι η δεύτερη διάσταση που εισάγεται. Συμπερασματικά, Η stereo αναπαραγωγή είναι δυο διαστάσεων, αναπτύσσεται στο παραπάνω ορισθέν επίπεδο που συνήθως είναι ένα οριζόντιο επίπεδο. Ο όλος μηχανισμός της Στερεοφωνίας είναι τέτοιος ώστε η τρίτη διάσταση, το Ύψος σκηνής δεν εισάγεται. Όλα τα παραπάνω αποτελούν τη θεωρητική θεμελίωση λειτουργίας του stereo-συστήματος αναπαραγωγής, βάσει της οποίας παρέχεται η δυνατότητα χρήσης του "pan potting", δια του οποίου η στάθμη ενός σήματος διαμοιράζεται στα L και R κανάλια της stereo out με κατά βούληση αναλογία, δημιουργώντας έτσι διάφορες "θέσεις" στη στερεοφωνική εικόνα. Αντιλαμβάνεστε φυσικά ότι αυτή ακριβώς η δυνατότητα είναι μια από τις βασικές αιτίες που οδήγησαν στην εφεύρεση και χρήση των multitrack machines και recorders και την καθιέρωση των ως τη κύρια, βασική μέθοδο ηχογράφησης στο χώρο της παγκόσμιας Δισκογραφίας και όχι μόνο. (α). Stereo ακρόαση + Precedence effect + Binaural αντίληψη. Το αθροιστικό στοιχείο του τίτλου θα γίνει σαφέστερο με το εξής ερώτημα: Σε μια stereo διάταξη (Σχ. 3.3), στα πλαίσια ερευνητικής, ας πούμε, προσπάθειας επέκτασης του precedence effect, ποια θα είναι η εικονική θέση της πηγής αν το delayed σήμα του ενός καναλιού ανήκει στη binaural περιοχή, δηλαδή D t < 1ms? Ποια η επίδραση της μεταξύ των δυο καναλιών διαφοράς level D L? Απάντηση: Το precedence effect περιγράφεται, όπως ξέρετε, από τις μετρήσεις του Haas, Σχ. 2.9, των οποίων μια πιο σύγχρονη, βελτιωμένη έκδοση βλέπετε στο Σχ Κάντε τη σύγκριση. Τα όρια του είναι Δt = 0.70 ms (που εμείς αποκαλούμε «περίπου 1 ms») και Δt = 30 ms αντί του «περίπου 50 ms» του Haas. Το βασικότερο όμως πλεονέκτημα αυτής της νέας έκδοσης είναι η λεπτομερέστερη εμφάνιση της binaural περιοχής [της ονομαζόμενης "Time-amplitude trading possible"]. Σ αυτή λοιπόν, χαρακτηριστικό είναι το ότι η καμπύλη /όριο των περιοχών "προς το νωρίτερο" και "προς το δυνατότερο" εμφανίζει πολύ γρήγορη και μεγάλη πτώση της τιμής της ΔL σε σχέση με κείνη της περιοχής του precedence effect (+12 db). Αυτό σημαίνει ότι η "χρονική πρωτιά" της binaural περιοχής είναι σαφώς ασθενέστερη, αφού η αλλαγή της εικονικής θέσης της πηγής (πέρασμα από το νωρίτερο στο δυνατότερο ) μπορεί να γίνει όπως βλέπετε- με ΔL σαφέστατα μικρότερων τιμών (γύρω στα 3 db ±).

34 32 Αυτή η καινούργια μας διαπίστωση, που έγινε στις οριακές συνθήκες δυνατότερου delayed σήματος, θα έχει τον αντίκτυπο της στις φυσιολογικές καταστάσεις, αυτές με direct σήμα δυνατότερο του delayed, ΔL < 0. Σχήμα 3.6: Η αλληλεπίδραση του delay Δt και της διαφοράς level ΔL [= delayed direct] -μεταξύ των δυο καναλιών μιας stereo διάταξης- πάνω στο θέμα του προσδιορισμού της (phantom) θέσης της πηγής (κατά τον Madsen). Γι αυτή τη περίπτωση, δηλαδή για την μέσα περιοχή ( towards earlier sound ) και ειδικά για τη προέκταση της κάτω απ τον οριζόντιο άξονα τιμών του delay, στις αρνητικές τιμές του κατακόρυφου άξονα των ΔL, το Σχ. 3.6 δεν "λέει" κάτι, απλά μόνο ότι η θέση της πηγής είναι από τη μεριά του direct. Περισσότερα στοιχεία σχετικά μας δίνουν νεώτερες μετρήσεις, συγκεκριμένα οι Καμπύλες του Simonsen, αυτές που φαίνονται στο Σχ. 3.7: Αφορούν και πάλι σε μια stereo-διάταξη με το ένα κανάλι καθυστερημένο. Πρόκειται για «καμπύλες ίδιας εικονικής θέσης» της πηγής και αντιστοιχούν στις τρεις διευθύνσεις που βλέπετε.. καταλαβαίνετε, 30 σημαίνει τέρμα αριστερά ή δεξιά, ενώ οι θέσεις 20, 10 είναι πιο μέσα, προς το κέντρο (0 ). Το συμπέρασμα που βγαίνει είναι ότι οι δυο μεταβλητές ΔL και Δt εμφανίζονται ισοδύναμες και λειτουργούν με μια αθροιστική λογική. Θα δούμε πχ τη πηγή στις 20 είτε με ΔL=4dB και Δt=0.2ms, είτε με ΔL=3dB και Δt=0.3ms. Από την άλλη, αν στη Δt =0.3ms η διαφορά στάθμης αυξηθεί στα ΔL 9dB η πηγή θα πάει στις 30. Αντιλαμβάνεστε βέβαια ότι για κάθε γ<30 υπάρχει μια αντίστοιχη καμπύλη. Ήταν επιλογή του Simonsen η συγκεκριμένη τριάδα, πετυχημένη ομολογουμένως, γιατί δείχνει επαρκώς τη λογική του όλου πράγματος. Σημειώστε παράλληλα ότι δεν υπάρχει γ>30,

35 33 Σχήμα 3.7: Simonsen curves. Ο κατακόρυφος άξονας δίνει σε db τη διαφορά στάθμης των σημάτων direct προς delayed. σ αυτή την ίδια ακραία θέση ακούγεται και κάθε ζεύγος σημάτων με (Δt, ΔL) που ορίζει σημείο δεξιά της γ=30 στο σχήμα. Επίσης, αξίζει να παρατηρήσετε ότι όταν το delay Δt ξεπερνάει το 1 ms, και με μηδενική διαφορά level η πηγή παίρνει ακραία θέση... λογικό, γιατί είμαστε πια "μέσα" στο precedence effect. Τελικά, η απάντηση στο ερώτημα μας είναι ότι για delays με binaural τιμές η εικονική θέση της πηγής προκύπτει από συνδυασμό του delay Δt με τη διαφορά στάθμης ΔL, γεγονός που προσδιορίζεται με επαρκή ακρίβεια από τις Καμπύλες του Simonsen και τη λογική που τις διέπει. Μια λογική η οποία δεν είναι παρά η επέκταση της ερμηνείας [ 2.2.1(β)] της stereo αναπαραγωγής /ακρόασης ( 3.2) και στα binaural delays, πχ το ποσοστό του σήματος (πλάτους b) που βρίσκεται στο R channel να είναι και καθυστερημένο, με D t < 1ms ΧΡΗΣΗ ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ: ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΕΣ, ΚΡΙΤΗΡΙΑ. Εκ πρώτης όψεως, δυο είναι τα βασικά στοιχεία που κάνουν την ακρόαση μέσω ακουστικών διαφορετική απ την ακρόαση μέσω μεγαφώνων: α) Δεν υπάρχει στ ακουστικά crosstalk, λείπουν δηλαδή οι εντάσεις L και R του Σχ. 3.4 και ό,τι αυτό συνεπάγεται.

36 34 β) Δεν υπάρχει στο άκουσμα η συμμετοχή του χώρου ακρόασης, πρώτες ανακλάσεις και reverb. Η αξία της ITD που το crosstalk δημιουργεί μας είναι γνωστή. Από την άλλη, η έλλειψη της δεν απαγορεύει ούτε θεωρητικά ούτε πρακτικά- την αναπαραγωγή μέσω ακουστικών.. απλώς μόνο η ILD λειτουργεί για τη stereo-εικόνα. Επομένως, πρέπει τα ακουστικά να μπορούν να αποτελούν έναν δεύτερο, εναλλακτικό τρόπο ακρόασης. Δεν θα είναι εντελώς ίδιο το άκουσμα, είτε λόγω έλλειψης ITD, είτε λόγω χώρου, κλπ.. (μπορείτε να βρείτε μόνοι σας άλλο λόγο?), πρέπει όμως να αναπαράγεται η ίδια "φυσιογνωμία", ή "χρώμα", που έχει το όποιο ηχητικό υλικό στη δια μεγαφώνων ακρόαση. Κοιτώντας λίγο βαθύτερα, η ιδιαιτερότητα των ακουστικών εμπεριέχει τα παρακάτω: Φανταστείτε μια πηγή ήχου μικρών διαστάσεων -σαν το μεγαφωνάκι ακουστικών δηλαδήακριβώς μπροστά απ την είσοδο του αυτιού, σε απόσταση 2-3 cm μόνο. Αντιπαραβάλλοντας την με ένα μεγάφωνο σε κάποια νορμάλ απόσταση και θέση κάπου μπροστά στον ίδιο ακροατή του πειράματος μας, πρέπει να δείτε αμέσως ότι, binaurally, υπάρχει ουσιώδης διαφορά μεταξύ αυτών των δυο διατάξεων: Θεωρώντας το κεφάλι του ακροατή ως κέντρο συστήματος συντεταγμένων, στα πρότυπα της binaural θεωρίας, το μεγάφωνο θα βρίσκεται σε κάποια θέση (r, ϕδ, ). Κατά τα γνωστά, η απόσταση r μόνο στο level επιδρά, δεν μας απασχολεί επομένως γιατί αυτό ρυθμίζεται, όμως,.. το σήμα που φτάνει στην είσοδο του αυτιού του ακροατή, πρακτικά δηλαδή εκεί που βρίσκεται το μεγαφωνάκι, έχει ήδη υποστεί πλήρως (περίπου) τη διαμόρφωση της HRTF(φ,δ). Αυτό σημαίνει ότι, βάζοντας τις δυο διατάξεις να παίξουν το ίδιο πρόγραμμα, οποιουδήποτε είδους πρόγραμμα, και συγκρίνοντας, θα εισπράξετε εντελώς διαφορετικό άκουσμα, λόγω της λειτουργίας της HRTF ως "φίλτρου" στον ήχο του μεγαφώνου.. [Για λόγους ακρίβειας του πειράματος, θα 'πρεπε κατ αρχήν να εξασφαλίσουμε flat απόκριση απ το μεγάφωνο και το μεγαφωνάκι, να επιλέξουμε ανηχοϊκή αίθουσα για αποφυγή αλλοιώσεων του ήχου του μεγαφώνου λόγω της αντήχησης, και τέλος πολύ καλή θέση για το μεγάφωνο, πχ ευθεία μπροστά απ τον ακροατή, στο ύψος των αυτιών του.. δηλαδή HRTF(0,0) αντί της τυχαίας HRTF( ϕδ, ). Το αποτέλεσμα βέβαια του πειράματος θα ήταν επί της ουσίας το ίδιο.] Βγαίνει λοιπόν το συμπέρασμα ότι, προκειμένου στο άκουσμα να διατηρείται ο ηχητικός χαρακτήρας που το όποιο έργο έχει στη μεγαφωνική ακρόαση, πρέπει τα ακουστικά να διαθέτουν ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα / φίλτρο, ένα φίλτρο προσομοίωσης θα λέγαμε, το οποίο θα αλλάζει τη συχνοτική τους απόκριση φέρνοντας την στο επιθυμητό επίπεδο. Το όνομα που επικρατεί στο χώρο της Τεχνολογίας του Ήχου για το εν λόγω φίλτρο είναι: headphone transfer function, PTF, όπως λέμε στα γρήγορα. Μορφολογικά, η PTF εμφανίζεται ως συνάρτηση των ακουστικών συχνοτήτων, PTF = PTF(f ), και δίνει τον αριθμό των db που σχετικά- προστίθενται ή αφαιρούνται. Η ακριβής μορφή της προκύπτει κατά βάση από το (δια μεγαφώνου) πρότυπο ακρόασης που έχει επιλεγεί. Επικρατούν δυο πρότυπα: 1). Στο πρώτο εξ αυτών θεωρείται ότι η ακρόαση γίνεται σε ανηχοϊκό δωμάτιο με το μεγάφωνο ευθεία μπροστά απ τον ακροατή στο ύψος των αυτιών του σε οριζόντιο επίπεδο.. δηλαδή, σαν το παράδειγμα μας πιο πάνω. Σωστό λοιπόν θα είναι να μαντέψετε εδώ ότι η PTF ταυτίζεται με τη συνάρτηση μεταφοράς HRTF(0,0) Το σύμβολο που δηλώνει αυτή την επιλογή προτύπου είναι το "FF", σημαίνει ακουστικά «Free-Field calibrated» και εμφανίζεται στα prospectus των. 2). Στο δεύτερο πρότυπο θεωρείται ότι ίδια είναι γεωμετρικά η θέση του μεγαφώνου ως προς τον ακροατή, ο χώρος όμως είναι αντηχητικός και ο ακροατής εισπράττει πληροφορία απ όλες τις διευθύνσεις. Επιλέγεται επιπλέον το μοντέλο διάχυτου πεδίου, που σημαίνει ότι όλες οι διευθύνσεις θεωρούνται ισοδύναμες. Γίνεται η αντίστοιχη άθροιση όλων των HRTFs και η PTF είναι ανάλογη αυτής της άθροισης.. Στο άκουσμα προστίθεται η αίσθηση ότι ο ήχος

37 35 "ξεκολλάει" απ τ αυτιά μας. Το αντίστοιχο σύμβολο αυτού του προτύπου είναι "DF", «Diffuse-Field calibrated» headphones. Σχολιάζοντας τα δυο πρότυπα: Θα λέγαμε ότι τα Free-Field ακουστικά έχουν το χάρισμα της επιστημονικής ακρίβειας, δεν είναι όμως πρακτικά χρήσιμα γιατί.. δεν ζούμε σε ανηχοϊκούς θαλάμους. Η πράξη επιβεβαίωσε το γεγονός, τη συντριπτική δηλαδή προτίμηση -ειδικών και μη- στα Diffuse-Field headphones. Όλες δε οι σοβαρές εταιρείες κατασκευής ακουστικών ακολούθησαν. Όλα τα παραπάνω συνοψίζονται /καταλήγουν στο Σχ Βλέπετε δηλαδή επ αυτού τη μορφή της συνάρτησης μεταφοράς PTF, μ άλλα λόγια την απόκριση συχνότητας που πρέπει να 'χει το οποιοδήποτε ζεύγος ακουστικών, ανάλογα φυσικά με το πρότυπο ακρόασης στο οποίο ανήκει. Υπάρχουν δυο διαφορετικές μέθοδοι μέτρησης (Blocked ear canal / Open ear canal), καθαρά τεχνικό το θέμα, δεν μας απασχολούν οι λεπτομέρειες.. σε περίπτωση όμως κάποιου test ενός ζεύγους, δεν υπάρχει standard, είναι στη κρίση του κατασκευαστή ποια απ τις δυο θα δώσει, γι αυτό στο σχήμα παρέχονται και οι δυο. Πάντως, δύσκολα θα βρείτε καμπύλη απόκρισης ακουστικών σε prospectus, εκτός αν πρόκειται για "ακριβό" κομμάτι σοβαρής εταιρείας.. ενδεχομένως και επειδή η μορφή της PTF είναι εντελώς.. αντιεμπορική, μια και ο πολύς ο κόσμος θέλει να βλέπει μια ευθεία γραμμή ως απόκριση! FF πρότυπο DF πρότυπο Σχήμα 3.8: Απόκριση συχνότητας (μορφή της PTF) που πρέπει να έχει ένα ζεύγος ακουστικών τύπου FF ή DF. [H. Møller, C. B. Jensen, D. Hammershøi, and M. F. Sørensen, "Design Criteria for Headphones, JAES vol 43.]

38 36 4 ΜΙΚΡΟΦΩΝΑ 4.1 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Το μικρόφωνο είναι μια μηχανή που μετατρέπει μηχανική (ακουστική) ενέργεια (ηχητικό κύμα) σε ηλεκτρική. Η βάση του πράγματος είναι το λεγόμενο διάφραγμα του μικροφώνου, μια στερεού υλικού και μικρών διαστάσεων επιφάνεια, η οποία μπορεί και πάλλεται σύμφωνα με την πίεση του ήχου που "πέφτει" πάνω της, παράγοντας ταυτόχρονα ηλεκτρικό σήμα. Έτσι γίνεται η παραπάνω μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια. Εξαρτάται όμως αυτή από την Φυσική αρχή που χρησιμοποιείται, βάσει της οποίας μπορούμε να χωρίσουμε τα μικρόφωνα που σήμερα βρίσκονται σε επαγγελματική χρήση, σε δύο μεγάλες κατηγορίες: 1. Δυναμικά, και 2. Πυκνωτικά. (α). Δυναμικά. Βασίζονται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, σύμφωνα με το οποίο, αγωγός κινούμενος μέσα σε μαγνητικό πεδίο παρουσιάζει στα άκρα του τάση ανάλογη της κίνησης του Δύο υποκατηγορίες μπορούμε να βρούμε στα Δυναμικά μικρόφωνα: Τα κινουμένου πηνίου (moving coil), και τα αποκαλούμενα μικρόφωνα ταινίας (ribbon) 1. Moving coil. Εδώ ανήκει η συντριπτική πλειοψηφία των δυναμικών μικροφώνων Στο διάφραγμα του μικροφώνου είναι "κολλημένο" ένα ελαφρύ πηνίο που βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ένας μόνιμος μαγνήτης. Οι παλμικές κινήσεις του διαφράγματος λόγω του ήχου παρασύρουν και το πηνίο, στα άκρα του οποίου, λόγω επαγωγής, εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα, κατά βάση ανάλογο της παλμικής κίνησης, δηλαδή του ήχου. 2. Ribbon. Εδώ, δεν υπάρχει πηνίο. Το ίδιο το διάφραγμα ένα λεπτότατο μεταλλικό αγώγιμο φύλλο παίζει το ρόλο του κινουμένου αγωγού μέσα στο μαγνητικό πεδίο. Έτσι, στα άκρα του εμφανίζεται τάση ανάλογη του προκαλούντος την κίνηση ήχου. Τα ribbon μικρόφωνα, λόγω της ελάχιστης αδράνειας -σε σχέση με τα moving coil- που παρουσιάζει το κινούμενο σύστημα τους, έχουν πολύ καλύτερη απόκριση στα μεταβατικά σήματα. Είναι όμως ευπαθή γιατί μεγάλες ηχητικές εντάσεις εύκολα μπορούν να παραμορφώσουν μόνιμα το διάφραγμα. Όμως, πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία των υλικών έχουν ξαναδημιουργήσει ενδιαφέρον για τα μικρόφωνα αυτά.

39 37 (β). Πυκνωτικά. Η αρχή λειτουργίας των πυκνωτικών δεν είναι άλλη από εκείνη του ηλεκτροστατικού πυκνωτή. Και εδώ έχουμε δύο υποκατηγορίες πυκνωτικών. 1. Συνήθη πυκνωτικά. Το διάφραγμα του μικροφώνου είναι ο ένας από τους δύο οπλισμούς του πυκνωτή. Ο άλλος είναι σταθερός πάνω στο σώμα του μικροφώνου. Για να λειτουργήσει το μικρόφωνο πρέπει να τροφοδοτηθεί με μια συνεχή τάση. Οι παλμικές κινήσεις του διαφράγματος μεταβάλλουν προφανώς τη χωρητικότητα του πυκνωτή και κατά συνέπεια την τάση των οπλισμών του. Έτσι, πάνω από τη σταθερή συνεχή τάση τροφοδοσίας εμφανίζεται μια μεταβλητή τέτοια, ανάλογη του ηχητικού σήματος. Σε αντίθεση με τα δυναμικά, εδώ η τάση του σήματος, καθώς και η αντίσταση που παρουσιάζει το σύστημα είναι μεγάλες, με αποτέλεσμα την ανάγκη ύπαρξης ειδικού προενισχυτή προσαρμογής. Αυτός λοιπόν υπάρχει ενσωματωμένος στο μικρόφωνο. 2. Πυκνωτικά electrets. Ο όρος electrets θέλει να δηλώσει διηλεκτρικά υλικά των οποίων η πόλωση παραμένει και μετά την απομάκρυνση του ηλεκτρικού πεδίου που την προκάλεσε. Όταν λοιπόν ο ένας οπλισμός συνήθως ο σταθερός είναι επικαλυμμένος με μια τέτοια ουσία, τότε, έχουμε αυτόματα την απαιτούμενη τάση πόλωσης λειτουργίας του πυκνωτή και συνεπώς δεν υπάρχει ανάγκη εξωτερικής τροφοδοσίας με συνεχή τάση, παρ όλο που τροφοδοσία εξακολουθεί να χρειάζεται για τη λειτουργία του ενσωματωμένου προενισχυτή. Τα παραπάνω ακριβώς συνιστούν τα λεγόμενα electrets πυκνωτικά μικρόφωνα. Δυνάμει, έχουν το πλεονέκτημα καλύτερου σήματος προς θόρυβο σε σχέση με τα συνήθη πυκνωτικά όμως ακόμη, τα συνήθη είναι πολύ περισσότερο διαδεδομένα Παρατηρήσεις: Όπως είδαμε, μια βασική διαφορά μεταξύ δυναμικών (moving coils) και πυκνωτικών μικροφώνων είναι το βάρος του κινούμενου μηχανισμού των. Συγκεκριμένα, τα πυκνωτικά έχουν την μικρότερη κινούμενη μάζα, μόνο το διάφραγμα τους κατά βάση. Αυτό σημαίνει ότι στα μεταβατικά σήματα ή/και τις υψηλές συχνότητες, λόγω μικρότερης αδράνειας, "αντιδρούν" γρήγορα, άμεσα. Σχεδόν εξ ορισμού λοιπόν, τα πυκνωτικά υπερέχουν στα απαιτητικά, στα δύσκολα σήματα δεν χρειάζεται ούτε το "σχεδόν", αν συγκρίνουμε σοβαρών εταιρειών κατασκευές. Σημειώστε ακόμη ότι οι επίσης "ελαφριές κατασκευές", τα αξιόλογα ribbons, λόγω εξελίξεων στο χώρο της «Αντοχής Υλικών», έχουν αρχίσει να ξαναεμφανίζονται τελευταία.

40 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΠΟΛΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Για να μπορούμε να αντεπεξέλθουμε στις διάφορες συνθήκες ηχογράφησης έχουμε φροντίσει ώστε τα μικρόφωνα, εκ κατασκευής, να μην είναι πάντα το ίδιο ευαίσθητα σε όλες τις διευθύνσεις του χώρου, αλλά να παρουσιάζουν κατευθυντικότητα, και να χαρακτηρίζεται επομένως καθένα τους από κάποιο πολικό διάγραμμα. Γενικά τα πολικά διαγράμματα έχουν αυξημένη σημασία και ξέρετε ήδη ότι αφορούν όχι μόνο στα μικρόφωνα αλλά και στις πηγές ήχου. Είναι χαρακτηριστικό ότι υπάρχει ενιαίος τρόπος "κατασκευής" και χρήσης των. Θυμίζουμε λοιπόν σχετικά ότι περίπου όλες οι πηγές φυσικές ή μη- εκπέμπουν σφαιρικού τύπου κύματα για τα οποία η κατευθυντικότητα συνυπάρχει με τον 2 γνωστό νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου I 1r για την ένταση, άρα P 1r για τη πίεση. Λεπτομερέστερα, αυτό σημαίνει ότι αν κάποια πηγή "παίζει", η συνάρτηση του πλάτους της ακουστικής πίεσης στη θέση (r, ϑϕ, ) στο far field είναι της μορφής A r P(r, ϑϕ, ) = R( ϑϕ, ) = P (r) R( ϑϕ, ) (4.1) Χρησιμοποιείται όπως βλέπετε ένα σύστημα σφαιρικών συντεταγμένων (Σχ. 4.1), στο κέντρο του οποίου βρίσκεται το "κέντρο" της πηγής. max Σχήμα 4.1: Σφαιρικές συντεταγμένες (r, ϑ,φ) Σχήμα 4.2: Πολικές συντεταγμένες (r, ϑ ) Η μορφή της (4.1) δείχνει ότι η σταθερά A έχει μονάδες και ο όρος Ar δίνει πίεση, οπότε η R( ϑϕ, ) δεν έχει, και οι τιμές της είναι καθαροί αριθμοί. Συνεπώς, η τιμή της στη τυχαία διεύθυνση (ϑ,ϕ) παίζει το ρόλο συντελεστού του όρου Ar και προκύπτει έτσι η τιμή του πλάτους πίεσης P(r) στη διεύθυνση αυτή. Λογικότατα επομένως η R( ϑϕ, ) ονομάζεται directional factor (κατευθυντικός παράγων). Επιπλέον, ο δείκτης max στην (4.1) υπονοεί ότι ως τιμή της σταθεράς Α έχει επιλεχθεί εκείνη που δίνει τη maximum τιμή που παίρνει το πλάτος P(r) σε κάποια διεύθυνση, οπότε αναγκαστικά R( ϑϕ, ) 1, δηλ. -1 R( ϑϕ, ) 1. Συνεπώς, μέσω της R( ϑϕ, ), η τιμή του πλάτους στην όποια διεύθυνση (ϑ,ϕ) εκφράζεται ως ποσοστό της P max(r).

41 39 Δείτε τώρα ότι η γραφική παράσταση της R φτιάχνει μια κλειστή επιφάνεια στο χώρο, εικονική επιφάνεια με ακτίνα R (r= R ), την οποία ονομάζουμε directional diagram (διάγραμμα κατευθυντικότητας) της πηγής. Το εν λόγω διάγραμμα είναι μεν πλήρες αλλά δεν είναι εύχρηστο. Αντίθετα, μια τομή του που περιέχει τον άξονα ϑ= 0 (άξονας z ) και "κόβει" το επίπεδο xy σε μια τυχαία διεύθυνση /τιμή της φ, δείχνει τη συμπεριφορά της πηγής στο επίπεδο που ορίζεται μ αυτό τον τρόπο. Τη θέση της κλειστής στο χώρο επιφάνειας R( ϑϕ, ) παίρνει τώρα μια κλειστή καμπύλη R( ϑ ), σαν αυτή πχ του Σχ. 4.3, η οποία είναι εύκολα αποκαλυπτική για τις κατευθυντικές ιδιότητες της πηγής. Στη πράξη δυο διαγράμματα σε κάθετα μεταξύ των επίπεδα (με φ=0 και φ=π/2 συνήθως) είναι αρκετά για να πάρουμε γνώση της συμπεριφοράς της πηγής. Προσέξτε ιδιαιτέρως: Το διάγραμμα του Σχ. 4.3 έχει "φτιαχτεί" πάνω στις συντεταγμένες r,ϑ, οι οποίες αποτελούν την "έκδοση" των σφαιρικών συντεταγμένων στο επίπεδο όπως ακριβώς δείχνει το Σχ.4.2, και οι οποίες ονομάζονται πολικές συντεταγμένες. Το Σχ. 4.3 επομένως δείχνει ένα διάγραμμα κατευθυντικότητας στο επίπεδο, σε πολικές συντεταγμένες με r = R( ϑ ), και είναι αυτό ακριβώς που αποκαλούμε polar pattern (πολικό διάγραμμα). Συνοψίζοντας τελικά: Τα τρισδιάστατα - R( ϑϕ, )- ονομάζονται διαγράμματα κατευθυντικότητας, ενώ τα επίπεδα - R( ϑ )- αποκαλούνται πολικά διαγράμματα.. θα συναντήσετε όμως και περιπτώσεις που και το τρισδιάστατο αναφέρεται ως πολικό διάγραμμα... προσπαθήστε τότε από τα συμφραζόμενα να καταλάβετε περί τίνος πρόκειται. Όπως ήδη θα υποψιάζεστε από το Σχ. 4.3, για τα πολικά διαγράμματα κυκλοφορούν ειδικά έντυπα, σαν αυτά που βλέπετε στο Σχ. 4.4: Αριστερά βλέπετε ένα normal ας το Σχήμα 4.3: Πολικό διάγραμμα. πούμε έτσι έντυπο, κατάλληλο για την R( ϑ ) : Οι ομόκεντροι κύκλοι δείχνουν το βήμα της βαθμονόμησης και οι σημειωμένες τιμές δηλώνουν φυσικά ποσοστά της maximum τιμής R( ϑ ) = 1. Δεξιά βλέπετε το πιο συχνά μάλλον χρησιμοποιούμενο έντυπο, που είναι βαθμονομημένο σε db-κλίμακα: R( ϑ) 20 log R( ϑ ). Σχήμα 4.4: Έντυπα πολικών διαγραμμάτων.

42 40 [Κατά τα γνωστά, η db-κλίμακα απαιτεί αναφορά στο αντίστοιχο ενεργειακό μέγεθος, δηλ. 2 P I όπου I P και επομένως 10 logi 20 logp, άρα R( ϑ) 20 log R( ϑ ) ]. Άρα, στους κύκλους βαθμονόμησης ο μέγιστος είναι 20 log R( ϑ ) = 20 log1 = 0 δηλαδή 0 db και οι υπόλοιποι κάποια db κάτω. Σημειώστε πάντως ότι το βήμα της βαθμονόμησης, και στις δυο μορφές, ποικίλει, δεν είναι standard. Τα μικρόφωνα τώρα έχουν το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό ότι λειτουργούν "ανάποδα" απ τις πηγές ήχου, δέχονται ήχο αντί να στέλνουν, για το όλο πράγμα όμως ισχύει η Αρχή της Αντιστρεψιμότητας (Reciprocity Principle). Δηλαδή, φανταζόμενοι τώρα ένα μικρόφωνο σε μια κάποια θέση / αρχή του συστήματος συντεταγμένων, το μέγεθος του παραγόμενου σήματος τάση εξόδου e- λόγω της ύπαρξης μιας πηγής σε απόσταση r ακολουθεί και πάλι το νόμο P 1r, όπου P είναι φυσικά το πλάτος πίεσης στη θέση του mike, η δε κατευθυντικότητα του mike θα εκφράζεται από μια συνάρτηση s = s( ϑϕ, ) [τυπική μόνο αλλαγή συμβόλου R s χρησιμοποιούμενη για τα mics]. Μ άλλα λόγια, μπορούμε να γράψουμε μια αντίστοιχη της (4.1) σχέση, η οποία θα δίνει την τάση εξόδου e(r, ϑϕ, ) του μικροφώνου λόγω της πηγής που υπάρχει στη θέση (r, ϑϕ, ) : E e(r, ϑϕ, ) = s( ϑϕ, ) = e ή max (r) s( ϑϕ, ) (4.2) πηγ r Η ακριβής μορφή της s( ϑϕ, ) είναι θέμα κατασκευής του mic. Η γραφική της παράσταση δίνει το διάγραμμα κατευθυντικότητας του. Η σταθερά E περιέχει όλες τις επιμέρους παραμέτρους που μετατρέπουν την ακουστική πίεση επί της κάψας σε τάση εξόδου, συμπεριλαμβανόμενης φυσικά και της λεγόμενης ευαισθησίας του (σε mv Pa συνήθως). Φυσικά, για την s( ϑϕ, ) ισχύει 1 s( ϑϕ, ) 1. Πέραν όμως των "χρήσιμων" πηγών (ή του "direct" σήματος που λέμε συνήθως), το όποιο μικρόφωνο γράφει και το περιβάλλον... ένα μέγα πλήθος πηγών από κάθε διεύθυνση και κάθε απόσταση (ως τέτοιες λειτουργούν και οι ανακλάσεις από τα τοιχώματα ενός κλειστού χώρου), έτσι ώστε, ενώ κάθε μια τους υπακούει στο νόμο P 1r, δημιουργείται τελικά ένα στατιστικού τύπου πεδίο, ένα διάσπαρτο, τυχαίας προέλευσης (random) ηχητικό πεδίο (συχνά το λέμε στα γρήγορα "χώρο" ή "περιβάλλον") το οποίο έχει πρακτικά την ίδια ένταση σε κάθε σημείο του χώρου. Κατά συνέπεια, ενώ η καταγραφόμενη ένταση της κύριας πηγής μπορεί να ελέγχεται μέσω της θέσης της (r, ϑϕ, ) ως προς το μικρόφωνο, αντίθετα, η ποσότητα του προερχόμενου απ όλες τις διευθύνσεις random πεδίου μόνο μέσω της κατευθυντικότητας s( ϑ,φ) μπορεί να ελεγχθεί... εξ ου και η πληθώρα των πολικών διαγραμμάτων εν χρήσει. Στον αντίποδα τους, βέβαια, το Omni mike γράφει το 100% του random πεδίου. Κλείνουμε με τη σημαντικότερη παρατήρηση: Ο δείκτης "πηγή" στην (4.2) θέλει να θυμίσει ότι δεν αφορά στο διάσπαρτο πεδίο η εν λόγω σχέση, για το οποίο άλλωστε η απόσταση r δεν έχει καν νόημα, η ευαισθησία και η s( ϑ,φ) όμως, ως στοιχεία του μικροφώνου αυτού καθ εαυτού, παραμένουν ίδιες και για τα δυο αυτά ηχητικά πεδία. Μ άλλα λόγια, το μικρόφωνο πιέσεις κατά βάση μετράει, δεν αναγνωρίζει αποστάσεις. Μ αυτή την έννοια, η (4.2) είναι μια πλασματική τρόπον τινά σχέση, χρήσιμη μόνο σε υπολογισμούς-συγκρίσεις direct σημάτων πηγών από διαφορετικές αποστάσεις. Το μικρόφωνο λοιπόν (ως μηχανή/μετατροπέας ακουστικής ισχύος σε ηλεκτρική), ανταποκρινόμενο στη προσπίπτουσα ακουστική ισχύ W ac παράγει το ηλεκτρικό της ανάλογο W el περνώντας μέσα από μια τάση εξόδου e βασικό στοιχείο της οποίας είναι η συνάρτηση κατευθυντικότητας s( ϑϕ, ).

43 ΠΟΛΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ Πάνω λοιπόν στο θέμα της συνάρτησης s( ϑϕ, ), για κάθε μικρόφωνο, ισχύουν κατασκευαστικά οι εξής κανόνες-νόμοι: 1). Ο κύριος άξονας του μικροφώνου, η λεγόμενη on axis διεύθυνση, είναι η διεύθυνση μέγιστης λήψης: Πρόκειται για τη διεύθυνση την κάθετη στο διάφραγμα, όπως δείχνει το Σχ Επιπροσθέτως, ως σύστημα σφαιρικών συντεταγμένων του μικροφώνου επιλέγεται το standard πρότυπο του Σχ. 4.1, οπότε, στο κέντρο είναι το διάφραγμα και ως ϑ =0 ορίζεται η on axis διεύθυνση. 2). Το οποιοδήποτε mic ως κατασκευή, από Γεωμετρική και Φυσική άποψη είναι τέτοιο που οδηγεί σε συμμετρική συμπεριφορά: Για δεδομένη τιμή της ϑ, η συμπεριφορά του παραμένει ίδια για κάθε τιμή του αζιμούθιου ϕ (Σχ. 4.1). Άρα, η s( ϑϕ, ) προέρχεται από μια s = s( ϑ ) εκ περιστροφής κατά 2π περί τον άξονα ϑ= 0. Σχήμα 4.5: Ορισμός της on axis διεύθυνσης Σχήμα 4.6: Μια προσπάθεια "οπτικοποίησης" της εκ περιστροφής προερχόμενης τρισδιάστατης s( ϑ,φ) 3). Σ αυτό το πλαίσιο, είναι δυνατή η έκφραση της s( ϑ ) από συγκεκριμένη μαθηματική σχέση, s( ϑ ) = A+ B cosϑ. Ισχύει Α, Β >0 και επίσης Α+Β=1 επειδή s(0) = 1. Οπότε, s( ϑ ) = ( 1 B) + Bcos ϑ 0 ϑ< 2π, 0 B 1 (4.3) Η εξίσωση (4.3) ονομάζεται πολική εξίσωση των μικροφώνων. 1. Φαίνεται από τα παραπάνω ότι η τάση του παραγόμενου σήματος είναι ανάλογη της s( ϑ ).

44 42 2. Όπως είπαμε, η s( ϑ ) είναι γραμμένη στο σύστημα συντεταγμένων του ίδιου του μικροφώνου, που σημαίνει ότι η διεύθυνση ϑ= 0 συμπίπτει με την on axis διεύθυνση. Αν αυτό το τελευταίο δεν συμβαίνει, η s( ϑ ) μετασχηματίζεται ανάλογα. 3. Η σχέση (4.3) κατά βάση λέει ότι κάθε τιμή του Β δίνει ένα νέο πολικό διάγραμμα, μια διαφορετική δηλαδή συνάρτηση s( ϑ ).. 4. Ισχύει η αναμενόμενη 1 s( ϑ) 1, (4.4) προκύπτει δε ότι η s( ϑ ) < 0 εμφανίζεται σε συγκεκριμένη περιοχή τιμών του Β και σε συγκεκριμένη επίσης περιοχή του χώρου (τιμές της ϑ ), η δε Φυσική σημασία του πράγματος είναι ότι εκεί το μικρόφωνο δίνει σήμα αντίθετης πολικότητας απ αυτήν που δίνει στον υπόλοιπο χώρο όπου s( ϑ) Σημειώστε τέλος ότι το όποιο πολικό διάγραμμα ως σχήμα δεν είναι παρά η γραφική παράσταση της αντίστοιχης s( ϑ ).. σε πολικές συντεταγμένες (r, ϑ ) προφανώς, Σχ. 4.2, όπου r είναι η s( ϑ ), και επειδή εξ ορισμού r 0 πρέπει να τεθεί r = s( ϑ ). Αυστηρά απαραίτητο αυτό στις περιπτώσεις που η s( ϑ) παίρνει και αρνητικές τιμές. Προχωρούμε σε λεπτομερή παρουσίαση των βασικών πολικών διαγραμμάτων, χωρίς να ξεχνάμε ότι καθένα τους λειτουργεί στη τρισδιάστατη έκδοση του, σύμφωνα με τον 1 νόμο ΒΑΣΙΚΑ ΠΟΛΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ (α). Μικρόφωνο OMNIDIRECTIONAL Αν στην πολική εξίσωση (4.3) θέσουμε Β=0 παίρνουμε: s ϑ = 1 (4.5) ( ) (α) Σχήμα 4.7: Omnidirectional, πολικό διάγραμμα. (β)

45 43 Δηλαδή σε κάθε διεύθυνση το σήμα του mike είναι το ίδιο, σταθερό. Το πολικό διάγραμμα της εν λόγω s( ϑ ) είναι ένας τέλειος κύκλος με "ακτίνα" =1 και αποκαλείται Omnidirectional. Αρχή λειτουργίας: Το Σχ. 4.8 δείχνει την κατασκευαστική αρχή του Omnidirectional: Σχήμα 4.8: Omnidirectional, κατασκευαστική αρχή. Όπως βλέπετε στο σχήμα, το διάφραγμα είναι προσαρμοσμένο σ ένα "κουτί" κλειστό με τέτοιο τρόπο ώστε ο ήχος μπορεί να το προσεγγίσει μόνο από τη μία πλευρά του, την εξωτερική η "μπροστινή", αν προτιμάτε. Τίθεται λοιπόν αυτό σε κίνηση υπακούοντας στις τιμές της ακουστικής πίεσης ακριβώς μπροστά του. Κατά τα γνωστά, η πίεση είναι βαθμωτό φυσικό μέγεθος, συνεπώς "μετράει" μόνο η τιμή της στη συγκεκριμένη θέση στο χώρο, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση που προέρχεται ο ήχος που τη δημιουργεί. Μοιραία, το μικρόφωνο δεν μπορεί να αναγνωρίσει τη διεύθυνση προέλευσης του ήχου. Απλώς, βάσει των τιμών της πίεσης το διάφραγμα οδηγείται όπως είπαμε σε εξαναγκασμένη ταλάντωση και παράγει ηλεκτρικό σήμα ανάλογο, προφανώς, των τιμών αυτών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το Omni λέγεται ότι είναι μικρόφωνο πίεσης. Επειδή δε στην πολική του εξίσωση υπάρχει μόνο ο α' όρος (1 B), γι' αυτό και ο όρος αυτός γενικά αποκαλείται όρος πίεσης. Ως μετρητής λοιπόν της πίεσης, το Omni μικρόφωνο είναι μια απλή κατασκευή και ως εκ τούτου συμπεριφέρεται το ίδιο καλά σ όλες τις συχνότητες. Μικρές απώλειες, ανάξιες λόγου συνήθως, εμφανίζονται μόνο στις συχνότητες που τα μήκη κύματος των είναι της ίδιας τάξης μεγέθους ή μικρότερα των διαστάσεων του μικροφώνου, ψηλές πρακτικά συχνότητες. Το "σώμα" του επομένως τότε, θα αποτελεί ένα μικρό εμπόδιο -φαινόμενα περίθλασης κλπ- στη πορεία του ήχου του προερχόμενου από την πίσω κυρίως διεύθυνση ή / και τις πλαϊνές.. αυτό ακριβώς θέλει να δείξει το Σχ. 4.7β

46 44 (β). Μικρόφωνο FIGURE OF 8. Αν στην (4.3) θέσουμε Β=1 παίρνουμε: s ( ) ϑ = cosϑ (4.6) a) s( ϑ ) = cosϑ b) N( ϑ) = 20 log cosϑ Σχήμα 4.9: Figure of 8, πολικό διάγραμμα. Ισχύει ότι π 2 <ϑ< 3π 2 cos ϑ< 0, γεγονός που δικαιολογεί την εμφάνιση της απόλυτης τιμής της s( ϑ ) στο Σχ Επίσης, και πάλι στο Σχ. 4.9, η οπτική διαφορά που παρουσιάζουν οι δυο εκδόσεις του ίδιου πολικού διαγράμματος οφείλεται στη διαφορετική βαθμονόμηση της "ακτίνας" των τάσεων. Στο (α) η βαθμονόμηση είναι σε ποσοστά της s( ϑ ) και στο (β) σε db. Αρχή λειτουργίας: Σχήμα 4.10: Figure of 8, κατασκευαστική αρχή.

47 45 Όπως φαίνεται στο Σχ. 4.10, ο ήχος μπορεί να προσεγγίσει και τις δύο όψεις του διαφράγματος. Μεταξύ των διαδρομών για προσέγγιση από 0 και 180 υπάρχει διαφορά δρόμου D της τάξης του 1 cm, ανάλογα με την κατασκευή, δημιουργούμενη από το πάχος του δακτυλίου που περιβάλει το διάφραγμα. Η διαφορά αυτή: 1. Δεν δημιουργεί διαφορά στάθμης λόγω διαφοράς δρόμου γιατί η απόσταση πηγής- mike είναι πάρα πολύ μεγαλύτερη της διαφοράς δρόμου D. 2. Δημιουργεί όμως διαφορά φάσης, κατ επέκταση δε διαφορά πίεσης, βάσει της οποίας μετατοπίζεται το διάφραγμα και παράγει ηλεκτρικό σήμα. Όταν η πηγή βρίσκεται στις 90 (270 ) δεν υπάρχει διαφορά δρόμου (φάσης) και συνεπώς το mike δεν παρέχει σήμα. Αντίθετα, οι διευθύνσεις 0 και 180 είναι θέσεις μέγιστης διαφοράς φάσης, άρα και μέγιστου σήματος. Οι άλλες διευθύνσεις αποτελούν ενδιάμεση κατάσταση μεταξύ αυτών των δύο άκρων, συνεπώς αντιλαμβάνεστε ότι πράγματι το πολικό διάγραμμα ενός τέτοιου mike πρέπει να έχει τη μορφή του Σχ Είναι πολύ σημαντικό να συνειδητοποιήσετε ότι στο figure of 8 όλο το πίσω ημισφαίριο είναι εκτός φάσεως σε σχέση με το εμπρός. Αυτό συμβαίνει γιατί κάθε ας πούμε θετική μετατόπιση του διαφράγματος για το εμπρός ημισφαίριο, αντιστοιχεί σε ίδιας τιμής αρνητική μετατόπιση για το πίσω. Έτσι λοιπόν, παρά την απόλυτη συμμετρία εμπρός και πίσω ημισφαιρίου, έχει τεράστια σημασία να ξέρουμε ποία είναι η επιλεγμένη απ τον κατασκευαστή ως on axis (0 ) διεύθυνση, η διεύθυνση δηλαδή πού δίνει "θετικό" σήμα σύμφωνα με τη διεθνώς συμφωνημένη standard πολικότητα της καλωδίωσης για όλα τα μικρόφωνα τα καλώδια και τις κονσόλες. Όταν το figure of 8 λειτουργεί μόνο του σε ένα χώρο λήψης, η παραπάνω ιδιομορφία δεν δημιουργεί πρόβλημα. Αλλά θα δημιουργηθεί ενδεχόμενα τεράστιο τέτοιο, αν στον ίδιο χώρο λειτουργούν και άλλα mics, όχι αναγκαστικά figure of 8s: Ένας ήχος που λαμβάνεται φυσιολογικά από κάποιο mic αλλά και λόγω απροσεξίας- από το πίσω μέρος ενός figure of 8, στην ενδεχόμενη μίξη των δύο σημάτων θα χαθεί τελείως η μερικώς λόγω της καταστροφικής συμβολής (destructive interference) που προκαλεί η παραπάνω αντίστροφη φάση. Τα figure of 8 s σε αντίθεση με τα Omnis ονομάζονται μικρόφωνα διαφοράς πίεσης (pressure gradient mics) επειδή όπως είδαμε λειτουργούν βάσει της διαφοράς πίεσης μεταξύ των δυο διαδρομών προσέγγισης του διαφράγματος. Από εδώ προκύπτει και η ονομασία «όρος διαφοράς πίεσης» για τον β' όρο [ Bcos ϑ ] της γενικής πολικής εξίσωσης (4.3). Βέβαια, η pressure gradient λειτουργία έχει και τις παρενέργειες της... η βασικότερη δε εξ αυτών είναι το ότι το σήμα που παράγει ο μηχανισμός της "διαφοράς πίεσης" εξαρτάται από τη συχνότητα: Η διαφορά δρόμου D, συγκρινόμενη με τα μήκη κύματος που "παίζουν", θα δημιουργήσει κατά την αφαίρεση των δυο πιέσεων "εξάρσεις" και "βυθίσματα" εκεί που αντίστοιχα οι πιέσεις αυτές φασικά προστίθενται ή αφαιρούνται, μ άλλα λόγια, το γνωστό comb filter. Ως αποτέλεσμα των σχετικών υπολογισμών προκύπτει ότι το πλάτος της D P είναι A A AD P = 2 sin ( kd 2) = 2 sin ( π Df c), η δε σχετική τιμή του ως προς το πλάτος Ax της x x προσπίπτουσας P on axis (Σχ. 4.10) θα είναι AD PP= 2 sin ( π Df c). Το Σχ δείχνει τη μεταβολή (σε db) του εν λόγω πλάτους συναρτήσει της συχνότητας, μια κλασσική δηλαδή εικόνα του comb filter. Και πάλι στο Σχ. 4.10: Ονομάζουμε άξονα Χ τη διεύθυνση που δείχνει το προσπίπτον on axis ηχητικό κύμα και θεωρούμε ότι αυτό έρχεται από μια πηγή λογικής απόστασης x και επιπλέον είναι μιας

48 46 συχνότητας κύμα, δηλαδή η πίεση του γράφεται ( ) i(ωt-kx) P= A x e. Άρα, το διάφραγμα κινείται βάσει της διαφοράς πίεσης A i( ωt kx) A i[ ω t k(x+ D)] A i( ωt ( kx) i[ ω t k(x+ D)] D P = e e e e ) επειδή x x + D x x+ D x και η όλη διαφορά πίεσης καταλήγει να είναι μόνο φασική διαφορά. Προκύπτει τελικά 2A i ( ωt kx+π 2 k D / 2) D P =... = sin(k D 2) e. Το δε πλάτος της, συγκριτικά με το πλάτος της x προσπίπτουσας P είναι AD P/ P= 2 sin(kd 2) = 2 sin( π Df c). Εκφράζοντας το σε db παίρνουμε L(f ) 20 log( A DP/ P) = 20 log(2 sin( πdf c) ), (4.7) αυτό δηλαδή που δείχνει το Σχ Είναι κάπως.. απογοητευτικό το αποτέλεσμα, γιατί δείχνει μια ημιτονοειδή αυξομείωση του σήματος που βγάζει το mic συναρτήσει της συχνότητας f. Όμως, κοιτώντας λίγο τις τιμές των εμπλεκόμενων παραμέτρων, το πράγμα γίνεται αμέσως λιγότερο απογοητευτικό: Επειδή η διαφορά δρόμου D στο μικρόφωνο έχει κάποια τιμή της τάξης του εκατοστού (στο Σχ είναι D = 0.9 cm ), το πρώτο peak του φίλτρου ( + 6 db ) εμφανίζεται, όπως βλέπετε, Σχήμα 4.11 στο τέλος του φάσματος, στα Hz περίπου. Δηλαδή, σε όλο πρακτικά το χρήσιμο για μας ηχητικό φάσμα, το μικρόφωνο "βγάζει" τελικά στάθμη που είναι μια απλή αύξουσα συνάρτηση της συχνότητας. Απλή γιατί στο μεγαλύτερο μέρος της, από 6 khz περίπου και

49 47 κάτω, φαίνεται να είναι γραμμική, ευθεία γραμμή δηλαδή, και μάλιστα με ρυθμό αύξησης 6 db /οκτάβα.. Είναι πράγματι έτσι. [..με μια μικρή προσέγγιση: Για f 6 khz η γωνία ( π Df / c ) rads είναι μικρή και ισχύει sin( πdf / c) ( πdf / c). Άρα η (4.7) μετασχηματίζεται στην L(f) = 20 log(a ) = 20 log(2π Df / c) = 20 log(2π D / c) + 20 log(f) = σταθ + 20 log(f), DPP η οποία δηλώνει γραμμική σχέση μεταξύ παραγόμενου σήματος L(f ) και συχνότητας log(f ) ] Με αυτά τα δεδομένα ο μηχανισμός διαφοράς πίεσης (pressure gradient) μπορεί να είναι χρήσιμος, υπό την προϋπόθεση ότι το σήμα ενός τέτοιου μικροφώνου πριν βγει στην έξοδο πρέπει να περνά πρώτα από ένα παθητικού τύπου ηλεκτρονικό φίλτρο ακριβώς "ανάποδης" κλίσης, έτσι ώστε, αθροιστικά, να επιτυγχάνεται η flat απόκριση. Όπως βλέπετε, το κλειδί στην όλη υπόθεση είναι το μέγεθος της διαφοράς δρόμου D μεταξύ των δυο διαδρομών προσέγγισης του διαφράγματος. (γ). Μικρόφωνο CARDIOID. Αν στην (4.3) θέσουμε B = 0.5 παίρνουμε: s( ϑ ) = cosϑ (4.8) α) s( ϑ ) = cos ϑ β) N( ϑ ) = 20 log( cos ϑ ) Σχήμα 4.12: Cardioid, πολικό διάγραμμα. Η μορφή του πολικού διαγράμματος (Σχ. 4.12) δηλώνει ένα mike το οποίο είναι πρακτικά ευαίσθητο μόνο στη μπροστινή περιοχή, ενώ έχει μηδενικό σήμα στις 180. Ονομάζεται επομένως για προφανείς λόγους unidirectional, μονοκατευθυντικό. Υπάρχουν, όπως θα

50 48 δούμε, πάνω από ένα μονοκατευθυντικά πολικά διαγράμματα, η δε (4.8) παριστάνει το πιο συνηθισμένο, το οποίο ονομάζεται καρδιοειδές, cardioid. Αρχή λειτουργίας. Δείτε το μοντέλο του Σχ Με βάση τη διαδρομή για τη προσέγγιση της εξωτερικής πλευράς του διαφράγματος που δίνει εκεί πίεση P 1, Κατά την πρόσπτωση από τη διεύθυνση των 90º ( θ= 90 στο Σχ. 4.13), η διαφορά δρόμου για την πίσω όψη είναι ακριβώς D, η "εσωτερική" δηλαδή διαδρομή απ την οπή στο διάφραγμα, συνεπώς υπάρχει διαφορά φάσης 0 και το mike έχει σήμα στις 90º. Σε πρόσπτωση on axis, 0º, το κύμα πρέπει να διανύσει δύο φορές την D για να προσεγγίσει την πίσω όψη του διαφράγματος. Στις ενδιάμεσες θέσεις -και πάλι για την πίσω όψη- προστίθεται (αλγεβρικά) στην D η επιπλέον διαφορά δρόμου D e μεταξύ διαφράγματος και οπής, όπως δείχνει καθαρά το Σχ Παρεμπιπτόντως, ισχύει = D cos θ. De Η μόνη θέση από την οποία οι δύο διαδρομές δεν έχουν διαφορά είναι εκείνη των 180º off axis. Έτσι, λόγω έλλειψης διαφοράς φάσης δεν υπάρχει σήμα για τη διεύθυνση αυτή. Όλ αυτά φαίνεται να ταιριάζουν καλά με το καρδιοειδές πολικό διάγραμμα. Μια ακριβής φυσικομαθηματική ανάλυση είναι σε θέση να αποδείξει ότι όντως "καρδιά" είναι το πολικό διάγραμμα της εν λόγω κατασκευής. Σχήμα 4.13: Cardioid, κατασκευαστική αρχή: Το διάφραγμα είναι η επιφάνεια που "δείχνουν" οι πιέσεις P 1 και P 3. Η πίσω όψη του προσεγγίζεται απ το άνοιγμα / οπή στη "θέση" P 2, που υπάρχει γύρω-γύρω, περιμετρικά. Εννοείται ότι το πρόβλημα της ανάλογης προς τη συχνότητα τάσης εξόδου που "ανακαλύψαμε" ότι παράγουν τα Figure of 8 s ισχύει και εδώ, ακολουθούνται επομένως πάλι οι ίδιες κατασκευαστικά- διαδικασίες. Το καινούργιο και ενδιαφέρον στοιχείο στην πολική εξίσωση (4.8) του καρδιοειδούς είναι ότι περιέχει και τον όρο πίεσης ( Omni) και τον όρο διαφοράς πίεσης ( Figure of 8). Παράλληλα, η μορφή της φαίνεται να υποδηλώνει ότι η προσθαφαίρεση μικροφωνικών

51 49 σημάτων έχει το μαθηματικό της ανάλογο. Δηλαδή, η πραγματική συνολική λήψη των mics συμφωνεί με το άθροισμα των αντίστοιχων πολικών εξισώσεων.. Όντως, το καρδιοειδές πολικό διάγραμμα είναι το άθροισμα ενός Omni και ενός Figure of 8 που βρίσκονται στην ίδια θέση και με τις on axis διευθύνσεις τους να συμπίπτουν: Omni + Figure of 8 = s1+ s2 = 1+ cos ϑ s ολ ( ϑ ) Από την άλλη, η συνθήκη (4.4) μαζί με την s ολ (0) = 2 μας υποχρεώνει να ορίσουμε: s( ϑ ) = s ολ ( ϑ) 2 s( ϑ ) = cos ϑ. Σημειωτέον ότι η παραπάνω άθροιση υπονοεί ίδιο level στα αθροιζόμενα σήματα. Χρήσιμο είναι όμως να την δείτε σαν ειδική περίπτωση (με α= 1) της γενικότερης s= s1+α s 2, 0< α 1 Τέτοιες προσθαφαιρέσεις θα συναντήσουμε στο μέλλον.. Πειραματική επιβεβαίωση του πράγματος είναι άμεσα εφικτή. Ενδεχόμενες μετρήσεις θα επιβεβαιώσουν τη πρόσθεση. Μπορούμε όμως και να την προβλέψουμε: Στη διεύθυνση 0 θα έχουμε ένα έντονο σήμα λόγω της άθροισης των δύο, 1+ 1= 2, θα το πούμε αυτό 100%, δηλαδή 0 db. Στις θέσεις ± 90 θα έχουμε 1+ 0= 1, δηλαδή 50%, δηλαδή 6 db. Στο πίσω ημισφαίριο, λόγω της αντίστροφης εκεί πολικότητας του figure of 8, θα έχουμε αφαίρεση των σημάτων και στις 180 ακριβώς μηδέν σήμα, δηλαδή 0%, δηλαδή ας πούμε 30 db, όπως λέει και το Σχ κλπ, κλπ. Είναι αναμενόμενο οι κατασκευαστικές εταιρείες μικροφώνων να εκμεταλλεύονται αυτή τη δυνατότητα προσθαφαίρεσης επειδή δίνει σ ένα μικρόφωνο το σπουδαίο πλεονέκτημα της παροχής πολικών διαγραμμάτων περισσότερων του ενός. Από πολύ σοβαρές κυρίωςεταιρείες φτιάχνονται μικρόφωνα με δυο διαφράγματα "αντικριστά" τοποθετημένα έτσι ώστε προσθαφαιρώντας τα σήματα τους να προκύπτουν διάφορα συνήθως τα τρία ήδη γνωστά πολικά διαγράμματα. Δείτε πχ το πασίγνωστο μοντέλο U87 της Neumann στο Σχ Σχήμα 4.14: Το μοντέλο U87 της Neumann: Περιλαμβάνει τα πολικά διαγράμματα Omni, Figure of 8 και Cardioid.

52 50 Όμως, συμβαίνει το οξύμωρο εκ πρώτης όψεως γεγονός ότι τα εν λόγω δυο διαφράγματα έχουν αφ ενός μεν ίδιο πολικό διάγραμμα, αφ ετέρου δε αυτό είναι το cardioid! Αυτή η αντίφαση είναι φαινομενική με της εξής έννοια: Αξιολογικά, πρώτο ρόλο παίζει η μεγάλη πράγματι χρησιμότητα και λειτουργικότητα της ύπαρξης πολλών πολικών διαγραμμάτων σε ένα μικρόφωνο. Δεύτερο στοιχείο είναι το ότι κατασκευαστικά είναι ευκολότερη η χρήση δυο ίδιων διαφραγμάτων, τρίτο δε στοιχείο και σπουδαιότερο είναι το γεγονός ότι τα cardioids είναι πολύ πιο εύχρηστα στις προσθαφαιρέσεις.. Προσπαθήστε πχ μόνοι σας να "βγάλετε" το Omni και το Figure of 8 με προσθαφαιρέσεις των δυο cardioids έτσι όπως είναι τοποθετημένα- στο Neumann U87 του σχήματος. Τέλος, ανεξάρτητα και πέρα από τις παραπάνω κατασκευές, η προσθαφαίρεση σημάτων διαφορετικών μικροφώνων / διαγραμμάτων έχει μια αξία από μόνη της και προτείνεται η χρήση της για δημιουργικούς σκοπούς, χωρίς βέβαια να ξεχνιέται και η πιθανότητα "καταστροφικών" αποτελεσμάτων εξ αιτίας απρόσεκτης χρήσης. Πχ, στη περίπτωση δυο αντικριστά τοποθετημένων μουσ. οργάνων και των αντίστοιχων καρδιοειδών συνήθωςμικροφώνων τους... συνειδητοποιείτε ότι τα δυο mics φτιάχνουν ένα Omni που γράφει όλο το χώρο του recording room, δηλαδή παραπάνω ενδεχομένως απ ό,τι χρειάζεστε?? OFF AXIS COLORATION Off axis coloration σημαίνει «χρωματισμός σε εκτός άξονος θέσεις» Υπονοεί την ελαττωμένη σε κάποιο βαθμό λήψη των υψηλών κατά βάση συχνοτήτων (ελαττωμένη και η ποιότητα λήψης επομένως) καθώς "φεύγουμε" από την on axis θέση πηγαίνοντας σε πιο πλάγιες τέτοιες. Φαίνεται το γεγονός στο Σχ Καταλαβαίνετε ότι δεν θίγουμε εδώ την κατευθυντικότητα των πολικών διαγραμμάτων κάθε πολικό διάγραμμα αφορά θεωρητικώς σε όλες τις συχνότητες- αλλά, βάσει της Αρχής της Αντιστρεψιμότητας (Reciprocity Principle), την επέκταση και στα μικρόφωνα του γνωστού χαρακτηριστικού των πηγών ήχου, συγκεκριμένα τη σταδιακή αύξηση της κατευθυντικότητας καθώς αυξάνει η συχνότητα εκπομπής. Προχωρώντας λίγο πιο πέρα, μπορούμε να πούμε ότι, κατασκευαστικά, τα πράγματα είναι λίγο καλύτερα για τα μικρόφωνα απ ότι για τις πηγές ήχου. Δείτε δυο λόγους: 1). Σε γενικές γραμμές, το μικρών διαστάσεων διάφραγμα είναι πλεονέκτημα. Έτσι λοιπόν, ενώ η Omni πηγή ήχου είναι βασικά θεωρητική υπόθεση, υπάρχουν μικρόφωνα πίεσης (πχ Earthworks, DPA) με διάμετρο κάψας πολύ μικρότερη του μήκους κύματος των 20 khz (1.72 cm ) που είναι πρακτικά τέλεια. 2). Στις pressure gradient κατασκευές, η ύπαρξη του φίλτρου ευθυγράμμισης της απόκρισης συχνότητας σε συνδυασμό με το μέγεθος της κάψας δίνει την δυνατότητα στους σοβαρούς κατασκευαστές να "παίξουν" με αυτά και να εφεύρουν διάφορες πατέντες που ελαχιστοποιούν το πρόβλημα. Αυτό όμως ανεβάζει πολύ το κόστος των καλών πράγματι κατευθυντικών μικροφώνων. Εν τέλει, είναι σημαντικό να ξέρουμε ότι κάποιες λήψεις απαιτούν πραγματικά το κάλλιστο στο θέμα του πολικού διαγράμματος (πχ piano close miking, xy stereo κ.τ.λ.). Σ αυτές λοιπόν τις περιπτώσεις πρέπει να αποφεύγεται κάθε "φτηνή" λύση παρεμπιπτόντως, το πολικό διάγραμμα του Σχ αφορά σ ένα πολύ καλό μικρόφωνο, φαίνεται άμεσα αυτό..

53 51 Σχήμα PROXIMITY EFFECT (φαινόμενο εγγύτητας) Έτσι ονομάζεται το φαινόμενο της υπέρμετρης αύξησης της απόκρισης των χαμηλών μόνο συχνοτήτων, που συμβαίνει όταν η απόσταση ηχητικής πηγής μικροφώνου είναι μικρή, πρακτικά κάτω από 50 cm. Σχήμα 4.16: Proximity effect. Οφείλεται στην pressure gradient αρχή λειτουργίας, εμφανίζεται δηλαδή όταν B 0. Προσέξτε το Σχ. 4.16: Η εν λόγω αύξηση των χαμηλών συχνοτήτων είναι τόσο μεγαλύτερη

54 52 όσο μικρότερη είναι η απόσταση πηγής mike. Συνεπώς, απομακρύνοντας το mike το φαινόμενο σταδιακά ελαττώνεται, και εξαλείφεται πλήρως από 50 cm και πάνω, περίπου. Το Proximity effect πρέπει να θεωρηθεί σαν ένα αναγκαίο κακό για τα pressure gradient mics. Πολλά από αυτά διαθέτουν ηλεκτρικό roll-off για αντιμετώπιση του. Από την άλλη όμως, συχνά χρησιμοποιείται αυτό σαν μέσο δημιουργίας "όγκου" στη χαμηλή περιοχή, ή για επίτευξη συγκεκριμένης απόκρισης στα χαμηλά σε συνδυασμό με equalization. Κλασσικές τέτοιες "θετικές" χρήσεις του proximity effect είναι στις φωνές και το Bass drum. Όσον αφορά τώρα την αιτιολόγηση / ερμηνεία του συγκεκριμένου φαινομένου: Ανατρέξτε πάλι στη παράγραφο 4.2.3(β) όπου αναλύεται η pressure gradient-λειτουργία: Η παραδοχή ότι η προκύπτουσα διαφορά πίεσης λόγω διαφοράς δρόμου είναι μόνο φασική διαφορά, όχι και διαφορά πλάτους, απλά δεν ισχύει όταν η απόσταση πηγής-mike είναι αρκετά μικρή, κάτω από 0.5 m πρακτικά. [Θα ισχύει επομένως για την ΔP η χωρίς προσέγγιση σχέση, δηλαδή A i(ωt kx) A i(ωt k(x+ D)) ΔP = e e =... ] x x+ D Αποδεικνύεται τελικά ότι το πλάτος αυτής της ΔP προκύπτει ανάλογο των όρων (1 x) και sin( π Df / c). Μ άλλα λόγια, η τιμή του αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας λόγω του ημίτονου, αλλά και με την ελάττωση της απόστασης λόγω του όρου ( 1x ). Το αποτέλεσμα της σύγχρονης λειτουργίας αυτών των δυο στοιχείων σχετίζεται κατά βάση με τη μορφή και με το ρυθμό μεταβολής κάθε μιας απ τις εν λόγω συναρτήσεις. Δείτε λοιπόν σε πρώτη φάση το Σχ και θα συνειδητοποιήσετε ότι.. μπορούμε να μαντέψουμε το αποτέλεσμα: Σχήμα 4.17 Με την απόσταση της πηγής σε φυσιολογικά επίπεδα μπορεί και ισχύει η προσέγγιση x+ D x, το σήμα του μικροφώνου συμπεριφέρεται όπως δείχνει το Σχ. 4.11, που σημαίνει ότι φτιάχνεται στην ουσία από τον όρο του ημιτόνου.. πρώτο τεταρτημόριο στη γραφική παράσταση του Σχ Αν τώρα αρχίσουμε να ελαττώνουμε την απόσταση, τίποτα δεν πρόκειται ν αλλάξει σε πρώτη φάση, γιατί ο όρος ( 1x ) μεγαλώνει απελπιστικά αργά σε σχέση με το ημίτονο. Θα αλλάξει όμως αν η απόσταση μικρύνει "επικίνδυνα", κάτω από ένα μέτρο πρακτικά. Το άλμα της καμπύλης είναι μεγάλο και θα αλλοιώσει την ημιτονοειδή συμπεριφορά, επιπλέον δηλαδή

55 53 level στο μικρόφωνο, που θα γίνει αισθητό κυρίως εκεί που το ημίτονο έχει μικρές τιμές, δηλαδή στις χαμηλές συχνότητες. Δείτε το πλήρες αποτέλεσμα στο Σχ Σχήμα 4.18: Το Proximity effect πάνω στην pressure gradient απόκριση. Φαίνεται η επίδραση της x+ D x συγκριτικά με την προσεγγιστική λύση ( x+ D x) του Σχ Μην δίνετε ιδιαίτερη σημασία στους αριθμούς των db s σχετικά με τις αυξήσεις level στις κοντινές αποστάσεις, γιατί λείπουν οι κατάλληλοι συντελεστές αναλογίας. Κρατήστε όμως την ουσία του πράγματος που είναι ότι, αφού το σήμα περάσει απ το παθητικό φίλτρο ανάποδης κλίσης, θα προκύψει μια flat απόκριση επί της οποίας όμως θα υπάρχει το επιπρόσθετο level στις χαμηλές συχνότητες. Κλείνουμε με τη παρατήρηση ότι το proximity effect συμβαίνει σε όλα τα "διαφοράς πίεσης" (pressure gradient) μικρόφωνα, είναι όμως εντονότερο (μεγαλύτερη αύξηση) στα figure of 8 s επειδή σ αυτά η D είναι κατασκευαστικά μικρότερη απ ότι στα cardioids αλλά και σ άλλα διαφοράς πίεσης mics που θα γνωρίσουμε αργότερα.

56 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΜΙΚΡΟΦΩΝΩΝ Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Όπως ήδη ξέρετε, η σημασία της κατευθυντικότητας στο χώρο των μικροφώνων έγκειται στο γεγονός ότι, εξ ορισμού, εκτός της πηγής που ενδιαφέρει, το mike καταγράφει και κάποια ποσότητα από το διάσπαρτο / random πεδίο του περιβάλλοντος, η δε χρησιμότητα των πολικών διαγραμμάτων βρίσκεται ακριβώς στο ότι μέσω αυτών μπορεί να ελέγχεται αυτή η ποσότητα. Εκτός από τις ειδικές εκείνες περιπτώσεις που στόχος είναι η ηχητική καταγραφή του περιβάλλοντος, το ενδιαφέρον υπάρχει για κάποια συγκεκριμένη ηχητική πηγή, οπότε, οτιδήποτε άλλο υπάρχει στο πεδίο είναι... θόρυβος? όχι αναγκαστικά, διότι υπάρχει και η αντήχηση της πηγής (ενδεχομένως υπάρχει μόνον αυτή), η οποία σε αρκετές περιπτώσεις είναι χρήσιμη... Όλες αυτές οι σκέψεις οδηγούν στη παρακάτω διαπίστωση: Σε κάθε ηχητική λήψη μέσω μικροφώνου, το θέμα δεν εξαντλείται με την συγκέντρωση της προσοχής μας στα δυο αντικείμενα, ηχητική πηγή και μικρόφωνο. Πρέπει να δούμε ακόμη ότι το mike κολυμπάει σε ένα διάσπαρτο ηχητικό πεδίο το οποίο δυνάμει καταγράφει. Το διάσπαρτο αυτό πεδίο δεν είναι a priori καλό ή κακό. Ο ηχολήπτης επομένως πρέπει να 'χει κάτω από τον απόλυτο έλεγχο του το ποσοστό αυτού του πεδίου που καταγράφεται. Θυμηθείτε τώρα εδώ ότι ο βασικός παράγων που καθορίζει το level της χρήσιμης πηγής στο συνολικό σήμα είναι η απόσταση πηγής μικροφώνου, και θα καταλήξετε στο παρακάτω συμπέρασμα: Κατά την ηχογράφηση μιας συγκεκριμένης ηχητικής πηγής, το μικρόφωνο δίνει ένα σήμα το οποίο εμπεριέχει τον ήχο της πηγής αφ ενός αλλά και "θόρυβο" αφ ετέρου. Τα εργαλεία ελέγχου της αναλογίας των είναι τα εξής δυο: 1). Η απόσταση πηγής-mike: Αφού το random πεδίο από τη φύση του έχει πρακτικά την ίδια τιμή έντασης σε όλα τα σημεία του χώρου, παραμένει σταθερή η τιμή του κατά την όποια μεταβολή της απόστασης πηγής μικροφώνου. Άρα, η μεταβολή της απόστασης μεταβάλλει αντίστοιχα σύμφωνα με τον γνωστό νόμο e 1r- την ποσότητα της κύριας πηγής στο σύνολο. 2). Η κατευθυντικότητα του μικροφώνου: Μέσω αυτής είναι δυνατή είτε η απόρριψη είτε η ελάττωση συμμετοχής κάποιων περιοχών του χώρου στο συνολικό σήμα. Μ άλλα λόγια, το πολικό διάγραμμα καθορίζει την ποσότητα του χώρου που συμμετέχει στο σύνολο. Ως προς την κατευθυντικότητα επομένως μπαίνει θέμα συγκριτικής μελέτης των διαφόρων πολικών διαγραμμάτων καθώς και των σχετικών συνεπειών.. θα μπορέσουμε δε όλα αυτά να τα εκφράσουμε και ποσοτικά RANDOM ENERGY EFFICIENCY (REE). Υποθέστε λοιπόν ότι ένα μικρόφωνο βρίσκεται σε κάποιο χώρο και ζητάμε κατ αρχήν να υπολογίσουμε την ακουστική ισχύ W που δέχεται.. εννοούμε φυσικά πλήρη τρισδιάστατο ac

57 55 χώρο, δείτε επομένως στο Σχ πώς πρέπει να φαντάζεστε τα γνωστά πολικά διαγράμματα. Σχήμα 4.19: Τρισδιάστατα πολικά διαγράμματα, s = s( ϑ,φ). Ως προς την ουσία του πράγματος, τα δυο διαφορετικής φύσεως ηχητικά πεδία που δέχεται το μικρόφωνο χρειάζονται διαφορετική αντιμετώπιση.. Για το direct σήμα ισχύει το σκεπτικό της δια του οποίου καταλήξαμε στη σχέση (4.2) για την τάση εξόδου e(r, ϑϕ, ) του μικροφώνου.. την ξαναγράφουμε: Eax e(r, ϑϕ, ) = e ή max (r) s( ϑϕ, ) = s( ϑϕ, ) (4.9) πηγ r έχοντας συμπεριλάβει την αλλαγή E Eax που θα θυμίζει ότι στα μικρόφωνα «maxδιεύθυνση» είναι η «on axis». Η προσπίπτουσα ακουστική ισχύς της πηγής θα δημιουργήσει 2 W πηγ, ανάλογη προφανώς της e (r, ϑϕ, ). Γράφουμε την αντίστοιχη ηλεκτρική του mike ( ) el el ή πηγ ή = 2 ϑϕ όπου Κ σταθερά. Δηλαδή 2 2 Cax K Eax, 2 Cax el ή 2 2 (W ) K e (r,, ) χρησιμοποιώντας τη συντόμευση 2 2 (W el) πηγ ή = K (Eax r) s ( ϑϕ, ), και (W ) πηγ = s ( ϑϕ, ) (4.10) r Για το random πεδίο επιβάλλεται, από πλευράς μικροφώνου, η ισοδύναμη αντιμετώπιση όλων των διευθύνσεων του χώρου. Αυτό σημαίνει ότι το mike, ευρισκόμενο μέσα σ ένα ηχητικό πεδίο που από κάθε διεύθυνση του "έρχεται" η ίδια πληροφορία, μ άλλα λόγια, σε ένα διάχυτο πεδίο (diffused field), θα καταγράψει το σύνολο αυτής της πληροφορίας αν είναι Omni, η αλλιώς, κάποιο ποσοστό της, σύμφωνα με το πολικό του διάγραμμα s( ϑϕ, ). Σχετικά, έχουμε ξαναπεί ότι η βασική ιδιότητα αυτού του diffused/ random πεδίου είναι ότι η ένταση του είναι ίδια σε κάθε σημείο του χώρου. Λεπτομερέστερα, θεωρούμε ότι αυτό προκύπτει από ένα πρακτικά άπειρο πλήθος επιπέδων κυμάτων κινουμένων άτακτα, επομένως με την ίδια πιθανότητα σε κάθε διεύθυνση, άρα, κάθε σημείο του χώρου «βομβαρδίζεται» από έναν τεράστιο αριθμό επιπέδων κυμάτων ίδιου πλάτους, απ όλες τις διευθύνσεις, ομοιόμορφα. Βάσει λοιπόν αυτού του μοντέλου, αν I( ϑϕ, ) είναι η ένταση του επιπέδου κύματος της

58 56 διεύθυνσης ( ϑϕ, ), η συνολική ένταση βλέπε άθροιση σ όλες τις διευθύνσεις- θα είναι I = I( ϑϕ, ) sin ϑdϑdϕ= I sin ϑdϑdϕ I dω= 4πI oλ, αφού I( ϑ, ϕ ) = I = σταθ. σε κάθε διεύθυνση. Αυτή λοιπόν, η Ioλ 4 I 4π = π, είναι η τιμή της ίδιας παντού έντασης του random ηχητικού πεδίου. [Δυο λόγια για τη στερεά γωνία Ω: Πάνω σε μια σφαιρική επιφάνεια ακτίνας r, στη διεύθυνση ( ϑ,φ) αντιστοιχεί η στοιχειώδης (απειροστή) επιφάνεια ds 2 = r sinϑd ϑ dφ σε σφαιρικές συντεταγμένες. Η ποσότητα dω = sinϑd ϑ dφ είναι η στοιχειώδης στερεά γωνία που αντιστοιχεί στη διεύθυνση ( ϑ,φ). Όλες οι διευθύνσεις του 3D χώρου φτιάχνουν στερεά γωνία π 2π Ω = sinϑd ϑ dφ = 4π sr (steradians) αντιστοιχώντας στο εμβαδόν ϑ=0 φ=0 2 4πr της σφαιρικής επιφάνειας,.. με την ίδια λογική που στο επίπεδο όλες οι διευθύνσεις φτιάχνουν 2π γωνία dϑ= 2π rad αντιστοιχώντας στη περιφέρεια κύκλου 2πr ]. 0 Το μικρόφωνο τώρα, όντας σε μια τυχαία θέση στο χώρο, από την I μιας οποιασδήποτεδιεύθυνσης ( ϑ1, ϕ 1) θα βγάλει μια τάση εξόδου e( ϑ1, ϕ 1) = Bax s( ϑ1, ϕ 1) [ B ax : η αντίστοιχη της E ax στην (4.9) για το random πεδίο (δεν υπάρχει εδώ r ) που και πάλι εκφράζει την (ίδια) επιλεγμένη ευαισθησία του], άρα, ένα ηλεκτρικό σήμα ισχύος (W) el ϑ1, ϕ = KB 1 ax s( ϑ 1, ϕ 1) Gax s( ϑ 1, ϕ 1). Δε μένει επομένως παρά ή άθροιση ισχύων όλων των διευθύνσεων: (W ) = G s ( ϑ, ϕ) sin ϑ dϑdϕ (4.11) 2 2 el χώρος ax ϑϕ, Μπορείτε σ αυτό το σημείο να συνειδητοποιήσετε ότι το εν λόγω ολοκλήρωμα είναι το ηλεκτρικό ανάλογο του παραπάνω ολοκληρώματος για την I ολ ( I P e s ). Βλέπετε έτσι ότι η ουσία του πράγματος έγκειται στο ότι την σταθερότητα του πλάτους P σε κάθε διεύθυνση την "χαλάει" η κατευθυντικότητα του μικροφώνου γι αυτό η s( ϑϕ, ) παραμένει μέσα στο ολοκλήρωμα, εξ ου και η μορφή της (4.11) που βλέπετε. Για το Omni μικρόφωνο η εν λόγω ισχύς γίνεται o 2 el χώρος o (W ) = 4π G (4.12) που σημαίνει τις πληροφορίες όλου του χώρου, μ άλλα λόγια το ηλεκτρικό ανάλογο της Ioλ = 4 π I. Συμπέρασμα: Έχοντας λοιπόν τα δυο μικρόφωνα (κατευθυντικό και omni) στο random ηχητικό πεδίο και θέτοντας λογικά- ίδιες τις ευαισθησίες τους ( Gax = Go ), ο λόγος των ισχύων γίνεται που σημαίνει το εξής: ( W ) el χώ ρος ϑ, ϕ o ( Wel ) χώρος = 2 s ( ϑ, ϕ) sin ϑ dϑdϕ 4π (4.13)

59 57 Εξ αιτίας της κατευθυντικότητας ένα μέρος της ακουστικής πληροφορίας που πέφτει πάνω στο μικρόφωνο χάνεται. Μόνο το Omni mike καταγράφει το σύνολο τηςw ac, το σύνολο του χώρου. Συνιστά λοιπόν ο παραπάνω λόγος μια παράμετρο που η τιμή της δίνει (σε επίπεδο ηλεκτρικού σήματος) την ισχύ του random ηχητικού πεδίου που καταγράφει το τυχαίο πολικό διάγραμμα ως ποσοστό της συνολικής ισχύος του random πεδίου, αυτής δηλαδή που γράφει το Omni. Βλέπετε ότι ο στόχος μας, η συγκριτική ταξινόμηση των διαφόρων πολικών διαγραμμάτων, επιτυγχάνεται μέσω της (4.13). Δείτε στη συνέχεια την ορολογία που χρησιμοποιείται για όλ αυτά: 1). «Ξεχνώντας» τον συντελεστή αναλογίας G ax, στην ( Wel ) χ ώ ρος δίδεται το όνομα Random Energy Response RER: 2 2 ϑ,φ 4π RER = s ( ϑ,φ) sinϑdϑdφ s ( ϑ,φ) dω (4.14) Θα μεταφράζαμε «απόκριση διάσπαρτου (random) πεδίου». Δείχνει τη ποσότητα του random πεδίου που καταγράφεται. RER = 4 π για το Omni σημαίνει το σύνολο του, προφανώς. o 2). Ο λόγος (4.13) ονομάζεται Random Energy Efficiency REE: o 2 4π s( ϑ,φ) dω RER REE = = (4.15) RER 4π Είναι απολύτως πετυχημένο νοηματικά το όνομα: Random Energy Efficiency, δηλαδή απόδοση (συντελεστής απόδοσης) στη random ενέργεια. Πρόκειται για έναν ειδικό για τα μικρόφωνα τρόπο μέτρησης /έκφρασης της κατευθυντικότητας: Όσο μικρότερη η τιμή του, τόσο μεγαλύτερη η κατευθυντικότητα του mike, με την έννοια της μεγαλύτερης απόρριψης του ήχου του περιβάλλοντος. [Υπάρχει και μια δεύτερη, διαφορετική αλλά ισοδύναμη προσέγγιση στο τρόπο ορισμού της κατευθυντικότητας των μικροφώνων, η οποία βασίζεται στην απαίτηση λήψης ίδιας ισχύος (ίδιου level) σήματος του random πεδίου από ένα τυχαίο κατευθυντικό mike και ένα Omni. Ισχύουν τα εξής: 2 για το κατευθυντικό (W ) = G 4π REE el χώρος ax o 2 2 el χώρος = o o = o για το Omni (W ) G 4π REE G 4π. Εξισώνοντας, Gax 1 Gax REE = G o = 2 G REE G Ο λόγος G 2 ax 2 o o ονομάζεται Directivity Factor, DRF: DRF = 1 REE (4.16) O λόγος Gax G o δεν παύει να είναι λόγος ευαισθησιών των δυο mics, πλην όμως εδώ, η εξίσωση των ισχύων απαιτεί διαφορετικές ευαισθησίες, άρα Gax Go 1. Ισχύει DRF 1, με DRF = 1 για τα Omnis. Λέει ο παράγοντας αυτός πόσες φορές λιγότερος είναι ο χώρος που καταγράφει το κατευθυντικό mike σε σχέση με το Omni, ή, μ άλλα λόγια, δηλώνει τον βαθμό απόρριψης του random πεδίου. Βλέπετε ότι νοηματικά στο ίδιο συμπέρασμα καταλήγει και ο αντίστροφος παράγοντας, ο REE.

60 58 Πάντως, έχει ενδιαφέρον το γεγονός ότι ο DRF (με άλλο συμβολισμό, Q αντί για DRF) χρησιμοποιείται για την ποσοτική έκφραση της κατευθυντικότητας των πηγών ήχου. Η ίδια λογική λοιπόν εφαρμόζεται και στα μικρόφωνα και στις πηγές του ήχου.] Οι ορισμοί (4.14) και (4.15) είναι γραμμένοι στη πλήρη τους μορφή. Χρησιμοποιώντας τα γνωστά περί συμμετρίας των πολικών των διαγραμμάτων [s( ϑϕ, ) s( ϑ ) ] θα βρούμε ότι 2π π π s(, ϑ ϕ)dω= s( ϑ)sinϑdϑdϕ= 2π s( ϑ)sinϑdϑ. 4π ϕ= 0ϑ= 0 ϑ= 0 Οπότε, π 2 και ϑ= 0 RER = 2π s ( ϑ) sin ϑdϑ π 2. ϑ= 0 1 REE = s ( ϑ)sin ϑϑ d 2 Αντικαθιστώντας τέλος τη γενική έκφραση της s( ϑ ) -σχέση (4.3)- και λύνοντας το ολοκλήρωμα, η REE θα πάρει τη μορφή: 2 REE=43B -2B+1 (4.17) Μια απλή αντικατάσταση τιμών του Β στην (4.17) δίνει αμέσως αποτελέσματα σύγκρισης των αντίστοιχων πολικών διαγραμμάτων: 1. Φυσικά το Omni δίνει REE = 1 100% 2. Για τα καρδιοειδή: B = 0.5 REE = % Δηλαδή η καρδιά "πιάνει" μόνο το 33,3% του διάσπαρτου πεδίου που πιάνει το Omni, ή, όπως συνήθως λέμε στα γρήγορα, "το 33,3% του χώρου". 3. Για το figure of 8: B = 1 REE = Δηλαδή, καρδιοειδές και figure of 8 καταγράφουν το ίδιο ποσοστό διάσπαρτου πεδίου. Κοιτώντας και τη μορφή των εν λόγω διαγραμμάτων, θα λέγαμε: Ίδια μεν ποσότητα χώρου καταγράφουν, από διαφορετικές περιοχές όμως. Εξ ου και η αξία ύπαρξης και των δυο.. Με τη βοήθεια της REE μπορούμε να ανακαλύψουμε κι άλλες πλευρές της συμπεριφοράς των μικροφώνων Distance factor (DSF) (Παράγων απόστασης). Το Omni mike έχει συντελεστή απόδοσης random πεδίου REE = 1, ενώ στους άλλους τύπους πολικών διαγραμμάτων, δηλαδή στα κατευθυντικά μικρόφωνα, το REE σταδιακά μειώνεται. Αυτό σημαίνει ότι, ως προς την ίδια πηγή, πρέπει αυτά να τοποθετηθούν μακρύτερα από ότι το Omni, αν θελήσουμε καταγραφή της ίδιας αναλογίας direct / random σημάτων. Την ακριβή ποσοτική σχέση αυτού του γεγονότος εκφράζει ο συντελεστής DSF. Ισχύει: 1 DSF = (4.18) REE

61 59 Παράδειγμα: Για το Omni DSF = 1 Για το καρδιοειδές DSF = 1.73 Δηλαδή, με το omni στο 1 m, το cardioid πρέπει να τοποθετηθεί στα 1,73 m για να αποκτήσει κι αυτό την ίδια αναλογία direct / random σημάτων. Συμβολίζοντας τώρα με r o και r dir τις παραπάνω αποστάσεις και επειδή για τα cardioids 1 REE = = 1.733, φαίνεται ενδεχομένως δυνατή η αντικατάσταση της (4.18) από την rdir 1 DSF r = REE, (4.19) o ότι δηλαδή ο DSF είναι ακριβώς ο λόγος των αποστάσεων κατευθυντικού προς omni, r dir r o. Τελικά είναι πράγματι έτσι, φαίνεται άλλωστε πιο καθαρά στην (4.19) το προφανές, ότι οι αποστάσεις των mics από τη πηγή μεταβάλλονται αντιστρόφως ανάλογα των REE τους, δηλαδή των ποσοστών του χώρου που καταγράφουν. Μπορεί τέλος να αποδειχθεί η (4.19): [Το τυχαίο κατευθυντικό mike γράφει το σήμα της πηγής αφ ενός, δηλαδή, βάσει της (4.10), 2 2 Cax 2 el πηγη 2 dir rdir = C ( ϑϕ, ) r = on axis ax 2 ( W ) s ( W ) el πηγη και αφ ετέρου γράφει χώρο, 2 2 ( Wel ) = Gax RER = Gax 4 π REE. χώρος Ο λόγος των δυο σημάτων είναι ( W ) 2 el πηγ ή Cax 1 =. 2 2 W G 4π r REE ( ) el χώρος ax dir Οι C ax, G ax εκφράζουν ευαισθησίες, μ άλλα λόγια δηλώνεται μέσω αυτών η στάθμη που επιλέξαμε να δίνει το mic στη θέση r dir. Είναι μια σταθερά λοιπόν και η παραπάνω σχέση γράφεται εν συντομία ( W el ) ( W el ) ( 4 r 2 dir REE ) πηγ ή χώρος = σταθ π. Προφανώς μια αντίστοιχη σχέση υπάρχει και για το omni mic. Οπότε βολεύει εδώ να επιλέξουμε ίδιες στάθμες για να φύγει η εν λόγω σταθερά και να φανεί η σχέση των υπόλοιπων στοιχείων: ( Wel ) ( W ) πηγη el χωρος o ( Wel ) o ( Wel ) πηγη = χωρος σταθ σταθ = 4π r 2 REE 4π r 2 dir o r REE r 2 dir = dir o r 1 DSF r = REE ] o Unidirectional index (UDI) (Δείκτης μονοκατευθυντικότητας) Ο δείκτης αυτός, όπως λέει και τ όνομα του, συγκρίνει τις ευαισθησίες εμπρός (REF) και πίσω (REB) ημισφαιρίου. UDI = REF (4.20) REB Προφανώς REE = REF + REB. Στις πράξεις υπολογισμού επομένως, στις ολοκληρώσεις ως προς την ϑ, για τα REF και REB τα επιλεγόμενα διαστήματα είναι {0,π/2} και {π/2,π}

62 60 2 αντιστοίχως. Εύκολα προκύπτει ότι: REF 1 2 ( B 3 B 1) 2 REB = 1 2 ( 7 B 3 3 B + 1) = + και B 3-B+1 Οπότε: UDI = 2 7 B 3-3 B+1 2 (4.21) Παράδειγμα: Για Omni -και Figure of 8 προφανώς- UDI = 1, ενώ για Καρδιοειδές UDI = 7. Όπως και σχηματικά φαίνεται, αυτό σημαίνει ότι στο Καρδιοειδές, το ποσοστό REE του "χώρου" που γράφεται (33,3 %), μοιράζεται μεταξύ μπροστινού και πίσω ημισφαιρίου με αναλογία 7/1 αντιστοίχως. (α). Μικρόφωνο SUPERCARDIOID. Η "πριμοδότηση" λοιπόν του εμπρός ημισφαιρίου οδηγεί σε αύξηση του UDI... λογικά επομένως μπορούμε να θέσουμε το ερώτημα πότε παίρνει μέγιστη τιμή ο εν λόγω συντελεστής. Το πότε σημαίνει ουσιαστικά για πια τιμή του Β, αφού UDI = UDI(B). Μαθηματικά πρόκειται για ένα απλό πρόβλημα Ανάλυσης, δια του οποίου προκύπτει 3 3 B = Έχουμε λοιπόν ένα καινούργιο πολικό διάγραμμα με την εν λόγω τιμή: 2 s ( ϑ ) =... = ( 3 1) 2 + (3 3) 2 cos ϑ το οποίο ονομάζεται Supercardioid, και χαρακτηρίζεται από το ότι γράφει "χώρο" κυρίως / σχεδόν μόνο από το εμπρός ημισφαίριο. Έχει επικρατήσει, για λόγους ευκολίας μνήμης μάλλον, η δεκαδική έκδοση της τιμής του Β: Η μορφή του φαίνεται στο Σχ s ( ) ϑ = cosϑ (4.22) Μικρόφωνο HYPERCARDIOID. Θα κλείσουμε εφαρμόζοντας την παραπάνω λογική μεγίστων / ελαχίστων στη συνάρτηση REE: Η μέγιστη τιμή της κατά τα γνωστά είναι REE = 1, με Β=0, για το Omni. Αναζητώντας την ελάχιστη, βρίσκουμε ότι υπάρχει όντως όταν B = 3 4 = Το καινούργιο πολικό διάγραμμα ονομάζεται Hypercardioid. s ( ) Και πάλι στο Σχ φαίνεται η μορφή του. ϑ = cosϑ (4.23)

63 61 Σχήμα 4.20 Παρατηρήσεις: Είναι πολύ χρήσιμη η παρατήρηση ότι τα διαγράμματα με τη σειρά omni cardioid supercardioid hypercardioid figure of 8, που αντιστοιχεί σε αυξανόμενη τιμή του Β, οδηγεί επίσης σε αυξανόμενη στενότητα / κατευθυντικότητα του κύριου λοβού. Εύγλωττο επ αυτού το κάτω δεξιά σχήμα του Σχ Η περιοχή τιμών 0< Β <0,5 δίνει πολικά διαγράμματα που τα αποκαλούμε γενικώς υποκαρδιοειδή, subcardioids. Η μορφή τους, κάτι μεταξύ omni και καρδιάς προφανώς, φαίνεται στο Σχ επίσης. Ενδιαφέρον έχει το γεγονός ότι η απλούστατη μαθηματικά-

64 62 επιλογή οποιασδήποτε τιμής του B έχει και κατασκευαστικά υλοποιηθεί σε κάποια "ακριβά" μικρόφωνα με πολλά πολικά διαγράμματα στα οποία, αντί για διακόπτη επιλογής κάποιου συγκεκριμένου (πολικού διαγράμματος), παρέχεται ένα ποτενσιόμετρο συνεχούς μεταβολής. Η περιοχή τιμών B > 0,5 είναι εκείνη στην οποία ισχύει s( ϑ) 0 για κάποιες τιμές της ϑ (θυμηθείτε τη συζήτηση μας στην 4.2.2) και εμφανίζεται άρα ο εκτός φάσης "πίσω" λοβός. Τα όρια της αντίστοιχης "επικίνδυνης" περιοχής καθορίζουν οι δυο θέσεις / τιμές της ϑ που δίνουν μηδενική λήψη, s( ϑ ) = 0. Όπως και πάλι βλέπετε στο Σχ. 4.20, όλα τα πολικά διαγράμματα παρουσιάζουν μια συμμετρία, ότι για κάθε ( ϑ ), η απόκριση είναι ίδια και στη γωνία ( 2π ϑ). Ένας εναλλακτικός τρόπος για να πούμε το ίδιο πράγμα είναι να υιοθετήσουμε τις αρνητικές τιμές [ (0, 2 π) ( π,0, π ) ], οπότε για κάθε ( ϑ ) η απόκριση είναι ίδια και στην ( ϑ ). Μαθηματικά μιλώντας, το συνημίτονο έχει αυτή τη συμμετρική ιδιότητα, cos( ϑ ) = cos( ϑ ), και είναι αυτός ο λόγος που εμφανίζεται αυτό στη πολική εξίσωση και όχι κάποια άλλη τριγωνομετρική συνάρτηση. Παραθέτουμε στη συνέχεια τον Πίνακα 1 στον οποίο είναι πρακτικά συγκεντρωμένα όλα τα παραπάνω. ΠΙΝΑΚΑΣ Ι Πολικό διάγραμμα OMNI CARDIOID SUPERCARDIOID HYPERCARDIOID FIGURE OF 8 Πολική s = 1 εξίσωση 1 1 s = + cos θ 2 2 = cosθ s = + cosθ 2 2 = cosθ 1 3 s = + cosθ 4 4 = cosθ s = cosθ Τόξο λήψης 3dB Τόξο λήψης 6 db Σχετική έξοδος στις 90º Σχετική έξοδος στις 180º Διευθύνσεις μηδενικής εξόδου db 6 db 8.7 db 12 db 0 db 11.7 db 6 db 0 db 180 ± ± ±90 REE UDI DSF

65 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΦΩΝΩΝ ΓΕΝΙΚΑ Η χρήση των μικροφώνων είναι βέβαια μια πράξη που έχει στόχο την καταγραφή ηχητικών γεγονότων, πάντα στα πλαίσια κάποιου προγράμματος, ή καλύτερα, παραγωγής, σύμφωνα με την τρέχουσα ορολογία. Πρέπει συνεπώς η χρήση να είναι τέτοια ώστε να εξυπηρετεί κατά τον καλύτερο τρόπο την εν λόγω παραγωγή. Αντιλαμβάνεστε ότι, λέγοντας παραγωγή, εννοούμε μια σειρά από καθορισμένες ήδη συνθήκες χώρου, χρόνου, αλλά και αισθητικών καλλιτεχνικών δεδομένων ή κριτηρίων, καθώς επίσης και οικονομικών τέτοιων. Στην πράξη αυτό σημαίνει ότι η επιλεγόμενη ανά περίπτωση μέθοδος ηχογράφησης είναι αποτέλεσμα επιτυχούς, κατά την κρίση μας, συμβιβασμού μίας σειράς αντικρουόμενων συνήθως παραγόντων, έτσι ώστε, για να είναι στην κυριολεξία επιτυχής μια ηχογράφηση, σαφέστατα επιβάλλεται ο ηχολήπτης να είναι καλός γνώστης και κριτής ακουστικών δεδομένων, καθώς επίσης και των ιδιοτήτων και ιδιαιτεροτήτων των ηχητικών πηγών που πρέπει να καταγράψει, αλλά και των μικροφώνων που έχει στη διάθεση του. Όπως ήδη ξέρετε, η δυνατότητα του overdubbing τμηματική, σε διαφορετικούς χρόνους ηχογράφηση μιας ορχήστρας στα πολυκάναλα μαγνητόφωνα είναι ο παράγοντας εκείνος που αφ ενός επηρέασε σοβαρά τις κατασκευές των studios ανά τον κόσμο, αφ ετέρου δε, στο χώρο των μουσικών παραγωγών, ήταν και συνεχίζει να είναι θεμελιακό στοιχείο στη σχεδίαση των. Συνέπεια όλων αυτών είναι το γεγονός ότι μπορούμε τις μουσικές ηχογραφήσεις να χωρίσουμε σε δύο βασικές κατηγορίες, όσον αφορά τη χρήση των μικροφώνων: Στην πρώτη εξ αυτών κυριαρχεί το overdubbing. Στόχος είναι κάθε μουσικό όργανο νάχει το δικό του track στο μαγνητόφωνο / PC, συνεπώς επικρατούν close miking τεχνικές, κατά κανόνα αποφεύγεται η ηχογράφηση χώρου, γενικά, η ακουστική του recording room του studio είναι δευτερεύουσας σημασίας παράγων. Θα χαρακτηρίζουμε απ εδώ και στο εξής την εν λόγω κατηγορία με τον συνοπτικό τίτλο «close miking» Η δεύτερη κατηγορία αφορά πλήρη μουσικά σύνολα όχι overdubs- σε χώρους των οποίων η ακουστική "συμμετέχει" λειτουργικά στο αποτέλεσμα, και φυσικά ηχογραφείται, είτε κατ ανάγκην μεγάλο σύνολο, εγκαταλελειμμένη η λογική "ένα μικρόφωνο σε κάθε όργανο" είτε κατ επιλογήν, για λόγους αισθητικής αξίας. Αυτή η κατηγορία θα χαρακτηρίζεται με τον συνοπτικό τίτλο «Stereo ηχογραφήσεις». Η ανάλυση κάθε μιας απ αυτές τις δύο κατηγορίες θα γίνει ξεχωριστά ΤΕΧΝΙΚΕΣ CLOSE MIKING (α) Φαινόμενα συμβολής σε ένα μικρόφωνο. Το οποιοδήποτε μικρόφωνο εξ ορισμού "στοχεύει" σε κάποια πηγή. Όμως, το σήμα που λαμβάνει αποτελείται απ το λεγόμενο direct σήμα της εν λόγω πηγής, και κάποιο ποσοστό

66 64 random πεδίου μ άλλα λόγια της ακουστικής του χώρου μικρό ή μεγάλο, σύμφωνα πάντα με τη συνειδητή επιλογή του ηχολήπτη, μέσα στα πλαίσια των απαιτήσεων της παραγωγής. Οπωσδήποτε, σε κάθε περίπτωση το μικρόφωνο καταγράφει και ανακλάσεις από το κοντινό περιβάλλον της πηγής (βλέπε delays της τάξης των 7-10 ms ), έχουμε επομένως και φαινόμενα συμβολής, comb filtering. Η χροιά του οργάνου διαμορφώνεται έτσι ανάλογα, το δε αποτέλεσμα δεν είναι εύκολα ακουστό μερικές φορές, άλλοτε όμως πολύ ενοχλητικό.. εξαρτάται απ τον ήχο του οργάνου. Τα φτωχά σε αρμονικές μουσικά όργανα είναι πιο επικίνδυνα. Πέραν τούτου, η θέση της πηγής, η απορροφητικότητα του εγγύς περιβάλλοντος, η κατευθυντικότητα και η θέση του μικροφώνου... όλ αυτά, πρέπει να εξετάζονται με ιδιαίτερη προσοχή. Τα σχήματα 4.21, 4.22 και 4.23 είναι αποκαλυπτικά και στόχο έχουν να ενεργοποιήσουν τη φαντασία σας προκειμένου να αποφεύγετε τις αντίστοιχες καταστάσεις. Σχήμα 4.21: Η συνεχής γραμμή είναι η πραγματική απόκριση του μικροφώνου, ενώ οι άλλες δύο δείχνουν την αλλοίωση της από την πρόσθεση της με την αντίστοιχη ανάκλαση από την επιφάνεια του γραφείου.

67 65 Σχήμα 4.22: Λόγω της κλίσης που έχει η σκληρή ανακλαστική επιφάνεια, αλλοιώνεται η απόκριση του καρδιοειδούς μικροφώνου Σχήμα 4.23: Σ αυτή τη διάταξη το καρδιοειδές "απορρίπτει" τις ανακλάσεις της επιφάνειας.

68 66 (β) Φαινόμενα συμβολής σε σύνολο μικροφώνων. Όταν για τη λήψη ενός μουσικού συνόλου που βρίσκεται στο recording room του studio χρησιμοποιούνται πέραν του ενός μικρόφωνα στα πλαίσια της close miking λογικής, θα προκύψουν και πάλι προβλήματα συμβολής, comb filtering δηλαδή, κατά την πρόσθεση (= μίξη) των σημάτων αυτών των μικροφώνων. Ο λόγος είναι απλός: Λογικά και υποχρεωτικά, κάθε μικρόφωνο θα πρέπει να στοχεύει σε συγκεκριμένο μουσικό όργανο ή ομάδα οργάνων. Περί αυτού ακριβώς, επιβάλλεται έλεγχος με προσοχή, σε κάθε "στήσιμο", ότι πράγματι συμβαίνει κάτι τέτοιο, διότι δυνάμει, κάθε μικρόφωνο παρά την επιθυμία σας (!) "ακούει" -σε κάποιο ποσοστό- και κάθε άλλη πηγή εκτός από τη "δικιά του". Συνεπώς κάθε πηγή καταγράφεται από πέραν του ενός μικρόφωνα, των οποίων τα αντίστοιχα σήματα εκτός των διαφορών σε level έχουν και διαφορές φάσης λόγω διαφορών δρόμου. Είναι γνωστό επομένως το τι θα προκύψει κατά τη μίξη αυτών των σημάτων. Αύξηση level κάποιων περιοχών συχνοτήτων, ελάττωση level κάποιων άλλων. Σε τι βαθμό θα εμφανισθεί το εν λόγω φαινόμενο εξαρτάται βέβαια απ τις σχετικές εντάσεις των εμπλεκόμενων σημάτων κατά τη μίξη τους, είναι όμως περισσότερο από προφανές ότι θα τείνει να εκλείψει το "κακό" όσο λιγότερο ακούγονται οι υπόλοιπες πηγές στο συγκεκριμένο μικρόφωνο της κάθε πηγής. Μια ποσοτική εκτίμηση αυτού του γεγονότος επιδιώκει να δώσει το παρακάτω παράδειγμα / τεστ [Σχ. 4.24α και Σχ. 4.24β] στο οποίο γίνεται χρήση δυο μικροφώνων σε μερικές διαφορετικές μεταξύ των αποστάσεις: Σχήμα 4.24α Μετριέται αρχικά η απόκριση συχνότητας του μικροφώνου Νº 1 και κατόπιν η απόκριση του ζεύγους (άθροισμα) Νº 1 και Νº 2, διαδοχικά για όλες τις θέσεις / αποστάσεις που παίρνει το Νº 2, όπως βλέπετε στο εν λόγω σχήμα, 2 feet, ( 2 ' ), 4 ', 6 ', κλπ. Το αποτέλεσμα των μετρήσεων φαίνεται στο Σχ. 4.24β: Φαίνεται εύκολα και αμέσως ότι τα

69 67 φασικά προβλήματα παύουν να υπάρχουν όταν η απόσταση του δεύτερου μικροφώνου απ το πρώτο είναι τουλάχιστον τριπλάσια της απόστασης της πηγής απ το μικρόφωνο της (N 1). Σχήμα 4.24β: Η πάνω καμπύλη με τον δείκτη "0" δείχνει την απόκριση συχνότητας του ενός μικροφώνου, του Νº 1. Η ουσία του παραπάνω πειράματος βρίσκεται στο ότι μας δίνει την minimum απόσταση ασφαλείας που πρέπει να έχει αν υπάρχει- ένα δεύτερο μικρόφωνο Μ2 (για τη λήψη μιας άλλης πηγής προφανώς) ώστε να μην αλλοιωθεί κατά τη μίξη η ποιότητα λήψης της πηγής του μικροφώνου Μ1. Όλο δε αυτό ακούει στο όνομα «κανόνας 3:1» και πρόκειται για έναν ευρέως διαδεδομένο εμπειρικό κανόνα: "Αν x είναι η απόσταση κάποιας πηγής από το μικρόφωνο της Μ1, το μικρόφωνο Μ2 μιας όποιας άλλης πηγής πρέπει να βρίσκεται εκτός της περιφέρειας που γράφεται με κέντρο το Μ1 και ακτίνα 3x." Το Σχ δείχνει μια σχηματική υλοποίηση του κανόνα Σχήμα 4.25

70 68 Παρατηρήσεις: α). Εννοείται ότι ο εν λόγω κανόνας ισχύει για το κάθε mic που συμμετέχει σ ένα τέτοιο session. β). Τα παραπάνω σχήματα υπονοούν ότι ο κανόνας αφορά πρωτίστως τα Omnis. γ). Η εμπειρία λέει ότι στη συνύπαρξη ενός ιδιαιτέρως δυνατού μουσικού οργάνου με κάποιο αρκούντως ασθενέστερο η αναλογία 3:1 ενδεχομένως δεν επαρκεί, πρέπει ίσως πχ να γίνει 5:1, ή να βρεθεί άλλου είδους λύση.. δ). Η πρώτη επιλογή για την "άλλου είδους λύση" πρέπει να είναι η κατευθυντικότητα των μικροφώνων, η οποία μπορεί να λειτουργήσει σαν δεύτερος εκτός της απόστασηςπαράγοντας για την επιθυμητή "απομόνωση" των ηχητικών πηγών. ε). Μια πρώτης τάξεως επιβεβαίωση της αξίας του κανόνα 3:1 είναι η συνειδητή αναίρεση του, γεγονός που συμβαίνει στα studios αρκετά συχνά. Να μια περίπτωση: Δυο mics κοντά στη πηγή κοιτούν το ίδιο ή περίπου το ίδιο σημείο της από λίγο διαφορετικές όμως αποστάσεις, με σκοπό την μονοφωνική αναπαραγωγή ίδιας θέσης pan pots- των δυο σημάτων. Ζητούμενο είναι ο αλλοιωμένος λόγω comb filtering ήχος που θα προκύψει να ταιριάζει με το "χρώμα" που θέλει να δώσει στο όργανο ο ηχολήπτης ή ο παραγωγός στη συγκεκριμένη περίπτωση (γ). Τρόποι εκπομπής των πηγών: Μια πρώτη σωστή τοποθέτηση. Έχοντας όλα τα παραπάνω υπ όψιν μας, το επόμενο στοιχείο που πρέπει να μας απασχολήσει πριν από κάθε τοποθέτηση μικροφώνου είναι να ξέρουμε πώς εκπέμπει στο χώρο η μουσική πηγή, μ άλλα λόγια το πολικό της διάγραμμα. Γενικά, τα μουσικά όργανα δεν έχουν απλά πολικά διαγράμματα, γιατί τα περισσότερα εξ αυτών είναι πολύπλοκα παλλόμενα συστήματα.. Προσέξτε τα σχήματα 4.26 έως 4.30: Εκτός του Σχ που δείχνει τις κύριες περιοχές εκπομπής, τα υπόλοιπα είναι normal πολικά διαγράμματα... σημειώστε όμως ότι οι διαβαθμίσεις του level είναι μεγάλες (10 db). Όπως βλέπετε, τα έγχορδα ανήκουν πράγματι στα πιο πολύπλοκα από άποψη εκπομπής μουσικά όργανα. Μπορούμε σε γενικές γραμμές να πούμε ότι το βιολί εκπέμπει σαν figure of 8 στα χαμηλά, ενώ αρχίζει να εμφανίζει αρκετούς λοβούς στη μεσαία και υψηλή περιοχή μαζί με ελάττωση της στο πίσω μέρος. Σημαντικό είναι επίσης ότι και τα τέσσερα έγχορδα -βιολί, βιόλα, βιολοντσέλο και κοντραμπάσο- λόγω ομοειδούς σχήματος, παρουσιάζουν σαφείς ομοιότητες στην κατευθυντικότητα, κατεβαίνοντας, όμως, στη συχνότητα καθώς μεγαλώνουν οι διαστάσεις. Πηγαίνοντας στα πνευστά, τα πράγματα είναι ευτυχώς απλούστερα: Στις χαμηλές κυριαρχεί ο παντοκατευθυντικός χαρακτήρας εκπομπής, ο οποίος όμως οδηγείται σταδιακά σε κατευθυντικότητα καθώς ανεβαίνει η συχνότητα Μελετήστε τα Σχ έως Σχ Φτάνοντας τώρα στην τοποθέτηση του μικροφώνου, είναι σίγουρο ότι τα παραπάνω περί κατευθυντικότητας είναι μεν χρήσιμα, αλλά δεν επαρκούν. Το επόμενο σοβαρό θέμα που πρέπει να μας απασχολήσει είναι η απόσταση του μικροφώνου από την πηγή. Μέσα λοιπόν στα πλαίσια των απαιτήσεων αλλά και περιορισμών- του close miking, φρόνιμο είναι να θεωρούμε ως maximum απόσταση εκείνη από την οποία ένα καρδιοειδές mic (με "άνοιγμα" γύρω στις 30 δεξιά-αριστερά, σύνολο 60 ) θα χει "εποπτεία" όλου του οργάνου: Πολύ απλά γιατί εκεί θα χουμε τον πληρέστερο ήχο σε αρμονικό περιεχόμενο αφ ενός, και τα λιγότερα στοιχεία χώρου αφ ετέρου.

71 69 Σχήμα 4.26: Χαρακτηριστικά κατευθυντικότητας του βιολιού σε κάθετο στο σώμα του επίπεδο, για πέντε διαφορετικές συχνότητες. Σχήμα 4.27: Κύριες διευθύνσεις εκπομπής (0 έως 3dB) του Cello σε διάφορες περιοχές συχνοτήτων, σε οριζόντιο και κατακόρυφο (εγκάρσιο) επίπεδο.

72 70 Σχήμα 4.28: Τρομπέτα Σχήμα 4.29: Άλτο σαξόφωνο. Σχήμα 4.30: Κλαρίνο (Clarinet).

73 71 Έχοντας αυτή την απόσταση σαν βάση, είναι σαφές ότι οι εκάστοτε συνθήκες / δεδομένα της ηχογράφησης θα καθορίσουν την τελική θέση. Αντιλαμβάνεστε ότι αποστάσεις σαφώς μικρότερες της παραπάνω σημαίνουν ότι βρίσκεστε αρκετά μέσα στο near field της πηγής, συνεπώς δεν μπορείτε, εξ ορισμού, να συλλάβετε το πλήρες "χρώμα" του οργάνου. Κατά συνέπεια, εκτός των τεχνικών όρων, και μουσικοί /αισθητικοί παράγοντες θα επηρεάσουν την απόφαση σας για τη θέση του mike... μαζί βέβαια με την προοπτική ότι σε μεταγενέστερο στάδιο, θα χρησιμοποιηθούν τεχνητά μέσα, EQ κλπ, για την αποκατάσταση των όποιων ελλείψεων. Αλλά επίσης, δεν θα πρέπει να σας διαφεύγει ότι ο πειραματισμός και η προσπάθεια εύρεσης μιας "καινούργιας ιδέας" είναι ο καλύτερος τρόπος αντιμετώπισης του θέματος, όταν ο χρόνος το επιτρέπει.. είναι τέχνη η ηχοληψία, μην το ξεχνάτε!! Δείτε στη συνέχεια κάποιες standard προτάσεις που αποτελούν ένα καλό ξεκίνημα.. Έγχορδα. Έχοντας λάβει υπ όψιν τα προηγούμενα περί κατευθυντικότητας, τα σχήματα που ακολουθούν αποτελούν μια καλή πρόταση.. Σχήμα 4.31: Λήψη Violin ή Viola και Cello Για το βιολί, καλόν είναι η απόσταση του μικροφώνου να κυμαίνεται στη περιοχή του 1m, εάν αυτό είναι εφικτό. Για το cello: Είναι μια καλή θέση αυτή που βλέπετε στο σχήμα ως προς την απόσταση. Από 'κει και πέρα, στο οριζόντιο επίπεδο, ακολουθήστε τη κλίση που δίνει ο μουσικός στο όργανο (αριστερά του ή δεξιά του, Σχ. 4.27) μεταφέροντας το mic στην ίδια πλευρά. Είναι δύσκολο όργανο το cello. Ανήκει σ εκείνα που πρέπει να εκτιμάτε κάθε φορά τη συγκεκριμένη συγκυρία.. από πλευράς μουσικού οργάνου, μουσικού και Μουσικής. Όσον αφορά το Double Bass, η θέση που βλέπετε στο Σχ είναι πράγματι μια μέση λύση.

74 72 Σχήμα 4.32: Λήψη Double Bass. Τοποθέτηση του μικροφώνου πιο πάνω από τον καβαλάρη οδηγεί σε λιγότερα "χαμηλά" και ενδεχομένως εξυπηρετεί μουσικές μορφές που χαρακτηρίζονται από "πυκνό" παίξιμο ή /και έντονα αυτοσχεδιαστικά στοιχεία. Αντίθετα, με το μικρόφωνο πιο κάτω απ τον καβαλάρη τα "χαμηλά" αυξάνονται και εξυπηρετούν συνήθως λιτές ρυθμικές γραμμές. Πνευστά. Όλα τα χάλκινα πνευστά, τρομπέτα, τρομπόνι κλπ, έχουν της ίδιας λογικής πολικό διάγραμμα με αυτό της τρομπέτας, Σχ. 4.28, αξιοσημείωτη δηλαδή κατευθυντικότητα στο μέγιστο μέρος του φάσματος. επομένως η θέση του μικροφώνου που βλέπετε στο Σχ σχετίζεται μ αυτό ακριβώς: Επικρατεί η διάθεση αποφυγής σε κάποιο ποσοστό της υψίσυχνης περιοχής, η οποία όντως δεν είναι ιδιαίτερα ευχάριστη, και αυτό γίνεται είτε δίδοντας κάποια κλίση στο μικρόφωνο, όπως βλέπετε στη περίπτωση της τρομπέτας, είτε μετατοπίζοντας το ελαφρά εκτός άξονος του οργάνου. Περνώντας στα ξύλινα πνευστά, Clarinet, Oboe, English horn, soprano sax κλπ, το βασικό γεγονός που μας αφορά είναι ότι η κατευθυντικότητα τους, σε σχέση με τα χάλκινα, είναι σαφώς μειωμένη, όπως δείχνει και η σύγκριση του Σχ με το Σχ Θα λέγαμε ότι μόνο οι υψηλές συχνότητες εκπέμπονται κυρίως από την καμπάνα. Επειδή δε και εδώ η σημασία των συχνοτήτων αυτών είναι κάπως δευτερεύουσα, πρέπει να συμπεράνετε ότι η μέθοδος λήψης που βλέπετε στο Σχ για το κλαρίνο αποτελεί πράγματι την standard προτεινόμενη για τα ξύλινα. Η δε θέση του μικροφώνου στο κατακόρυφο επίπεδο κοντά στο τέλος του σωλήνα του οργάνου έχει επιλεγεί για να μην αδικηθούν οι χαμηλές συχνότητες.

75 73 Σχήμα 4.33: Λήψη Trumpet, French horn και Trombone. Σχήμα 4.34: Λήψη Clarinet. Σχήμα 4.35: Λήψη Alto Sax. Το alto σαξόφωνο έχει μεγαλύτερη κατευθυντικότητα στις υψηλές έτσι ώστε να θυμίζει τα χάλκινα, όμως η περιοχή που παίζει μουσικά αλλά και το σχήμα του είναι τέτοια ώστε η θέση μικροφώνου που βλέπετε στο Σχ είναι η αναμενόμενη, η προφανής. Το φλάουτο, λόγω τη κατασκευαστικής του ιδιορρυθμίας απαιτεί έναν ξεχωριστό τρόπο λήψης. Το Σχ δείχνει την βασική ιδέα: Το μικρόφωνο τοποθετείται στο μπροστινό στόμιο του οργάνου, σε απόσταση cm, με στόχο τη λήψη του γνωστού χαρακτηριστικού του "φυσήματος".

76 74 Σχήμα 4.36: Λήψη flute. Είναι χρήσιμο να τίθεται το mike λίγο πιο ψηλά απ το στόμα του μουσικού και με κλίση προς τα κάτω, για να αποφεύγεται έτσι η έκθεση της κάψας σε πιθανό εκπεμπόμενο ρεύμα αέρος. Η παραπάνω τοποθέτηση αφορά διάφορα μουσικά είδη, Rock, Pop κλπ, εκτός από Κλασσική μουσική. Γι αυτή τη τελευταία περίπτωση, το mike, σύμφωνα μ αυτό που βλέπετε στο Σχ. 4.36, τοποθετείται στο ίδιο ύψος, αλλά αρκετά πιο αριστερά στο οριζόντιο επίπεδο, περίπου στο μέσο του όλου μήκους του οργάνου. Θα μας προκύψει έτσι ήχος φλάουτου λεγόμενος "κλασσικού" τύπου, ενώ το Σχ δείχνει την "rock"άποψη. Το δεύτερο μικρόφωνο σπανιότατα χρησιμοποιείται ενισχύει πρακτικά την πιο πάνω οκτάβα του οργάνου. Κρουστά. Drums set Σχήμα 4.37: Λήψη Drums. Σχήμα 4.38: Λήψη Snare.

77 75 Σχήμα 4.39: Λήψη Tom. Ένα μικρόφωνο σε κάθε τύμπανο, πολύ κοντά, στην άκρη, σε ύψος 2-3 cm και με κλίση περίπου 45º. Τα λεγόμενα overhead mics γύρω στα 30 cm πάνω από τα cymbals. Κατατοπιστικά είναι τα Σχ έως Σχ Δεν είναι βέβαια τυχαίο το γεγονός ότι το Σχ προέρχεται από ένα prospectus μικροφώνων της AKG, οπότε μοιραία βλέπουμε παράλληλα και την πρόταση της εταιρίας ως προς την επιλογή των μικροφώνων. Ιδού οι αξιοσημείωτες παρατηρήσεις: 1). Πρώτης ποιότητας πυκνωτικά μικρόφωνα στα overheads. 2). Επίσης υψηλής ποιότητας πυκνωτικά για Snare και Hi-Hat, όχι πάντα για το Snare. 3). Η ηχογράφηση των Toms "από κάτω", είναι μεν μια εναλλακτική πρόταση, χωρίς όμως ιδιαίτερο πια ενδιαφέρον.. Το ύψος τοποθέτησης των overhead mics είναι κάτι που μπορεί να συζητηθεί περισσότερο, επειδή απλά, η λειτουργία τους δεν είναι μόνο η λήψη των cymbals: Ακόμη και στα πλαίσια αυτής της close miking τεχνικής για την οποία τώρα συζητάμε και η οποία βλέπετε ότι ακολουθεί αυστηρά τον κανόνα 3:1, τα overheads, από την όλη φύση και γεωμετρία του πράγματος, αναγκαστικά καταγράφουν όλα τα στοιχεία του set, με κάποιο ποσοστό χώρου βέβαια το οποίο, μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να αποβαίνει πολύ σημαντικό. Σε γενικές γραμμές, για τα περισσότερα μουσικά είδη, αν εξαιρέσει κανείς τα Bass drum και Snare που θα πρέπει να αποκτήσουν τον "δικό" τους «prepared» ήχο, τα υπόλοιπα στοιχεία, δηλαδή πρακτικά τα Toms, "βγαίνουν καλά" με όχι ευκαταφρόνητη συμμετοχή των overheads.. Οπότε, σε κάθε περίπτωση, θα πρέπει να σταθμιστούν συγχρόνως: η ποιότητα του set, η ενδεχόμενη ιδιορρυθμία της τοποθέτησης του από τον drummer, ο ίδιος ο drummer, το μουσικό είδος και η ακουστική ποιότητα του χώρου. Μετά απ όλ αυτά, τα overheads ενδέχεται να πρέπει να τοποθετηθούν πολύ κοντά, σε απόσταση 30 cm, ή αντιθέτως, να υπάρχει τάση απομάκρυνσης. Δυο θέσεις δηλαδή, που κάθε μια όμως διέπεται από διαφορετική λογική: Στην πρώτη, αυτή του Σχ. 4.37, ισχύει το γεγονός ότι τα mics αφορούν κυρίως τα cymbals και λιγότερο το σύνολο. Το αντίθετο ακριβώς συμβαίνει στη δεύτερη τοποθέτηση. Είναι απαραίτητο ο ηχολήπτης να έχει συνείδηση αυτού του γεγονότος, όταν θα βρίσκεται στη διαδικασία λήψης απόφασης Για την περίπτωση της δεύτερης τοποθέτησης, αξίζει τον κόπο να αναφέρουμε εδώ ότι ενδέχεται να δημιουργείται κάποια ασάφεια στην στερεοφωνική εικόνα, ή κυρίως, φτωχή