Efekty przestrzenne. Metody architektoniczne i mechaniczne

Studia nagrań projektowały i budowały we własnym zakresie specjalne „komory pogłosowe”, które często stawały się swego rodzaju wizytówką danego studia.

Pracujący w studiach nagrań inżynierowie wymyślili na przestrzeni dekad wiele sposobów uzyskiwania efektu pogłosu. Co ciekawe, pomimo istniejących współcześnie – o wiele wygodniejszych – możliwości, niektóre z wypracowanych przed ponad pięćdziesięcioma (lub wcześniej) laty metod są wciąż stosowane, a część klasycznych urządzeń sprzed lat doczekała się swoich „sobowtórów” w postaci wtyczek. Zanim powiem o opracowanych metodach i urządzeniach konstruowanych ponad pół wieku temu

KILKA ZDAŃ PRZYPOMNIENIA

Z poprzedniego materiału wiemy, że pogłos jest nieodłączną częścią produkcji muzycznych. Stosuje się go miedzy innymi dlatego, że tworzy on wrażenie przestrzeni, które przywraca muzyce naturalność i pozwala słuchaczowi na wyobrażenie miejsca zdarzenia. Dowiedzieliśmy się, że pogłos w naturalnym środowisku jest wynikiem wielokrotnego odbicia dźwięku emitowanego przez źródło od powierzchni zamykających lub częściowo zamykających daną przestrzeń, co skutkuje złożoną charakterystyką wypadkową dźwięku. Wiemy też, że geometria pomieszczenia oraz materiały, z których pomieszczenie zostało wykonane, wpływa zarówno na intensywność i rozkład odbić, jak też na czas ich wygasania, który jest różny dla różnych przedziałów częstotliwości.

Specyfika działania ludzkiego mózgu polega na tym, że czerpie on, a następnie analizuje, pewne informacje wynikające z charakterystyki dźwięku, pozwalając człowiekowi na wyobrażenie miejsca zdarzenia – bez konieczności przebywania w tym miejscu. Podczas nagrania pewne przydatne do tej analizy informacje są częściowo (lub całkowicie) tracone, czego przyczyną może być zarówno bliskie mikrofonowanie źródeł dźwięku, jak też akustycznie martwe pomieszczenie. W celu przywrócenia utraconych informacji dodawany jest w procesie produkcji muzycznych pogłos. Z uwagi na właściwości ludzkiego mózgu rodzaj i ilość pogłosu dobierana jest zazwyczaj tak, by narząd słuchu identyfikował go jako efekt naturalny lub, w ostateczności, akceptował go jako wiarygodny.

JAK TO DRZEWIEJ BYWAŁO, CZYLI METODY ARCHITEKTONICZNE

Warto w ty miejscu przypomnieć, że początki przemysłu nagraniowego były prawdziwie pionierskim okresem. Wielu ponadczasowych nagrań dokonano na tak zwaną „setkę” – bez „wklejania” poprawek, Pro Toolsa oraz wielu różnych systemów DAW, z których mogą dziś korzystać nie tylko profesjonaliści. Były to lata pełne sytuacji współcześnie trudnych do wyobrażenia, a jednak właśnie dzięki wyobraźni ówczesnych inżynierów powstało wiele rozwiązań, które swoją prostotą, pomysłowością, a przede wszystkim skutecznością potrafią zaskakiwać nawet dziś.

Zanim pojawiły się pierwsze urządzenia analogowe umożliwiające otrzymanie sztucznego pogłosu, jednym ze sposobów na jego uzyskanie było wykorzystanie do nagrań różnych pomieszczeń zapewniających naturalny pogłos. Było to jednak, z wielu względów, raczej uciążliwe rozwiązanie – zarówno dla muzyków, jak i dla realizatorów. Wielokrotnie podczas pracy jedni i drudzy narażani byli na duży dyskomfort i zmuszani do borykania się z rozlicznej natury problemami. Nietrudno odgadnąć, że warunki takie nie sprzyjały budowaniu twórczej atmosfery, inspirującej do kreatywnego działania.

Innym sposobem na uzyskanie pogłosu było umieszczanie we wspólnym, zamkniętym pomieszczeniu głośnika i mikrofonu lub kilku mikrofonów. Pomieszczeniem takim mogła być na przykład piwnica, klatka schodowa lub korytarz budynku. Nagrany wcześniej dźwięk był odtwarzany w przestrzeń takiego pomieszczenia, a następnie ponownie nagrywany za pomocą mikrofonów w nim umieszczonych. Z czasem – o czym wcześniej już wspomniałem – studia nagraniowe zaczęły budować we własnym zakresie specjalne komory pogłosowe. Szczególną uwagę podczas projektowania zwracano na geometrię takiego pomieszczenia, starając się zachować jak największą nieregularność powierzchni wewnętrznych, oraz na materiały, którymi pokrywano te powierzchnie. Priorytet miały w tym przypadku różne materiały dobrze odbijające dźwięk, takie jak – między innymi – glazura czy szkło. Niektóre komory pogłosowe wyposażane były dodatkowo w ruchome tafle lakierowanej sklejki, pleksi lub szkła, pozwalające na kreowanie zróżnicowanych warunków wewnętrznych.

Do odtwarzania dźwięku stosowano zwykle pojedynczy głośnik lub standardowy zestaw głośnikowy, a do jego ponownego nagrania wykorzystywano różne typy mikrofonów. Początkowo był to tylko jeden mikrofon, ale z czasem zaczęto dodawać też drugi dla uzyskania efektu „stereo”. Pozycje mikrofonów wewnątrz pomieszczenia wyznaczano eksperymentalnie. Nigdy nie były one ukierunkowane bezpośrednio w stronę źródła dźwięku, ale w stronę różnych powierzchni odbijających.

Budowane według indywidualnych koncepcji komory pogłosowe nie tylko stawały się narzędziem charakterystycznym dla danego studia, ale też czynnikiem na swój sposób decydującym o jego popularności wśród potencjalnych klientów.

Naturalny pogłos pomieszczeń – również tych specjalnie zaprojektowanych do jego uzyskania – obarczony był jednak pewnymi ograniczeniami. Poza tym komory pogłosowe nigdy nie brzmiały w pełni realistycznie, choćby z uwagi na fakt, że już same głośniki konstruowane w tamtych latach nie zawsze brzmiały w pełni realistycznie. Poza tym część tych pomieszczeń była niejednokrotnie zbyt mała, by wygenerować pogłos o charakterystyce przydatnej w określonych sytuacjach.

Wszystkie te czynniki wydatnie przyczyniły się do szukania innych sposobów pozwalających na uzyskanie efektu o naturze bardziej muzycznej, przewidywalnej charakterystyce, a najlepiej o kontrolowanej amplitudzie i interwałach.

METODY MECHANICZNE

Prawdopodobnie pierwszym w miarę udanym „urządzeniem” pozwalającym na uzyskanie sztucznego pogłosu była... zwykła sprężyna, której specyficzne właściwości odkryto zupełnie przypadkowo. Otóż w pewnym okresie grupa inżynierów-dźwiękowców eksperymentowała z różnymi przedmiotami, poszukując możliwości uzyskania wiarygodnie brzmiącego efektu grzmotu dla potrzeb radia. Eksperymentowano na przykład ze zwiniętą spiralnie rurą, na której jednym końcu umieszczony był niewielki głośnik, a na drugim mikrofon. Dzięki tej wymyślnej konstrukcji uzyskano wiele różnych efektów dźwiękowych o niesamowitym brzmieniu, jednak miały one niewiele wspólnego z wyznaczonym celem poszukiwań.

Wśród wielu przebadanych wówczas przedmiotów znalazła się – jak wcześniej wspomniałem – również zwykła sprężyna. Do jednego z jej końców przytwierdzono przetwornik wkładki gramofonowej, natomiast drugi koniec pozostawiono w swobodnym zwisie. Potrząsanie sprężyną dało wreszcie efekt dźwiękowy do złudzenia naśladujący odgłos grzmotu towarzyszącego burzy. To jednak nie wszystko, bo rozbudzona sukcesem ciekawość inżynierów sugerowała, by kontynuować eksperyment w celu udoskonalenia tej bardzo prostej konstrukcji. Zamontowano więc przetwornik również na drugim końcu sprężyny, i wtedy zauważono, że do przenoszonego wzdłuż sprężyny dźwięku dodawany jest pewnego rodzaju pogłos. Tak właśnie narodził się sprężynowy moduł pogłosowy, podobny do tych (na przykład marki Accutronic), które do dziś montowane są w wielu wzmacniaczach gitarowych.

Pomimo początkowego zachwytu działaniem modułu sprężynowego szybko okazało się, że ma on niestety kilka poważnych mankamentów, które ograniczają zakres możliwości jego wykorzystania. Główny problem polegał na tym, że o ile efekt pogłosu uzyskiwanego za pomocą sprężyny sprawdzał się dość dobrze w przypadku wokalu czy gitary, to już w przypadku dźwięku o charakterze perkusyjnym pojawiały się nieprzewidywalne zjawiska. Sprężyny wykazywały tendencję do brzęczenia, a uzyskiwany dźwięk drżał i pulsował w miarę przemieszczania się odbić wzdłuż sprężyny. Problem ten próbowano rozwiązać na wiele sposobów – między innymi przez stosowanie układu kilku sprężyn o odmiennych charakterystykach, zatopienie sprężyn w oleju, ostre limitowanie sygnału wejściowego oraz rozległą korekcję. Były to jednak tylko półśrodki, które nigdy nie przyniosły w pełni zadowalającej poprawy jakości działania.

Znaczącą poprawę jakości sztucznego pogłosu przyniosło dopiero skonstruowanie płyty pogłosowej. Jednak efekt pogłosu, uzyskany za pomocą sprężyn, jest tak bardzo charakterystyczny (wręcz niepowtarzalny), że nawet budowane znacznie później cyfrowe procesory zostały wyposażone w jego emulację.

Płyta pogłosowa była – jak wskazuje jej nazwa – cienką, metalową płytą o powierzchni około jednego do dwóch metrów kwadratowych lub większej. Była ona zawieszona na solidnej ramie, umieszczonej w dźwiękoszczelnej obudowie.

Płytę pobudzał do drgań przetwornik elektromagnetyczny – identyczny, jak te, w które wyposażone są wszystkie standardowe głośniki. Przetwornik wejściowy zasilany był z odpowiedniego wzmacniacza, do którego dostarczano sygnał z pomocniczego wyjścia (aux) konsolety.

Dwa inne przetworniki, zamontowane w różnych miejscach powierzchni, przetwarzały wibracje płyty na sygnał elektryczny, który, po wzmocnieniu przez przedwzmacniacz, kierowany był ponownie do dedykowanego wejścia konsolety. Zastosowanie dwóch przetworników umożliwiało uzyskanie dwóch sygnałów wyjściowych przy jednym sygnale wejściowym, dając efekt pseudo-stereofoniczny.

Zasada działania płyty pogłosowej była bardzo prosta. Przetwornik elektromagnetyczny, do którego dostarczany był sygnał z konsolety, wprawiał metalową płytę w wibracje, przekazując jej energię dźwięku. Przekazywana energia przemieszczała się bardzo szybko, od miejsca w okolicy środka płyty, gdzie zainstalowany był przetwornik wejściowy, w kierunku jej krawędzi, gdzie odbijała się i zawracała ku środkowi. Powstające odbicia interferowały, docierały ponownie do krawędzi płyty, po czym odbijały się raz jeszcze i ponownie powracały. Z uwagi na fakt, że metalowa płyta miała kształt prostokątny, a fale dźwiękowe rozprzestrzeniały się w sposób kolisty, już pierwsza fala odbita tworzyła bardzo złożoną strukturę, gdyż jej czoło docierało w różnym czasie do różnych fragmentów poszczególnych krawędzi płyty. Proces ten powtarzał się wielokrotnie. Z każdym cyklem następowało wytracenie części energii, a jednocześnie tworzyła się coraz bardziej złożona struktura odbić.

Jak wspomniałem w poprzednim materiale, jedną z cech pogłosu występującego naturalnie w rozległej przestrzeni jest określona liczba pojedynczych, wyraźnie słyszalnych odbić, pojawiających się po pewnym czasie, które poprzedzają etap tworzenia się zwartych odbić określanych mianem „ogona”. Przedział czasu pomiędzy dźwiękiem bezpośrednio docierającym do słuchacza oraz pierwszym odbiciem nazywany jest opóźnieniem początkowym, od którego zależy wywołane u słuchacza sugestywne wrażenie wielkości przestrzeni.

Z uwagi na ten fakt można by twierdzić, że płyta pogłosowa była również obarczona pewnym mankamentem, gdyż uzyskiwany przy jej wykorzystaniu efekt był zwarty i szybki. Raczej trudno byłoby doszukać się w jego strukturze etapu określanego „opóźnieniem początkowym”, który – o czym też wcześniej wspomniałem – ma przecież fundamentalne znaczenie w przekazywaniu słuchaczowi informacji potrzebnych do budowania poczucia przestrzeni. Płyta pogłosowa była tak dalece pozbawiona tej cechy, że właściwie nie sugerowała żadnej przestrzeni akustycznej. Jednak z muzycznego punktu widzenia wspomniany mankament był jednocześnie swego rodzaju zaletą, gdyż pogłos uzyskiwany za pomocą płyty wykorzystywany był najczęściej w charakterze efektu muzycznego, a nie jako czynnik kreujący iluzję przestrzeni lub sugerujący wielkość pomieszczenia.

Oprócz wspomnianego braku cech przestrzeni płyta pogłosowa prezentowała jeszcze dwa inne mankamenty, z którymi jednak uporano się szybko, skutecznie i w dość prosty sposób. Pierwszym było to, że z racji swojego charakteru płyta przejawiała tendencje do metalicznego zabarwiania dźwięku. Problem ten udało się łatwo rozwiązać przez zastosowanie odpowiedniej korekcji, która znacząco poprawiła finalną jakość.

Drugim problemem był stały okres wygasania pogłosu. Trwał on w normalnych warunkach około pięciu sekund lub nawet dłużej, co było zbyt długim przedziałem czasu dla większości typowych zastosowań. Rozwiązaniem tego problemu stało się zaprojektowanie zdalnie sterowanego układu tłumików z filcu, które w zetknięciu z powierzchnią płyty częściowo tłumiły jej drganie i skracały czas wygasania pogłosu.

Wiemy już, że cechą charakterystyczną efektu pogłosu uzyskiwanego zarówno za pomocą modułów sprężynowych, jak też płyty pogłosowej, był brak opóźnienia początkowego – w pełnym rozumieniu tego pojęcia, które stanowi sugestywny bodziec psychoakustyczny, umożliwiający słuchaczowi kalkulację wielkości sztucznej przestrzeni. W naturalnych warunkach, czyli w konkretnej wielkości pomieszczeniu, informacją dla słuchacza jest przedział czasu, jaki potrzebuje dźwięk na dotarcie do pierwszej powierzchni odbijającej i powrót do słuchacza. Im dłuższy jest ten przedział czasu, tym większa jest odczuwana przestrzeń.

Płyta pogłosowa EMT 140 doczekała się swojej cyfrowej emulacji w formie plug-in’ów firmy Universal Audio i Waves.

Współczesne „wszystko mające” cyfrowe procesory efektów udostępniają użytkownikowi możliwość regulacji tego przedziału czasowego. Jednak procesory te – jak wiemy – zaczęły pojawiać się dopiero w latach 70. ubiegłego stulecia. Jak zatem radzono sobie wcześniej? O tym opowiem już po wakacjach, we wrześniowym numerze LSI.

Marek Witkowski