ETC uitgelegd: metingen in het tijdsdomein en vroege reflecties

Het gebruik van software voor ruimtetests om een luisterruimte te analyseren is de afgelopen tien jaar heel gewoon geworden, zelfs voor niet-professionals. Het testen is een heel handig hulpmiddel om te begrijpen waarom onze ruimtes klinken zoals ze klinken, en het geeft ons veel informatie over hoe we het geluid dat we in onze ruimtes ervaren kunnen verbeteren. Objectieve gegevens, zoals die door deze softwarepakketten worden gegenereerd, kun je niet zomaar door te luisteren achterhalen. Ja, we kunnen verschillen tussen geluiden horen, maar luisteren (en perceptie in het algemeen) gaat gepaard met uitdagingen zoals verwachtingsvertekening en het placebo-effect, waardoor het moeilijk is om precies te onderscheiden wat er gebeurt. Met testen kunnen we de klank van onze ruimte objectiever begrijpen.

De meest gebruikte software voor akoestische tests is tegenwoordig Room EQ Wizard (REW), een krachtig, platformonafhankelijk softwarepakket dat gratis beschikbaar is. De basisprincipes van het gebruik van REW en het testen van je kamer zijn elders op onze website uitgebreid behandeld; daar wordt uitgelegd hoe je REW instelt, hoe je je kamer in kaart brengt, hoe je watervalgrafieken genereert en hoe je die interpreteert. Dit zijn heel belangrijke tests en concepten voor iedereen die zijn kamer wil verbeteren. Als je nog niet bekend bent met deze technieken, kun je het beste daar beginnen. Deze artikelen gaan vooral over frequentie en SPL, wat voor de meeste audioliefhebbers makkelijk te begrijpen is, aangezien frequentieresponsgrafieken gangbare specificaties zijn voor audioapparatuur.

Maar een frequentieresponsgrafiek kan op zichzelf geen recht doen aan een essentieel onderdeel van de audio-ervaring: tijd. Geluid verspreidt zich door de tijd heen, en de manier waarop we geluid waarnemen verandert in de loop van de tijd. Beide factoren moeten worden meegenomen bij elke beoordeling van hoe een ruimte klinkt.

Dieper ingaan: ETC en het impulsvenster

Geluid vindt nooit in een oogwenk plaats; per definitie is geluid verandering in de tijd. Ruimteakoestiek is dynamisch, wat betekent dat de invloed van de ruimte op wat we horen ook in de loop van de tijd verandert. Onze tests moeten daarom rekening houden met deze veranderingen in de tijd. Het bekendste voorbeeld van tijdgebaseerde audiotests is de watervalgrafiek, die vaak wordt gebruikt om frequenties te vinden waarbij de ruimte ‘resoneert’ in de basweergave. Maar een ander REW-venster geeft ons nog een heel nuttige grafiek die het tijdsdomein betrekt: het Impulse-venster kan ons een energie-tijdcurve (ETC) voor onze ruimtes laten zien. Zoals de naam al aangeeft, is dit een grafiek van energie in de tijd, in tegenstelling tot de grafieken van energie versus frequentie die we meer gewend zijn. Door op het tabblad ‘Impulse’ te klikken en het vakje voor de ETC-curve aan te vinken (en ALLEEN het vakje voor de ETC-curve), kunnen we dit nieuwe soort grafiek zien om onze testgegevens te interpreteren:

Deze grafiek verschilt behoorlijk van een frequentieresponsgrafiek, vooral doordat de X-as (de onderste horizontale as) niet de frequentie weergeeft, maar de tijd. Met andere woorden: deze grafiek laat alleen zien hoeveel energie het geluid heeft, maar verder niets over het geluid (zoals de frequentie).

Let op: elke test binnen REW heeft zijn eigen impulsrespons. Het is een goed idee om alle luidsprekers in de ruimte afzonderlijk te testen, of het nu gaat om een 2-kanaals- of een 7.1-systeem (of groter). Dit levert meerdere grafieken op, maar elke grafiek is beter leesbaar en nauwkeuriger, en laat precies zien hoe elke luidspreker afzonderlijk in de tijd met de ruimte samenwerkt.

Bij metingen in kleine ruimtes zijn we vooral geïnteresseerd in wat er gebeurt in de vroege stadia van de psycho-akoestische waarneming, onder invloed van het precedence-effect. Onder een bepaalde drempel, die doorgaans wordt geschat op ongeveer 20-40 ms, kunnen we vergelijkbare geluiden niet als echo’s waarnemen, of als geluiden die van elkaar te onderscheiden zijn. In plaats daarvan nemen we ze waar als één geluid, hoewel de interactie tussen deze geluiden ook hoorbare effecten oplevert. Door het maskeereffect horen we bijvoorbeeld de zachtere van de twee meestal niet als een aparte echo met een eigen locatie, hoewel de interactie met het directe geluid (in de vorm van kamfiltering) wel hoorbaar is, en dit ervoor kan zorgen dat het eerdere geluid ook luider lijkt.

Zodra we de echodrempel van een persoon bereiken – oftewel het punt waarop we afzonderlijke echo’s beginnen waar te nemen – gaan we ze als twee verschillende geluiden waarnemen. Er is wat discussie over waar deze overgang precies plaatsvindt; sommigen zeggen 20 ms, anderen 30, 40 of zelfs 100 ms:

De overgangszone tussen het integrerende effect bij vertragingen van minder dan 35 msec en de waarneming van vertraagd geluid als afzonderlijke echo verloopt geleidelijk en is daarom enigszins onduidelijk. Sommigen leggen de scheidslijn vast op een handige 1/16 seconde (62 msec), anderen op 80 msec en weer anderen op 100 msec; daarboven bestaat er geen twijfel meer over de afzonderlijkheid van de echo. In dit boek kijken we naar de eerste 30 msec… het gebied van duidelijke integratie" (Everest, Master Handbook of Acoustics, 4e editie, p. 74).

Het belangrijkste om te onthouden is dat er een bereik is, een geleidelijke overgang, van het waarnemen van reflecties als onderdeel van het directe geluid, naar het waarnemen van reflecties als afzonderlijke echo’s. Dit ‘precedence-effect’ is een van de dingen die we testen met de ETC-curve, dus het is belangrijk om dit in gedachten te houden.

Als je dat nog niet hebt gedaan, kan een luisterexperiment in een DAW (Digital Audio Workstation) waarbij je echo’s toevoegt met een delay interessant en nuttig zijn. Houd de feedback tot een minimum beperkt (voor slechts één echo), gebruik een 50% wet/dry-mix en begin met de delaytijd op 0 ms en verhoog de delay langzaam tot 100 ms. Luister hoe je de veranderingen in de delay waarneemt naarmate je de delaytijd verlengt. Bij kortere delaytijden ontstaan er hoorbare artefacten, vergelijkbaar met chorus, phasing of flanging, samen met wat kamfiltering waardoor sommige frequenties eruit springen en andere verdwijnen. Geleidelijk aan zul je duidelijke echo’s gaan horen, waarschijnlijk tussen de 30 en 50 ms.

Voor onze test hier kun je je ETC-grafiek (via het LIMITS-venster in REW) zo instellen dat de eerste 50 ms worden weergegeven, zoals hierboven te zien is. Zo krijgen we uit de impulscurve precies de informatie die we nodig hebben.

Waar kijken we naar?

De eenvoudigste manier om een ETC-grafiek te begrijpen, is dat elke piek in de respons in de grafiek een weerkaatsing is die ergens vandaan komt. We weten al dat het beheersen van vroege weerkaatsingen heel belangrijk is voor een goed geluid, dus deze test is handig om te laten zien hoe we het op dat vlak doen. Het kan ook helpen bepalen waar de weerkaatsingen vandaan komen. Onthoud dat geluid tijd nodig heeft om zich voort te bewegen; de geluidssnelheid is 1126 voet per seconde, of 1,126 voet per milliseconde. Het is handig om dit grofweg te zien als 1 voet per milliseconde.

Kijk bijvoorbeeld eens naar figuur 2:

In deze grafiek zie je dat de eerste piek zich voordoet bij ongeveer 3 milliseconden. Hier kan meetkunde heel nuttig zijn; uit dit voorbeeld kunnen we berekenen dat het geluid ongeveer 3,378 feet verder is gereisd dan het directe geluid van de luidspreker naar de meetmicrofoon. Deze weerkaatsing komt hoogstwaarschijnlijk van een reflecterend oppervlak dicht bij de luidspreker of de meetmicrofoon. In het geval van deze ruimte zijn deze extreem vroege reflecties afkomstig van het bureau waarop de luidsprekers staan. Dit is een van de redenen waarom het zo belangrijk is om je bureauopstelling te optimaliseren voor audiowerk, zowel akoestisch als ergonomisch.

De drie dingen waar je op moet letten bij een ETC-test

De drie belangrijkste dingen die we willen zien in een ETC-test zijn:

1. Een vloeiende afname van pieken. Elke piek moet zachter zijn dan de vorige, zonder ‘rimpelingen’ waarbij zachtere pieken in de tijd voorafgaan aan luidere. De bovenstaande grafiek in figuur 2 is daarom NIET representatief voor een goede ruimtelijke afklinging, aangezien er verschillende pieken zijn – rond 12, 19 en 22 ms – die luider zijn dan de voorgaande pieken.
2. Pieken die zachter zijn binnen de echodrempel. Pieken binnen 0 (de eerste transiënt) tot ongeveer 20-40 ms zouden 10-20 dB zachter moeten zijn. De meningen lopen uiteen over de exacte cijfers van dit precedence-effect, maar bij GIK laten sommige van de betere ruimtes die we hebben gezien een afname van 15-20 dB zien binnen 20 ms. Ruimtes met deze kenmerken zijn psycho-akoestisch minder rommelig; het stereobeeld is scherper, met een realistischer geluidsbeeld en betere articulatie en verstaanbaarheid tijdens het luisteren. Figuur 2 scoort hier best goed, want alle pieken vóór 20 ms zijn 20 dB lager, op één na, die op 15 dB ligt.
3. De grafieken voor alle luidsprekers komen zo goed mogelijk overeen. Ze zullen nooit precies hetzelfde zijn, maar hoe beter ze op elkaar aansluiten, hoe beter. Hoe symmetrischer de ruimte is, hoe groter de kans dat de grafieken voor alle luidsprekers overeenkomen. We weten dat alle ruimtes het geluid dat we horen tot op zekere hoogte kleuren; we willen alleen die kleuring zo veel mogelijk beperken en ervoor zorgen dat elke luidspreker, als die al gekleurd moet worden, op dezelfde manier wordt gekleurd. Als onze ruimtes niet symmetrisch zijn, kunnen we verschillende maatregelen nemen om wat akoestische symmetrie te herstellen in een fysiek asymmetrische ruimte, en de resultaten van deze test – samen met kritisch luisteren naar bekende muziek – gebruiken om onze vooruitgang te beoordelen.

Aanpassingen & Verfijningen

Soms is de ETC een beetje lastig te lezen als we onze gegevens proberen te interpreteren, vooral als we twee curven vergelijken. Gelukkig biedt REW een aantal opties om de gegevens in de grafiek beter begrijpelijk te maken. De belangrijkste daarvan is ‘smoothing’ (afvlakking), wat handig is om een beter beeld te krijgen van de algemene vorm van de curve, in plaats van de details die in een niet-afgevlakte grafiek te zien zijn. Door op het ‘Controls’-icoontje rechtsboven in REW boven de grafiek te klikken, zie je de ETC-afvlakking, rood omcirkeld, ingesteld op 0,2 ms afvlakking:

Je kunt de afvlakkingsregelaar aanpassen totdat de algehele vorm van de ETC-curve er duidelijker uitziet en je niet meer wordt afgeleid door al die pieken.