Suuntakuuleminen ja stereofonia

Stereofonia eli stereo tarkoittaa sellaista äänitys- tai toistojärjestelmää, jossa käytetään enemmän kuin yhtä mikrofonia, ja kuunnellessa on useampia kaiuttimia. Tällä menetelmällä kuuntelutilanteessa voi havaita kohtalaisen tarkasti äänten suuntia ja keskinäisiä etäisyyksiä.

 
Tavallisin stereojärjestelmä on edelleen kaksikanavainen stereo: kuuntelutilassa on kaksi kaiutinta ja ääni välitetään kahta kanavaa pitkin (vasen äänikanava L, oikea äänikanava R). Kaksikanavaisen stereon erikoistapaus on ns. binauraalinen stereo eli keinopää, jossa jäljitellään ihmisen päätä ja kahta korvaa. Stereota alettiin kehittää 1930-luvulla Bellin laboratorioissa Yhdysvalloissa, mutta myös Euroopassa keksittiin uusia asioita. Mm. Alan Blumlein Englannissa kehitteli kuuluisan mikrofonitekniikkansa.

 Kun tallennustekniikka kehittyi, myös stereota paranneltiin. Ensimmäiset LP-levyt tehtiin stereona 1957. Stereofonia sai vahvemmin jalansijaa Suomessa vasta 1960-luvulla: äänilevyjä alettiin äänittää stereona ja Yleisradio aloitti stereolähetykset.

Miksi kuullaan äänten suuntia

Äänen tulosuunta havaitaan, koska meillä on kaksi korvaa. Vasen ja oikea korva kuulevat äänen hieman eri tavoin tulosuunnasta riippuen. On kahdenlaisia erioja:

1. Intensiteetti- eli voimakkuuserot. Suoraan edestä, ylhäältä ja takaa ääni saapuu yhtä voimakkaana kumpaankin korvaan. Sen sijaan sivulta tuleva ääni saapuu voimakkaampana lähempään korvaan. Tämä korvien välinen voimakkuusero havaitaan äänen suuntana.

Korvien välille syntyy myös sävyeroja, koska etäisempi korva jää osittain pään varjoon. Matalat äänet kulkeutuvat helposti pääkopan ympäri, mutta korkeat taajuudet kilpistyvät kalloon. Varjossa oleva korva ei kuule lainkaan korkeimpia taajuuksia. Sävyerot alkavat vaikuttaa 2000 Hz:n yläpuolella.

Suoraan takaa vai suoraan edestä – miten se havaitaan? Takaa tulevissa äänissä korvalehti hieman varjostaa, mutta arkielämän kuuntelutilanteessa mahdollisesti pienillä pään liikkeillä varmistetaan, tuleeko ääni edestä vai takaa.

2.  Aikaerot ja vaihe-erot. Ääni paikallistetaan sen korvan puolelle, joka kuulee äänen ensin. Kun pään halkaisija on n. 17 cm, aikaero korvien välillä on vain yhden millisekunnin luokkaa.

Jos ääni jatkuu tasaisena, yhtenäisenä, ei voi havaita aikaeroa. Se vaatisi äänen alkamista tai loppumista. Tasaisesti jatkuvassa äänessä havaitaan vaihe-erot: ääni saapuu erivaiheisena eri korviin. Korvien rumpukalvot toimivat eri ”tahdissa”, ja tämä koetaan äänen tulosuuntana.

Käytännössä tarkimmin havaitaan napsahdusten ja erilaisten vaihtelevien hälyäänten suunta. Tasaisena jatkuvan vinkunan suuntaa on hyvin vaikea löytää. Vaihe-ero havaitaan vain alle 1 kHz:n äänissä.

Normaalielämässä voimakkuus-, aika- ja vaihe-erot toimivat yhtaikaa, mutta suunnan havaitsemiseen riittää yksikin näistä tekijöistä.

Suunnan havaitseminen on tarkinta, kun näön avulla voi etsiä ”tukipisteitä”, joihin äänen tulosuuntaa verrataan. Täysin harmaa, tasainen tausta heikentää suunnan havaitsemistarkkuutta. Äänten tulosuunnat havaitaan tarkimmin suoraan edessä. Tarkkuus on parhaimmillaan n. 1-3 astetta. Sivulla tarkkuus on n. 15 astetta.

Suunnat stereoäänikuvassa

Stereoäänikuvaa voi kuunnella joko kaiuttimilla tai kuulokkeilla. Kuulokekuuntelulle on tyypillistä, että äänet sijoittuvat pään sisään, takaraivon yläpuolelle. Kuulovaikutelma saattaa tuntua aluksi oudolta. Äänen sijoittumista pään sisälle kutsutaan tieteellisessä kirjallisuudessa ”lateralisaatioksi”. Jos äänikuva on äänitetty ns. keinopäämikrofonitekniikalla, äänet leviävät pään ulkopuolelle – tosin vain taakse.

 

Kaiutinkuuntelussa kaiuttimet sijoitetaan yleensä niin, että niiden kulma katsojaan nähden on 60 astetta. Syntyy tasasivuinen kolmio. Vasen kaiutin on A tai L (left) ja oikea kaiutin B tai R (right). Suuntien erottelutarkkuus on aika huono, parhaimmillaan 10 astetta. Se johtuu siitä, että kaiutinkuuntelussa vasemman kaiuttimen signaali, joka on ”tarkoitettu” vasemmalle korvalle, kuuluu myös oikeassa korvassa ja tällainen ”ylikuuluminen” sekoittaa suuntien kuulemista.

Jotta kuulijalle syntyisi oikea äänikuva, hänen tulisi istua melko tarkkaan rajatulla alueella, symmetrisesti kaiuttimiin nähden. Pienikin poikkeama tästä siirtää äänikuvaa läheisemmän kaiuttimen puolelle. Kauempana voi olla laajemmalla alueella. Todellisuudessa kuulijat istuvat usein miten sattuu - tästä huolimatta stereoäänikuva kuulostaa täyteläisemmältä ja ilmavammalta kuin monoäänikuva.

Ääninäyttämö

Yksi käyttökelpoinen työkalu stereofonisen äänikuvan jäsentämiseenon niin sanottu ääninäyttämö: Stereoäänikuvassa äänet sijoittuvat ääninäyttämölle kolmiulotteiseen tilaan. Vasen-oikea -suuntavaikutelman lisäksi stereofonia tuottaa lähellä-etäällä - syvyysvaikutelman. Normaalissa äänikuvassa voi helposti aistia ainakin viisi eri suuntaa: ääni on vasemmalla, keskivasemmalla, keskellä, keskioikealla tai oikealla. Lisäksi etäisyysvaikutelma voidaan jakaa lähellä oleviin, etäisempiin ja hyvin kaukana oleviin ääniin.

Kaiuttimien välinen jana on nimeltään stereokanta. Joskus äänet saadaan kuulumaan kannan ulkopuolelta, ns. ylikanta-alueelta. Se on eräänlainen ”kuuloharha”, joka syntyy, kun jompaankumpaan kaiuttimeen johdetaan pieni määrä vastapuolen kaiuttimen signaalista vastakkaisessa vaiheessa (ns. vaiheenkääntö eli phase 180 astetta). Ylikannalla oleva ääni on ns. vaihevirhettä, ja jos sitä on runsaasti, se voi aiheuttaa epämiellyttäviä painetuntemuksia korvissa. Se on kuitenkin vaaratonta.

Hyvässä stereoäänikuvassa kuullaan myös äänten etäisyydet varsin realistisesti. Ääneen syntyy syvyysvaikutelma.

Kuulija havainnoi ääninäyttämön tapahtumia aina omista lähtökohdistaan. Äänet voidaan kuitenkin yleisesti luokitella tehtäviensä perusteella seuraavasti: 1) Lähiäänet ovat usein erilaisia signaaleja, joihin kuulija kiinnittää nopeasti huomionsa. Lähiääni, esimerkiksi puhe, pyritään tavallisesti toistamaan mahdollisimman selvästi. 2) Tukiääniä ovat yleensä työn, toiminnan ja liikkeen äänet. Tukiäänet kuvaavat tilannetta, jossa toiminta tapahtuu. 3) Taustaäänet ovat lähi- ja tukiäänien takana kuuluva, monesti epämääräinen taustahäly. Taustaäänet muodostavat kokonaiskuvan tilan akustisesta ympäristöstä.

Ääninäyttämökaaviota voi käyttää avuksi, kun suunnittelee äänikuvia pitempään ohjelmaan. Nuolet tarkoittavat, että äänet liikkuvat, pistemäiset äänilähteet voidaan sijoittaa haluttuun kohtaan ja laajat äänitaustat voidaan kuvata laajempina alueina.

Hyvä stereoäänikuva

 
Ohjelman stereoäänikuvaa tulee seurata kokonaisuutena. Tässä muutamia vinkkejä:

1. Äänikuva ei saa olla jatkuvasti ”kallellaan” eli vain toisen kaiuttimen puolella. Kuulijat alkavat vähitellen ärsyyntyä ja käyvät säätämään omia stereoitaan. Pitemmän ajan kuluessa äänten tulisi täyttää koko kanta verraten tasapuolisesti.

2. Äänten tulisi olla tasaisesti koko kannalla eikä vain äärilaidoissa. Jos esim. haastattelussa puhujat sijoittuvat äärilaitoihin, puhutaan ns. ping-pong -stereosta. Se voi joskus olla hauskaa ja perusteltua, mutta yleensä se on virhe.

3. Vaihevirhe ja ylikannalla olevat äänet kuuluvat monovastaanotossa vain heikosti tai katoavat kuulumattomiin. Jos CD-levyssä on tekninen vaihevirhe, laulusolisti katoaa monokuuntelussa kokonaan. Stereokuuntelija ei välttämättä huomaa vikaa. Jos halutaan, että äänikuva on nautittava myös monokuuntelussa, sanotaan, että äänitteessä tulee olla hyvä monokompatibiliteetti (=molempikäyttöisyys, ”sopusointuisuus”).

4. Hyvä stereoäänikuva voidaan miksata monista elementeistä. Mukana voi olla pistemäistä, monona tehtyä puheäänitystä, esim. selostus tai juonto, ja mukana voi olla stereofonista materiaalia, joka leviää kannalla laajalle alueelle, kuten musiikkia tai ympäristön ääniä. Kun äänet miksataan hyvin yhteen, ne muodostavat harmonisen kokonaisuuden. Monona tehdyissä äänissä tarkkaavaisempi kuulija voi monesti havaita äänen pistemäisyyden, joka irrottaa äänen stereoäänikuvasta omaksi akustiseksi avaruudeksi. Syntyy ns. monitilavaikutelma: stereoäänikuva ja sen sisällä pistemäinen monoäänikuva.

5. Stereoäänikuva on lähes aina ilmavampi, helpompi kuunnella kuin monoäänikuva. Erityisen hyvin sen huomaa kuulokekuuntelussa, jossa monoäänikuva vaikuttaa ”tukahtuneelta”. Vanhoja monoäänilevyjä on keinotekoisesti muutettu ”stereofonisiksi” eli on tehty ns. valestereota. Katso lisää täältä.

6. Yhden ihmisen puhetta studiossa ei juuri kannata äänittää stereona, koska äänikuvaan ei sisälly mitään ”stereofonista”. Tällainen monofoninen puhe on helppo ”upottaa” stereofonisen äänikuvan sisään. Jos sama puhe esitetään kaikuvassa kirkossa, äänikuva on täynnä eri suunnista tulevia heijastuksia, ja äänitys on tehtävä stereofonisesti.