Эхо-камеры: история, устройство и применение звукоотражения

Введение

Полый корпус, используемый для создания реверберации звука – акустическая камера.

Эхокамера – это полый корпус, используемый для создания реверберации, как правило, в целях записи. Традиционная эхокамера облицована поверхностями с высокой степенью звукоотражения. Для максимального захвата эхо используются направленные микрофоны, ориентированные от источников звука. Некоторые элементы помещения могут быть перемещены для изменения времени затухания реверберации. В настоящее время для создания подобных эффектов чаще применяются эффекты-процессоры, однако эхокамеры по-прежнему используются, например, знаменитые эхокамеры студии Capitol Studios. В музыке использование акустического эхо и эффектов реверберации имеет множество форм и уходит корнями в глубь веков. Церковная музыка Средневековья и Ренессанса в значительной степени опиралась на глубокое понимание композиторами сложной естественной реверберации и эхо внутри церквей и соборов. Эти ранние акустические знания легли в основу проектирования оперных театров и концертных залов в XVII, XVIII и XIX веках. Архитекторы проектировали их так, чтобы создавать внутренние отражения, усиливающие и распространяющие звук со сцены до появления электрической аппаратуры. Иногда эффект эхо является непреднамеренным следствием архитектурного или инженерного решения, как, например, в мавзолее Гамильтона в Шотландии, который характеризуется одним из самых длительных времен реверберации среди зданий.

Электроакустические

Развитие электроники в начале 20-го века, в частности изобретение усилителя и микрофона, привело к созданию первых искусственных эхокамер, построенных для радио и студий звукозаписи. До 1950-х годов эхо и реверберация обычно создавались комбинацией электрических и физических методов. С акустической точки зрения, "классическая" эхокамера создает эхо тем же способом, что и в церквях или пещерах – это просто большие, закрытые, пустые пространства с полом и стенами из твердых материалов (таких как полированный камень или бетон), хорошо отражающих звуковые волны. Основная цель таких камер – придать исходному звуку окраску и глубину, а также имитировать богатую естественную реверберацию, характерную для больших концертных залов. Разработка искусственных эхо- и реверберационных камер была важна для звукозаписи из-за ограничений ранних систем записи. За исключением живых выступлений, большинство коммерчески успешных записей создаются в специально построенных студиях. Эти помещения были тщательно изолированы от внешних шумов и внутренне имели свойства, близкие к безэховым – то есть, они были спроектированы так, чтобы не создавать внутренних эхо или звуковой реверберации. Поскольку практически любой звук в повседневной жизни представляет собой сложную смесь прямого звука от источника и его эхо и реверберации, слушатели естественным образом находили полностью "сухой" и лишенный реверберации звук ранних записей непривлекательным. В результате, звукорежиссеры и инженеры быстро разработали эффективный метод добавления "искусственного" эхо и реверберации, которые можно было контролировать с высокой точностью. Создание эхо и реверберации в такой эхокамере просто: сигнал со студийного пульта – например, голос или инструмент – подается на большой высококачественный динамик, расположенный в одном конце камеры. Один или несколько микрофонов размещаются вдоль комнаты и улавливают как звук от динамика, так и его отражения от стен. Чем дальше микрофон от динамика, тем больше эхо и реверберации он улавливает, и тем сильнее реверберация по отношению к исходному сигналу. Сигнал с микрофона затем возвращается на пульт, где звук, обогащенный эхо/реверберацией, смешивается с исходным "сухим" сигналом. Пример этого эффекта можно услышать в песне Дэвида Боуи "Heroes" 1978 года, с одноименного альбома. Песня, спродюсированная Тони Висконти, была записана в большом концертном зале студии Hansa в Берлине, и Висконти получил высокую оценку за впечатляющий звук, которого он добился на вокале Боуи. Висконти разместил три микрофона на разных расстояниях вдоль зала: один очень близко к Боуи, второй – посередине зала, а третий – в дальнем конце. Во время записи Боуи пел каждый куплет все громче, и по мере увеличения громкости в каждом куплете Висконти последовательно включал каждый из трех микрофонов, начиная с ближайшего и заканчивая самым дальним. Таким образом, в первом куплете голос Боуи звучит близко, тепло и естественно; к концу песни Висконти смешал значительную часть сигнала со всех трех микрофонов, придав голосу Боуи выразительную реверберацию. Оригинальная эхокамера на студии EMI Abbey Road была усовершенствована Клайвом Робинсоном, бригадиром на строительной площадке во время ее возведения. Его строительные и инженерные команды довели до совершенства эхо-кабину на студии Abbey Road в Лондоне. Она была одной из первых студий в мире, специально построенных для записи, когда она была основана в 1931 году; она сохранилась до наших дней и является ярким примером электроакустической эхокамеры начала 20-го века. Здания, такие как церкви, церковные залы и бальные залы, часто выбирались в качестве мест для записи классической и другой музыки из-за их богатых естественных характеристик эхо и реверберации. Известные примеры включают студии AIR сэра Джорджа Мартина в Lyndhurst Hall в Белсайз-парке, Лондон – большое сводчатое здание 19-го века, первоначально построенное как церковь и миссионерская школа. Церковь Святого Евстахия в Монреале является излюбленным местом записи Монреальского симфонического оркестра и многих других, и пользуется большим спросом для классических записей благодаря своим уникальным акустическим свойствам. Характерная реверберация на ранних хитовых записях Билла Хейли и его комет была создана путем записи группы под купольным потолком студии Decca в Нью-Йорке, расположенной в бывшем бальном зале под названием The Pythian Temple. Некоторые звукозаписывающие компании и многие небольшие независимые лейблы не могли позволить себе большие, специально построенные эхокамеры, такие как камера Abbey Road, поэтому предприимчивые продюсеры и инженеры часто использовали любое большое реверберирующее пространство. Коридоры, шахты лифтов, лестничные клетки и ванные комнаты с кафельной плиткой использовались в качестве импровизированных эхокамер. Многие известные записи соул и R&B, выпущенные нью-йоркским лейблом Atlantic Records, содержат эффекты эхо и реверберации, созданные путем простого размещения динамика и микрофона в офисной ванной комнате – процесс, который также использовался продюсером/инженером Брюсом Ботником при записи The Doors для их альбома L.A. Woman 1970 года.

Developments in electronics in the early 20th century—specifically the invention of the amplifier and the microphone—led to the creation of the first artificial echo chambers, built for radio and recording studios. Until the 1950s, echo and reverberation were typically created by a combination of electrical and physical methods. Acoustically speaking, the "classic novel" echo chamber creates echoes in the same way as they are created in churches or caves—they are all simply large, enclosed, empty spaces with floors and walls made of hard materials (such as polished stone or concrete) that reflect sound waves well. The basic purpose of such chambers is to add colour and depth to the original sound, and to simulate the rich natural reverberation that is a feature of large concert halls. The development of artificial echo and reverberation chambers was important for sound recording because of the limitations of early recording systems. Except in the case of live performances, most commercially popular recordings are made in specially constructed studios. These rooms were both heavily insulated to exclude external noises and internally somewhat anechoic—that is, they were designed not to produce any internal echoes or sound reverberation. Because virtually every sound in everyday life is a complex mixture of direct sound from the source and its echoes and reverberations, audiences naturally found the totally 'dry' and reverberation free sound of early recordings unappealing. Consequently, record producers and engineers quickly came up with an effective method of adding "artificial" echo and reverberation that experts could control with a remarkable degree of accuracy. Producing echo and reverberation in this form of echo chamber is simple. A signal from the studio mixing desk—such as a voice or instrument—is fed to a large high fidelity loudspeaker located at one end of the chamber. One or more microphones are placed along the length of the room, and these pick up both the sound from the speaker and its reflections off the walls of the chamber. The farther away from the loudspeaker, the more echo and reverberation the microphone(s) picks up, and the louder the reverberation becomes in relation to the source. The signal from the microphone line is then fed back to the mixing desk, where the echo/reverberation enhanced sound can be blended with the original 'dry' input. An example of this physical effect can be heard on the 1978 David Bowie song "Heroes", from the album of the same name. The song, produced by Tony Visconti, was recorded in the large concert hall in the Hansa recording studio in Berlin, and Visconti has since been much praised for the striking sound he achieved on Bowie's vocals. Visconti placed three microphones at intervals along the length of the hall; one very close to Bowie, one halfway down the hall, and the third at the far end of the hall. During the recording, Bowie sang each verse progressively louder than the last, and as he increased volume in each verse, Visconti opened up each of the three microphones in turn, from closest to farthest. Thus, in the first verse, Bowie's voice sounds close, warm, and present; by the end of the song, Visconti has mixed in a large amount of signal from all three microphones, giving Bowie's voice a strikingly reverberant sound. The original echo chamber at EMI's Abbey Road Studios was improved by Clive Robinson, site foreman at the time of construction. His construction and engineering teams perfected the echo booth at Abbey Road Studios in London. It was one of the first studios in the world to be specially built for recording purposes when it was established in 1931; it remains in place and is a prime example of the early 20th century electro acoustic echo chamber. Buildings such as churches, church halls, and ballrooms have often been chosen as recording sites for classical and other music because of their rich, natural echo and reverberation characteristics. Famous examples include Sir George Martin's AIR Studios at Lyndhurst Hall in Belsize Park, London, a large, vaulted 19th century building originally constructed as a church and missionary school. Montreal's Church of St. Eustache is the favored recording venue of the Montreal Symphony Orchestra and many others and is much sought after for classical recordings because of its unique acoustic characteristics. The distinctive reverberation on the early hit records by Bill Haley & His Comets was created by recording the band under the domed ceiling of Decca's studio in New York City, located in a former ballroom called The Pythian Temple. Some recording companies and many small independent labels could not afford large purpose built echo chambers such as the Abbey Road Chamber, so enterprising producers and engineers often made use of any large reverberant space. Corridors, lift wells, stairwells, and tiled bathrooms were all used as substitute echo chambers. Many famous soul music and R&B music recordings released by the New York based Atlantic Records feature echo and reverb effects produced by simply placing a speaker and microphone in the office bathroom—a process also used by Producer/Engineer Bruce Botnick while recording The Doors for their 1970 album L. A. Woman.

Электронные эхоаппараты

В 1950-х и 1960-х годах развитие технологии магнитной аудиоленты позволило полностью электронно воспроизводить физические эффекты эха и реверберации. Watkins Copicat, разработанный и собранный известным британским инженером-электроником Чарли Уоткинсом в конце 1950-х годов, является типичным представителем этого класса электронных устройств задержки. Ленточные эхо-устройства используют бесконечную петлю магнитной ленты, которая протягивается через ряд записывающих и воспроизводящих головок. Когда сигнал от голоса или инструмента поступает в устройство, он записывается на ленточную петлю при прохождении над записывающей головкой. По мере движения ленты, вновь записанный сигнал улавливается серией воспроизводящих головок, расположенных последовательно с записывающей головкой. Они воспроизводят звук по мере прохождения сигнала над каждой головкой, создавая классическое рябление или каскадное эхо, характерное для ленточных эхо-устройств. Количество воспроизводящих головок определяет число повторений, а физическое расстояние между ними – соотношение задержки между каждым повторением звука (обычно – доли секунды). Фактическую длительность задержки между повторениями можно изменять с помощью регулятора высоты тона, который изменяет скорость движения ленточной петли над головками. Как правило, воспроизводящие головки ленточных эхо-устройств также подключены к регуляторам, позволяющим пользователю устанавливать громкость каждого эха относительно исходного сигнала. Другой регулятор (иногда называемый "регенерацией") позволяет возвращать сигнал с воспроизводящих головок обратно во входной сигнал и изменять пропорции смешивания, создавая характерный эффект "обратной связи", который с каждым повторением добавляет все больше шума в петлю. При полной активации этот регулятор в конечном итоге генерирует непрерывную петлю обратной связи, состоящую из чистого шума. Компания Roland производила различные модели магнитных ленточных эхо- и реверберационных машин для создания звуковых эффектов с 1973 года до появления цифровых устройств для обработки звука. Эхо с небольшим количеством повторений и очень короткой задержкой между ними часто называют эхом "slapback". Этот характерный звук является одной из ключевых особенностей звучания рок-н-ролла и рокабилли 1950-х годов и можно услышать на классических записях Sun Records середины 50-х годов, сделанных Элвисом Пресли и другими исполнителями. Этот эффект возник в результате случайного сочетания записывающей и контролирующей головок магнитной ленты (физически расположенных на расстоянии нескольких дюймов друг от друга), которые при воспроизведении создавали зазор, непреднамеренно порождавший культовый эффект "slapback".

In the 1950s and 1960s, the development of magnetic audio tape technology made it possible to duplicate physical echo and reverberation effects entirely electronically. The Watkins Copicat, designed and built by renowned British electronics engineer Charlie Watkins in the late 1950s, is typical of this kind of electronic delay device. Tape echo units use an endless loop of magnetic tape, which is drawn across a series of recording and playback heads. When a signal from a voice or instrument is fed into the machine, it records the signal onto the tape loop as it passes over the record head. As the tape advances, the newly recorded signal is then picked up by a series of playback heads mounted in line with the record head. These play the sound back as the signal passes over each head in turn, creating the classic rippling or cascading echoes that are typical of tape echo units. The number of playback heads determines the number of repeats, and the physical distance between each playback head determines the ratio of delay between each repeat of the sound (usually some fraction of a second). The actual length of the delay between each repeat can be varied by a pitch control that alters the speed of the tape loop across the heads. Typically, the playback heads of tape echo machines are also connected to controls that allow the user to determine the volume of each echo relative to the original signal. Another control (sometimes called "regeneration") allows the signal from the playback heads to be fed back into and variably mixed with the original input signal, creating a distinctive "feedback" effect that adds more and more noise to the loop with each repeat. If fully activated, this control ultimately produces a continuous feedback loop of pure noise. Roland manufactured various models of magnetic tape echo and reverb sound effect machines from 1973 until the introduction of digital sound effect machines. A tape echo that has few repeats and a very short delay between each repeat is often referred to as a "slapback" echo. This distinctive sound is one of the key sonic characteristics of 1950s rock and roll and rockabilly, and can be heard on the classic mid 50s Sun Records recordings by Elvis Presley and others. This effect was a result of the unintentional combination of the recording and monitoring tape heads (physically located a few inches apart), which, on playback, created a gap that inadvertently produced the iconic "slap back" effect.

Цифровое эхо

С появлением цифровой обработки сигналов и других цифровых аудио технологий стало возможным имитировать практически любой эффект "эхокамеры" посредством цифровой обработки сигнала. Поскольку цифровые устройства способны моделировать почти безграничное разнообразие реальных реверберационных пространств, а также воссоздавать классические эхо-эффекты, реализованные на магнитной ленте, физические эхокамеры вышли из употребления. Однако, как было отмечено выше, естественные реверберационные пространства, такие как церкви, по-прежнему используются в качестве площадок для записи классической и других видов акустической музыки.