Бинауральная запись — это метод записи звука , в котором используются два микрофона , расположенные с целью создать у слушателя ощущение трехмерного стереозвука , когда он действительно находится в комнате с исполнителями или инструментами. Этот эффект часто создается с помощью техники, известной как запись манекена , при которой голова манекена оснащена микрофоном в каждом ухе. Бинауральная запись предназначена для воспроизведения в наушниках и не будет правильно транслироваться через стереодинамики. Эта идея трехмерной или «внутренней» формы звука также привела к полезному развитию технологий во многих вещах, таких как стетоскопы, создающие «внутреннюю» акустику, и фильмы IMAX, способные создавать трехмерное акустическое ощущение.
Термин «бинауральный» часто путают как синоним слова « стерео », отчасти из-за систематического неправильного использования в середине 1950-х годов звукозаписывающей индустрией в качестве модного маркетингового слова . Обычные стереозаписи не учитывают естественное расстояние между ушами или « тень » головы и ушей, поскольку эти вещи происходят естественным образом, когда человек слушает, создавая межушные различия во времени (ITD) и межушные различия в уровнях (ILD), специфичные для его положения прослушивания. . Поскольку перекрестные помехи громкоговорителя с обычным стереофоническим звуком мешают бинауральному воспроизведению (т. е. потому что звук из динамика каждого канала слышен обоими ушами, а не только ухом на соответствующей стороне, как в случае с наушниками), требуются либо наушники, либо наушники. или требуется подавление перекрестных помех сигналов, предназначенных для громкоговорителей, таких как Ambiophonics . Для прослушивания с использованием обычных стереодинамиков или MP3-плееров предпочтительнее использовать пустышку без ушной раковины для квазибинауральных записей, например сферический микрофон или амбиофон. Как правило, для получения истинных бинауральных результатов цепочка системы записи и воспроизведения звука, от микрофона до мозга слушателя, должна содержать один и только один набор ушных раковин (предпочтительно собственных) и одну тень от головы.
История бинауральной записи восходит к 1881 году. [1] Первый бинауральный аппарат, театрофон , был изобретен Клеманом Адером . [1] Он состоял из множества угольных телефонных микрофонов, установленных вдоль переднего края Оперы Гарнье . Сигнал передавался абонентам через телефонную систему и требовал от них носить специальную гарнитуру с крошечным динамиком для каждого уха.
Запись с фиктивной головки связана с использованием физической синтетической головки, называемой Kunstkopf . Кунсткопф размещали в концертных залах во время записи живого оркестра, а в киноиндустрии актеры могли стоять вокруг головы во время записи своего диалога. Манекен головы также можно использовать для запечатления информации о положении на заранее записанных звуковых эффектах путем воспроизведения звуков через громкоговоритель в подходящей ориентации по отношению к голове. Например, над головой манекена будут воспроизводиться звуки грома и пения птиц.
В киноиндустрии «Разрушение» (1973) стало первой радиодрамой, записанной с использованием манекена головы. [2]
В 1974 году Virgin Records выпустила первый сольный альбом лидера Tangerine Dream Эдгара Фрёзе под названием Aqua . В кратких примечаниях на обложке слушателям сообщается, что вторая сторона диска (т.е. треки NGC 891 и Upland ) была записана с использованием системы искусственной головки, разработанной Гюнтером Бруншеном. Слушателям посоветовали оптимизировать прослушивание, используя для этой части альбома стереонаушники.
Хотя Эдгар стремился продолжать использовать и продвигать эту систему для последующих записей, от нее отказались из-за того, что, хотя она хорошо работала через наушники, улучшенное качество звука не воспроизводилось должным образом через акустическую систему Hi-Fi.
В 1978 году Лу Рид выпустил первую коммерческую бинауральную поп-пластинку Street Hassle , представляющую собой сочетание концертных и студийных записей. [3]
Бинауральный звук остался на втором плане из-за дорогого специализированного оборудования, необходимого для качественной записи, и необходимости использования наушников для правильного воспроизведения. Особенно во времена, когда еще не было Walkman , большинство потребителей считали наушники неудобством и интересовались только записями, которые можно было слушать на домашней стереосистеме или в автомобиле. Наконец, типы вещей, которые могут быть записаны, обычно не имеют высокой рыночной стоимости. Студийные записи не получат особой пользы от использования бинауральной установки, за исключением естественного перекрестного питания, поскольку пространственное качество студии не будет очень динамичным и интересным. Записи, которые представляют интерес, представляют собой живые оркестровые выступления и эмбиентные «окружающие» записи звуков города, природы и других подобных предметов.
В 1990-е годы электронные устройства, которые использовали цифровую обработку сигналов (DSP) для воспроизведения HRTF, стали коммерчески доступными. Эти устройства позволят звукорежиссеру использовать набираемые параметры для регулировки видимого направления звуков в реальном времени. Они были необычными и дорогими, но позволяли звукорежиссеру быстро и удобно изменять специальные эффекты предварительно записанных звуков. Манипулируя параметрами, звукорежиссеры могли взять монофоническую запись проезжающей машины и заставить ее звучать так, как будто она проезжает позади них в реальном времени. Для записи с использованием реальной головы-пустышки для достижения того же результата потребуется записывающая кабина и движущийся динамик или массив динамиков, а также несколько устройств панорамирования или переключения.
В современную эпоху наблюдается возрождение интереса к бинауральному звуку, отчасти из-за широкой доступности наушников, более дешевых методов записи и общего возросшего коммерческого интереса к аудиотехнологиям 360°.
Интернет- сообщество ASMR — еще одно движение, широко использующее бинауральные записи.
Развитие Dolby Atmos и других технологий аудиофильмов с обзором на 360° в связи с коммерческими развлечениями привело к росту популярности использования бинауральной симуляции. Это сделано с целью полной адаптации саундтрека на 360° для наушников и наушников. Пользователи якобы могут смотреть фильмы и музыку на 360°, сохраняя при этом захватывающий объемный звук , несмотря на использование всего двух динамиков гарнитуры. Примечательно, что любой многоканальный саундтрек на 360° автоматически преобразуется в симулированный бинауральный звук при прослушивании в наушниках.
В 2005 году на Aqua был сделан ремикс для переиздания ограниченным тиражом в Германии и Японии, с дополнительным треком Upland Dawn , добавленным в конец компакт-диска.
В 2015 году сингапурский певец и автор песен Джей Джей Лин выпустил свой дебютный экспериментальный альбом From ME to Myself , используя запись на фиктивной голове. Это также первый альбом в индустрии поп-музыки, использующий эту технологию. [4]
При простом методе записи два микрофона размещаются на расстоянии 18 см (7 дюймов) друг от друга. Этот метод не обеспечивает настоящую бинауральную запись. Расстояние и расположение примерно соответствуют положению ушных каналов обычного человека , но это Это еще не все, что необходимо. Существуют более сложные методы.
Для создания бинаурального эффекта используются два основных метода:
Типичный блок бинауральной записи имеет два высококачественных микрофона, установленных в макете головы и вставленных в формы в форме ушей, чтобы полностью улавливать все настройки звуковой частоты (известные в психоакустическом исследовательском сообществе как передаточные функции, связанные с головой (HRTF)), которые происходят естественным образом, когда звук окутывает человеческую голову и «формируется» формой наружного и внутреннего уха . Манекен головы (также известный как искусственная голова , Kunstkopf [7] или симулятор головы и туловища ) используется для создания бинауральных записей. Затем треки прослушиваются через наушники, позволяя слушателю слышать с точки зрения манекена. Заглушка предназначена для одновременной записи нескольких звуков, что делает ее незаменимой при записи музыки, а также в других отраслях, где задействовано несколько источников звука.
Голова-пустышка создана для имитации человеческой головы среднего размера и, в зависимости от производителя, может иметь также нос и рот. Каждая голова манекена оснащена ушными раковинами и ушными каналами, в которых размещены небольшие микрофоны, по одному в каждом ухе. [8] Ведущими производителями в области дизайна пустышек являются: Brüel & Kjær, Head Acoustics GmBH, Knowles Electronics и GRAS Sound & Vibration. [8]
Производители макетов головок разрабатывают свою продукцию по-разному, учитывая конкретные ситуации. Манекены GRAS отличаются гибкостью: они включают в себя голову или туловище со сменными ушными раковинами разных размеров и материалов, наборы различных типов имитаторов слухового прохода, имитаторов барабанной перепонки. Головки могут включать или не включать имитатор рта. Дизайн Брюля и Кьера включает в себя мягкие формованные ушные раковины, нос, рот и туловище. Для записи звука одного и того же характера можно использовать любую пустышку или HATS, но разные их типы специально предназначены для выполнения разных задач. Новым производителем на рынке бинауральной записи является компания 3Dio, предназначенная для записи в меньшем масштабе. Микрофоны 3Dio расположены в ушах на среднем расстоянии от головы, однако модель не включает в себя всю голову или туловище.
Основная цель записи с использованием манекена – добиться идеального бинаурального воспроизведения, подходящего для всех слушателей. Проблема возникает в том, что каждая человеческая голова имеет разные особенности формы и размера. Из-за разнообразия HRTF невозможно создать бинауральный эффект, подходящий для всех ушей. Таким образом, алгоритм записи имитации головы-пустышки использует средние значения HRTF для создания умеренного бинаурального эффекта для всех. [6]
Человеческое восприятие направления сложное:
Обычная запись музыки производится для стереофонического воспроизведения, при котором для динамиков и наушников используется только левое и правое воспроизведение. Реализация Dummy Head позволяет записывающемуся исполнителю использовать трехмерное воспроизведение звука. Это связано с тем, что при воспроизведении через наушники слушатель воспринимает звук так, как если бы он находился в положении манекена. Запись воспринимается через ушные раковины головы манекена.
Техника бинауральной перезаписи проста, но еще недостаточно изучена. Он следует тем же принципам Worldizing, [10] метода, используемого звукорежиссерами фильмов, при котором звук воспроизводится через громкоговоритель в реальном месте, а затем перезаписывается, принимая во внимание все аспекты и характеристики реального мира. окружающая среда с ним. [11]
Использование пространства для управления звуком и последующая его перезапись уже много лет осуществляется с помощью эхо-камер в студиях звукозаписи. В 1959 году Ирвинг Таунсенд использовал эхо-камеру во время пост-продакшена альбома Майлза Дэвиса 1959 года Kind of Blue . «[Эффект эхо-камеры на Kind of Blue] лишь немного приятен. На 30-й улице линия была проведена от микшерного пульта вниз в бетонное подвальное помещение с низким потолком - размером примерно 12 на 15 футов. — где угодно мы устанавливаем динамик и хороший всенаправленный микрофон». [12]
При бинауральной перезаписи бинауральный микрофон используется для записи контента, воспроизводимого через многоканальную акустическую систему. Таким образом, бинауральная головка или микрофон теоретически записывает то, как люди будут слышать многоканальный контент. Саундтрек к фильму, например, будет записан бинауральным микрофоном со всеми сигналами окружающей среды данного места, а также реверберациями, в том числе обычно создаваемыми человеческим туловищем (при условии использования модели HATS [13] ). . Этот метод, как и некоторые бинауральные записи, сделанные с помощью Neumann KU 100. [14]
Используя МРТ-сканер, Брюль и Кьер и DTU собрали геометрию большой популяции человеческих ушей. Захватив полную геометрию ушного канала, включая костную часть, примыкающую к барабанной перепонке, эти данные были подвергнуты постобработке для определения средней геометрии ушного канала человека. На основе этого высокочастотный симулятор головы и туловища (HATS) типа 5128 создает очень реалистичное воспроизведение акустических свойств, охватывая весь диапазон слышимых частот (до 20 кГц). [15]
Есть некоторые сложности с воспроизведением бинауральных записей через наушники. Звук, улавливаемый микрофоном, расположенным внутри или у входа в ушной канал, имеет частотный спектр, который сильно отличается от того, который улавливается отдельно стоящим микрофоном. Функция передачи головы диффузного поля (HRTF), то есть частотная характеристика на барабанной перепонке, усредненная для звуков, идущих со всех возможных направлений, весьма гротескна, с пиками и провалами, превышающими 10 дБ . В частности, частоты от 2 до 5 кГц сильно усиливаются по сравнению с представлением в свободном поле. [17]
В январе 2012 года отдел исследований и разработок BBC работал вместе с BBC Radio 4 над созданием бинауральной постановки книги Майкла Морпурго Private Peaceful . [18] 88-минутная инсценировка представляла собой воспроизведение акустической системы 5.1 и имела 4 варианта. В начале каждого варианта слушатель услышит серию тестовых сигналов, позволяющих выбрать, какая версия дает слушателю наилучшее пространственное восприятие. При этом отдел исследований и разработок BBC признал, что успех бинаурального воспроизведения может быть разным, и поэтому предоставил разные миксы, основанные на разных наборах данных HRTF. К выпуску Private Peaceful прилагался опрос, который всем слушателям было предложено заполнить. В нем задавались вопросы об успехе бинаурального воспроизведения у слушателей и о том, какая версия (1-4), по мнению слушателя, была наиболее успешной.
Во время интервью Крису Пайку из отдела исследований и разработок BBC в сентябре 2012 года Пайк заявил, что «вы можете получить хорошее пространственное впечатление, но тембральная окраска часто является проблемой». [19] Проблема тембральной окраски упоминается во многих исследованиях по улучшению пространственного улучшения и иногда рассматривается как результат неправильного использования или недостаточного количества данных HRTF, например, при воспроизведении бинаурального звука, или того факта, что конечный пользователь просто не будет хорошо реагировать на собранные данные HRTF. Фрэнсис Рамси утверждает в статье 2011 года «Чья это вообще голова?» [20] что «плохо реализованные HRTF могут привести к плохому качеству тембра, плохой экстернализации и множеству других нежелательных результатов». [20] Получение правильных данных HRTF является ключевым моментом в обеспечении успеха конечного продукта, и, возможно, если сделать данные HRTF как можно более обширными, будет меньше места для ошибок, таких как проблемы с тембром. HRTF, использованные в Private Peaceful [18] , были разработаны путем измерения импульсных характеристик в реверберирующей комнате, чтобы уловить ощущение пространства, но они не очень внешние, и, как указал Пайк, существуют очевидные тембральные проблемы. [19]
Юха Меримаа из Sennheiser Research Laboratories обнаружил, что использование фильтров HRTF для уменьшения тембральных проблем не повлияло на пространственную локализацию, ранее достигнутую с использованием данных при тестировании на группе слушателей. [21] Это объясняет, что существуют способы уменьшить влияние тембральных проблем на звук, обработанный с помощью данных HRTF, но это означает дальнейшую обработку звука эквалайзером. Если этот путь будет изучаться дальше, исследователям придется быть довольными тем фактом, что звуком манипулируют в больших количествах для достижения большего чувства пространственного восприятия, и что эта дальнейшая манипуляция вызовет необратимые изменения в звуке, что-то вроде создатели контента могут быть недовольны. Необходимо будет принять во внимание, насколько уместны манипуляции и в какой степени, если таковые имеются, это повлияет на опыт конечных пользователей.
Идеальные условия прослушивания, скорее всего, будут создаваться в наушниках, спроектированных и откалиброванных так, чтобы обеспечить как можно более ровную частотную характеристику, чтобы уменьшить окраску звука, который слушает пользователь. В большинстве случаев конечным пользователям не кажется достаточной проблемой, чтобы инвестировать в наушники, которые позволят им слышать звук именно так, как задумал создатель контента, и вместо этого будут продолжать использовать наушники в комплекте, а в некоторых случаях инвестируйте в наушники, одобренные и брендированные определенными артистами. Как обсуждалось ранее, существуют проблемы с тембральными эффектами при использовании данных BRIR и HRTF для создания пространственно улучшенного звука — методов, используемых Крисом Пайком и отделом исследований и разработок BBC. [19] В результате возникли проблемы с тембром, и поэтому этот метод, возможно, еще не является успешным способом создания пространственно улучшенного звука для наушников, но эти тембральные проблемы также возникают при выборе наушников. «[Проблемы с тембром, вызванные использованием данных BRIR и HRFT] хуже, чем разница между некоторыми дешевыми наушниками, которые вы получаете с mp3-плеером, и некоторыми хорошими наушниками Sennheiser». [19]
Предназначен для проведения электроакустических испытаний на месте, например, на телефонных трубках, гарнитурах, устройствах для аудиоконференций, микрофонах, наушниках, слуховых аппаратах и средствах защиты органов слуха. [22]
Neumann KU 100 — это микрофон-пустышка, используемый для записи в бинауральном стерео. «Он напоминает человеческую голову и имеет два микрофонных капсюля, встроенных в уши» . [14] Neumann — это широко используемый бинауральный микрофон, который используется исследовательскими группами BBC. [23]
KEMAR изначально был изобретен в сотрудничестве с аудиологической индустрией для использования при разработке слуховых аппаратов и до сих пор является фактическим стандартом для этой отрасли, однако с тех пор использование KEMAR распространилось на множество других отраслей, таких как: телекоммуникации, защита органов слуха. испытания, разработка автомобилей и т. д. KEMAR разработан с использованием крупных статистических исследований, чтобы максимально приблизиться к средним человеческим измерениям. Модель KEMAR также является единственным микрофоном в этом списке, имеющим модель туловища. Было замечено, что отражения туловища вносят значительный вклад в создание успешной бинауральной записи. [24]
Бинауральные микрофоны 3Dio оснащены двумя силиконовыми вкладышами для ушей (ушной раковины), расстояние между которыми составляет 19 сантиметров (7,5 дюйма), что близко к среднему расстоянию между человеческими ушами. Микрофоны расположены внутри ушей: от Primo EM172 в моделях Free Space и Free Space XLR до DPA 4060s в модели Pro II. Серия 3Dio значительно дешевле, чем, например, Neumann KU 100, и поэтому используется больше на потребительском, чем на профессиональном уровне. Основное отличие моделей 3Dio от KEMAR или KU 100 — отсутствие модели головы. 3Dio полностью полагается на использование форм ушной раковины для достижения бинаурального эффекта стереозаписи.
Внутриканальный стереомикрофон, используемый как наушники, расположенный внутри ушной раковины человека. Этот микрофон использует ушную раковину пользователя для создания бинаурального эффекта. [25]
Hooke Verse — относительно новое бинауральное устройство, представляющее собой внутриканальный набор микрофонов, который подключается к записывающим устройствам с помощью Bluetooth с возможностью записи без потерь. Разработанный кодек позволяет пользователю захватывать аудио вместе с видео. Кроме того, в устройстве используются ветрозащитные экраны микрофонов для снижения шума ветра — распространенной проблемы носимых устройств и смартфонов. [ нужна цитата ]
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)[ мертвая ссылка ]