HIGH-RESOLUTION AUDIO: EEN PLEIDOOI VOOR REALITEITSZIN

Waarom die overdreven aandacht?

De betrekkelijkheid van een opgerekt frequentiegebied

Muziekweergave begint en eindigt met trillingen in de lucht die me waarnemen met een gehoororgaan dat deels analoog, deels digitaal werkt. Begin jaren tachtig woedde er nog een discussie over de vraag waarom analoge signalen zo nodig digitaal moesten worden opgeslagen en overgedragen. De pro argumenten die intussen hebben gewonnen, komen er op neer dat het verstandig is dat digitale signalen beter, dat wil zeggen met minimale verliezen en interferentie kunnen worden bewaard en gemanipuleerd om allerlei vervormingen te vermijden die onherroepelijk optreden bij het equivalente analoge proces.

Vervormingen, brom en ruis die niet grondig kunnen worden verwijderd en die ook door wow en flutter (zwevingsverschijnselen) de tijdstructuur kunnen aantasten. Bovendien degenereren analoge opnamen na verloop van tijd. De compact disc betekende een geslaagde doorbraak op dit gebied, maar er was wel kritiek op het gekozen formaat van “slechts’ 44,1kHz bemonsteringsfrequentie in een 16-bit lineair PCM systeem. En natuurlijk kunnen ook in het digitale verwerkingsproces fouten optreden.

Loffelijk streven naar verbetering

Om die te voorkomen is de afgelopen vijfentwintig jaar hard een verfijningen en verbeteringen van de compact disc als de belangrijkste en meest verbreide geluidsdrager gewerkt. Optimalisatie werd bereikt met behulp van psychoakoestische verbeteringen, aftrekbare dither, noise-shaping, verborgen datatechnieken en toevoeging van dither.

Daarmee was het streven naar verbetering niet ten einde. Er werd en wordt gewerkt aan ‘hoogoplossende audio’ die nog beter moet klinken dankzij een groter frequentiebereik, meer kanalen en een royaler dynamisch bereik. De super audio cd (sacd) en dvd-a(udio) maken het mogelijk. Volgens de voorvechters van de hoogoplossende audio betekent dit op alle fronten een betere kwaliteit. Niet te ontkennen valt dat 96kHz/24-bit PCM beter is dan 48kHz/16-bit, al is het maar omdat er altijd wat te verbeteren valt en er daardoor grotere kwaliteitsreserves zijn. Tegenwoordig kan worden gewerkt met bemonsteringsfrequenties die tot een factor 64 groter zijn dan de 44,1 of 48kHz waarmee het destijds begon.

Een brokje psychoakoestiek

Het frequentieverloop van het buiten- en middenoor vertoont een snelle, steile afval naar de hoogste frequenties toe in de akoestiek van de gehoorgang en door de mechanische transmissie via trommelvel, hamer en aambeeld. De cochlea (het slakkenhuis) worden de frequenties geselecteerd en gefilterd. De hoogste frequenties worden aan het begin van de cochlea verwerkt en het hoogste filter werkt rond de 15kHz. De verliezen in het middenoor maken het waarschijnlijk dat daarin nooit frequenties boven de 20kHz kunnen worden doorgegeven, al is het waarschijnlijk dat in het slakkenhuis ook veel hogere frequenties (tot zelfs in het 28-100kHz domein) zouden kunnen worden verwerkt, mar dat is voorlopig speculatief.

Daarnaast is er de beengeleiding die in staat zou zijn ultrasoon geluid in het gebied tussen de 15 en 24kHz over te dragen, hetzij tot in het slakken, hetzij rechtstreeks aan de hersenen. Die beengeleiding is interessant om de spraakverstaanbaarheid voor doven te verbeteren en om tinnitus te maskeren, maar heeft verder weinig invloed. Een te grote sterkte van ultrasoon geluid kan zelfs schadelijk zijn omdat dan makkelijk de pijngrens kan worden overschreden en gehoorbeschadiging optreedt.

In de hele literatuur op psychoakoestisch gebied is geen enkel pleidooi te vinden dat het zin zou hebben om geluiden boven de 25kHz aan te bieden. Alleen iemand als Oohashi (1) heeft wel iets op dat gebied waargenomen, maar dat is later o.a. door Yoshikawa weer gerelativeerd.

Enig relativeren

So far, so good. Het is natuurlijk prachtig wanneer met behulp van betere, verfijnde technieken verbeteringen in de audiowereld worden bereikt, maar het is onbegrijpelijk dat dit vaak ontaardt in een waar fetisjisme in deelgebieden. De zinloosheid daarvan is makkelijk aantoonbaar. Het is wel goed om hier meteen wat restricties aan te brengen in de onderwerpen die essentieel zijn voor een nadere meningsvorming voordat een baaierd aan criteria en gegevens tot chaos leidt. Het enige aspect wat hier wordt belicht, is de frequentie omvang van:

- het menselijk oor

- akoestische muziekinstrumenten (en niet over elektronische!)

- Luidsprekers

Over de mogelijkheden en beperkingen van het menselijk oor dat gelukkig niets moet hebben van ultrasoon ‘vleermuizengeluid’ (waarvan zelfs honden gaan janken) is al gesproken. Een frequentie/amplitude diagram kan het betoog verduidelijken.

(freq./amplitude curven pag. 6, hst. ‘De basis van de akoestiek” uit Audiotechniek)

Een door mij niet te scannen grafiek met op de horizontale as het frequentieverloop van 20-20.000Hz en dp de vertikale het dynamiekbereik van 0-140dBA met daarbinnen getekend het menselijk hoorbereik, begrensd door de gehoordrempel en de pijngrens en daar weer binnen het geluidspectrum van akoestische muziekinstrumenten, dat dus royaal binnen dat totale domein past en waarvoor het niet nodig is supersonische frequenties tot pak weg 48kHz te verwerken .

Deze afbeelding illustreert in de vorm van een frequentie/amplitude diagram (vlg. Robinson & Dadson) het door de gehoordrempel en de pijngrens begrensde domein van het menselijk gehoor met daarbinnen het muziekdomein.

Wat uit bovenstaande heel verhelderende curven blijkt, is om te beginnen dat het weinig zin heeft audio apparatuur aan te bieden die in staat is om frequenties <30Hz weer te geven omdat zich in het subsonische muzikaal gezien niets meer afspeelt en alleen grote narigheid te verwachten is. Twistpunt zijn telkens weer de hoogste frequenties. Het kan best waar zijn dat er sommige mensen – kinderen vooral – frequenties tot of zelfs boven de 20kHz kunnen waarnemen, maar met het klimmen der jaren neemt dat vermogen alleen maar gestaag af, ongeacht of men extra gehoorbeschadiging door overdosering van geluid oploopt.

De meesten kunnen het effect van een laag doorlatend filter bij 16kHz tijdens muziekweergave niet waarnemen (Ohgushi, 1984) en zelfs wanneer dat wel lukt heeft dat geen consequenties voor de muziekweergave. Een bereik van 30-16.000Hz is al heel mooi, vandaar dat op dit punt ook weinig bezwaar wordt gemaakt tegen FM radio weergave waar de koek al bij 15kHz op is.

Relevanter is het in dit diagram geprojecteerde muziekdomein. De laagst geproduceerde orgeltoon mag 28Hz bedragen, een contrabas sarrusofoon, een super concertvleugel en een harp kunnen ook heel ‘diep’ gaan, maar ook daar is het in het laag op rond de 30Hz. Interessanter is dat zelfs een piccolo in het hoogste toonbereik nauwelijks nog wat substantieels produceert boven de 17kHz.

Wie wel eens frequentiecurven van microfoons en luidsprekers onder normale werkomstandigheden heeft gezien, weet dat ook daarvan >20kHz geen wonderen meer te verwachten zijn. Waarom ook? In zuiver muzikaal opzicht biedt het geen toegevoegde waarde en de oren hebben er geen behoefte aan. Natuurlijk ligt dat bij elektronische instrumenten anders, daar schijnt werkelijk the sky the limit te zijn; ook versterking en manipulatie kunnen voor extra effecten en verschijnselen zorgen. Maar normaal gesproken is het supersonische audiogebied gewoon overbodige luxe. Huisdieren plegen zich er zelfs hoogst ongemakkelijk bij te vinden.

Conclusie

Rekening houdend met de klankeigenschappen van akoestische muziekinstrumenten, met de technische beperkingen van luidsprekers en de menselijke beperkingen van het gehoororgaan is het vrij zinloos overdreven aandacht, kosten en moeite te besteden aan uitbreiding van het frequentiedomein bij een heel beperkt aantal componenten als de (sa)cd speler, de versterker en de daarbij passende software.

Een vergelijkbaar betoog kan worden gehouden voor het opvoeren van de dynamische mogelijkheden, het dynamisch bereik. Nu al is het vaak onmogelijk om in een verder doodstille huiskamer de zachtste gedeelten van een cd nog net hoorbaar en de luidste gedeelten zonder burengerucht te veroorzaken zonder voortdurend de hand aan de volumeknop te houden correct weer te geven. Mooi voorbeeld: de overigens prachtig uitgevoerde en opgenomen 3^e symfonie van Mahler onder Boulez (DG 474.298-2 als sacd en 474.038-2 als cd).

Referenties

T. Oohashi c.s.: “High Frequency sound above the audible range affects brain electric activity above the audible brain electric activity and sound perception. J. Audio Eng. Soc. Vol 39, p. 1010 (1991).

Juan G. Roederer: Introduction to the physics and psychophysics of music. Heidelberg Science library, 1973. ISBN 3-540-08167-4.