Binaurale audio

Stel je voor dat je in een bioscoop zit, waar de geluiden om je heen je het gevoel geven dat je volledig in de actie bent ondergedompeld. Geluidsontwerpers en filmmakers proberen dit effect te creëren door gebruik te maken van meerkanaals geluidssystemen die door de hele bioscoop zijn geplaatst. In blockbusters is het vooral belangrijk om de beweging van geluid nauwkeurig weer te geven, zodat het publiek het gevoel heeft dat ze zich midden in de actie bevinden.

Binaural audio is een technologie die nabootst hoe mensen geluiden in het echte leven waarnemen. Hoewel surround sound en meerkanaalsystemen al lang bestaan, heeft binaural audio recentelijk veel aandacht gekregen. Verrassend genoeg maakt het slechts gebruik van twee audiokanalen, maar creëert het een indrukwekkend gevoel van volume dat niet onderdoet voor traditionele systemen.

Binaurale audio zorgt voor een diepe onderdompeling met een minimaal aantal geluidsbronnen. Het basisidee van de technologie is om geluid op te nemen zoals een persoon het hoort, waarbij gebruik wordt gemaakt van de eigenaardigheden van het menselijk gehoor, dat de wereld via twee oren waarneemt. Dit zorgt voor een ongelooflijk niveau van realisme, zelfs bij het luisteren via een gewone stereohoofdtelefoon. In tegenstelling tot standaard opnamemethoden, waarbij geluid wordt vastgelegd door één microfoon en de ruimte kunstmatig wordt gecreëerd, maakt binaurale audio gebruik van twee microfoons, waardoor je niet alleen geluiden van de zijkanten kunt vastleggen, maar ook van voren, achteren, boven en onder. Voor de opname wordt vaak een dummyhoofd gebruikt met microfoons ingebouwd in de modellen van de oorschelpen. Dit lijkt misschien ongebruikelijk, maar het resultaat is dat je een zeer realistisch effect van aanwezigheid kunt creëren wanneer je met een goede hoofdtelefoon luistert.

• Waarom is het belangrijk om een hoofdtelefoon te gebruiken? Geluidsgolven uit de luidsprekers vermengen zich en verstoren het effect, dus een nauwkeurige geluidspositionering is alleen mogelijk met een hoofdtelefoon.
• Waarom zijn twee microfoons niet voldoende? Om het volledige effect te bereiken, moet rekening worden gehouden met geluidsreflecties van het hoofd, het lichaam en de kenmerken van de oorschelpen, wat HRTF (head-related transfer functions) wordt genoemd.
• Waar wordt binaurale audio gebruikt? De laatste jaren is de belangstelling voor binaurale audio toegenomen door de ontwikkeling van computerspellen en VR-technologieën, die een diepe onderdompeling in driedimensionale werelden vereisen. Binaurale audio wordt ook gebruikt in muziek, films en specifieke genres op YouTube.

Muziek

Binaurale audio verscheen aan het einde van de 19e eeuw. In die tijd werd een apparaat gebruikt dat Tetrophone heette, waarmee concerten in theaters en filharmonische verenigingen via de telefoon konden worden beluisterd. Microfoons in de zalen werden zo geplaatst dat ze het effect van aanwezigheid creëerden. De Tetrophone was populair en was tot 1932 verkrijgbaar.

In de jaren 1930 werd in Nederland, in het Philips Research Laboratory Eindhoven, het eerste kunstmatige hoofd met microfoons gemaakt. Deze mannequin werd gebruikt voor experimenten met de nauwkeurige overdracht van geluid zoals dat door het menselijk oor wordt waargenomen. In 1972 bracht Neumann de eerste commerciële mannequin KU 80 op de markt, in de verwachting dat deze een revolutie teweeg zou brengen in geluidsopnames. Geluidstechnici bleven echter onverschillig en bleven de vertrouwde microfoons gebruiken.

Het grootste probleem was dat het gebruik van dummy's de mogelijkheden van geluidsopname en nabewerking beperkte. Met traditionele methoden voor kanaalopname kunt u microfoons met de gewenste richtingsgevoeligheid gebruiken en deze optimaal plaatsen om de benodigde geluiden op te vangen en onnodige geluiden uit te sluiten. Dummies zijn alleen uitgerust met omnidirectionele condensatormicrofoons, waardoor het moeilijk is om tijdens het mixen met de ruimte van instrumenten te werken. Het aanpassen van het volumeniveau, het egaliseren en comprimeren van afzonderlijke elementen van de opname wordt bijna onmogelijk, wat een ernstig probleem is voor geluidstechnici.

Toch blijven sommige muzikanten experimenteren met 3D-geluid. Voorbeelden van experimentele elektronische muziek zijn te vinden op YouTube. Lou Reed van The Velvet Underground gebruikte binaurale opnames in zijn soloalbums en The Rolling Stones gebruikten deze aanpak op het album Flashpoint.

Binauraal geluid is het populairst geworden in de muziekindustrie vanwege het vermogen om het geluid van een live optreden over te brengen. Net als aan het einde van de 19e eeuw is 3D-geluid vandaag de dag het meest geschikt voor het luisteren naar concerten, omdat het een gevoel van aanwezigheid creëert.

Bioscoop

De geschiedenis van binauraal geluid in de filmindustrie is nog minder indrukwekkend dan in de muziek. Films worden meestal in gezelschap bekeken en rustige bioscopen met koptelefoons in plaats van luidsprekers zijn eerder een zeldzaamheid. Thuis overheersen ook audiosystemen met meerdere luidsprekers, zoals 5.1 en 7.1. Het gebruik van dummy's met rubberen hoofden op de set zorgt ook voor moeilijkheden. Als gevolg daarvan is binaurale audio niet alleen moeilijk op te nemen en te mixen, maar heeft het ook een beperkt publiek.

Onlangs zijn er enkele veranderingen opgetreden. Sennheiser bracht een ongebruikelijke onafhankelijke film uit als promotiemateriaal voor zijn headset die is ontworpen voor binaurale opnames. Hoewel de artistieke verdiensten van de film twijfelachtig zijn, is de poging om de mogelijkheden van het formaat te demonstreren opmerkelijk.

Een serieuzere benadering van binaurale audio werd getoond door de makers van de serie "Doctor Who". In de vierde aflevering van het tiende seizoen, "Knock Knock", werd naast de reguliere soundtrack ook een binaurale soundtrack gebruikt. Het plot, waarin een huis voorkomt met buitenaardse insecten die zich in de muren verschuilen, stelde de geluidsontwerpers in staat om het effect te creëren dat de kijker volledig wordt omringd door geluiden zoals angstaanjagende klopgeluiden, krakende deuren en huilende wind. Ook festivalfilms zijn begonnen te experimenteren met surround sound. Zo werd de door Kickstarter gefinancierde horrorfilm "Interior" opgenomen met binaurale microfoons en won deze verschillende prijzen. De documentaire "Blind Faith" gebruikt het effect om de gevoelens van de blinde hoofdpersoon over te brengen.

YouTube

Als we het hebben over minder traditionele genres van video-opnames, wordt binaurale audio vaak gebruikt in ASMR-video's. Ja, dit zijn dezelfde video's waarin ze met zakjes ritselen of fluisteren. Veel mensen kijken ernaar om te ontspannen en het aangename gevoel van kippenvel op de huid te ervaren. Surround sound helpt om deze ritselende geluiden, gefluister en getik op een natuurlijkere manier over te brengen.

Binaurale audio kan de luisteraar naar een andere omgeving transporteren. Er zijn veel enthousiastelingen die de geluiden van grote steden, ongewone plaatsen of verschijnselen opnemen. Op deze manier kun je bijvoorbeeld het echte geluid van een raketlancering horen, dat in gewone videouitzendingen alleen als een onuitdrukbaar geluid wordt weergegeven.

Games en VR

Hoewel ontwikkelaars vaak concurreren op het gebied van de grafische mogelijkheden van hun games, is het geluid dat de sterkste band met de speler creëert. Geluid brengt emoties en sfeer beter over, geeft belangrijke informatie over wat er gebeurt, helpt bij het opbouwen van geluidslandschappen, vergroot de spelwereld, creëert spanning en laat de speler zelfs verbeelden wat er achter de schermen gebeurt. Bovendien worden games vaak met een koptelefoon gespeeld, en, nog belangrijker, hier kan kunstmatig gecreëerde binaurale audio worden gebruikt.

De grootste moeilijkheid bij het creëren van surround sound in games is om het interactief te maken. Hoewel traditionele binaurale opnames en het creëren van een panorama in de nabewerking onverenigbaar zijn, hebben moderne computers voldoende vermogen om dit effect in software te simuleren. Alle geluidstracks worden opgenomen en gemixt met conventionele methoden, waarna een speciaal algoritme ze verwerkt en het geluid simuleert via een virtuele oorschelp, rekening houdend met reflecties van het hoofd en het lichaam. Dit verhoogt de belasting van de processor, maar stelt je in staat om te genieten van alle voordelen van binaurale audio zonder de belangrijkste nadelen ervan. Op internet zijn veel games te vinden die gebruikmaken van binaurale audio. Het is echter de moeite waard om die games te benadrukken waarin dit formaat een sleutelrol speelt in de gameplay. In de stealth-actiegame Sniper Elite 4 is het bijvoorbeeld belangrijk om de bron van schoten of gesprekken van vijanden nauwkeurig te bepalen, omdat de hoofdpersoon, zoals u wellicht al vermoedt, een sluipschutter is. En in de game Hellblade gingen de ontwikkelaars nog een stap verder: de hoofdpersoon lijdt aan hallucinaties en hoort stemmen in zijn hoofd, en hier wordt binaurale audio niet alleen een gameplay-tool, maar ook een belangrijk artistiek element.

Hoe binaural geluid wordt opgenomen

Je hebt geen speciaal uitgeruste studio nodig om het gewenste effect te bereiken bij binaurale opnames. Het geheim zit hem in de juiste plaatsing van de apparatuur, zodat het geluid wordt opgenomen zoals een persoon het hoort. Meestal wordt voor de opname een paar microfoons gebruikt, die in het midden van de studio op hoofdhoogte worden geïnstalleerd. De afstand tussen de microfoons is bijna gelijk aan die tussen de oren. Door deze opstelling kunnen de microfoons geluidsgolven op dezelfde manier opvangen als het gehoor, waardoor de indruk wordt gewekt dat je zelf in het midden van de studio staat.

Naarmate de binaurale technologie zich verder ontwikkelde, ontdekten ingenieurs, geluidstechnici en fabrikanten dat de beste resultaten werden bereikt met dummy's met ingebouwde microfoons, de zogenaamde "dummy head". Na verloop van tijd leidde dit tot de ontwikkeling van gespecialiseerde apparaten: dummy's met rubberen hoofden en microfoons ingebouwd in de oren. Aanvankelijk bestonden dergelijke systemen alleen uit een hoofd, maar later voegden sommige fabrikanten een nek en romp toe, wat zij als een belangrijk kenmerk van hun apparaten benadrukten. Deze innovaties zijn niet uit verveling ontstaan; ze zijn ontworpen om het werk van geluidstechnici te vergemakkelijken door het opnameproces visueler te maken. Studio-ingenieurs hoeven zich niet langer zorgen te maken over hoe het geluid de oren van de luisteraar bereikt en hoe het verandert als het door het menselijk lichaam gaat. Alles wat zo'n dummy opneemt, klinkt alsof de geluidstechnicus zelf midden in de studio staat.

Ondanks de eenvoud heeft de technologie echter zijn beperkingen. Binaurale audio creëert geluidscontent die is ontworpen voor de 'gemiddelde' luisteraar, zonder rekening te houden met het feit dat het lichaam van elke persoon uniek is. Mensen verschillen in hoofdgrootte, schouderbreedte, neklengte en zelfs oorvorm. Deze individuele verschillen kunnen een aanzienlijke invloed hebben op de perceptie van geluid en de geloofwaardigheid van binaurale audio. Twee mensen kunnen hetzelfde geluid totaal verschillend waarnemen: de ene kan onder de indruk zijn van de unieke geluidservaring, terwijl de andere de hele technologie zinloos vindt.

Hoe luister je naar binaurale audio?

Ondanks het bestaan van verschillende methoden om binaurale audio op te nemen, is er maar één manier om deze af te spelen: via een koptelefoon. Het is de noodzaak van een koptelefoon, evenals de eigenaardigheden van ons gehoor, die de verspreiding van deze technologie in de filmindustrie en andere kunstvormen in de weg staat.

Het menselijk brein werkt nauw samen met het gehoor en samen kunnen ze gemakkelijk de locatie van de geluidsbron en de afstand ervan bepalen. Omdat onze oren afzonderlijk van elkaar werken, bereikt het geluid het ene oor eerder dan het andere, waardoor het brein de richting en sterkte van het geluid, evenals de locatie ervan, nauwkeurig kan bepalen.

Proberen om een illusie te creëren met luidsprekers zal niet werken, omdat de hersenen weten waar ze zich bevinden. Het signaal bereikt de oren vrijwel onmiddellijk en we kunnen gemakkelijk echte geluiden onderscheiden van opgenomen geluiden. Om binaurale audio natuurlijk te laten klinken en niet te onderscheiden van de echte wereld, zijn koptelefoons nodig die het linker- en rechterkanaal van elkaar isoleren.

Voor bioscopen, concertzalen en andere entertainmentlocaties vormt dit een serieuze hindernis. Op dit moment zijn bedrijven nog niet bereid om elke zaal uit te rusten met een voldoende aantal hoofdtelefoons. Meerkanaals audiosystemen zijn goedkoper, duurzamer, gaan minder vaak kapot en je kunt ze niet per ongeluk vergeten mee terug te nemen als je de zaal verlaat.

Waarom hebben we dan zulke audio nodig?

Ondanks de moeilijkheden en onzekerheid over de financiering wegen de voordelen van binaurale audio zwaarder dan de nadelen, wat ingenieurs en ontwikkelaars aanmoedigt om de technologie te blijven verbeteren, waardoor deze toegankelijker en goedkoper wordt.

Ten eerste biedt binaurale audio een werkelijk unieke ervaring: het geluid beweegt met je mee, net als in het echte leven. Dankzij moderne ontwikkelingen is de technologie zeer nauwkeurig geworden. Je kunt je hoofd draaien, zitten, staan, voorover buigen – en binaurale audio in een koptelefoon klinkt altijd alsof je in de echte wereld bent. Hierdoor kan de luisteraar letterlijk naar een andere omgeving worden getransporteerd en daar blijven, ongeacht zijn bewegingen. Met de onlangs uitgebrachte Waves Abbey Road Studio 3-plugin kun je jezelf bijvoorbeeld virtueel in de beroemde Abbey Road-studio bevinden, waar het geluid verandert afhankelijk van de positie van je hoofd.

Ten tweede is deze technologie vooral nuttig voor het opnemen van complexe geluidsruimtes en audiosignalen. Met behulp hiervan kun je de geluiden van een bos, de zee of zelfs een symfonieorkest op de meest natuurlijke manier opnemen en weergeven. Het geluid van bomen en ritselende bladeren lijkt driedimensionaal, alsof je midden in een bos staat, en het geluid van water is zo realistisch dat je het gevoel hebt dat je op een warm strand of op het dek van een schip staat.

Binaurale audio is vooral populair geworden onder makers van ASMR-content (Autonomous Sensory Meridian Response), waarbij aangename geluiden worden gebruikt in video's om te ontspannen. YouTube staat nu vol met dergelijke video's, waarin auteurs noppenfolie laten knappen, papier verfrommelen of zelfs noten eten en deze wegspoelen met bier. Binaurale audio is ideaal voor dergelijke video's vanwege de realistische geluidsoverdracht.

In de toekomst, wanneer binaurale systemen meer verspreid en betaalbaar worden, kan deze technologie de nieuwe standaard worden voor het opnemen van muziek en geluid. Hoewel binaural geluid waarschijnlijk geen vervanging zal worden voor surroundsystemen zoals Dolby in bioscopen, kan het wel een veelvoorkomend element in huis worden. Luisteraars zullen het gevoel hebben dat ze midden in de studio naast hun favoriete muzikanten staan, zich kunnen onderdompelen in intense virtuele vuurgevechten of naar andere werelden kunnen reizen terwijl ze films kijken. En het beste van alles is dat je alleen een koptelefoon, je eigen oren en een stereosysteem nodig hebt.