Rekaman binaural

Rekaman binaural adalah metode perekaman suara yang menggunakan dua mikrofon, yang disusun dengan tujuan untuk menciptakan sensasi suara stereo 3D bagi pendengar seolah-olah benar-benar berada di ruangan bersama para pemain atau instrumen. Efek ini sering kali dibuat menggunakan teknik yang dikenal sebagai rekaman kepala boneka, di mana kepala manekin dipasangi mikrofon di setiap telinga. Rekaman binaural dimaksudkan untuk diputar ulang menggunakan headphone dan tidak akan tersampaikan dengan baik melalui speaker stereo. Gagasan tentang bentuk suara tiga dimensi atau "internal" ini juga telah diterjemahkan menjadi kemajuan teknologi yang bermanfaat dalam banyak hal seperti stetoskop yang menciptakan akustik "di dalam kepala" dan film IMAX yang mampu menciptakan pengalaman akustik tiga dimensi.

Mikrofon Neumann KU 100 digunakan untuk merekam suara binaural

Istilah "binaural" sering kali disalahartikan sebagai sinonim untuk kata "stereo", sebagian karena penyalahgunaan sistematis pada pertengahan tahun 1950-an oleh industri rekaman, sebagai kata kunci pemasaran. Rekaman stereo konvensional tidak memperhitungkan jarak telinga alami atau "bayangan kepala" pada kepala dan telinga, karena hal-hal ini terjadi secara alami saat seseorang mendengarkan, menghasilkan perbedaan waktu interaural (ITD) dan perbedaan level interaural (ILD) yang khusus untuk posisi mendengarkan mereka. Karena crosstalk pengeras suara dengan stereo konvensional mengganggu reproduksi binaural (yaitu karena suara dari pengeras suara setiap saluran didengar oleh kedua telinga daripada hanya oleh telinga di sisi yang sesuai, seperti halnya dengan headphone), baik headphone diperlukan, atau pembatalan crosstalk sinyal yang ditujukan untuk pengeras suara seperti Ambiophonics diperlukan. Untuk mendengarkan menggunakan pengeras suara stereo konvensional, atau pemutar MP3, kepala tiruan tanpa pinna mungkin lebih disukai untuk rekaman quasi-binaural seperti mikrofon bola atau Ambiophone. Sebagai aturan umum, untuk hasil binaural yang sesungguhnya, rangkaian sistem rekaman dan reproduksi audio, dari mikrofon hingga otak pendengar, harus berisi satu dan hanya satu set pinnae (sebaiknya milik pendengar sendiri), dan satu bayangan kepala.

Sejarah

Sejarah rekaman binaural dimulai pada tahun 1881. Unit binaural pertama, théâtrophone, ditemukan oleh Clément Ader. Unit ini terdiri dari serangkaian mikrofon telepon karbon yang dipasang di sepanjang tepi depan Opera Garnier. Sinyal dikirim ke pelanggan melalui sistem telepon, dan mengharuskan mereka mengenakan headset khusus, yang memiliki speaker kecil untuk setiap telinga.

Rekaman kepala tiruan dikaitkan dengan penggunaan kepala sintetis fisik yang disebut Kunstkopf. Kunstkopf akan ditempatkan di gedung konser selama perekaman orkestra langsung atau di industri film, para aktor dapat berdiri di sekitar kepala tersebut saat merekam dialog mereka. Kepala tiruan juga dapat digunakan untuk memberi informasi posisi pada efek suara yang telah direkam sebelumnya dengan memutar suara melalui pengeras suara dalam orientasi yang sesuai dengan kepala. Misalnya, suara guntur dan kicauan burung akan diputar di atas kepala tiruan.

Dalam industri film Demolition (1973) adalah drama radio pertama yang direkam menggunakan kepala boneka.

Pada tahun 1974 Virgin Records merilis album solo pertama oleh pemimpin Tangerine Dream, Edgar Froese, berjudul Aqua. Catatan sampul album memberitahukan pendengar bahwa sisi 2 dari cakram (yaitu trek NGC 891 dan Upland) direkam menggunakan sistem head buatan yang dikembangkan oleh Gunther Brunschen. Pendengar disarankan untuk mengoptimalkan pendengaran mereka dengan menggunakan headphone stereo untuk sisi album tersebut.

Meskipun Edgar sangat ingin terus menggunakan dan mempromosikan sistem ini untuk rekaman berikutnya, sistem ini ditinggalkan, karena faktanya, meskipun berfungsi dengan baik melalui headphone, kualitas suara yang ditingkatkan tidak dapat ditransmisikan secara memadai melalui sistem speaker hi-fi.

Pada tahun 1978, Lou Reed merilis rekaman pop binaural pertama yang diproduksi secara komersial, Street Hassle, kombinasi rekaman langsung dan studio.

Binaural tetap berada di latar belakang karena peralatan khusus yang mahal yang dibutuhkan untuk rekaman berkualitas, dan persyaratan headphone untuk reproduksi yang tepat. Terutama di masa sebelum Walkman, sebagian besar konsumen menganggap headphone sebagai suatu ketidaknyamanan, dan hanya tertarik pada rekaman yang dapat didengarkan pada sistem stereo rumah atau di mobil. Terakhir, jenis-jenis hal yang dapat direkam tidak memiliki nilai pasar yang tinggi. Rekaman studio tidak akan banyak mendapat manfaat dari penggunaan perangkat binaural, selain umpan silang alami, karena kualitas spasial studio tidak akan terlalu dinamis dan menarik. Rekaman yang menarik adalah pertunjukan orkestra langsung, dan rekaman "lingkungan" ambient dari suara kota, alam, dan hal-hal lain semacam itu.

Selama tahun 1990-an, perangkat elektronik yang menggunakan pemrosesan sinyal digital (DSP) untuk mereproduksi HRTF tersedia secara komersial. Perangkat ini memungkinkan teknisi suara menggunakan parameter yang disetel untuk menyesuaikan arah suara yang tampak secara langsung. Perangkat ini tidak umum dan mahal, tetapi memungkinkan teknisi suara mengubah efek khusus dari suara yang direkam sebelumnya dengan cepat dan mudah. ​​Melalui manipulasi parameter, teknisi suara dapat mengambil rekaman monofonik dari mobil yang lewat dan membuatnya terdengar seolah-olah mobil itu lewat di belakang mereka secara langsung. Merekam dengan kepala tiruan yang sebenarnya untuk hasil yang sama akan memerlukan bilik perekaman dan pengeras suara yang bergerak, atau serangkaian pengeras suara serta beberapa perangkat panning atau switching.

Era modern telah menyaksikan kebangkitan minat terhadap binaural, sebagian karena tersedianya headphone secara luas, metode perekaman yang lebih murah, dan meningkatnya minat komersial umum terhadap teknologi audio 360°.

Komunitas ASMR daring adalah gerakan lain yang telah banyak menggunakan rekaman binaural.

Meningkatnya penggunaan Dolby Atmos dan teknologi film audio 360° lainnya dalam kaitannya dengan hiburan komersial telah menyebabkan peningkatan popularitas penggunaan simulasi binaural. Hal ini bertujuan untuk sepenuhnya mengadaptasi soundtrack 360° untuk headphone dan earphone. Pengguna dapat menonton film dan musik 360° dengan pengalaman suara kitar yang imersif tetap utuh meskipun hanya menggunakan dua speaker headset. Khususnya, setiap soundtrack multisaluran 360° penuh secara otomatis diubah menjadi audio binaural yang disimulasikan saat didengarkan dengan headphone.

Pada tahun 2005, Aqua di-remix untuk penerbitan ulang edisi terbatas di Jerman dan Jepang, dengan lagu tambahan Upland Dawn yang ditambahkan di akhir CD.

Pada tahun 2015, penyanyi-penulis lagu Singapura JJ Lin merilis album eksperimental perdananya From ME to Myself, menggunakan rekaman kepala boneka. Ini juga merupakan album pertama dalam industri musik pop yang menggunakan teknologi ini.

Teknik perekaman

Dengan metode perekaman sederhana, dua mikrofon ditempatkan dengan jarak 18 cm yang saling berhadapan. Metode ini tidak akan menghasilkan rekaman binaural yang sebenarnya. Jarak dan penempatannya kira-kira mendekati posisi liang telinga manusia pada umumnya, tetapi itu belum semuanya. Ada teknik yang lebih rumit.

Ada dua metode utama yang digunakan untuk menciptakan efek binaural:

1. Rekaman kepala tiruan Kepala tiruan atau Simulator Kepala dan Tubuh (HATS) didasarkan pada dimensi rata-rata kepala dan tubuh manusia. Alat ini terdiri dari bahan akustik yang dilengkapi dengan simulator telinga dan mulut serta dua mikrofon yang dimasukkan ke dalam setiap liang telinga, biasanya di gendang telinga.

1. Rekaman kepala tiruan yang disimulasikan berlangsung melalui pemrosesan sinyal digital (DSP) di mana sinyal dikirim melalui algoritma matematika kompleks yang mencetak informasi HRTF terbatas yang menciptakan efek binaural. Proses ini disebut algoritma binaural berbasis HRTF.

Rekaman kepala tiruan

Unit perekaman binaural yang umum memiliki dua mikrofon fidelitas tinggi yang dipasang di kepala tiruan, dimasukkan ke dalam cetakan berbentuk telinga untuk sepenuhnya menangkap semua penyesuaian frekuensi audio (dikenal sebagai fungsi transfer terkait kepala (HRTF) dalam komunitas penelitian psikoakustik) yang terjadi secara alami saat suara membungkus kepala manusia dan "dibentuk" oleh bentuk telinga luar dan dalam. Kepala tiruan (juga dikenal sebagai kepala buatan, Kunstkopf atau Simulator Kepala dan Torso) digunakan untuk menghasilkan rekaman binaural. Trek kemudian didengarkan melalui headphone yang memungkinkan pendengar mendengar dari perspektif tiruan. Kepala tiruan dirancang untuk merekam beberapa suara pada saat yang sama yang memungkinkannya menjadi luar biasa dalam merekam musik serta di industri lain di mana beberapa sumber suara terlibat.

Kepala boneka dirancang untuk meniru kepala manusia berukuran rata-rata dan tergantung pada produsennya, mungkin juga memiliki hidung dan mulut. Setiap kepala boneka dilengkapi dengan daun telinga dan liang telinga tempat mikrofon kecil ditempatkan, satu di setiap telinga. Produsen terkemuka dalam desain Kepala Boneka adalah: Brüel & Kjær, Head Acoustics GmBH, Knowles Electronics, dan GRAS Sound & Vibration.

Desain

Produsen kepala boneka mendesain produk mereka secara berbeda satu sama lain untuk memenuhi situasi tertentu. Boneka GRAS fleksibel: meliputi kepala atau badan dengan pinnae yang dapat diganti dengan berbagai ukuran dan bahan, set simulator saluran telinga berbagai jenis, simulator gendang telinga. Kepala dapat meliputi atau tidak meliputi simulator mulut. Desain Brüel & Kjær meliputi pinnae, hidung, mulut, dan badan yang dicetak lembut. Kepala boneka atau HATS apa pun dapat digunakan untuk merekam audio dengan sifat yang sama tetapi berbagai jenisnya dirancang khusus untuk menyelesaikan tugas yang berbeda. Produsen baru di pasar untuk perekaman binaural adalah 3Dio dengan tujuan merekam dalam skala yang lebih kecil. Mikrofon 3Dio terletak di telinga pada jarak kepala rata-rata, namun model tersebut tidak meliputi kepala atau badan penuh.

Keterbatasan

Fokus utama perekaman dengan kepala tiruan adalah untuk mencapai pemutaran binaural sempurna yang sesuai untuk semua pendengar. Masalah yang muncul adalah bahwa setiap kepala manusia memiliki fitur bentuk dan ukuran yang berbeda. Karena keragaman HRTF, mustahil untuk menciptakan efek binaural yang sesuai untuk telinga semua orang. Oleh karena itu, algoritma perekaman kepala tiruan yang disimulasikan menggunakan HRTF rata-rata untuk menciptakan efek binaural sedang untuk semua orang.

Teknis

Persepsi manusia tentang arah itu rumit:

1. Informasi suara yang sampai di telinga kiri dan kanan menyebabkan perbedaan waktu antar-telinga dan perbedaan tingkat antar-telinga. Variasi kecil ini memungkinkan otak dan sistem pendengaran untuk menghitung arah dan jarak sumber suara dari pendengar.
2. Dengan bunyi perkusi, dampaknya dapat dirasakan pada kulit (biasanya pada batang tubuh). Rangsangan sensorik yang paling kuat dan paling awal berasal dari daerah kulit yang sejajar tegak lurus dengan arah sumber bunyi.
3. Kepala manusia memberikan distorsi fasa dan amplitudo yang bergantung pada frekuensi pada suara saat mencapai gendang telinga. Perbedaan level yang bergantung pada frekuensi serta distorsi ini bervariasi sesuai arah sumber suara. Hal ini disebabkan oleh geometri dan karakteristik transmisi suara dari sinus, rongga tenggorokan, saluran eustachius, telinga bagian dalam, telinga bagian luar, dan jaringan lain di kepala dan tubuh bagian atas.

Rekaman musik konvensional diproduksi untuk pemutaran stereo yang hanya menggunakan pemutaran kiri dan kanan untuk speaker dan headphone. Penerapan kepala tiruan memungkinkan artis rekaman untuk memanfaatkan reproduksi suara tiga dimensi. Hal ini karena melalui pemutaran melalui headphone, pendengar merasakan suara seolah-olah mereka berada di posisi boneka. Rekaman dirasakan melalui pinnae kepala boneka.

Teknik perekaman ulang

Teknik perekaman ulang binaural sederhana tetapi belum mapan. Teknik ini mengikuti prinsip yang sama dengan Worldizing, sebuah teknik yang digunakan oleh desainer suara film di mana suara diputar melalui pengeras suara di lokasi dunia nyata dan kemudian direkam ulang, dengan menyertakan semua aspek dan karakteristik lingkungan dunia nyata.

Penggunaan ruang untuk memanipulasi suara dan kemudian merekamnya kembali telah dilakukan melalui penggunaan ruang gema di studio rekaman selama bertahun-tahun. Pada tahun 1959, ruang gema terkenal digunakan oleh Irving Townsend selama proses pascaproduksi album Kind of Blue milik Miles Davis tahun 1959.

Dalam perekaman ulang binaural, mikrofon binaural digunakan untuk merekam konten yang diputar melalui perangkat pengeras suara multisaluran. Oleh karena itu, kepala binaural, atau mikrofon, secara teoritis membuat rekaman tentang bagaimana manusia akan mendengar konten multisaluran. Soundtrack untuk sebuah film, misalnya, akan direkam oleh mikrofon binaural dengan semua isyarat lingkungan dari lokasi yang diberikan, serta gema, termasuk yang umumnya dibuat oleh tubuh manusia (dengan asumsi model HATS digunakan). Metode ini, seperti rekaman binaural tertentu yang dibuat dengan Neumann KU 100.

Dengan menggunakan pemindai MRI, Brüel & Kjær dan DTU mengumpulkan geometri dari sebagian besar telinga manusia. Dengan menangkap geometri liang telinga secara menyeluruh termasuk bagian tulang yang berdekatan dengan gendang telinga, data ini diproses lebih lanjut untuk menentukan geometri liang telinga manusia rata-rata. Berdasarkan hal ini, Simulator Kepala dan Tubuh Frekuensi Tinggi (HATS) Tipe 5128, menciptakan reproduksi sifat akustik yang sangat realistis, yang mencakup seluruh rentang frekuensi yang dapat didengar (hingga 20 kHz).

Pemutaran ulang

Komponen utama yang menyebabkan efek stereo 3D: pengaturan waktu, kenyaringan, dan timbre. Suara yang datang dari kiri tiba lebih dulu di telinga kiri dan beberapa mikrodetik kemudian di telinga kanan. Kepala meredam suara sehingga suara lebih keras di telinga kiri daripada di telinga kanan. Kepala dan bagian tubuh lainnya membelokkan suara sehingga mengubah spektrum frekuensi suara sepanjang perjalanannya dari sisi kiri ke sisi kanan. Otak manusia menafsirkan perbedaan ini dan secara otomatis menyebabkan sensasi lokasi tertentu untuk suara tersebut kepada orang yang mendengarkan.

Ada beberapa komplikasi dengan pemutaran rekaman binaural melalui headphone. Suara yang ditangkap oleh mikrofon yang ditempatkan di atau di pintu masuk saluran telinga memiliki spektrum frekuensi yang sangat berbeda dari yang akan ditangkap oleh mikrofon yang berdiri sendiri. Fungsi transfer kepala bidang difus (HRTF), yaitu respons frekuensi di gendang telinga yang dirata-ratakan untuk suara yang datang dari semua arah yang mungkin, cukup aneh, dengan puncak dan penurunan melebihi 10 dB. Frekuensi dari sekitar 2 hingga 5 kHz khususnya diperkuat secara kuat dibandingkan dengan presentasi bidang bebas.

Masalah yang diketahui

Pada bulan Januari 2012 BBC R&D bekerja sama dengan BBC Radio 4 untuk memproduksi produksi binaural dari Private Peaceful, buku oleh Michael Morpurgo. Dramatisasi 88 menit menampilkan reproduksi sistem speaker 5.1, dan memiliki 4 variasi. Pada awal setiap variasi, pendengar akan mendengar serangkaian sinyal uji yang memungkinkan pilihan versi mana yang memberikan pendengar pengalaman spasial terbaik. Dengan melakukan ini, BBC R&D telah menerima bahwa akan ada variasi pada keberhasilan reproduksi binaural, dan karena itu memberikan campuran yang berbeda berdasarkan set data HRTF yang berbeda. Perilisan Private Peaceful memiliki survei yang menyertainya yang diminta untuk diselesaikan oleh semua pendengar. Survei tersebut menanyakan tentang keberhasilan reproduksi binaural dengan pendengar dan versi mana (1-4) yang menurut pendengar paling berhasil.

Selama wawancara dengan Chris Pike dari BBC R&D pada September 2012, Pike menyatakan bahwa "Anda mungkin mendapatkan kesan spasial yang baik tetapi pewarnaan timbral sering menjadi masalah". Masalah pewarnaan timbral disebutkan dalam sejumlah besar penelitian peningkatan spasial dan terkadang dilihat sebagai hasil dari penyalahgunaan atau jumlah data HRTF yang tidak mencukupi saat mereproduksi audio binaural misalnya, atau fakta bahwa pengguna akhir tidak akan merespons dengan baik data HRTF yang dikumpulkan. Francis Rumsey menyatakan dalam artikel tahun 2011 "Whose head is it anyway?" bahwa "HRTF yang diimplementasikan dengan buruk dapat menimbulkan kualitas timbral yang buruk, eksternalisasi yang buruk, dan sejumlah hasil yang tidak diinginkan lainnya". Mendapatkan data HRTF yang benar adalah poin penting dalam menjadikan produk akhir sukses, dan mungkin dengan membuat data HRTF seluas mungkin, akan ada lebih sedikit ruang untuk kesalahan seperti masalah timbral. HRTF yang digunakan untuk Private Peaceful dirancang dengan mengukur respon impuls di ruangan yang bergema, dilakukan untuk menangkap kesan ruang, namun tidak terlalu eksternal dan terdapat masalah timbre yang jelas seperti yang ditunjukkan oleh Pike.

Juha Merimaa dari Sennheiser Research Laboratories menemukan bahwa penggunaan filter HRTF untuk mengurangi masalah timbral tidak memengaruhi lokalisasi spasial yang sebelumnya dicapai menggunakan data saat diuji pada panel pendengar. Ini menjelaskan bahwa ada cara untuk mengurangi efek masalah timbral pada audio yang telah diproses dengan data HRTF, tetapi ini berarti manipulasi EQ lebih lanjut dari audio. Jika rute ini akan dieksplorasi lebih lanjut, para peneliti harus senang dengan kenyataan bahwa audio dimanipulasi dalam jumlah besar untuk mencapai rasa kesadaran spasial yang lebih besar, dan bahwa manipulasi lebih lanjut ini akan menyebabkan perubahan yang tidak dapat diubah pada audio, sesuatu yang mungkin tidak disukai oleh pembuat konten. Pertimbangan harus diambil tentang seberapa banyak manipulasi yang tepat dan sejauh mana, jika ada, ini akan memengaruhi pengalaman pengguna akhir.

Masalah timbre terkait headphone

Kondisi mendengarkan yang ideal kemungkinan besar akan dialami dengan headphone yang dirancang dan dikalibrasi untuk memberikan respons frekuensi yang sedatar mungkin guna mengurangi pewarnaan audio yang didengarkan pengguna. Dalam sebagian besar keadaan, hal ini tampaknya tidak menjadi masalah yang cukup bagi pengguna akhir untuk berinvestasi pada headphone yang memungkinkan mereka mendengar audio persis seperti yang diinginkan pembuat konten, dan sebagai gantinya akan terus menggunakan headphone yang dibundel, atau dalam beberapa kasus berinvestasi pada headphone yang didukung dan diberi merek oleh artis tertentu. Seperti yang dibahas sebelumnya, ada masalah efek timbre yang muncul saat menggunakan data BRIR dan HRTF untuk menciptakan audio yang ditingkatkan secara spasial, teknik yang digunakan oleh Chris Pike dan BBC R&D. Hasilnya mengalami masalah timbre dan oleh karena itu metode ini mungkin belum menjadi cara yang berhasil untuk menciptakan audio yang ditingkatkan secara spasial untuk headphone, tetapi masalah timbre ini juga dialami dengan pilihan headphone. "[Apakah masalah timbre yang disebabkan oleh penggunaan data BRIR dan HRFT] lebih buruk daripada perbedaan antara beberapa headphone murah yang Anda dapatkan dengan pemutar mp3 dibandingkan dengan beberapa Sennheiser yang bagus".

Contoh mikrofon binaural awal

Simulator Kepala dan Tubuh Brüel & Kjær (HATS)

Brüel & Kjær (HATS)

Dirancang untuk digunakan dalam pengujian elektroakustik in-situ, misalnya pada gagang telepon, headset, perangkat konferensi audio, mikrofon, headphone, alat bantu dengar, dan pelindung pendengaran.

Neumann KU 100

Neumann KU 100 adalah mikrofon kepala tiruan yang digunakan untuk merekam dalam stereo binaural. Mikrofon ini menyerupai kepala manusia dan memiliki dua kapsul mikrofon yang terpasang di telinga. Neumann adalah mikrofon binaural yang umum digunakan dan digunakan oleh tim R&D BBC.

G.R.A.S. Head & Torso Simulator KEMAR (HATS)

KEMAR awalnya diciptakan bekerja sama dengan industri audiologi untuk pengembangan alat bantu dengar, dan masih menjadi standar de facto untuk industri ini – namun sejak saat itu penggunaan KEMAR telah menyebar ke banyak industri lain seperti: telekomunikasi, uji perlindungan pendengaran, pengembangan otomotif, dll. KEMAR dirancang menggunakan penelitian statistik berskala besar untuk sedekat mungkin dengan pengukuran rata-rata manusia. Model KEMAR juga merupakan satu-satunya mikrofon dalam daftar ini yang memiliki model batang tubuh. Refleksi batang tubuh telah dianggap sebagai kontributor yang cukup besar untuk menciptakan rekaman binaural yang sukses.

3Dio range

Rangkaian mikrofon binaural 3Dio memiliki dua cetakan telinga silikon (pinna) yang dipisahkan oleh jarak 19 sentimeter (7,5 inci)—jarak yang mendekati jarak rata-rata antara telinga manusia. Mikrofon ditempatkan di dalam telinga, mulai dari Primo EM172 pada model Free Space dan Free Space XLR, hingga DPA 4060 pada model Pro II. Rangkaian 3Dio jauh lebih murah daripada Neumann KU 100 misalnya dan karenanya lebih banyak digunakan pada tingkat konsumen hingga prosumer. Perbedaan utama dengan model 3Dio dibandingkan dengan KEMAR atau KU 100 adalah tidak adanya model kepala. 3Dio sepenuhnya mengandalkan penggunaan cetakan pinna untuk mencapai efek binaural dari rekaman stereo.

Sound Professionals SP-TFB-2

Mikrofon stereo yang dapat dikenakan di telinga yang digunakan seperti earphone, ditempatkan di dalam daun telinga manusia. Mikrofon ini menggunakan daun telinga pengguna untuk menciptakan efek binaural.

Hooke Verse

Hooke Verse adalah perangkat binaural yang relatif baru, yaitu perangkat mikrofon yang dapat dikenakan di telinga yang terhubung ke perangkat perekaman menggunakan Bluetooth dengan perekaman tanpa kehilangan kualitas. Codec yang dikembangkan memungkinkan pengguna untuk merekam audio beserta video.

Lihat pula

• Lokalisasi suara 3D