Principii Audio

Castile sunt capabile de a reproduce un sunet mult mai bun fata de boxe la un raport performanta/pret. Dar, pe de alta parte exista probleme legate de perceptia locatiei sunetului din casti, ceea ce ar putea fi un motiv in plus impotriva utilizarii lor pe scara mai larga de catre audiofili.

Cum auzim:

Procesul prin care percepem un sunet si il localizam in spatiu este denumit "localizare psihoacustica". La fel ca sistemul vizual, cel auditiv evalueaza si compara doua intrari (stanga si dreapta) pentru determinarea directiei din care provine informatia. Ochii spre exemplu evalueaza unghiuri si masoara distante, urechile evalueaza diferenta de timp si raspunsul in frecventa.

Daca am sta in fata unei perechi de boxe si inchidem boxa stanga, ambele urechi continua sa o auda pe cea din dreapta, dar urechea stanga, pentru ca este la o distanta mai mare, percepe sunetul mai tarziu decat urechea dreapta. Aceasta diferenta de timp pentru surse de sunet care nu sunt pe axul central se numeste "interaural time difference" (ITD). Pe langa aceasta, pentru ca ureche stanga se afla "in umbra" capului, percepe sunetul de la difuzorul dreapta la un volum putin mai redus si cu un raspuns in frecventa putin modificat. Aceasta poarta denumirea de "interaural amplitude difference" (IAD). Cele doua semnala se comporta bine in gama 400 Hz - 2 kHz si sunt cele mai importante semnale psihoacustice pentru amplasarea stanga - dreapta a surselor de sunet.

Dupa ce pragul de 2 kHz este depasit, este din ce in ce mai greu sa ne dam seama de unde provine sunetul folosind ITD, pentru ca lungimea de unda este mai mica decat distanta dintre urechi. Localizarea frecventelor inalte este in schimb efectuata prin detectarea reflectiilor scurte ce se produc in urechea externa. In jurul intrarii in ureche, se afla un mic bazin, creat de o creasta ce ocupa aproximativ jumatate din urechea externa, ce poarta denumirea de conca. O parte din sunetul ce ajunge in vecinatatea urechii intra direct in canalul auditiv, iar o parte este reflectat de conca inaintea de a intra in urechea interna. Semnalul direct, intercalat cu semnalul reflectat produce un fenomen de raspuns in frecventa denumit "filtru pieptene". Cand sursa de semnal audio se deplaseaza, sau, si mai important, capul se misca, se produce si o modificare in structura filtrului, permitand creierului sa decodeze schimbarile pe care sistemul perceptual le inregistreaza ca poztia sursei de sunet.. Aceasta informatie este folosita pentru a ajusta informatie din ITD, pentru detectarea pozitiei fata/spate si pentru inaltime.

Este important a se intelege ca modificarile in sunetul perceput sunt folosite de creier pentru localizare, si nu neaparat semnalele statice. Se observa ca oamenii aplica o mica miscare stanga - dreapta a capului pentru localizarea sunetului. Acest act inconstient se crede ca permite oamenilor sa detecteze diferentele mici dintre semnalele psihoacustice necesare pentru localizarea corecta a sursei de sunet.

Pe langa semnalel psihoacustice primare, sistemul auditiv mai foloseste de asemenea si reflectiile de pe umeri si corp cat si o legatura intre semnalele visuale si reflectiile de pe peretii si obiectele incaperii, nu numai pentru a determina pozitia surselor de semnal, dar si pentru determinarea pozitiei fizice a propriei persoane in incapere. Sistemul auditiv este folosit in principal ca un sistem de suport si de alerta, si actioneaza la nivelul subconstient. Acesta este unul dintre motivele pentru care este greu de dezvoltat un sistem auditiv fin si de inalta calitate.

Probleme de pozitionare:

Daca ascultam la casti pentru o perioada mai indelungata de timp, aceasta experienta poate deveni stresanta, asta pentru ca sunetul perceput nu este natural, creierul trebuind sa se obisnuiasca cu aceasta schimbare, ceea ce duce deseori la stres si oboseala din partea organismului.

De exemplu, daca ascultam la o pereche de boxe, si o inchidem pe cea din stanga, ambele urechi continua sa perceapa sunetul ce provine de la boxa dreapta. Dar, daca facem acelasi lucru cu o pereche de casti, lucrurile nu sunt la fel de simple. Daca inchidem canalul stanga, numai urechea dreapta mai aude semnalul audio, lucru care nu este natural. La boxe, ambele urechi aud ambele boxe, in mediul inconjurator, sunetele sunt percepute cu ambele urechi, asa incat, creierul este confuz cand sunetul este perceput doar de o singura ureche (situatie extrem de stresanta in cazul castilor).

Exista si tipuri de inregistrari, denumite "inregistrari binaurale" care sunt concepute special pentru redarea cu ajutorul castilor, problemele de mai sus fiind asfel eliminate in marea lor parte. Microfoane aranjate special, ce arata ca un cap, cu elemente in ureche, sunt folosite pentru aceste inregistrari. Din pacate, aceste inregistrari nu se aud tocmai bine la boxe, astfel incat sunt destul de rare. Mai sunt alte cateva tipuri de tehnici de aranjare a microfoanelor care pot fii folosite atat pentru boxe cat si pentru casti, dar nici una nu este suficient de satisfacatoare.

Ceea ce trebuie retinut este faptul ca intregistrarile produse in studiouri sunt optimizate pentru un sistem de boxe, nu pentru casti, iar prin faptul ca au o configuratie acustica diferita, inregistrarile efectuate pentru boxe nu suna asa cum ar trebui pe o pereche de casti.

Solutii folosind electronica:

Ceea ce lipseste castilor pentru a avea un sunet natural este posibilitatea ca sunetul de pe un canal sa mearga la urechea opusa, ajungand dupa un timp mai lung pentru distanta suplimentara parcursa, si o minima modificare a frecventelor inalte, pentru efectul datorat reflexiilor.

circuit crossfeed Solutia este ca semnalul stanga/dreapta sa se regaseasca si in partea dreapta/stanga, cu o anumita atenuare si defazaj. Acest crossfeed rezolvand problemele enumerate mai sus.

Vleft.out(t) = Vleft.in(t) + a*Vright.in(t-t0) a < 1

Vright.out(t) = Vright.in(t) + a .Vleft.in(t-t0)

Partea esentiala pentru filtrul crossfeed este realizarea diferentei de timp, care ar trebui sa fie de aproximativ 300 ms. Un filtru crossfeed conventional insa, cu toata ca reda bine sursele de sunet ce se afla in stanga/dreapta, nu reda la fel de bine sursele de sunet ce s-ar afla in fata/spate, mai precis, pe axa principala, intrucat acestea nu trebuie modificate, ambele semnale fiind egale, un semnal mono in principiu, si prin urmare nu au nevoie de crossfeed. Asfel, cu solutii conventionale, semnalul de la iesire devine:

Vleft.out(t) = Vright.out(t) = Vleft.in(t) + a*Vleft.in(t-t0) a < 1

Pentru localizarea sursei de sunet frecventele sub 2 kHz sunt cele mai importante, prin urmare acestea for avea o intarziere de 300 ms. Pentru frecventele mai intalte defazajul se reduce. Mai mult de atat, daca mutam semnalele audio in directia opusa si prind adaugarea unei atenuari dependente de frecventa inainte ca semnalul de crossover sa fie adaugat, semnalele mono nu vor suferi modificari. Un semnal care e egal pe ambele canale, nu va fi modificat, iar un semnal ce se afla doar pe un singur canal, va fi transferat pe celalalt canal cu diferenta de timp corespunzatoare.

Cele doua figuri reprezinta amplitudinile si diferentele de timp atat al semnalelor de crossfeed cat si al celor directe. Amplitudinea semnalului crossfeed scade cu frecventa, ceea ce imita reflexiile ce au loc la frecvente intalte datorata capului in principal. Pentru frecventele joase, defazajul de timp dintre semnale este de 320 ms, si deci imita defazajul natural pentru boxe aflate la un unghi de aproximativ 30 de grade fata de ascultator. Acesti parametrii pot fi modificati prin schimbarea valorii rezistentelor si al condensatoarelor din circuit.