Fizyczne podstawy wojny głośności

Gdy zaczynałem zajmować się nagraniami oraz miksem materiału, w kółko spotykałem się z jednym problemem. Po wielu godzinach spędzonych przed komputerem brzmienie wreszcie zaczynało mi się podobać. Do czasu aż porównałem swój wyprodukowany utwór z komercyjnym wydawnictwem. Wtedy moje dzieło wydawało się marne, zupełnie pozbawione mocy, podczas gdy ten drugi utwór był nasycony, potężny i ciężki. Poza tym wydawał się też być głośniejszy, często nawet dużo głośniejszy. Nie zdawałem sobie sprawy, że te dwie kwestie mogą się łączyć.

Głośność to wrażenie słuchowe, które pozwala nam uszeregować dźwięki od najcichszych do najgłośniejszych. Jednostką głośności jest son. Jednak zdecydowanie częściej aby opisać głośność wykorzystuje się decybele SPL (Sound Pressure Level), które zupełnie się do tego nie nadają!* Już wyjaśniam dlaczego.

W 1933 roku Fletcher i Munson opublikowali eksperymentalne krzywe równej głośności. Wynika z nich, że dla takiego samego poziomu ciśnienia akustycznego (w dB SPL) dźwięki o różnej częstotliwości nie są tak samo głośne.

Źródło: Moore, Brian C., Hearing

Jak zinterpretować ten wykres? Liniami połączone są wartości ciśnienia akustycznego dla różnych częstotliwości tonu dające takie same wrażenie głośności. Wielkość przedstawioną na wykresie nazywa się poziomem głośności. Jednostką jest fon, a wartość jest opisana liczbą znajdującą się nad każdą z krzywych.

Na początek weźmy najniższą krzywą oznaczoną MAF. Jest to tak zwana krzywa progowa. Przedstawia ona poziom ciśnienia akustycznego przy którym ludzki słuch zaczyna słyszeć dźwięk. Jak widać zależy to od częstotliwości. Na przykład dla tonu o częstotliwości 1000 Hz wystarczy aby dźwięk miał 0 dB, a już można go usłyszeć**, podczas gdy ton o częstotliwości 100 Hz usłyszymy dopiero przy poziomie około 20 dB SPL. Inaczej patrząc na ten wykres można zauważyć, że dla poziomu 50 dB SPL ton o częstotliwości 50 Hz zaczyna być słyszalny, a ton o tym samym poziomie 50 dB SPL i częstotliwości 2 kHz jest już dość głośny.

Z powyższego wykresu wynika jeszcze jedna bardzo ważna konsekwencja. Krzywe równej głośności (izofony) są gęściej upakowane dla niskich częstotliwości niż dla środka pasma. Podobnie ma się rzecz z wysokimi częstotliwościami***. Widać, że dla 20 Hz zmiana poziomu o 10 dB powoduje 'przeskoczenie' o 3 izofony w górę. Dla tonu 1 kHz jest to zmiana o jedną krzywą w górę. Zakładając, że każda kolejna izofona daje podwojenie głośności, dla wspomnianej zmiany 10 dB głośność tonu 1 kHz podwaja się, a tonu 20 Hz wzrasta ośmiokrotnie! Właśnie ten fakt odpowiada za wspominany już "bonus głośnościowy" i jest przyczyną wojny głośności.

Z powyższej właściwości słuchu wynikają dwie konsekwencje:

1) Gdy odsłuchamy tego samego utworu dla dwóch różnych poziomów zawsze ten głośniejszy wyda nam się lepszy - będzie zawierał więcej dołu oraz góry pasma. Wyda nam się zatem cięższy i mocniejszy (niskie częstotliwości) a zarazem czytelniejszy i bardziej 'otwarty' (wysokie częstotliwości).

2) Każdego porównania brzmieniowego musimy dokonywać dla równych głośności. W przeciwnym razie sam fakt odsłuchu na różnych głośnościach wpływa na odczuwaną przez nas różnicę w brzmieniu. Aby przekonać się o tym na własnej skórze zapraszam do obejrzenia materiału wideo:

W następnym poście przedstawię jak w prosty sposób wyrównać głośności odsłuchiwanej muzyki z komputera, różne próby opisania głośności (wartości RMS, DR, LUFS) oraz napiszę więcej o negatywnych skutkach zwiększania głośności materiału.


* Z tego powodu wprowadzono wielkość zwaną poziomem dźwięku L_pA (jednostka dB A), która zawiera w sobie tzw. korektę A. Dzięki temu poziom dźwięku dużo lepiej opisuje głośność i jest powszechnie wykorzystywany w normach dotyczących hałasu na całym świecie (choć nie jest idealny).

** Poziom ciśnienia akustycznego wyraża się wzorem:

zatem dla braku dźwięku (p(t) = 0) Lp jest równe minus nieskończoności, a nie 0 dB SPL! Poziom 0 dB SPL odpowiada ciśnieniu akustycznemu równemu  p₀  (2 * 10^-5 Pa).

*** "Aktualniejsze" krzywe równej głośności