Dźwięk binauralny

Wyobraź sobie, że jesteś w kinie, gdzie dźwięki dochodzące zewsząd sprawiają wrażenie całkowitego zanurzenia się w akcji. Projektanci dźwięku i filmowcy starają się uzyskać taki efekt, wykorzystując wielokanałowe systemy dźwiękowe rozmieszczone w całym teatrze. W hitach kinowych szczególnie ważne jest dokładne oddanie ruchu dźwięku, tak aby widz mógł poczuć się, jakby był w centrum akcji.

Dźwięk binauralny to technologia imitująca sposób, w jaki ludzie odbierają dźwięki w prawdziwym życiu. Chociaż dźwięk przestrzenny i systemy wielokanałowe istnieją już od dawna, ostatnio uwagę zwraca dźwięk binauralny. Co zaskakujące, wykorzystuje tylko dwa kanały audio, ale tworzy imponujące poczucie głośności, które nie jest gorsze od tradycyjnych systemów.

Obuuszny dźwięk zapewnia głębokie zanurzenie przy użyciu minimalnej liczby źródeł dźwięku. Podstawową ideą tej technologii jest rejestrowanie dźwięku tak, jak słyszy go osoba, z wykorzystaniem specyfiki ludzkiego słuchu, który postrzega świat obydwoma uszami. Pozwala to uzyskać niesamowity poziom realizmu, nawet podczas słuchania przez zwykłe słuchawki stereo. W przeciwieństwie do standardowych metod nagrywania, gdzie dźwięk jest wychwytywany przez jeden mikrofon, a przestrzeń tworzona jest sztucznie, w dźwięku binauralnym wykorzystuje się dwa mikrofony, co pozwala na przechwytywanie dźwięków nie tylko z boków, ale także z przodu, tyłu, góry i dołu. Do nagrywania często wykorzystuje się manekina z mikrofonami wbudowanymi w modele małżowiny usznej. Może się to wydawać niezwykłe, ale wynik pozwala stworzyć bardzo realistyczny efekt obecności podczas słuchania z dobrymi słuchawkami.

• Dlaczego ważne jest używanie słuchawek? Fale dźwiękowe z głośników mieszają i zniekształcają efekt, dlatego dokładne pozycjonowanie dźwięku jest możliwe tylko przy użyciu słuchawek;
• Dlaczego dwa mikrofony to za mało? Aby osiągnąć pełny efekt, należy wziąć pod uwagę odbicia dźwięku od głowy, ciała i cech małżowin usznych, co nazywa się HRTF (funkcje przenoszenia związane z głową);
• Gdzie używany jest dźwięk binauralny? W ostatnich latach zainteresowanie dźwiękiem binauralnym wzrosło w związku z rozwojem gier komputerowych i technologii VR, które wymagają głębokiego zanurzenia się w trójwymiarowe światy. Dźwięk obuuszny jest również używany w muzyce, filmach i określonych gatunkach w YouTube.

Muzyka

Dźwięk binauralny pojawił się pod koniec XIX wieku. Stosowano wówczas urządzenie zwane tetrofonem, które umożliwiało słuchanie przez telefon koncertów w teatrach i filharmoniach. Mikrofony w salach zostały rozmieszczone tak, aby wywołać efekt obecności. Tetrofon był popularny i był dostępny do 1932 roku.

W latach trzydziestych XX wieku w Holandii, w Laboratorium Badawczym Philipsa w Eindhoven, powstała pierwsza sztuczna głowa z mikrofonami. Manekin ten służył do eksperymentów z dokładną transmisją dźwięku odbieranego przez ludzkie ucho. W 1972 roku Neumann wypuścił pierwszy komercyjny manekin KU 80, spodziewając się, że zrewolucjonizuje on nagrywanie dźwięku. Jednak inżynierowie dźwięku pozostali obojętni i nadal używali znanych mikrofonów.

Głównym problemem było to, że użycie manekinów ograniczało możliwości rejestracji dźwięku i jego późniejszej obróbki. Tradycyjne metody nagrywania kanałów pozwalają na użycie mikrofonów o pożądanej kierunkowości, optymalnie je rozmieszczając, aby wychwycić niezbędne dźwięki i wykluczyć niepotrzebne. Manekiny wyposażone są wyłącznie w dookólne mikrofony pojemnościowe, co utrudnia pracę z przestrzenią instrumentów podczas miksowania. Regulacja poziomu głośności, korekcja i kompresja poszczególnych elementów nagrania staje się prawie niemożliwa, co stanowi poważny problem dla inżynierów dźwięku.

Niemniej jednak niektórzy muzycy nadal eksperymentują z dźwiękiem 3D. Przykłady eksperymentalnej muzyki elektronicznej można znaleźć na YouTube. Lou Reed z The Velvet Underground wykorzystywał nagrania binauralne na swoich solowych albumach, a The Rolling Stones zastosowali to podejście na albumie Flashpoint.

Dźwięk binauralny zyskał największą popularność w branży muzycznej ze względu na jego zdolność do przekazywania dźwięku występu na żywo. Podobnie jak pod koniec XIX wieku, dzisiejszy dźwięk 3D najlepiej nadaje się do słuchania koncertów, tworząc wrażenie obecności.

Kino

Historia dźwięku binauralnego w przemyśle filmowym jest jeszcze mniej imponująca niż w muzyce. Filmy ogląda się przeważnie w towarzystwie, a ciche kina ze słuchawkami zamiast głośników to raczej rzadkość. W domu królują także systemy audio z wieloma głośnikami, np. 5.1 i 7.1. Utrudnienia powoduje także użycie manekinów z gumowymi główkami na planie. W rezultacie dźwięk binauralny jest nie tylko trudny do nagrania i miksowania, ale ma także ograniczoną liczbę odbiorców.

Ostatnio doszło do pewnych zmian. Sennheiser wypuścił niezwykły niezależny film jako materiał promocyjny swojego zestawu słuchawkowego przeznaczonego do nagrywania binauralnego. Choć walory artystyczne filmu są wątpliwe, na uwagę zasługuje już sama próba pokazania możliwości formatu.

Bardziej poważne podejście do binauralnego audio pokazali twórcy serialu „Doctor Who”. W czwartym odcinku dziesiątego sezonu, „Knock Knock”, oprócz zwykłej ścieżki dźwiękowej wykorzystano obuuszną ścieżkę dźwiękową. Fabuła, w której pojawia się dom, w którym w ścianach kryją się obce owady, pozwoliła realizatorom dźwięku stworzyć efekt całkowitego otoczenia widza dźwiękami, takimi jak przerażające pukanie, skrzypienie drzwi i wycie wiatru. Filmy festiwalowe również zaczęły eksperymentować z dźwiękiem przestrzennym. Na przykład ufundowany na Kickstarterze horror „Wnętrze” został nakręcony przy użyciu mikrofonów binauralnych i zdobył kilka nagród. Dokument „Blind Faith” wykorzystuje ten efekt do oddania uczuć niewidomego bohatera.

Youtube

Jeśli mówimy o mniej tradycyjnych gatunkach nagrań wideo, w filmach ASMR często wykorzystuje się dźwięk binauralny. Tak, to te same filmy, w których szeleszczą torby lub szepczą. Wiele osób ogląda je, aby się zrelaksować i doświadczyć przyjemnego uczucia gęsiej skórki. Dźwięk przestrzenny pomaga w bardziej naturalnym przekazywaniu szeleszczących dźwięków, szeptów i stukania.

Dźwięk binauralny może przenieść słuchacza do innego środowiska. Entuzjastów, którzy nagrywają dźwięki dużych miast, niezwykłych miejsc czy zjawisk jest wielu. Można w ten sposób na przykład usłyszeć prawdziwy dźwięk startu rakiety, który w zwykłych transmisjach wideo przedstawiany jest jedynie jako niewyraźny hałas.

Gry i VR

Chociaż twórcy często rywalizują ze sobą pod względem możliwości graficznych swoich gier, to właśnie dźwięk tworzy najsilniejszą więź z graczem. Dźwięk lepiej oddaje emocje i atmosferę, dostarcza ważnych informacji o tym, co się dzieje, pomaga budować pejzaże dźwiękowe, poszerzając świat gry, buduje napięcie, a nawet pozwala graczowi wyobrazić sobie to, co pozostaje za kulisami. Poza tym w gry często gra się na słuchawkach, a co ważniejsze, można tu wykorzystać sztucznie stworzony dźwięk binauralny.

Główną trudnością w tworzeniu dźwięku przestrzennego w grach jest uczynienie go interaktywnym. Chociaż tradycyjne nagrywanie binauralne i tworzenie panoramy w procesie przetwarzania końcowego są niekompatybilne, nowoczesne komputery mają wystarczającą moc, aby symulować ten efekt w oprogramowaniu. Wszystkie ścieżki dźwiękowe są nagrywane i miksowane tradycyjnymi metodami, a następnie przetwarzany przez specjalny algorytm, symulujący dźwięk przez wirtualną małżowinę uszną, biorąc pod uwagę odbicia od głowy i ciała. Zwiększa to obciążenie procesora, ale pozwala cieszyć się wszystkimi zaletami dźwięku binauralnego bez jego głównych wad. W Internecie można znaleźć wiele gier korzystających z dźwięku binauralnego. Warto jednak wyróżnić te gry, w których format ten odgrywa kluczową rolę w rozgrywce. Przykładowo w skradankowej grze akcji Sniper Elite 4 ważne jest dokładne określenie źródła strzałów czy rozmów wrogów, gdyż głównym bohaterem, jak można się domyślić, jest snajper. W grze Hellblade twórcy poszli jeszcze dalej: główny bohater cierpi na halucynacje i słyszy głosy w głowie, a tutaj binauralny dźwięk staje się nie tylko narzędziem rozgrywki, ale także ważnym elementem artystycznym.

Jak nagrywany jest dźwięk binauralny

Nie potrzebujesz specjalnie wyposażonego studia, aby osiągnąć pożądany efekt w nagraniu binauralnym. Sekret tkwi w odpowiednim rozmieszczeniu sprzętu, tak aby dźwięk został nagrany tak, jak ktoś go słyszy. Zazwyczaj do nagrywania wykorzystuje się parę mikrofonów, które instaluje się pośrodku studia, na wysokości ludzkiej głowy. Odległość między mikrofonami jest prawie taka sama jak między uszami. Takie ustawienie pozwala mikrofonom wychwytywać fale dźwiękowe w taki sam sposób, jak robi to słuch, tworząc wrażenie, że jesteś w centrum studia.

W miarę rozwoju technologii binauralnej inżynierowie, inżynierowie dźwięku i producenci odkryli, że najlepsze rezultaty osiąga się stosując manekiny z wbudowanymi mikrofonami, tzw. „głowę manekina”. Z biegiem czasu doprowadziło to do powstania wyspecjalizowanych urządzeń – manekinów z gumowymi główkami i mikrofonami wbudowanymi w uszy. Początkowo takie systemy składały się tylko z głowy, ale później niektórzy producenci dodali szyję i tułów, podkreślając to jako kluczową cechę swoich urządzeń. Te innowacje nie pojawiły się z nudów; mają na celu ułatwienie pracy inżynierom dźwięku poprzez uczynienie procesu nagrywania bardziej wizualnym. Inżynierowie studyjni nie martwią się już o to, w jaki sposób dźwięk dotrze do uszu słuchacza i jak będzie się zmieniał, gdy przejdzie przez ludzkie ciało. Wszystko, co nagra taka manekina, brzmi tak, jakby sam realizator dźwięku stał na środku studia.

Jednak pomimo swojej prostoty, technologia ta ma swoje ograniczenia. Dźwięk binauralny tworzy treści dźwiękowe przeznaczone dla „przeciętnego” słuchacza, bez uwzględnienia faktu, że ciało każdej osoby jest wyjątkowe. Ludzie różnią się rozmiarem głowy, szerokością ramion, długością szyi, a nawet kształtem uszu. Te indywidualne różnice mogą znacząco wpłynąć na percepcję dźwięku i wiarygodność dźwięku binauralnego. Dwie osoby mogą zupełnie inaczej odbierać ten sam dźwięk: jedna może być pod wrażeniem wyjątkowych wrażeń dźwiękowych, druga może uznać całą technologię za bezsensowną.

Jak słuchać dźwięku binauralnego

Pomimo istnienia różnych metod nagrywania dźwięku binauralnego, istnieje tylko jeden sposób jego odtworzenia – poprzez słuchawki. To właśnie potrzeba słuchawek, a także specyfika naszego słuchu, uniemożliwiają rozpowszechnienie tej technologii w przemyśle filmowym i innych formach sztuki.

Ludzki mózg ściśle współpracuje ze słuchem i wspólnie z łatwością określają lokalizację źródła dźwięku oraz jego odległość. Ponieważ nasze uszy pracują oddzielnie, dźwięk dociera do jednego ucha przed drugim, co pozwala mózgowi dokładnie określić kierunek i siłę dźwięku, a także jego lokalizację.

Próba stworzenia iluzji za pomocą głośników nie zadziała, ponieważ mózg wie, gdzie się znajdują. Sygnał dociera do uszu niemal natychmiast i z łatwością odróżniamy dźwięki rzeczywiste od nagranych. Aby dźwięk binauralny brzmiał naturalnie i nie do odróżnienia od świata rzeczywistego, potrzebne są słuchawki, które izolują od siebie lewy i prawy kanał.

Dla kin, sal koncertowych i innych miejsc rozrywki staje się to poważną przeszkodą. W tej chwili firmy nie są gotowe, aby wyposażyć każdą salę w wystarczającą liczbę słuchawek. Wielokanałowe systemy audio są tańsze, trwalsze, rzadziej się psują i nie da się przypadkowo zapomnieć o ich zwróceniu, wychodząc z hali.

Po co nam więc taki dźwięk?

Pomimo trudności i niepewności w finansowaniu, zalety dźwięku binauralnego przeważają nad wadami, zachęcając inżynierów i programistów do dalszego ulepszania technologii, czyniąc ją bardziej dostępną i tańszą.

Po pierwsze, dźwięk binauralny zapewnia naprawdę wyjątkowe wrażenia: dźwięk porusza się razem z Tobą, tak jak w prawdziwym życiu. Nowoczesny postęp pozwolił technologii stać się bardzo precyzyjną. Możesz obracać głowę, siedzieć, stać, pochylać się – a binauralny dźwięk w słuchawkach zawsze będzie brzmiał tak, jakbyś był w prawdziwym świecie. Dzięki temu słuchacz może dosłownie przenieść się w inne środowisko i pozostać w nim niezależnie od ruchu. Przykładowo niedawno wydana wtyczka Waves Abbey Road Studio 3 pozwala wirtualnie znaleźć się w słynnym studiu Abbey Road, gdzie dźwięk zmienia się w zależności od położenia głowy.

Po drugie, technologia ta jest szczególnie przydatna do nagrywania złożonych przestrzeni dźwiękowych i sygnałów audio. Za jego pomocą w najbardziej naturalny sposób nagrasz i odtworzysz dźwięki lasu, morza, a nawet orkiestry symfonicznej. Szum drzew i szeleszczące liście będą wydawać się trójwymiarowe, jakbyś stał w środku lasu, a szum wody będzie tak realistyczny, że poczujesz się jak na ciepłej plaży lub na pokładzie Statek.

Dźwięk binauralny stał się szczególnie popularny wśród twórców treści ASMR (Autonomous Sensory Meridian Response), gdzie w filmach wykorzystywane są przyjemne dźwięki w celu relaksu. YouTube jest obecnie pełen takich filmów, na których autorzy rozrywają folię bąbelkową, zgniatają papier, a nawet jedzą orzechy i popijają je piwem. Dźwięk binauralny jest idealny do takich filmów ze względu na realistyczną transmisję dźwięku.

W przyszłości, gdy systemy binauralne staną się bardziej powszechne i dostępne, technologia ta może stać się nowym standardem nagrywania muzyki i dźwięku. Chociaż dźwięk binauralny prawdopodobnie nie zastąpi w kinach systemów surround takich jak Dolby, może stać się powszechnym elementem w domu. Słuchacze będą mogli poczuć się, jakby stali w centrum studia obok swoich ulubionych muzyków, zanurzyć się w intensywnych wirtualnych strzelaninach lub podczas oglądania filmów przenieść się do innych światów. A co najważniejsze, wystarczy para słuchawek, własne uszy i system stereo.