Sjiek galmen

De computer slaagt er steeds beter in de akoestiek van verschillende ruimtes na te bootsen.

Als in het concertgebouw het slotakkoord van een Beethovensymfonie tot klinken wordt gebracht, dan blijft het geluid, nadat de musici hun spel hebben beëindigd, nog even hangen. De zaal fungeert als een klankkast voor het orkest. Een klankkast is een resonator die sommige frequenties versterkt en andere meteen dooft. De zaal kan de orkestklank maken en breken. Voorzie het Concertgebouw van harde muren, haal de stoffering weg en geen orkest wil er nog spelen, vanwege het holle timbre en de lengte van de galm, veroorzaakt door de geringe absorptie van de muren. Als er een nieuwe concertzaal moet worden gebouwd, hebben gespecialiseerde akoestische ingenieurs dan ook hun handen vol aan het verkrijgen van een goed klinkende galm.

Het kan ook anders. In het digitale tijdperk kan galm elektronisch worden opgewekt. De galmgeneratoren heten reverbs. Geen geluidsstudio kan meer zonder. Reverb komt van reverberation en betekent nagalm of weerkaatsing. Oorspronkelijk waren de reverbs aparte kastjes vol met elektronica (hardware), maar dankzij de toegenomen rekenkracht van pc's bestaan er tegenwoordig ook reverbs in softwarevorm. Op internet worden ze hier en daar zelfs gratis aangeboden, vaak gemaakt door liefhebbers. Alleen: de softwarepakketten bevatten niet de recentste loten aan de stam der reverbs. Dat zijn de 3D acoustic space simulators of acoustic space samplers. Met die techniek haalt u de akoestiek van grote concertzalen, van het Concertgebouw bijvoorbeeld, in huis. Er moet nog wèl flink voor in de buidel worden getast. De space sampler van Yamaha (de SREV1), een fors apparaat met afstandsbediening, kost bijveerbeeld ongeveer 10.000 euro.

Reflecties

Een natuurgetrouwe galm elektronisch simuleren is geen sinecure. Het instrument dat in een ruimte tot klinken wordt bracht, zorgt namelijk voor een enorme hoeveelheid reflecties, tegen wanden, stoelen, gordijnen, tegen alles wat zich in de ruimte bevindt, hetgeen voor een specifiek galmtimbre zorgt. Vandaar dat een viool in de ene ruimte een beetje muf kan klinken, terwijl hij in de andere helder sprankelt. Een tweede moeilijkheid bij het simuleren van ruimtes is dat de luisteraar zich ergens in de ruimte bevindt en ook moet kunnen hóren waar hij is. Het Concertgebouworkest klinkt op de eerste rij in de zaal heel anders dan op de achterste. Dit heeft te maken met de momenten waarop het geluid dat direct van de instrumenten komt (het brongeluid) en de reflecties bij de luisteraar arriveren. Op de eerste rij hoor je het brongeluid eerder dan de reflecties. Achterin is de directheid van het brongeluid veel minder: voordat je het hoort heeft het zich al met de reflecties vermengd, en ook de richtingen waaruit het geluid komt en volumeverhoudingen zijn anders.

Traditionele reverbs worden technisch gezien gemaakt door het parallel plaatsen van een fiks aantal signaalvertragers (delays) met een vertragingstijd van 10-45 milliseconden. In feite zorgt een enkel delay dus voor een heel korte echo. Doordat het inputsignaal bovendien weer in de delays wordt teruggevoerd (feedback), ontstaat er een reeks van korte echo's. Is de waarde van de feedbackfactor minder dan 1, dan zal de echo uitsterven, wordt hij op 1 (maximaal) gezet, dan zal het geluid eindeloos blijven dóór-echoën. Nu klinkt echo niet het zelfde als galm. Toch is het onderscheid tussen beide akoestische verschijnselen minimaal. Wie in de Zwitserse Alpen `hallo!' tegen een bergwand roept krijgt na een tijdje `hallo!' terug. Tussen het brongeluid (hallo) en het weerkaatsen bestaat een relatief lang tijdsinterval, hetgeen ondubbelzinnig als echo klinkt. Ook geluid dat na 45 milliseconden weer terug is, en nog overlapt met de bron, is echter een echo. Galm is de samenstelling van vele echo's uit andere richtingen en met verschillende tijdsintervallen. Omdat ons gehoororgaan al die kortere/langere echotijden die door elkaar heen klinken niet apart kan waarnemen, ontstaat er voor de luisteraar een verschijnsel dat we galm noemen.

Is de ruimte heel groot, zoals een kathedraal, dan kan het zijn dat we zowel galm als echo horen (of echo's in de galm). Het principe van de elektronische reverb berust er dan ook op dat de delays parallel zijn geplaatst èn dat ze allemaal een iets verschillende echotijd hebben. Dit veroorzaakt een effect dat ook wel `diffusie' wordt genoemd: de echo's versmelten tot één klank. Ook kan het apparaat zo worden ingesteld, dat er in de galm discrete echo's zijn te horen, ter simulatie van die kathedraal. De galm is verder instelbaar door de hoge of lage frequenties er uit te filteren. De galm wordt dan donker, of licht, terwijl een veraf-dichtbij-effect kan worden verkregen door de galm te mixen met het brongeluid: wordt het brongeluid versterkt dan klinkt het dichtbij, wordt het onderdrukt, dan klinkt het veraf. Omdat deze reverbs alleen het basisprincipe van galm simuleren, zijn het slechts benaderingen van de werkelijkheid; de kwaliteit is niet geweldig.

Knallende ballon

De nieuwste reverbs, zoals de acoustic space sampler, gebruiken een andere methode dan het overlappen van delays van het brongeluid. Kort gezegd komt het hierop neer: de akoestische eigenschappen van een ruimte kunnen worden beschreven door een zogeheten impulsfunctie. Een impuls is een zeer kortdurend geluid, zoals een handklap of een knallende ballon, waarvan de energie gelijkmatig over alle geluidsfrequenties is verdeeld (de ideale impuls is een all-frequency burst). De ruimte zal hierop antwoorden met een (na-)galm die de karakteristieke akoestische eigenschappen van de ruimte onthult. De met een microfoon opgenomen impulsrespons van een ruimte kan worden gedigitaliseerd en door de computer geanalyseerd, zodat we het frequentiespectrum van de impulsrespons te zien krijgen. Willen we nu een trompet laten klinken, zoals die in bijvoorbeeld het Concertgebouw klinkt, dan kan dat door het frequentiespectrum van de trompet (inclusief aanzet en verloop van de toon) te vermenigvuldigen met het spectrum van de impulsrespons van de zaal. Voilà: uit de luidsprekers horen we nu een trompet, bespeeld in het Concertgebouw. De twee spectra (trompet en impulsrespons) zijn als het ware ineengerold (convolutie).

Nu was dit principe al enige tijd bekend, maar het aantal vermenigvuldigingen dat moet worden uitgevoerd is enorm, voor een (stereo) reverb van 10 seconden, moeten er 500 miljard vermenigvuldigingen worden gemaakt, oftewel enige minuten rekenen op een moderne standaard pc. De acoustic space sampler van Yamaha is daarom uitgerust met maar liefst 64 DSP's (Digital Signal Processors) om de galm in real-time te berekenen. Het is met behulp van meegeleverde software bovendien mogelijk zelf ruimtes op te nemen. Uiteraard kan dat ook de klankbodem van een Steinway vleugel zijn, compleet met meeresonerende snaren. Er is voor de Yamaha echter een software-alternatief: de Altiverb, een Nederlands product dat hetzelfde doet op een Macintosh G4, voor ongeveer 570 euro. Ook bij dit softwarepakket krijg je een pre-processor, waarmee je zelf ruimtes kunt opnemen. Het voert hier wat te ver om de achterliggende rekenprocedures te vergelijken, maar er is tussen de Yamaha en Altiverb geen hoorbaar verschil. Wel vreet de Altiverb ongeveer de halve processor op. Hoe dan ook: convolutie-reverbs vormen in zoverre een revolutie, dat de galm niet langer door de fabrikant in het laboratorium wordt ontworpen: als je wilt weten hoe de kamer klinkt waarin John Lennon en Paul McCarthy hun eerste songs componeerden, dan reis je even af naar Liverpool, je maakt een opname van die kamer, en even later heb je hem in de computer. Mocht het huis een jaar later worden afgebroken, dan is het alsof je over een akoestische foto beschikt, die nooit vergeelt.

Zie voor Altiverb: www.audioease.com

Voor Yamaha: www.yamaha.co.jp/product/proaudio/homeenglish/effects/srev1/