Психоакустичните принципи като метод за художествена манипулация в музикалнотворческия процес и работата със звук

Въведение

Проблемът за възприятието на звука придоби популярност в последните години поради настъпилите промени в характера и качеството на консумирания продукт. Съотношението акустичен-електроакустичен звук днес определено показва тенденция в полза на възпроизведената музика. Това наложи и нов подход при работата със звука с цел подобряване качествата на медиума. Една от стъпките в тази посока е познаването на особеностите на човешката слухова система и прилагането на тези познания в творческия процес. В този смисъл работата по продукта – творчески или звукозаписен – се явява художествена манипулация 11http://rechnik.info/манипулация на оригиналното събитие, която има за цел по-високо емоционално и естетическо въздействие на крайния продукт. Настоящата статия представя и коментира значението и прилагането на няколко основни психоакустични принципа както в музикалнотворческия процес (композиция, аранжимент, изпълнителство), така и при професионалната работа със звук.

Психоакустичният принцип

Психоакустиката е науката за възприятието на акустичните стимули. Научна област, която се занимава с връзката между обективните, физически качества на сензорните стимули в нашата околност и субективните, психологически реакции, предизвикани от тях – тя има за цел да обясни начина, по който възприемаме субективно музикалните звукови сигнали. Тази задача би била доста облекчена, ако съотношенията между физическите параметри на звука и качествата на възприятието показват пълно съответствие или поне линейна зависимост, но за съжаление това не е така. Този факт обуславя необходимостта от емпиричен достъп до проблемите на възприятието и предпоставя психоакустичния експеримент като основен методологичен подход.

Слуховият процес обхваща три области: физика, физиология и психология на процеса. Те са неразделни в своята същност и описват пътя на звуковия сигнал от физическата му проява до кодирането му в нервен импулс – форма, необходима за преработката му на най-високо ниво. Според Ернст Курт2Kurth, E. Musikpsychologie. Berlin, Max Hesse, 1931, S. 2. процесът следва да се разглежда по-скоро като външен и вътрешен, като физиологичната част се разпределя между двата, в зависимост от качеството на енергията – механична или нервно-електрическа. В този смисъл бихме могли да дефинираме етапите като квантитативен и квалитативен, с оглед на характеризиращите ги величини, които притежават количествени измерения във външната част на процеса и качествени – във вътрешната.

Както вече казахме, психоакустиката е емпирична и дори по-скоро експериментална наука. Наблюденията ни от ежедневието и неформалните опити могат да бъдат отправна точка за психоакустично знание, но в основата на научното съдържание са резултатите от лабораторните изследвания.3Rasch, R. A., Plomp, R. The Perception of Musical Tones. – Music Perception: An Interdisciplinary Journal. University of California Press, 1984. Те, след задълбочен анализ, обработка и тълкуване, формират специфични основополагащи принципи и модели на слуховото възприятие, които са свързани с различни елементи, характеристики и обстоятелства на слуховия процес.

В този смисъл психоакустичният принцип представлява опит да се обясни нелинейната връзка и зависимост на физическите параметри на звука и психоакустичните качества на възприятието. Поради непрекъснато променящия се характер на обекта (звука) и зависимостта на възприятието от редица субективни фактори (физиологични, възрастови, емоционални, свързани с опита и натрупването на представи и знания) психоакустичните принципи нямат окончателен характер, а са насока за работа, отправна точка в процеса на създаване на звук и звуков продукт.

Когато говорим за подобряване на възприеманото качество на звука, най-често се концентрираме върху технологията, която използваме, или оформлението и акустичната обработка на слушателското пространство и лесно забравяме, че точно толкова важно, колкото софтуера, техническото оборудване и студиото е това, което се случва със сигнала, след като навлезе в нашата слухова система – ухо, нервни пътища и мозък – и нашето преживяване за този звук.

Човешките сетива, макар и съвършени по своята същност, показват определени граници, които са обусловени физиологично, психологически и еволюционно; познаването и използването им ни дава възможност за манипулиране на процеса на възприятие. Като знаем как слуховата система интерпретира звуците, които достигат до слуховия орган, можем изкуствено да предизвикаме определени реакции, които тя проявява при определени физически явления.

Акустичен рефлекс

Акустичният рефлекс представлява неволева мускулна контракция в средното ухо в отговор на стимули с висок интензитет, която има за цел да предпази фините структури на вътрешното ухо от силното въздействие на външния стимул. При контракцията на мускулите намалява трансмисията на вибрационна енергия към кохлеата, мястото, където тя се трансформира в електрически импулси, за да достигне до централната нервна система. В резултат интензитетът на стимула на физиологично ниво намалява рязко, но неговата гръмкост (психологическата корелата на интензитета) се запазва непроменена в рамките на определен времеви диапазон, т.е. мозъкът интерпретира тази динамична редукция като „много силен непрекъснат звук“.

Този принцип се използва много често в звуковия дизайн за кино и е особено приложим за симулация на звуци или ефекти с висок интензитет и масивно звучене, без да се налага да се нанасят реални вреди върху слуховата система на слушателите.

Акустичният рефлекс на ухото може да бъде симулиран чрез мануална работа по динамичната обвиваща крива. Бихме могли да запазим усещането за свръхсила на звука, като запазим високото ниво на началната транзиента и изкуствено заглушим звука след това – мозъкът ще интерпретира промяната като естествена реакция на средното ухо към екстремно силния звук и ще го възприеме като значително по-силен и по-интензивен, отколкото той в действителност е. Но този ефект може да бъде използван и при създаването на музика и ефекти, както и в изпълнителската практика, като даде възможност за разширяване на творческата палитра и освобождаване на звуков и интензитетен ресурс.

Акустичният рефлекс е тясно свързан с динамичната компресия на звука и дава обяснение за силното въздействие на компресираната информация. Компресорите, за разлика от човешкото ухо, не са интуитивно респондентни, но позволяват регулиране на параметрите в зависимост от звукоизточника. С правилна работа може да се постигне максимална гръмкост и оползотворяване на хедрума в саунда, без да се надвишава допустимото ниво на звука.

Наличие на акустичен рефлекс се наблюдава и в процеса на вокализация, при което нивото на възприемания сигнал намалява с около 20 dB. Този факт следва да се има предвид при работата с глас, както и от самите изпълнители.

Ефект на Хаас

Бинаурален психоакустичен ефект, известен още като ефект на предшестване или закон за първия вълнови фронт, той е описан от Хелмут Хаас през 1949 г. Всъщност Хаас изучава начина, по който ухото интерпретира съотношението между директния звук и ранните отражения в пространството, и достига до заключението, че ако ранните отражения са в рамките на 35 ms и интензитетът им не надвишава този на оригиналния звук с повече от 10 dB, двата дискретни сигнала се интерпретират като единен звук. Посоката на възприятие се определя от посоката на първия пристигнал вълнови фронт, а фазовите разлики между сигналите добавят допълнително усещане за пространственост към възприятието на звука.

Принципът зад ефекта на Хаас може да се използва за създаването на илюзия за пространствена стерео ширина, както и за уплътняване на звуковата енергия и увеличаване на възприеманата мощност на звукоизточника. Как се постига това?

При наличие на моно звукоиизточник разширяването може да се постигне чрез дублиране на информацията, противоположно панорамиране на оригиналния звукоизточник и копието и добавяне на времезакъснение от 10-35 ms към един от двата сигнала. Тази техника създава възприятие за ширина и пространственост на звукоизточника въпреки минималните изходни данни за него – монофоничен сигнал, без наличие на каквато и да е пространствена информация.

Тя може да се използва и в случаи, при които се налага панорамиране на сигнала встрани от центъра, за да се избегне честотна маскировка от други инструменти, без това да дебалансира картината в една от двете посоки – ляво или дясно, което може да се постигне и чрез регулиране на нивото на двата сигнала един спрямо друг. Възможно и дори желателно е добавяне на допълнителни ефекти към единия или към двата сигнала – честотни филтри, контролирана модулация – за засилване на ефекта. Не бива да се прекалява с употребата на Хаас ефекта, тъй като в крайна сметка това може да доведе до пълно разфокусиране на звукоизточниците и сериозни фазови проблеми.

Основната задача при този вид звукова обработка е намирането на правилното количество времезакъснение. Ако регулираме времезакъснението плавно, ще забележим, че при много малки стойности получаваме доста неприятен ефект на дефазиране. Ако надхвърлим границата – разваляме илюзията и започваме да чуваме два напълно различни и ясно сепарирани звукоизточника. Освен това, колкото по-кратко е времезакъснението, толкова звукът е по-податлив на влиянието на гребенчатия филтър при монофонично сумиране на каналите – факт, който трябва да имаме предвид, тъй като не всички потребителски системи позволяват правилно пространствено разполагане на стереофоничната информация. Слушателските пространства в голямата си част показват тенденции към монофазиране на информацията – клубове, обществени места и дори малки радиоприемници или стерео системи за възпроизвеждане с близко разположени високоговорители, компютърни колонки.

Аудиторно маскиране

Ефектът на слухово маскиране е един от най-добре изследваните проблеми в науката за възприятието на звука. По отношение на честотата различаваме три типа маскиране – едновременно, честотно и спектрално. В слуховия процес съществуват ясни диференциални граници при възприятието на звукоизточници, разположени в еднакви честотни зони – по-силният от двата звукоизточника частично или напълно заглушава другия, като по този начин променя мястото и значението му в цялостната пространствена картина на звука.

Това е явление, с което е необходимо да се съобразяваме непрекъснато при работата си със звука. Трябва да се взема предвид не само при работата със записан и възпроизведен звук, но и в процеса на създаване на музикалното произведение, както и при оркестрация или аранжимент. Ефектът разпростира влиянието си както върху основния тон, така и върху цялата обертонова структура и може да предизвика маскиране на определени честоти от спектъра, като по този начин промени цялостното звучене и тембър на инструмента.

Познаването на механизма на маскиране може да подпомогне работата по интегрирането на звука в комплексната картина. Човешкият слух изпитва затруднения да диференцира границата между два последователни подобни звука, дори когато говорим за съчетаването им в доста широк честотен диапазон. Той не може да различи отделните компоненти и „разчита“ това като общ, текстурен звук. На този принцип работят музикалните акордови структури. На този принцип са базирани и лъскавите звукови дизайни в холивудски стил, както и предизвикващите всеобщо възхищение електронни ефекти.

В книгата си „Practical Art of Motion Picture Sound“ Дейвид Юдал (David Yewdall) говори за създаването на насложени звукови ефекти на принципа на изграждане на музикалните акорди, т.е. ефектът се изгражда от няколко отделни звука, като всеки от тях заема своя честотна област (така се избягва честотната маскировка) и добавя свои тембър и динамика към цялото. Заедно, те осигуряват дълбочина, текстура и плътност, които е невъзможно да бъдат постигнати, ако се използва единичен звукоизточник, независимо от обработката.4Yewdall, D. Practical Art of Motion Picture Sound. Elsevier, 2012, p. 318-319.

Принципът на маскирането намира широко приложение и в компресията на звукови файлове, като позволява намаляване на обема данни посредством пълното премахване на маскираните сигнали, без да нарушава качеството на звуковото възприятие.

Нелинейна честотна характеристика на слуха

Естественият слухов механизъм е нелинеарен по отношение на честотната си респонзорна реакция. Или още по-точно, човешкото ухо е по-чувствително в средночестотната област, отколкото в най-ниската или най-високата част на спектъра. За нас в процеса на слушане това остава незабелязано, но при работата със записан звук и особено при многоканално смесване на звукова информация този факт започва да придобива значение. Честотната характеристика на звуковата картина и релативните нива на отделните инструменти се променят в различните честотни области, както и в зависимост от цялостното ниво на слушане.

Бихме могли да кажем, че нашият слух се явява препятствие към постигането на перфектен звуков резултат. Но то е преодолимо сравнително лесно, стига да познаваме особеностите на този феномен. Не само – бихме могли да обърнем проблема в наша полза, като манипулираме нелинеарната честотна характеристика на ухото, за да създадем засилено впечатление за силата на звука, дори когато действителното ниво на слушане е ниско.

Първите сведения за нелинеарния характер на слуха са публикувани от Харви Флетчър и Уилдън Мънсън през 1933 г. И въпреки че данните и графиките, които те дават, са леко променени оттогава, графиката на кривите на равна гръмкост носи техните имена – криви на Флетчър-Мънсън.5Fletcher, H., W. A. Munson. Loudness, its definition, measurement and calculation. – J.A.S.A., Vol. 5,1933, p. 82-108. Кривите рисуват честотния профил на слуха в зависимост от звуковия интензитет и са получени по експериментален път. На базата на тази графика могат да се направят някои изводи, които да бъдат приложени като професионални техники при работата със звуков продукт.

Промяната в нивото на звуковата картина води до честотни промени в слуховата картина. При повишаване на нивото на слушане значението на средночестотната област намалява, а нискочестотната и високочестотната зона на звука придобиват пропорционално по-голямо значение. Знаейки това, можем да създадем впечатление за висока гръмкост, като заглушим средночестотната област или/и повишим крайните честоти от звуковия спектър. Това може да се прилага както върху цялостния саунд, така и само върху отделни звукоизточници (при многоканална работа). Но този принцип може да залегне и в основата на оркестрации и аранжименти на музика, за постигане на определен ефект – фокусиране към дадена тема, приближаване или отдалечаване по естествен начин на звука, предизвикване на възприятие за голяма сила на звука, без това да се случва фактически.

Промяната в нивото на звуковата картина води до промяна и във възприятието за отдалеченост на звукоизточника. Според кривите на равна гръмкост, при много високи нива всичко изглежда значително по-близо, а при ниски – звукоизточниците се отдалечават. В съчетание с нелинеарната реакция на ухото този феномен може да бъде много полезен при планирането на специфично въздействие на звуковата картина. За да отдалечим звукоизточника, просто може да намалим или отрежем крайно ниската и много високата част от спектъра. Това ще създаде усещане за дълбочина в саунда, като измести назад определени помощни инструменти и запази предната част свободна за водещите партии.

Тези техники са възможни, тъй като ухото интерпретира отдалечеността от звукоизточника на базата на съотношенията между ниско- и високочестотната енергия спрямо средночестотното съдържание на звука. Еволюционно това е свързано с газообразната атмосфера на Земята: с отдалечаването от звукоизточника звукът започва да губи предимно високочестотна енергия (и в доста по-малка степен нискочестотна), която се разсейва в пространството. Този феномен е свързан и с дължината на вълната и количеството енергия, пренасяна на определени разстояния.

Затова, ако искаме да постигнем ефект на отдалечаване, просто трябва да премахнем част от високочестотната информация. Това се използва особено често за презентиране на водещия вокал пред бек-вокалите, които в противен случай, поради еднаквия характер на звукоизточниците и общата честотна зона, биха се слели в единна звукова информация. Този ефект може да се използва и за създаване на дълбочина на смесването при класическа или филмова музика и правилно позициониране на инструментите в звуковата картина.

За постигането на оптимални резултати е препоръчително крайната обработка на сигнала да се направи при условия, подобни на тези, в които ще се слуша финалният продукт. Например голяма част от дублажните студия в страните с добре развита музикална индустрия изглеждат като реални киносалони и са обработени акустично така, че да звучат по подобен начин, тъй като най-добрите продукции вземат предвид крайния потребител и неговата среда, а не работят за резултати, които звучат добре само в перфектни студийни условия.

Заключение

Познаването на слуховия механизъм и на психоакустичните принципи води до разширяване на възможностите за професионална работа със звук. Коментираните по-горе примери са само малка част от възможните им приложения. Това знание афектира работата на широк кръг професионалисти – изпълнители, композитори, аранжори, звукови дизайнери и звукорежисьори. То свидетелства за факта, че възпроизведеният звук (акустичен или електроакустичен) и възприетият звук, в неговия краен контекст, не са едно и също явление. В процеса на възприятие се наблюдава ясно разделяне (декуплиране) на звука от звукоизточника и пълно дисоцииране на соничните качества и възможности на саунда от тези на оригинала. Този факт може да се експлоатира доста буквално в музикалнотворческия процес и звуковия дизайн за манипулиране на художествения резултат и повишаване на въздействието на звуковия продукт.

Библиография

Blauert, J. Spatial Hearing – Revised Edition: The Psychophysics of Human Sound Localization. MIT Press, 1996.
Fletcher, H., W. A. Munson. Loudness, its definition, measurement and calculation. – J.A.S.A., Vol. 5, 1933, p. 82-108.
Gelfand, S. Hearing: An Introduction to Psychological and Physiological Acoustics. CRC Press, 2009.
Haas, H. The Influence of a Single Echo on the Audibility of Speech. – JAES, Volume 20, Issue 2, March 1972, p. 146-159.
Kurth, E. Musikpsychologie. Berlin, Max Hesse, 1931.
Litovsky et al. The precedence effect. – J.A.S.A., Vol. 106, No. 4, 1999.
Moore, B. C. J. An Introduction to the Psychology of Hearing. Emerald Group Publishing Ltd., 2003.
Rasch, R. A., R. Plomp. The Perception of Musical Tones. – Music Perception: An Interdisciplinary Journal. University of California Press, 1984.
Roederer, J. The Physics and Psychophysics of Music. An Introduction. Springer, 2008.
Toole, F. Sound Reproduction. Focal Press, 2008.
Yewdall, D. Practical Art of Motion Picture Sound. Elsevier, 2012.

References   [ + ]

1. 1http://rechnik.info/манипулация
2. Kurth, E. Musikpsychologie. Berlin, Max Hesse, 1931, S. 2.
3. Rasch, R. A., Plomp, R. The Perception of Musical Tones. – Music Perception: An Interdisciplinary Journal. University of California Press, 1984.
4. Yewdall, D. Practical Art of Motion Picture Sound. Elsevier, 2012, p. 318-319.
5. Fletcher, H., W. A. Munson. Loudness, its definition, measurement and calculation. – J.A.S.A., Vol. 5,1933, p. 82-108.