Tot u spreekt de kamer 2/3

Deel 2 (van 3)

Klik hier voor deel 1 van dit artikel
Klik hier voor deel 3 van dit artikel

Een bijdrage van Transtec, geschreven door Peter Walker

Vroeger of later

In tegenstelling tot wat u waarschijnlijk altijd gedacht hebt zal in een modale huiskamer 90 % van de geluidsenergie die onze oren bereikt uit (vroege en latere) reflecties bestaan. Het is verleidelijk om hieruit te concluderen dat het voor alles zaak is de rondom-respons van de weergever onafhankelijk van de frequentie te maken, maar dat blijkt te simpel gedacht te zijn.

Muziek en spraak bestaan allesbehalve uit continue tonen, maar vormen een onophoudelijk veranderend stramien, veranderend in sterkte en in frequentie, soms geleidelijk, meestal sprongsgewijs. Als regel vinden de sprongen plaats in minder tijd dan nodig is om het diffuse veld op te bouwen, zodat we na elke sprong geconfronteerd worden met een nieuw direct geluid, terwijl we nog omringd zijn door de nagalm van het vorige. Organisten en kerkkoren stellen zich op deze gang van zaken in, maar dat kunnen wij passieve luisteraars ze niet nadoen. Wat wij wel kunnen is eigenlijk wel zo elegant.

Baaierd

Ons brein houdt de binnenkomende geluidsindrukken eventjes vast, alsof het een bandlusje in een recorder is, en analyseert ondertussen onophoudelijk welke impulsen bij welke nagalm horen. De tijdelijke opslag stelt onze hersenen in staat orde te scheppen in die baaierd van geluid die op ons afkomt. Onze ingebouwde processor is zo efficiënt dat we in een vertrouwde omgeving (thuis) stukken beter in staat zijn te bepalen uit welke richting een plotseling geluid komt dan buiten de deur.

Ons gehoor is in hoge mate gevoelig voor snelle veranderingen in het geluidsbeeld. En ook de richtinggevoeligheid is sterk gekoppeld aan `transients`, stoot- en plofgeluiden, waaronder inzetten, vooral die van de kopersectie. Niet voor niets bestaat de ritmesectie van de big band van oudsher uit piano, gitaar, slagbas en drums - die we alle vier afzonderlijk waarnemen! Niet alleen trekt het eerstkomende directe geluid onze aandacht, zodat we aart de hand daarvan de richting bepalen van waar het komt, maar we kunnen deze functie ook weer vergaand uitschakelen als ons dat beter uitkomt.

fig. 4    hoe de klarinet zijn toonbereik afstraalt

Cocktaileffect

We kennen waarschijnlijk allemaal het verschijnsel dat we in een druk eethuis ondanks het hoge stoorniveau toch redelijk met onze tafelgenoten kunnen converseren zonder overmatig last te hebben van de belendende mee-eters. Tenzij we door die buren onze naam horen uitspreken: dan spelen we het moeiteloos klaar voor ons uit te blijven kijken, maar te luisteren naar wat er naast of achter ons te horen valt Jaren terug, toen stereo net kwam kijken, vond een schrandere Amerikaan de term "cocktailparty effect" uit voor dit verschijnsel, want het is een functie van ons gehoor die niet kan werken zolang het geluid uit maar één gaatje komt. We gebruiken dit vermogen natuurlijk in de concertzaal, waar we tevens de gewaarwording van de nagalm onder de tafel vegen, want we hebben dat geluid al gehoord toen het de eerste keer langs kwam.

Slap en vaal / droog en kaal

Het vermogen ruimtelijk te horen speelt een enorme rol in onze muziekbeleving, ook al levert het directe geluid maar een kleine bijdrage aan onze totale gewaarwording. Als we in een kamer naar luidsprekerweergave luisteren en door een technische ingreep het directe geluid uitfilteren, horen we de luidheid nauwelijks veranderen. De hoge tonen komen wat zwakker door en de muziek klinkt soppig, weinig gedetailleerd. Luisteren we alleen naar het directe geluid, met de kamer weggefilterd, dan zakt de geluidssterkte aanzienlijk in, en de weergave wordt kaal en droog. Het soort weergave dat we ook kunnen beluisteren in het vrije veld, in de sneeuw.

Pratend hoofd - geen monopolie van de NOS

We stomen langzaam op naar de hamvraag: laten wij onze oren hangen naar onze luidsprekers of hoe zit dat? Laten we maar eens een opname maken van de menselijke stem, in een redelijk-goed gedempte kamer. We zetten de microfoon op 30 - 40 cm voor de spreker (m/v). Als we de opname nu afluisteren op een luidspreker met rechte axiale respons en een afstralingindex met eenzelfde verloop als het menselijk hoofd (dat is niet moeilijk), dan benaderen we aardig het theoretische begrip "pratend hoofd". De weergave zal in elke kamer en in elke positie een uiterst natuurlijke indruk maken, dezelfde indruk die de woordvoerder zelf in dezelfde positie ook zou maken. De kamerresonanties worden evenzo volstrekt vanzelfsprekend toegevoegd. Als we met iemand lopen te praten in variërende omgeving, dan klinken onze stemmen de ene keer droog en gedempt, een andere keer hol en galmend. We letten daar niet op zolang de omgeving zichtbaar overeenstemt met de akoestiek ervan. Pas wanneer we iemand in een warmgemeubileerde kamer zouden horen spreken met de nagalm van een zwembad, zouden we verbijsterd opkijken.
 
De auditieve impressie moet kloppen met de visuele. En we hebben aan een snelle blik genoeg om een idee te vormen van het te verwachten auditieve karakter.

Music, maestro, please

Wat we hierboven met de stem deden kan in principe ook met een muziekinstrument dat we lijfelijk in de kamer af willen beelden. Maar het is vaak moeilijk, en bij een aantal instrumenten zelfs onmogelijk, om een passende index te maken. Elk muziekinstrument heeft zijn eigen karakter dat soms ook nog varieert met het bereik waarin het instrument bespeeld wordt. Een luidspreker met het karakter van een viool, een sopraan of een trompet is per definitie ongeschikt om een orkest, een orgel of een tenor weer te geven. Bovendien lopen we aan de opnamekant tegen een overeenkomstige barrière aan. Daar zitten al die instrumenten op het podium, elk met zijn eigen reeks boventonen, die allemaal op andere wijze afgestraald worden. Waar hangen we de microfoon om dat ordelijk binnen te krijgen?

Loge of stalles

Een beter recept, ook voor solo instrumenten, is om een van de kamerwanden akoestisch uit te poetsen en te vervangen door een royaal uitzicht op een ruimte waarin de musici zich bevinden. Bij de opname heeft de toonmeester zijn microfoons op een plaats opgesteld waar ze niet alleen het directe geluid goed binnen krijgen, maar ook een portie van het diffuse veld.

Zodoende geeft latere afluistering een indruk van karakter en afmetingen van de zaal waarin het gebeuren plaats vond of, zoals bij operaproducties gebruikelijk, de ruimte waarin de handeling plaats hoort te vinden. Zoals we eerder zagen, worden door het diffuse veld de naar achteren en opzij gerichte componenten en boventonen aan het directe geluid toegevoegd, zodat we het muzikaal gebeuren weer volledig kunnen reproduceren, vaak zelfs van een voordeliger luisterplaats dan in de zaal zelf te vinden is. (Een goede stereo-opname vergoedt op die manier het gemis aan visuele informatie.)

Aan dit geheel wordt nog de eigen kamerakoestiek toegevoegd, zodat de luisteraar zich zowel buitenshuis als door een vertrouwde ruimte omgeven voelt. Bij een goede verhouding tussen het aandeel dezer beide akoestische componenten (de kamer mag natuurlijk niet de eerste viool spelen) is op deze manier een zeer voldoeninggevend resultaat te bereiken.

Het is verleidelijk om op deze weg nog een stapje verder te gaan en de luisteraar een goed plaatsje in de concertzaal te bezorgen. Dat kan op meer dan één manier, maar bij allemaal duiken problemen op die het raadzaam doen schijnen voorlopig pas op de plaats te maken en ons tevreden te stellen met het venster op de concertzaal en een zo vrij mogelijk zicht op het podium.

Mozart door van Gogh

Voorwaarde is wel dat de huiskamer een passend akoestisch karakter bezit, wat automatisch inhoudt dat de kamer zich niet opdringt. Het oor zal dan weinig moeite hebben het diffuse huiskamerveld naast zich neer te leggen. De situatie is in dat geval te vergelijken met een logeplaats, waar we immers ook omspoeld worden door extra informatie van de wanden om ons heen, De korte looptijden zijn zo afwijkend van die van de zaal, dat ze het oor niet in verwarring brengen. Veel moeilijker ligt de vraag: wat te doen als de kamerakoestiek ons wel parten blijkt te spelen? Elektronische hulpmiddelen in het algemeen, en "graphic equalizers" in het bijzonder, deugen niet voor het camoufleren van akoestische problemen. Het is het paard achter de wagen spannen; alsof schilders zich een oor afsnijden omdat de lijst van hun zelfportret te krap blijkt. Als de akoestiek van de kamer niet deugt, is er maar één oplossing: de akoestiek van de kamer verbeteren. En dat is een terrein vol valkuilen en klemmen.

Zingend in de cel

Vrij universeel is het probleem van de kleine kamer. De voor de hand liggende remedie blijve onbesproken, want daar tobt de ongelukkige bewoner al dag en nacht over. Wat er fout is aan kleine kamers zijn de staande golven of voorkeursfrequenties, korter (en het enige ons bekende audio-germanisme in het engels); eigentones (het woord okselnoten verwierpen wij zodra het zich aandiende, maar over para tonen valt misschien te praten). Alle kamers bezitten eigentones, bij duizenden. Het zijn de staande golven behorende bij de clusterpatronen die zich rond de spiegelkamer van fig. 2 opbouwden.

Elke staande golf beslaat maar een heel smal frequentiebandje. In de midden- en hoge regionen van het geluidsspectrum vinden we honderden resp. duizenden eigentones per octaaf, zodat ze elkaar in die regionen min of meer gelijkmatig versterken, in het diepste laag zijn er maar een stuk of vijf, zes resonanties per octaaf, die elkaar gaan aantasten, uitdoven en versterken.

Het aantal eigentones per octaaf hangt af van de kamerafmetingen en neemt snel toe met de grootte van de kamer. Resonanties geven daarom problemen in kamers van 100 m3 (5 bij 8 meter) en kleiner. Het standaardvoorbeeld is de badkamer, met zijn harde interieur en kleine formaat. Zingen of neuriën in de natte cel onthult onmiddellijk de tonen die buiten proportie versterkt worden, en andere die niet willen (mogen) meespelen.

Non-constructieve ingrepen

Aan aantal en frequenties van de eigentones kunnen we niets doen want die zijn vastgelegd door de dimensies (hoogte, breedte en lengte) van de kamer. Wanneer die bovendien ook nog eenvoudige rekenkundige betrekkingen te zien geven (l: 1,5 : 2 bv), vallen allerlei eigentones samen, waardoor het aantal en de sterkte der uitdovingen en opslingeringen extra toeneemt.

Omdat we juist uniformiteit in de weergave willen, is dit in hoge mate ongewenst. We kunnen echter wel invloed uitoefenen op de relatieve sterkte der resonanties door te experimenteren met de plaats van de luidsprekers. Door die hoger of lager op te stellen, naar voren, naar achteren of opzij, vinden we vrij snel een geschikte plaats voor optimale doortekening in het laag. Daarbij moeten we er wel steeds voor zorgen de speakers zoveel mogelijk symmetrisch ten opzichte van de wanden (en de vloer) op te stellen, om de spiegeldusters van fig. 2 links en rechts ook gelijk te krijgen. Als we dat niet doen (en ook wanneer één der wanden eert sterk afwijkend akoestisch karakter heeft) zullen de speakers verschillend klinken. En ook moeten we er op verdacht zijn geen andere effecten voor staande golven aan te zien, zoals vloer-, raam- of deurresonanties.

Reactionair

Doordat de luidspreker doende is de lucht heen en weer te bewegen, zal niet alleen de lucht gaan golven, maar van de weeromstuit ook de luidspreker zelf (de weeromstuit werd in 1666 wiskundig gelegaliseerd door Newton toen het hem te binnen schoot dat de aarde ook naar de appel viel). Wanneer de luidsprekerbehuizing nu maar als één geheel zou bewegen, was het hoorbare effect te verwaarlozen, omdat de massa van de kast enorm veel groter is dan die van de papieren conus in de luidsprekermotor. Maar zo gaat dat niet. Ontwerpers analyseren prototypen vaak door een groot aantal sensoren in en aan de kast te bevestigen. De output van die trilling-opnemers wordt versterkt en op het computerscherm zichtbaar gemaakt als een geagiteerde pudding, met in alle richtingen lopende golven.

Wij kunnen ook zonder computer een indruk krijgen van een en ander, met een middelgrote schroevendraaier die we krachtig tegen onze gehoorgang zetten (niet- of minder-technische muziekliefhebbers: gebruik daar het botte eind voor, en houd ten minste één vinger vrij om uw andere oor dicht te drukken). Met het andere eind tasten we nu de luidsprekerkast af onder het genot van een struise symfonie of dartel rockwerkje. Vrijwel overal pikken we een modderig gehoempa op met voornamelijk onbestemde lage aandelen, het soort geluid dat door de muur komt ais de buren de radio te hard hebben staan.

Bonzo

Wanneer de luidspreker met de vloer verbonden is, direct of via een plint, hangt het van de vloer af of de bewegingen van de box worden gesmoord of versterkt. Een houten vloer met minimale balkondersteuning zal sterk in beweging komen, zoals ook een tafelblad de output van de stemvork beter hoorbaar maakt. Wat op die manier hoorbaar wordt, is in de pas met de muziek, en daar is dan alle goeds wel mee gezegd. Hoewel... er zijn hele volksstammen die wat laagondersteuning best graag horen, vooral wanneer ze muziek draaien die met elektronische hulp gemaakt werd, want in dat geval is er geen werkelijkheid die als referentie kan dienen. Maar op den duur zal toch die doffe monotone wolk die permanent aan alle muziek wordt toegevoegd, muziekliefhebbers de keel gaan uithangen. Concertgangers en hifiliefhebbers zijn niet echt blij met stompen die eerder doen denken aan gebeukte kartonnen dozen dan aan zorgvuldig op toon gebrachte pauken.

Doelgroep

Het bovenstaande speelt al mee voordat een luidspreker ontworpen wordt. Voor wie ga je `m maken? Bij een luidspreker bedoeld voor de muziekliefhebber en/of hifi-fan ligt de nadruk enkel en alleen op zuivere (dat is ongekleurde, natuurgetrouwe en volledige) weergave. Het eindresultaat wordt dan ook getoetst op muziek en stemmen uit de acoustische wereld, niet op materiaal dat langs elektronische weg tot stand gekomen of bewerkt is. Een luidspreker die voldoet in het eerste, akoestische geval zal ook geschikt zijn in het tweede.

Het omgekeerde is meestal niet het geval. Musici in het populaire genre zoeken eerder een speaker die iets toevoegt, een "sound", kleuring die in de huiskamer onverdragelijk zou zijn. En nu we toch over productie van muziek praten in plaats van reproductie: het is niet alleen de synthesizer die synthetische muziek maakt. Een microfoon in de beker van de saxofoon, onder de snaren van de gitaar of op de brug van de bas, levert al een resultaat dat acoustisch niet gerealiseerd kan worden. En dat ligt niet aart de microfoon, maar aan de positie ervan in het directe geluidsveld.

Binnenkort kunt u het derde en laatste deel van deze reeks lezen op HiFi.nl.