Golfveldsynthese is de virtuele realiteit voor je oren

Op 29 november 1877 presenteerde Thomas Alva Edison trots zijn fonograaf, een apparaat dat voor het eerst geluid op kon slaan en weer kon afspelen. De ontwikkeling van de Amerikaanse uitvinder vormde niet alleen de grondlaag voor de moderne platenindustrie, maar dompelde de toehoorder ook onder in een overweldigend nieuwe wereld waarin geluid realistisch weergegeven werd.

De realiteitsgetrouwheid van de eerste grammofoonplaten is voor ons vandaag de dag misschien wat twijfelachtig maar destijds moet de echtheid van afgespeelde klanken een fascinerende ervaring geweest zijn. De slechthorende uitvinder Thomas Edison brulde toendertijd zelf een keer "Hellloooo" in het apparaat en was enthousiast toen hij zijn stem later weer terug kon horen.

De authenticiteit van geluid blijft tegenwoordig een steeds actuelere belofte voor muziekinstallaties. Na mono en stereo geldt ondertussen Dolby Surround als standaard voor een overweldigend geluid in een ruimte. Dolby 4.0, 5.1, 7.1 of 13.1 en steeds meer kanalen maken hun opwachting. Nieuwere 3D-audiosystemen dagen je gehoor steeds meer uit en maken dankzij een virtuele geluidsbron een eigen geluidskamer.

De fysica van de golfveldsynthese is gebaseerd op een werkmethode van de TU Delft van 1988 en wordt ondertussen door de Fraunhofe Instituut in Ilmenau tot een praktisch systeem verder ontwikkeld. De installatie met honderden speakers kan een virtuele geluidsrealiteit creëren, doordat je als luisteraar vrij kan bewegen en daarbij op elk punt een ideale klank geleverd krijgt. Een paar weekjes terug heb ik zelf aan het 3D-audiosysteem plaats mogen nemen en een eigen compositie voor de virtuele geluidsbron ontwikkeld.

Die goede oude mono-weergave van de eerste langspeelplaat uit de jaren 10 kon eigenlijk heel goed directe klank weergeven, maar stereo beloofde de klank een ruimtelijke dimensie te geven. En de reclame liet het niet na om steeds nieuwe revoluties in kamergeluid aan te prijzen, zoals je ziet in deze reclame uit de zeventiger jaren.

Bij stereo-luidsprekers ontstaat met hulp van twee luidsprekers door looptijd- en niveauverschil een fantoom-geluidsbron. Het oor wordt door psycho-akoestische effecten voor de gek gehouden en stelt zich tussen de beide luidsprekers van de stereo-installatie een herkomstbron van het geluid voor. Surround Sound bevordert dit systeem om zo nog meer luidsprekers te installeren en betere lolisering, diepte en ruimtelijkheid te bereiken.

Ruimteklank bestaat traditioneel gezien door het kanaalgebaseerde Surround Sound, door dezelfde truuk als met de fantoom-geluidsbron. Ook voor mij als muzikant vormt bij dit systeem het zogenaamde 'Sweetspot' een groot probleem, namelijk waar ligt de luisterpositie? Normaal gezien ligt die precies in het midden tussen de twee luidsprekers. In de studio is dit meestal een voorzet voor onenigheid tussen de geluidstechnicus en de producent.

Ook wanneer je in de bioscoop helemaal aan de kant zit is de ruimteklank opzienbarend slechter in vergelijking met wanneer je een plaats in het midden weet te bemachtigen. Nog ongunstiger wordt het wanneer ik me door een ruimte beweeg, want dan beweegt de geluidsbron zich niet met me mee. Wat even nog in het midden klonk, klinkt nu weer links wanneer ik een stap naar links maak.

3D-audiosystemen, zoals de golfveldsynthese te werk gaat, belooft deze problemen uit de weg te ruimen. Het functioneert niet meer door het voor de gek houden van onze waarneming door fantoom-geluidsbronnen. In plaats daarvan creëert het systeem van het Fraunhofer Instituut met virtuele geluidsbronnen een realistische reproductie van de opnamesituatie en de weergave van complexe ruimtes.

Met een beetje wiskunde en fysika werden virtuele geluidsbronnen met de computer berekend en over de weergave van een passend luidsprekersysteem gereconstrueerd. Aangezien de virtuele geluidsbron zich in verhouding nog onderscheidt van de echte, gebruikt men voor de synthese tot nu toe nog een groot aantal luidsprekers, die helemaal rond de ruimte gaan. Zo worden er in het systeem dus honderden luidsprekers gebouwd. In een zaal van de TU Berlijn zijn er zelfs 2.000 luidsprekers.

Voor iedere luidspreker berekent een algoritme een individueel signaal, met een ander volume en tijdelijke vertraging. In samenspel krijgt men daardoor het fysieke klankveld van een virtuele geluidsbron. In deze objectgebaseerde werkmethode kan een virtuele geluidsbron ook bijvoorbeeld in het midden van de ruimte geplaatst worden. Het geluid blijft dan in het midden, ook wanneer ik me door de ruimte beweeg en eromheen loop.

Wanneer ik samen met mijn collega's van Sound Studies in korte tijd een werk voor de golfveldsynthese ontwikkelde, merkten we al gauw op, dat zelfs de beste virtuele realiteit niet perfect kan zijn. Zelfs wanneer de lokalisering van de virtuele geluidsbron goed functioneert en het geluid echt uit het midden van de ruimte lijkt te komen, hoort men altijd nog de luidspreker van de buitenkant.

Wij interesseerden ons echter in elk geval weinig voor de perfecte akoestische reproductie van ruimtes en meer voor de creatie van nieuwe ruimtes die zich niet volgens de regels van de realiteit gedragen. Wij willen het systeem niet alleen voor simulatie van een live optreden gebruiken en presenteerden verschillende stukken bij de Audio Engineering Society Convention in Berlin.

Dat men met veel luidsprekers om zich heen een hoeveelheid plezier kan hebben, wisten de pionieren van de elektro-akoestische muziek al. Karlheinz Stockhausen bespeelde voor de wereldtentoonstelling in Osaka in 1970 een volledig kogelauditorium waarin het geluid van 50 luidsprekergroepen verdeeld waren. Fracois Bayle ontworp wederom in 1974 zijn uit 80 verschillende luidsprekers bestaande Acousmonium voor een ruimtelijke weergave van de musique conrète compositie.

De 3D audio-systemen die volgens het principe van het golfveldsynthesesysteem werken worden al langer niet alleen voor kunstige bouwwerken gebruikt, ook in de wetenschap en voor bedrijfsbijeenkomsten, live concerten en multimediale operettes worden ze ingezet. Voor de bioscoop heeft Dolby met Atmos ook allang hun eigen systeem, wat het objectgebaseerde proces van de golfveldsynthese gebruikt en met traditionele kanaal-surround combineert.

Een preciezere weergave van de realiteit schijnt bij 3D audio schijnt uiterst geschikt te zijn om mensen in een nieuwe wereld te doen wanen. Zo gaf Alek Sandar, muzikant, als reactie op een 3D audioshow bij de Fashion Week van Berlijn als reactie:

"Het was iets compleet nieuws, maar het was echt heel authentiek. Ik had hoofdzakelijk het gevoel alsof er overal een helikopter om me heen vloog."

Als je deze onderdompeling thuis wilt ervaren, kun je dat nu al doen zonder het nodige spaargeld en de plaats voor honderden luidsprekers. Het Duitse bedrijf IOSONO, die als pionier voor commerciële systemen voor golfveldsynthese en voor vele van de hier boven genoemde voorbeelden verantwoordelijk is, brengt de golfveldsynthese nu naar je woonkamer en het geluid dichter bij jou. In "next level of realism“ kun je bijvoorbeeld met je Playstation nog dieper in virtuele werelden duiken.

Je kunt nu al met papierluidsprekers je kamer behangen en wanneer je sowieso alleen door een virtuele bril naar de wereld kijkt, is misschien ook je doodnormale koptelefoon genoeg. Door een beetje software kun je al een 3D surround effect krijgen, wat je hier al even kan beluisteren.