Fantomen in stereo

Onder de naam Incredible Sound introduceert Philips in Nederland een audiosysteem dat ghettoblasters, tv's en multimedia-computers alsnog een breed stereogeluid geeft. Zelfs al staan de boxen stijf tegen elkaar geklemd, dan nog klinken ze alsof er meters tussenruimte is. Vorig jaar september had Singapore de wereldprimeur en het snufje bleek een doorslaand succes.

Geestelijk vader van de Incredible Sound is Ronald Aarts van het Philips Natlab in Eindhoven. Als onderzoeker bij de DSP-groep (digital signal processing) is hij vooral geïnteresseerd in verschijnselen op het grensvlak van psycho-akoestiek en signaalbewerking. Onlangs promoveerde hij aan de TU Delft op het proefschrift On the design and psychophysical assessment of loudspeaker systems. Wat de Incredible Sound binnen Philips extra in de belangstelling doet staan, is de korte periode tussen idee en verkoopbaar produkt: ruim een jaar.

In een goede luidsprekerbox zitten om fysische redenen meerdere speakers: door hun langere golflengte hebben lage tonen graag een grotere conus en met een drieweg-systeem is het eenvoudiger een groot frequentiegebied 'breed' de huiskamer in te stralen. Na door de versterker te zijn geleid wordt Tina Turner via scheidingsfilters over woofer, middentonenluidspreker en tweeter verdeeld. Aarts: 'Het belang van de precieze recepten om die scheidingsfilters te maken is altijd onderschat. Toch bepalen ze voor een deel de kleur van het geluid. Wat wij op het lab hebben gedaan, is die elektrische schakelingen digitaal imiteren, met als extra de mogelijkheid tot fijnregeling op aanwijzing van proefpersonen. Op die manier konden we met een en dezelfde box de sound van verschillende types luidsprekers weergeven.'

Brandenburger Concert

Om dat te bereiken wordt bijvoorbeeld een Brandenburger Concert uit een Sonybox in een dode kamer (een ruimte met geluidsabsorberende wanden) per deelspeaker netjes opgemeten. Dat geluid gaat in de computer waarna digitale filters tussen Philipsversterker en -boxen het klaarspelen de concurrent feilloos te imiteren. Aarts: 'Proefpersonen hoorden nauwelijks verschil tussen echt en namaak. Voorwaarde is dat de boxen ruwweg dezelfde geometrie bezitten. Een Quad naäpen met een oortelefoontje is nog een beetje te incredible.'

Een ander resultaat uit Aarts' onderzoek was dat een goede luidspreker een vermogenskarakteristiek heeft waarbij hogere tonen minder vermogen uitstralen. Metingen in een galmkamer, met lange echo's, wezen dit uit. Akoestisch gesproken zit een huiskamer tussen een galmkamer en een dode kamer in. Hoewel men traditioneel alleen dode kamer metingen gebruikt als uitgangspunt bij dit soort onderzoek, levert dit eigenlijk te weinig informatie op. Zo kan het bijvoorbeeld de waargenomen agressiviteit van de hoge tonen luidspreker versluieren in geval van een niet-aflopende vermogens karakteristiek. Overigens is de gebruikelijke dB(A) weegmethode om de luidheid (loudness) van boxen vast te stellen volgens Aarts ongeschikt. 'Die heeft als uitgangspunt een geluidsniveau 40 phon, terwijl 70 à 80 phon bij het luisteren naar muziek heel gewoon is. Vooral bij lage frequenties maakt dat aanmerkelijk verschil.'

Het principe van de Incredible Sound is relatief simpel. Met behulp van digitale signaalbewerking kan met dicht op elkaar staande boxen toch een goed stereo-effect worden bereikt. De filters die het geluid naar fantoombronnen sturen, zijn afgeregeld na metingen met een microfoon in een oor, gecombineerd met metingen aan een vrijstaande microfoon. Dat levert 'overdrachtsfuncties' op die het manipuleren van het oorspronkelijke signaal vastleggen. Het resultaat is een aanzienlijk natuurgetrouwer geluid dan tot nu toe bij kunstmatige stereoverbreding mogelijk was. Aarts: 'De zaak is opnieuw met luisterproeven getuned. In een studio stonden twee luidsprekers tegen elkaar met daarnaast een hele rij niet-aangesloten exemplaren. De proefpersoon moest aangeven uit welke box hij het geluid dacht te horen en ook kon hij zijn mening geven over de natuurgetrouwheid. Op die manier zijn de filters geoptimaliseerd. Daarbij moet bedacht worden dat smaken verschillen: een Aziaat kan het effect niet sterk genoeg zijn, terwijl een Amerikaan stereoverbreding al snel overdone vindt.' Om die reden onderzoekt Robert Toonen Dekkers, met wie Ronald Aarts bij het ontwikkelen van de Incredible Sound samenwerkt, op het researchlab in Eindhoven de mogelijkheid van variabele stereobreedte. Ook willen zij het systeem robuuster maken, wat inhoudt dat het effect niet verdwijnt als je opzij van de luidsprekers zit: bij tv-kijken niet ongebruikelijk. De filters daarop aanpassen is allesbehalve eenvoudig, al vindt de klant dat je het er zo ongeveer bij cadeau moet krijgen.

De Incredible Sound, in analoge vorm een schakeling van slechts vijftien elektronische componenten, is nog maar het begin. In het Eindhovense vat zit het idee om het geluid van koptelefoons zodanig te manipuleren dat het orkest niet langer 'in je hoofd' speelt. In principe is het mogelijk een peperdure installatie na te bootsen, te meer daar het weergeven van lage tonen - zorgenkind van de box - bij een hoofdtelefoon (een drukkamer) een fluitje van een cent is. Het probleem om goede filters te maken is hier een stuk lastiger dan bij gewone boxen. Niet alleen wil je dat het geluid van een denkbeeldig podium komt, ook zou het aardig zijn als het Concertgebouworkest stil zit als je je hoofd opzij draait.

Sweet spot

Weer een andere toepassing is het verbreden van de sweet spot: de plek midden voor de luidsprekers waar je het stereo-effect het best hoort. Aarts: 'Door in een luidsprekerbox minstens twee tweeters, woofers etcetera naast elkaar te plaatsen, kun je de intensiteit van het geluid over de verschillende richtingen zo regelen dat ook opzij van het midden de orkestposities tot hun recht komen. Het idee staat in de koelkast doordat al de luidsprekers hun eigen filtering vergen, wat het systeem duur maakt. Maar ik zie hoe het eenvoudiger kan en als de lopende experimenten zijn afgerond verwacht ik alsnog commerciële toepassingen.'

In de studio en de huiskamer op het Natlab mogen de gekste toeren worden uitgehaald, de echte geluidsfreak heeft geen boodschap aan de Incredible Sound uit Eindhoven. Aarts: 'Die besteedt vele duizenden guldens aan superboxen, heeft ze thuis met zorg gepositioneerd en weet precies waar hij het beste zit. Als je als mede-gezinslid al naar binnen mag, is het met speciale slofjes aan je voeten om de akoestiek niet te verstoren. Het heeft iets mystieks, dat uitvergroten van minuscule verschillen die gewone stervelingen ontgaan. Al zou ik met mijn filterkastjes zijn ideale Marantz-opstelling evenaren, hij zal er niet aan willen.'