Od początku fonografii, stworzenie wrażenia przestrzenności dźwięku stanowiło jedno z wyzwań. Z tego artykułu dowiesz się, jak dźwięk przestrzenny ewoluował od stereofonii przez kwadrofonię aż po dźwięk obiektowy typu Dolby Atmos. Od czego się zaczęło? Jakie problemy sprawia tworzenie złudzenia przestrzeni na nagraniu dźwiękowym? Jaki wpływ na to wszystko miał rozwój kinematografii?
Żeby zrozumieć, jak działa dźwięk przestrzenny, trzeba zrozumieć przede wszystkim, czym jest dźwięk. Nudna definicja mówi, że dźwięk to zaburzenie mechaniczne ośrodka sprężystego, czyli przekładając na bardziej zrozumiałe słowa: wibrujące powietrze. Powinniśmy jeszcze rozumieć to, że do opisania dźwięku wykorzystujemy funkcję częstotliwościową (wysokość) i funkcję czasową, która pozwala między innymi na precyzyjne określenie jego źródła. I to właśnie sprytne wykorzystanie funkcji czasowej pozwala na stworzenie iluzji przestrzeni, źródeł pozornych i tej legendarnej „szerokiej sceny”.
Historia dźwięku przestrzennego: Od stereofonii do Dolby Atmos
Co prawda pierwsze proste systemy stereofoniczne (mówię tu o systemach typu mikrofon-głośnik, nie „systemach” w rozumieniu systemów audio!) mieliśmy już w latach 20 w zastosowaniach militarnych., jednakże przemysł fonograficzny zaczął wykorzystywać tę metodę zapisu dźwięku dopiero pod koniec lat 50. Wynikało to po prostu z konieczności opracowania nośnika fizycznego zdolnego do zapisu i odtworzenia wielokanałowego dźwięku – tym nośnikiem była płyta winylowa w technologii drobnorowkowej, na której osobne kanały zapisane były w jednym rowku. Kluczowe było również opracowanie wkładek gramofonowych, które potrafiły odtworzyć osobno sygnał z „lewego” i „prawego” rowka oraz przekazać go dalej. Do poprawnego odtwarzania dźwięku stereo potrzebny był jeszcze stereofoniczny system składający się z dwóch głośników oraz wzmacniacza z kanałem lewym i prawym.
Tak naprawdę jednak pierwszym w pewnym sensie masowym nośnikiem stereofonicznym była… taśma filmowa! Kino w tym artykule będzie się przewijało, bo to właśnie ta branża ciągnęła za sobą rozwój dźwięku przestrzennego. Pierwszy film w technice stereo wyemitowano w kinach jeszcze w latach 40. XX wieku. Była to „Fantazja” produkcji studia Walta Disneya, w tym filmie wykorzystano udźwiękowienie, na którym po raz pierwszy można było usłyszeć kompozycje klasyczne w wersji stereo. Była to jednak produkcja eksperymentalna, przy której cały system udźwiękowienia był budowany specjalnie dla tego filmu.
W jaki sposób uzyskano jednak efekt przestrzenności? Najprościej i najogólniej mówiąc, chodzi o przesunięcie fazowe dźwięku, a więc o bardzo niewielkie opóźnienie sygnału w jednym głośniku, względem drugiego. Manipulując tym przesunięciem czasowym, możemy wybrać dokładne położenie pozornego źródła dźwięku. Czyli mówiąc prościej – wykorzystując naszą naturalną zdolność lokalizacji źródła dźwięku na podstawie minimalnych przesunięć czasowych, tworzymy wrażenie przestrzenności dźwięku.
Dźwięk Przestrzenny: początki i nowe możliwości twórcze
Trudno jednoznacznie określić, który album był pierwszym masowo wydanym w technologii stereo. Niektóre źródła podają, że był to wydany w 1958 roku „Bob and Ray Throw a Stereo Spectacular„, który w zasadzie nie jest albumem muzycznym a samplerem zawierającym skecze komediowe, pokazującym możliwości stereofonii. Pierwsze muzyczne zapisy stereofoniczne muzyki popularnej nie przetrwały moim zdaniem próby czasu. Słucha się ich dosyć trudno, co wynika z tego, że realizatorzy, producenci, ale także artyści potrzebowali kilku lat, żeby zrozumieć w pełni możliwości twórcze dźwięku przestrzennego. W pierwszych miksach stereofonicznych instrumenty były lokalizowane skrajnie. Na przykład cały zestaw perkusyjny z basem umieszczano w lewym kanale, a wokal i np. gitarę w prawym. Posłuchajcie pierwszych stereofonicznych miksów The Beatles – tam słychać doskonale tę konfuzję wynikającą z wprowadzenia nowej technologii. Na przykład:
Beatlesi są też jednym z pierwszych popularnych zespołów, który w kreatywny sposób wykorzystał wrażenie przestrzeni w swoich późniejszych nagraniach. Artyści wykorzystywali studio nagraniowe jak instrument, tworząc przestrzenne pejzaże dźwiękowe. Oczywiście dużo bardziej kreatywne w takim wykorzystaniu techniki nagraniowej były radiowe studia eksperymentalne, jak to istniejące w Polskim Radiu. Ale to już zupełnie inna historia.
Kwadrofonia: wczesny etap rozwoju dźwięku przestrzennego
Po co ograniczać się do dwóch kanałów, kiedy można mieć cztery? W latach 70. XX wieku przemysł fonograficzny zaczął popularyzować dźwięk przestrzenny nowej generacji: dźwięk kwadrofoniczny, który polegał na używaniu czterech kanałów dźwiękowych, zamiast tradycyjnych dwóch. Dlaczego napisałem, że zaczął popularyzować? Bo tutaj również kinematografia pomagała pchnąć fonografię do przodu. Kwadrofonia również wymagała specjalnych wkładek gramofonowych (choć warto nadmienić, że tu mieliśmy też do czynienia z magnetofonami kwadrofonicznymi) i czterokanałowych wzmacniaczy, na dodatek – dwóch dodatkowych kolumn. To bardzo wysoka bariera wejścia, przez którą tak naprawdę niewielu konsumentów mogło sobie pozwolić na kwadrofoniczny system.
I tu z pomocą przychodzą kina, jedna z pierwszych kwadrofonicznych produkcji łączy fonografię i kinematografię. Produkcją tą była rock-opera Tommy stworzona przez The Who i reżysera Kena Russela. W artystyczny sposób tę technologię wykorzystywali tacy twórcy, jak Mike Oldfield czy Pink Floyd.
Przewagą kwadrofonii nad stereofonią jest stworzenie nie tyle punktu odsłuchowego, jak w przypadku stereo, co całego pola odsłuchowego. Niestety, oprócz wysokiego progu wejścia w kwestii sprzętowej, trudności w ustawieniu takiego sprzętu, problemy sprawiały technikalia związane z zapisem i dekodowaniem takiego sygnału. Jest to kwestia o tyle złożona, że nie opiszę jej w tym artykule, jednak osoby zainteresowane odsyłam do świetnego artykułu na Wikipedii w języku angielskim na ten temat.
Dolby Atmos: rewolucja dźwięku przestrzennego i dźwięk obiektowy
Jednym z najnowszych osiągnięć w dziedzinie dźwięku przestrzennego jest dźwięk obiektowy. Najbardziej znana (acz niejedyna) technologia dźwięku przestrzennego to Dolby Atmos. W odróżnieniu od tradycyjnych systemów, Dolby Atmos umożliwia lokalizację dźwięków nie tylko w przestrzeni lewo-prawo, ale również w przestrzeni pionowej i dookoła słuchacza.
Jak Działa Dolby Atmos? Technologia Dolby Atmos to już nie tyle dźwięk przestrzenny, co dźwięk obiektowy. Oznacza to, że dźwięki, a w zasadzie ich źródła na nagraniu są traktowane jako niezależne „obiekty”. Obiekty dźwiękowe posiadają informacje o swoim położeniu, odległości, kierunku i innych parametrach przestrzennych, które pozwalają uwzględnić przestrzeń trójwymiarową, czyli rozmieścić dźwięki z określoną pozycją (na osiach x, y, z). Tworzy to wrażenie nie tylko kierunku, z którego odbieramy dźwięk, ale też odległości od jego źródła. Jest to niezwykle skomplikowane zagadnienie, które wykorzystuje podobne zasady, co stereo – a więc „oszukiwanie” naszej percepcji czasowej dźwięku. Zauważyliście, że w tym opisie nie napisałem nic o ilości źródeł dźwięku?
Więcej źródeł dźwięku to większa przestrzeń?
To jedna z ciekawszych zalet dźwięku obiektowego (Powtórzę: to nie tylko technologia Dolby Atmos) – dzięki zredefiniowaniu źródeł dźwięku jako obiektów w przestrzeni, możemy je odtwarzać nawet z soundbara. Co prawda nie będzie to wrażenie jak w kinie lub w specjalnie do tego przystosowanym systemie, ale nadal – jest to możliwe. Można skalibrować urządzenie w taki sposób, żeby wykorzystywało odbicia od ścian i sufitu, żeby prawidłowo odtworzyć obiekty dźwiękowe.
To technologia wykorzystywana nie tylko w kinie domowym. Od pewnego czasu użytkownicy Apple Music oraz słuchawek Airpods, mogą korzystać z muzyki w Dolby Atmos. Jak to działa? Żyroskopy i akcelerometry w słuchawkach określają położenie głowy w przestrzeni, a aplikacja odtwarzająca muzykę dostosowuje przestrzenną pozycję źródeł dźwięku do pozycji głowy. To bardzo ciekawe uczucie, chociaż myślę, że bliżej mu do słuchania stereo, niż obiektowego. Niemniej, Apple zachęca artystów do udostępniania swojej twórczości właśnie w technologii dźwięku przestrzennego, obiecując prioretyzację algorytmów względem takich albumów. Oznacza to wyższe kwoty za odtworzenia dla artystów.
Dźwięk przestrzenny to nie tylko muzyka i film
Od prostych systemów stereo poprzez dźwięk kwadrofoniczny, systemy 5.1, aż po zaawansowany Dolby Atmos – rozwój technologii dźwiękowej jest niezwykle fascynujący. Każda z tych technologii wnosi coś wyjątkowego do doświadczenia dźwiękowego. Dlaczego jednak technologie wielokanałowe nie są popularniejsze? Myślę, że to zawsze była kwestia problemów z przestrzenią. Niewielu miłośników kina czy muzyki może sobie pozwolić na wygospodarowanie przestrzeni potrzebnej do prawidłowego odtworzenia takiego dźwięku. Równie niewielu potrafi poprawnie taki system ustawić. Czy automatycznie kalibrujące się rozwiązania przełamią trend niskiej popularności dźwięku przestrzennego?
Czy współcześni artyści wykorzystają dźwięk przestrzenny nowej generacji równie kreatywnie, co ich poprzednicy? A może zniesienie kolejnej bariery kreatywnej uwolni potencjał nowych twórców na skalę dotąd nieznaną?
Od początku, celem wielowymiarowości dźwięku było pozwolenie na „zatopienie się” w wydarzenia, nie tylko muzyczne. Obecnie, dzięki rozwojowi tej technologii możemy osiągnąć immersję nie tylko w warunkach kinowych. To już nie tylko muzyka i film, również branża gier zainteresowała się rozwojem tej dziedziny. Czy to właśnie ta branża doprowadzi do kolejnych przełomów?