ROBERT B. SCHULEIN (1942-2019): En pioner i målingen av høyttalere for avspilling i vanlige rom
Det er ofte vel så opplysende å undersøke hva folk sa for flere tiår siden som å lytte til moderne røster. I dag tar man mye for gitt og glemmer å stille spørsmål til dogmer. Fordi Sean Olive har sagt at folk liker visse romkurver - basert på en studie av 11 subjekter - mener jeg det er god grunn til å undersøke hvordan man tenkte på den tiden hvor man fortsatt stilte fundamentale spørsmål til lyden vi hører i hjemmet.
Dette er et litt langt innlegg, men det er innom så mange spørsmål som har vært diskutert i denne tråden at det neppe skader å forsøke å forstå hvordan ingeniører tenkte for 50 år siden.
Jeg tenkte å hente ut sitater fra artikkelen «
In Situ Measurement and Equalization of Sound Reproduction Systems» fra 1972. Artikkelen er skrevet av
Robert B. Schulein, som jobbet i Shure på denne tiden. Han var bl.a. Fellow og tidligere President of the International Audio Engineering Society, hvor han ble utmerket med Publications Award i 1977, the Board of Governors Award i 1990 og Bronze Medal i 2013.
I abstract innleder Schulein slik:
«The concept of frequency response is of basic importance to audio reproduction equipment because of its strong influence upon subjective. When analyzing electronic equipment, this characteristic is seldom a problem of measurement or interpretation; it is however a genuine problem for acoustical transducers such as loudspeakers. Unlike electrical equipment which has both electrical input and output terminals, the loudspeaker has an electrical input terminal but an acoustical output terminal. This acoustical output terminal is further complicated by the fact that some form of room is always interposed between the loudspeaker and the acoustical measuring device. Having an acoustical output terminal with the human as the ultumate evaluation instrument, various measurement and interpretation questions arise regarding frequency response, variations among listeners, and effect of program material».
Jeg tror noe av kilden til misforståelser oppstår pga. det Schulein formulerer som at «
the loudspeaker has an electrical input terminal but an acoustical output terminal». Det synes å være konsensus blant folk her om at det elektriske systemet skal være helt flatt. Og da er det den akustiske
output det fortsatt er uenighet om.
Hvis jeg tolker skeptikerne til rom-EQ riktig, så mener de at den akustiske output er så kompleks at den ikke kan sammenliknes med resten av lydkjeden. Jeg mener derimot at den akustiske output ikke er så kompleks at den nærmest er å regne som magi - eller at det er en kunst å forstå den. I mine øyne egner også akustisk
output seg for forskning og bruk av den vitenskapelige metode gjennom objektive repeterbare målinger.
I fortsettelsen skriver Schulein følgende:
«Having an acoustical output terminal with the human as the ultimate evaluation instrment, various measurement and interpretation questions arise:
1. What influence does the listening room have in determining the perceived tonal balance?
2. How does one account for auditory differences among listeners?
3. What psychoacoustic considerations are necessary if one is to correlate subjective evaluation with objective measurements?
4. Does the program material being reproduced influence the desirable tonal balance of the loudspeaker-room combination?
5. What is the significance of a flat loudspeaker response?»
Det er 50 år siden disse spørsmålene ble stilt. Vet vi svarene på dem? La oss undersøke hva Schulein selv konkluderte med.
Så innfører Schulein et nyttig begrep for den videre diskusjonen, nemlig
acoustical coupler:
«Before considering any of the specific combinations of loudspeakers, microphones, and rooms constituting a sound reproduction system, it is important to obtain a feeling for the room as an acoustical coupler interposed between the loudspeaker and the listener».
Schulein innfører så en formell beskrivelse av konseptet som egner seg for en systematisk undersøkelse og gjør samtidig oppmerksom på at matematikken utelukkende gjelder på ett sted i rommet.
For å illustrere forskjellen mellom anekoisk respons og respons i rommet, viser han følgende figur:
Her er det en forskjell i bassfrekvensenes lydvolum på 10dB og mer mellom måling i rommet og i ekkofritt kammer. I tillegg ser vi at en høyttaler som på papiret ikke går nedover i frekvens, får så mye hjelp av rommet at bassen kan høres eller merkes likevel.
For å gjøre det tydelig hvor jomfruelig mark Schulein befant seg på med sine spørsmål knyttet til høyttalere i rommet, skriver han følgende:
«Since there have never been any standard procedures for in situ loudspeaker frequency response measurements, the present state of the art has been greatly influenced by user subjective reactions. From the standpoint of the recording studio, desirable loudspeaker performance is dependent upon the reproduction of live voice and music sources within the studio».
Med andre ord fantes det for 50 år siden ingen standarder for måliger av høyttalere i rommet. Lydteknikerne bestemte den tonale balansen basert på lyden de hørte i studio.
Så kommer han til diskusjonen av den lyden forbrukerne hører ut av høyttalerne i rommet:
«At this point, at least three additional variables have been introduced:
1. The frequency response characteristics of the record mastering or tape duplication system.
2. The frequency response characteristics of the disc or tape reproduction system.
3. The loudspeaker-room combination of the listener.
Although the first two variables can be significant, they are not so for medium-to-high quality equipment. The general trend in these areas is toward a flat input versus output characteristic. The third variable is consequently the most significant and ls highly subjective. It is not surprising however that the frequency response of such systems takes on the same general form as the studio monitor systems measured. If the program material was acceptable to the producer under studio conditions, it should be acceptable to the home listener under similar acoustical conditions. The fact that the two home high-fidelity systems demonstrated an extension of both low and high frequency response is perhaps due to the need for such response boosting at the comparatively low listening levels typical of home listening. It thus appears that there is a built-in equalization in most of todayls recordings which compensates for a nonflat loudspeaker-room listening situation. One could thus say that records and tapes are effectively not made in accordance with the RIAA and NAB equalization characteristics, but rather additional low frequency and high frequency boosts are added, which are not taken out electronically but rather acoustically during playback».
Her oppsummerer Schulein mye av det jeg allerede har brukt tid på å formidle i denne tråden, nemlig at studioene bygger inn EQ i lydmaterialet som en kompensasjon for ikke-flate lytteforhold hos forbruker. Schulein bruker også RIAA-sammenlikningen og påpeker at EQ i bassen og diskanten ikke tas ut i den elektroniske delen av lydkjeden, men i den akustiske delen.
«In contrast to a nonflat acoustical monitoring situation, it is worthwhile to consider the consequences of a subjectively flat situation. Initially microphone selection, placement, and equalization techniques would change in order to obtain the same sounds as before but under new monitoring conditions. This would result in lower level high and low frequency information on the recorded disc or tape medium, which would, in turn, result in lower distortion levels. On the other hand, the high and low frequency signal-to-noise ratio on the disc or tape would be reduced due to the presence of lower signal levels. The net result to the user would be the same spectral content as before with lower low and high frequency distortion, but with a poorer signal-to-noise ratio. In experimenting with subjectively flat monitoring systems, it has been the author’s experience that the results are generally undesirable. With the present state of the art, a 10-db increase in Ievel at 10 kHz resuits in an objectionable awareness of record surface noise or tape hiss. This is not the case however for a situation involving program material with a high signal-to-noise ratio such as a Dolbyized master recording. Such material is not, however, readily available to the average listener. Consequently a flat acoustical playback system appears to be a subjectively poor choice in view of the present state of the record and tape production art. Future improvements in the signal-to-noise ratio of program material available to the consumer would, however, make such systems highly desirable».
Her argumenterer Schulein for at datidens kurvevalg skyldtes praktiske hensyn, som støy i forhold til signal, SNR. For master-taper mener han det stiller seg annerledes, og at fremtidige forbedringer i SNR-forholdet vil gjøre et flatt akustisk avspillingssystem »highly desirable».
Han oppsummerer artikkelen slik:
«In summary of the material presented in this section, various facets of studio and home high fidelity monitoring systems have been discussed.
As a basis for this discussion, a subjective measurement technique has been described which correlates well with 1/3-octave noise measurements for loudspeaker-to-listener distances typical of the home or studio. In situ measurements on a large variety of home and studio monitoring systems indicate that the recording industry is producing material under nonflat acoustical monitoring conditions. This fact does not, however, influence the subjective spectral content intended for the listener as long as both listening systems are similar acoustically. In addition, listening tests indicate that acoustically flat monitoring systems may be undesirable from the standpoint of signal-to-noise ratio with the present state of the consumer recording art».
Merk at Schulein her argumenterer for at ikke-flate akustiske forhold i produksjonen er uproblematisk så lenge lytteren der hjemme lytter under liknende akustiske forhold. Mens audiofile mener at den innebygde akustiske EQ-en i lydmaterialet fra studioene er «naturlig», ser altså Schulein det åpenbare: Nemlig at studioene har lagt inn en akustisk EQ i lydmaterialet som passer til et gjennomsnittlig hjem. Det betyr at så lenge man ikke har et gjennomsnittlig hjem, vil ikke den tonale balansen fra studio være den samme som lytteren hører hjemme.
Til slutt konkluderer han:
«CONCLUSIONS.
The purpose of this paper has been to show that the subjective frequency response properties of various sound reproduction systems can be evaluated
by objective measurements. In order to establish procedures for such measurements, it was was necessary to devise experiments involving the human auditory system using established psychoaeoustical testing techniques. It is hoped that designers and users of sound reproduction systems will consider this material as it relates to their particular work. It is through an awareness of this type of information that improvements in the quality and consistency of sound reproduction systems will result».
Schulein var altså blant de aller første som begynte å måle systematisk de egenskaper høyttalerne i hjemmet hadde. Han mente at denne typen reproduksjon kan vurderes gjennom objektive målinger. For 50 år siden var de tekniske utfordringene på distribusjonssiden for store til at en flat reproduksjon var ønskelig pga. støy i lydkjeden. Studioene bygde bl.a. derfor inn en akustisk EQ i mastringen, en akustisk EQ som speilet de akustiske forholdene i hjemmet. Schulein anså imidlertid et flatt akustisk avspillingssystem som en løsning for fremtiden når SNR-utfordringene var løst. 50 år etterpå er SNR-problemet for lengst løst, men Schuleins argumenter for et flatt akustisk system møtes likevel med hoderisting blant audiofile. Hva skjønte ingeniørene for 50 år siden som audiofile ikke skjønner i dag?