על שמיעה, סאונד, ומה שמסביבם - פרק ח: חשיבותו של הזמן

הנה אנחנו חוזרים לעולם המופלא של סאונד והגברה. בחוץ, סערה. בבית חם ונעים. לא ממש בא לי לצאת, אז זה או נטפליקס, או צלילה אל נפלאות הסאונד. לא יודע מה איתכם, אבל בשבילי זו בחירה ממש קלה

אוקיי. אז זאת הייתה הקדמה קצרה לפוסט הזה, ועכשיו אפשר להמשיך לעיקר.

אם אתם זוכרים, בפוסט הקודם דיברנו על מימד הזמן, וחידדנו את ההסבר למה שאנחנו קוראים “זמניות” (באנגלית temporality.) זה הכל טוב ויפה (וטכני), אך מה המשמעות של זמניות לחווית האזנה?

זמן ולוקליזציה

יש פה מישהו שמכיר את המשחק “מרקו פולו”? למי שלא מכיר, זה משחק שבו מישהו עומד כאשר ממסביבו נמצאים יתר השחקנים. השחקן שעומד במרכז עוצם את עיניו וצועק “מרקו!” והשחקנים האחרים מגיבים באמירת "פולו!". לאחר מכן על השחקן לאתר את השחקנים האחרים מבלי לפקוח את עיניו, תוך שימוש ברמזים שמיעתיים בלבד. "מרקו פולו" הוא דוגמה מצוינת לאופן שבו המוח שלנו מעבד קלט אודיו. כמובן, מאחורי הבידור הפשוט הזה, המוח של השחקן מפרש נתוני עתק של אודיו במספר דרכים שונות ומחשב את מיקומם של צלילים שונים ברמת דיוק גבוהה. זה נקרא לוקליזציה.

מספר גורמים באים לידי ביטוי כאשר המוח מחשב את מיקום הקול. בנוגע למשרעת (אמפליטודה), למשל, צלילים חזקים יותר נתפסים בדרך כלל כקרובים יותר. בהתייחסינו לתדר, אנו יכולים לקבוע גובה-צליל ומרחק (כאשר תוכן בתדר גבוה פוחת ככל שהצליל הופך מרוחק יותר ושינוי גובה הצליל כתוצאה מאפקט הדופלר). לזמן יש גם תפקיד מרכזי באופן שבו אנו תופסים מיקום.

בואו נסתכל על כמה דוגמאות, ונתחיל מאחת פשוטה.

אם תביטו על איור 3.5 ו3.6, בתמונה מטה, תראו דוגמה פשוטה - מקור צליל יחיד שממוקם ישירות מול המאזין: ניתן לראות שעם הצליל הנפלט ממיקום בודד שנמצא במרחק שווה מכל אוזן, הצליל מגיע לשתי האוזניים בו זמנית.

באיור 3.7 ניתן לראות איך הזזת הצליל לשמאלו של המאזין, גורמת לכך שהצליל יגיע לאוזן השמאלית הקרובה יותר לפני שיגיע לאוזן הימנית (תהיה כמובן השפעה כלשהי של גודל וצורת הראש, כמו גם מיקום האוזניים).

...וכמובן, ההפך הוא הנכון כאשר מקור הקול מועבר לימין המאזין - ראה איור 3.8

כמה גדול יכול להיות ההבדל הזה בתזמון?

אם אנחנו לוקחים בחשבון שמהירות הקול באוויר בתנאים רגילים (גובה פני הים, אוויר יבש, בטמפרטורה של 20 מעלות)) היא 344 מטר בשנייה (1,238 קמ"ש) והמרחק הממוצע בין אוזניו של אדם הוא בערך 14 ס"מ, אז ההפרש המקסימלי בזמן בין האוזן השמאלית והאוזן הימנית הוא בערך 402 מיקרו-שניות (מיקרו שנייה = מיליונית השנייה). זה יהיה המקרה שבו הצליל הוא ישירות משמאלו או ימינו של המאזין, כפי שמוצג באיור 3.9 בתמונה מטה.

כאשר צליל מתקרב להיות ישירות מול המאזין, ההפרש הבין-אורלי (שקשור לקליטת צלילים בכל אוזן בנפרד) מצטמצם לאפס.

מבט באיור 3.10 מראה איך המוח האנושי משווה את ההבדל בזמני ההגעה בין האוזן הימנית לאוזן השמאלית ו(בעזרת רמזים שמיעתיים אחרים) יכול לפרש את מיקומם של מספר מקורות שמע בדרגת דיוק מרשימה - עד 2 מעלות!

ליכולת שלנו להבחין במיקום על סמך הבדלים זעירים בתזמון האות כשהוא מגיע לשתי האוזניים שלנו יש השלכות מעשיות לשחזור סאונד.

אי דיוקים ברפרודוקציה של תזמון הצלילים יעוות את התמונה המרחבית שחווה המאזין. אם ניקח את זה לקיצון, אי דיוקים אלה עלולים לגרום לאפקטים של צלצול או צמרמורת, או אפילו דרגות של ביטול פאזה כאשר מתמודדים עם מספר מקורות סאונד (לדוגמה, כוונון של רמקולים בתצורת סטריאו).

זמן ופירוט קולי

"הרשה לי להפנות אותך אל תיקון הבננה." (סטיב מרטין)

המוח שלנו מותנה על ידי שנים של למידה (ועוד שנים רבות של אבולוציה) לצפות לדברים מסוימים מהסביבה שלנו. לדוגמה, במשפט שלמעלה, אנו יכולים לזהות את מבנה המשפט, והמשפט הוא - אם כי מוזר - נכון מבחינה דקדוקית. באופן דומה, המוח שלנו התפתח עם הזמן כדי "לדעת" אילו צלילים קשורים לצלילים בסיסיים מסוימים, תוך יצירת גוון קולקטיבי. אבל מה אם (כפי שקורה במשפט למעלה), מידע מסוים מבולבל או שגוי? ובכן, בשלב זה, המוח שלנו לא ממש יודע מה לעשות עם מה שאנחנו שומעים.

לזמניות יש תפקיד קריטי במידע שאנו מסתמכים עליו כדי להבין את הסביבה השמיעתית שלנו. הבדלים, לא רק בתזמון של אותות משולבים, אלא בתזמון של ניואנסים מפורטים בקלט הקולי המצטבר מאפשרים לנו להבחין בין צלילים חופפים ובין צלילים בו-זמניים (פרט זה, למשל, מאפשר לנו להבחין בין כינור לחצוצרה המנגנים את אותו תו בו-זמנית בשדה פתוח, ובו בזמן לשמוע קול הרוח מבעד צלילים אלו). הרבה מהמידע הזה נמצא בטווח התדרים ההרמוניים הגבוהים יותר, (עם מחזורים קצרים יותר), ולכן התזמון המדויק של אותות חשוב במיוחד בשמיעה ברורה של העולם סביבנו.

ניסויי “הפעמון החתוך".

אחת הדוגמאות המפורסמות לחשיבותו של פרט זה (שנחקור אותו לעומק בהמשך) נעשתה בשנות ה-50 על ידי המלחין המשפיע פייר שיפר (1910-1995). שיפר, ידוע כמוביל דרך וכמלחין מוזיקת אוונגרד, חדשן בסגנון הנקרא musique concrete, אשר בתורו הוא אחד ממקורות המפתח של מוזיקה אלקטרונית וסמפלינג (שהם הבסיס לכל המוזיקה האלקטרונית שאנחנו מכירים כיום).

כבר בשנות החמישים, שיפר שיער שהזיהוי של כלי מוזיקה שונים מתרחש בעיקר בתחילת הצליל - ברכיב ה”התקפה” של המעטפת הקולית (“התקפה במובן של Attack במודל ה-ADSR של Attack, Decay, Sustain, Release). הוא התחיל בהסרת חלק ה”התקפה” של צליל הפעמון (ומכאן שמה של סדרת הניסויים), ונבדקים ניסו לזהות את הצליל על ידי שלבי הדעיכה, השמירה והשחרור (Decay, Sustain, Release) שנותרו בצליל.

הנה מה שהוא למד: נבדקי המבחן שלו לא יכלו לזהות בקלות שהצליל שהם שומעים הוא פעמון ללא המידע המכריע - והמורכב - בתחילת הצליל. שיפר המשיך לחתוך את ההתחלה של כלים רבים אחרים (כלי התזמורת של היום) ומצא תוצאות דומות. היכולת שלנו לזהות צלילים נובעת בעיקר משלב ה”התקפה” המכיל מידע מורכב על זמניות הצליל והתוכן ההרמוני שלו, ומבלי שהרכיב הזה יישמע (או יישמע במדויק) אנו מאבדים את היכולת להבחין מה בדיוק אנחנו שומעים.

הערה: ניסויים אלה נלקחו צעד קדימה על ידי אחרים שחיברו את שלב ה”התקפה” של כלי אחד עם שלב ה”דעיכה”, “שמירה” ו”שחרור” של אחר, כדי ליצור צליל אינסטרומנטלי חדש! - רק תשאלו את האמן האהוב עליכם והוא י/תסביר עוד.

כאן שוב, ציר הזמניות מציג חשיבות שלעתים קרובות מתעלמים ממנה. לא רק שאנו מסתמכים על הרזולוציה הזמנית העדינה שלנו כדי לקבוע את מיקום המקור של הצליל, אלא שאנו גם תלויים ביכולת שלנו להבחין בווריאציות זמניות זעירות של גל הקול בזמן כשהוא מתנגן כדי לזהות כלים ואינטראקציות מורכבות של צלילים מרובים.

אחד ההבדלים בין KV2 ליצרני ציוד אודיו אחרים זאת ההתייחסות הכל כך משמעותית שלהם למימד הזמן. אם תסתכלו על גיליונות מפרט המוצרים של יצרני רמקולים רבים, תמצאו במהירות מידע על תגובת תדרים וטווח דינמי. הפרמטרים (החשובים) של הסאונד בהחלט מיוצגים היטב בוויכוחים על היתרונות והחסרונות של ייצרני רמקולים שונים. מה שלא מיוצג בדיון הוא מימד הזמניות.

יכול להיות שיש סיבה מאחורי זה. התייחסות נכונה לממד הזמניות של הסאונד דורשת התמסרות ומחויבות לאיכות. החל מאיכות אות הכניסה לשרשרת האודיו של הרמקול, ועד לפלט הסופי שלו. זה כרוך לא רק בהיבטים המכניים של עיצוב ובניית הרמקולים, אלא גם ברכיבים האלקטרוניים שמניעים אותם - לא יכולה להיות אפילו חוליה אחת חלשה.

מחויבות כזו היא מה שנדרש כדי לייצר רמקול פרימיום אמיתי: המסוגל לשחזר בנאמנות ובשלמות את אות האודיו שנשלח אליו. עוד כדאי להזכיר – והמדע יראה זאת בפוסטים הבאים – שעל ידי התייחסות ישירה, וללא פשרות, למימד הזמניות בסאונד, אין צורך לפתור בעיות שמופיעות תדיר ברמקולים אחרים מכיוון שהן אינן מתרחשות מלכתחילה.

זהו להפעם. בפוסט הבא נצלול קצת לאלקטרוניקה של מערכות אודיו, ואיך היא משפיעה על חווית ההאזנה שלנו, במיוחד ככל שזה נוגע לעיוותים (Distortion) של הסאונד הנשמע מהרמקולים.