Spraakverstaanbaarheid

Weergave van de presentatie door Arie Reij op de LOK-jaarvergadering van 2007

Spraakverstaanbaarheid is een belangrijk aspect van de kwaliteit van een geluidsinstallatie in openbare gebouwen, zalen en kerken. In al die situaties is het belangrijk dat het gesproken woord “luid en duidelijk” overkomt bij de luisteraars.

Tijdens de jaarvergadering is aan de aanwezigen uiteengezet, welke factoren van invloed zijn op spraakverstaanbaarheid en is ze met een aantal praktijkopstellingen gedemonstreerd, hoe dat klinkt. Die demonstraties zijn natuurlijk nu niet mogelijk, maar u zult zeker een aantal situaties herkennen uit uw eigen praktijk. Dat biedt u de mogelijkheid de theorie meteen toe te passen en dan niet alleen het effect toch aan den lijve te ervaren, maar ook verbetering aan te brengen in uw eigen situatie.

We doen even een gedachte-experiment:  In de grote kerk, waaraan het kerkkoor verbonden is, laat de dirigent de opname horen van het laatste concert. Een majestueus oratorium van Händel, uitgevoerd door een groot koor met een dito orkest. De dirigent heeft voor de gelegenheid zijn stereo meegenomen en twee lijvige 3-weg boxen links en rechts voorin de kerk geplaatst. De koorleden zitten er een meter of 10 vandaan in de kerk. Het klinkt schitterend; prachtige akoestiek, haast nog mooier dan het was! Ook het orkest klinkt levensecht; de pauken donderen en de bassen voel je in je buik. Prachtig!
Maar wat nu als, de dirigent die zelfde mooie installatie zou gebruiken om ook wat tegen zijn koor te zeggen? Waarschijnlijk zouden ze er geen woord van verstaan. Een boemende en dreunende stem zou u horen met een galm, die doet denken aan de dienstmededelingen op een ouderwets treinstation. Daar kon je immers ook nooit wat van verstaan!

We doen nog een tweede gedachte-experiment: er zijn ook een aantal koorleden verhinderd, maar daar heeft de dirigent iets op gevonden: hij heeft zijn telefoon vlak bij de luidspreker gelegd, midden voor de kast, en de afwezige leden kunnen via hun eigen telefoon meeluisteren. Helaas: het schept ze weinig vreugde. Het klinkt als de spreekwoordelijke telefoon en het orkest lijkt wel in een klein kamertje gepropt. Dit klinkt echt naar niets. Zijn toespraak verstaan ze echter woordelijk, in tegenstelling tot de mensen in de kerk!

Ziedaar de essenties van spraakverstaanbaarheid in een notendop.

Laten we eens wat verder ingaan, op de oorzaken van die zo verschillende belevingen van muziek en spraak. Wat maakt dat spraak goed verstaanbaar is, of juist niet? En is goed verstaanbaar het zelfde als mooi en natuurgetrouw?

Voordat ik daarop inga, eerst even een klein stukje theorie. Spraakverstaanbaarheid wordt bepaald door:

1. Frekwentieoverdracht.
   Dat is de mate waarin hoge en lage tonen worden weergegeven en de vervorming die daarbij optreedt
2. Nagalm en reflecties.
   Hier gaat het enerzijds om de sterkte verhouding tussen het geluid dat de luisteraar direct bereikt en indirect (dus via weerkaatsing). Anderzijds gaat het om de looptijdverschillen tussen het directe en het indirecte geluid. Oftewel, de mate waarin het gereflecteerde geluid later bij de luisteraar aankomt.
3. Geluidsniveau, ofwel de geluidsdruk, ten opzichte van andere aanwezige geluiden.
   Hier gaat het dus om de vraag hoeveel de spraak harder is dan eventueel aanwezige stoorgeluiden.
   
    

Als we gewapend met deze kennis naar ons gedachte-experiment kijken, wat leren we daar dan van?

Het menselijk gehoor kan frequenties waarnemen tussen de 20 en 20 000 Hz, althans totdat je een jaar of 25 bent. Dat is een omvang van 10 octaven (elk octaaf is een verdubbeling van de frequentie). Bij het klimmen van de jaren nemen we de hoge frequenties minder goed waar en slijt er op den duur aan de bovenkant 1 octaaf vanaf. Dan ligt de bovengrens dus bij 10 000 Hz. Om muziek mooi weer te geven, hebben we bijna al die frequenties nodig: de bassen en pauken gaan tot 40Hz of lager en de violen en het slagwerk produceren boventonen tot 10.000Hz en meer. Daarom zijn echte hi-fi luidsprekers in staat al die frequenties weer te geven en nog mooi gelijkmatig ook. Dat is op zich een hele prestatie, die dan ook zijn weerslag heeft in de prijs.

Bij spraak daarentegen is maar een beperkt frequentiegebied van belang. Op z’n hoogst 400 – 8000Hz en minder is ook nog goed. De ouderwetse telefoon bijvoorbeeld beperkte zich tot zo’n 800 –  3000Hz. Dat wil zeggen dat er maar 2 en hooguit 4 van de 10 octaven nodig zijn om spraak verstaanbaar weer te geven. Dat wil overigens niet zeggen, dat het dan ook prettig klinkt! Iedereen die wel eens de oproep door een warenhuis heeft horen klinken, dat de kleinzoon zijn zoekgeraakte oma bij de klantenservice kan ophalen, weet wat ik bedoel. Het klinkt afschuwelijk (de boodschap trouwens ook), maar het was wel heel goed te verstaan, ondanks de kakofonie van andere geluiden.

In de praktijk van het kerkgeluid betekent dit, dat breedbandweergevers ons meer narigheid dan plezier bezorgen. In het ideale geval zou dat niet zo moeten zijn, want wat niet in de menselijke stem zit kan ook niet weergegeven worden. Maar de praktijk is niet ideaal en luidsprekers hebben zelden een vlakke frequentieweergave en zeker niet de doorsnee luidsprekerzuilen die voor omroepdoeleinden worden gebruikt. Dat betekent dat het laag kan “boemen” (lees: resoneren),  verkleuren en vervormen en dat het extra hoog aanleiding kan geven tot allerlei rondzing- en genereerperikelen. Het zelfde geld mutatis mutandis overigens voor microfoons, die uiteindelijk gewoon omgekeerde luidsprekertjes zijn, maar daarover later meer.

Het bovenstaande betekent dat voor spraakverstaanbaarheid de frequentieweergave moet worden geoptimaliseerd voor het gebied tussen pakweg 400 en 7000Hz. Dus: laag eruit, middengebied wat ophalen en tophoog er ook uit. LET WEL: dit geldt voor de verstaanbaarheid; dat betekent niet automatisch dat het ook “lekker” klinkt. Die sonore bas van ome Joop is waarschijnlijk verdwenen en de mooie sopraan van tante Hermien klinkt wat blikkerig …. , maar ze zijn wel goed te verstaan en daar ging het nu even over!

De mogelijkheden om die optimalisatie in de gehele keten uit te voeren zijn tegenwoordig legio (ook de ruimte speelt nog een belangrijke rol), maar dat is voer voor een andere voordracht. Ik wil nu verder stilstaan bij het tweede aspect, dat de verstaanbaarheid beïnvloedt en dat zijn looptijdverschillen.

Looptijdverschillen ervaren we als nagalm, of als het extreem wordt, echo. Beide geven ons een indruk van ruimtelijkheid. Het vertroebelt echter onze waarneming van met name de vocalen, zeg maar de klinkers. Ons brein weet als het ware niet meer waar het naar luisteren moet en de spraak vervloeit tot een onherkenbare brei. Grappig genoeg is dat bij (de meeste) muziek juist weer aangenaam, omdat dan de afzonderlijke klanken in elkaar vloeien tot harmonieën. En dat vinden we dan weer mooi.
Dat is dus de tweede keer, dat we er tegenaan lopen dat spraak en muziek in akoestisch opzicht elkaars vijanden zijn. Wat goed is voor muziek is slecht voor spraak en omgekeerd.

Nu is de nagalmtijd van een ruimte een fysisch gegeven waar zonder bouwkundige ingrepen niet veel aan te veranderen is. Daarom zijn grote, ruimtelijk kerken zonder hulpmiddelen ook niet te bespreken, al schreeuw je nog zo hard. Maar wat je wel kunt doen, is zorgen dat je zo weinig mogelijk reflecties creëert. En wat je zeker niet moet doen, is (onbewust) nagalm te maken, doordat het zelfde geluid de luisteraar op verschillende tijdstippen bereikt. Heel dominant hierop van invloed is de keuze en de plaatsing van de luidsprekers.

Laten we met het laatste te beginnen: de luidsprekerplaatsing. Wat gebeurt er, als er een rijtje luidsprekers op enige afstand van elkaar op de zijmuren is bevestigd, die allemaal het zelfde signaal toegevoerd krijgen? Elke 10 m afstand betekent een looptijdverschil van ca. 30 mili-seconden en dat is heel goed waarneembaar! Halverwege een kerk van een beetje omvang hoort u dan dus twee echo’s met ieder 30 mS tijdverschil. U heeft dan op die plaats kunstmatige galm gecreëerd en het resultaat is een onverstaanbare woordenbrij.

Deze luidsprekerplaatsing is een nog veel voorkomende “oplossing” in kerken, om het geluid op voldoende niveau te brengen, maar het middel is vaak erger dan de kwaal. Gelukkig is daar wel wat aan te doen (verschillende dingen zelfs), maar voordat ik daar op inga, wil ik eerst  even stilstaan bij de keuze van de soort luidsprekers. Daarvoor moet ik eerst iets vertellen over een andere bron van galm en dat zijn reflecties. Geluid is als licht, het verspreidt zich in alle richtingen en bereikt de luisteraar gedeeltelijk rechtstreeks in een rechte lijn. Een groot deel van het geluid zal echter op andere plaatsen terecht komen, waar het ofwel wordt gedempt, ofwel wordt weerkaatst, ook weer net als licht. Dat weerkaatste geluid heeft kan ook de luisteraar weer bereiken, maar dat heeft dan wel een langere weg afgelegd en komt dus later aan dan het directe geluid. Dat is dus de natuurlijke galm in een ruimte. En hoe harder en spiegelender de wanden en plafonds zijn, des te meer galm blijft er over.

Die mooie hi-fi luidsprekers, waar ik het in het begin over had, zijn net als gloeilampen in een losse fitting: ze stralen het geluid naar alle kanten uit. Sterker nog, bouwers van dit soort luidsprekers doen hun uiterste best om zo’n rondomstralende geluidsbron te maken. Daarmee is in de huiskamer namelijk het ideaal van een zo levensecht mogelijke weergave het beste te bereiken. Maar een kerk is geen huiskamer en daarom voldoet ook om deze reden dat soort luidsprekers daar niet. Wat we zoeken zijn luidsprekers, die hun geluid heel gericht in de richting van de luisteraars afstralen. Als dat lukt, dan bereik je daarmee namelijk een aantal belangrijke voordelen. Ten eerste wordt het geluid, dat op de luisteraars valt grotendeels gedempt en reflecteert niet meer. Ten tweede, bereikt het geluid in veel mindere mate wanden en plafonds, waardoor wederom de reflecties en dus de galm, afnemen. En ten slotte: als het geluid erg gericht is, wordt het a.h.w. minder verdunt, als het verder verspreidt. Vergelijk het maar weer met het licht uit een schijnwerper, dat veel verder draagt, dan het kale peertje in de losse fitting. Dat betekent dat er ook achterin de kerk genoeg geluid “overblijft” om het daar verstaanbaar te laten zijn.

Nu is het niet zo erg eenvoudig om luidsprekerboxen te maken die als een schijnwerper hun geluid afstralen, maar het kan wel. Wat al die boxen die daarin slagen gemeen hebben, is dat ze lang zijn, omdat er een hele serie luidsprekertjes boven elkaar is geplaatst. Vaak wel 8 of 10. Daardoor wordt namelijk het geluid in het verticale vlak sterk gebundeld. Er komt dan a.h.w. een dikke horizontale plak geluid uit. Om het geluid ook in het horizontale vlak te bundelen zijn meer kunstgrepen nodig, maar het voert te ver, om daar in dit artikel op in te gaan.
Als we dit type luidsprekerzuilen toepassen, zijn het er vaak twee links en rechts voorin de kerk of een aantal in een cluster boven de altaartafel of preekstoel. In beide gevallen zijn we dan de galmeffecten grotendeels kwijt, want er zijn geen speakers meer die looptijdtijd­verschillen veroorzaken. En ook de reflecties zijn -zeker in een gevulde kerk- aanzienlijk verminderd., doordat niet naar wanden en plafond wordt afgestraald.

Nu kan het zijn in de praktijk blijkt, dat het geluidsniveau plaatselijk nog wat opgekrikt moet worden, om aan de derde voorwaarde voor een goede spraakverstaanbaarheid te voldoen. Die is namelijk: een voldoende groot verschil tussen het niveau van het gesproken woord en de omgevingsgeluiden. Dat betekent dat er dan toch steunluidsprekers nodig zijn verderop in de kerk. Maar wat er dan wel moet gebeuren, is dat het geluid van die luidsprekers wordt vertraagd en wel zoveel, dat het precies gelijk met dat van de frontluidsprekers aankomt. Wie dit wel eens heeft gehoord, weet dit vertragen een verbluffend effect op de verstaanbaarheid heeft. Door met die vertraging nog een beetje te spelen en het geluidsniveau van de steunluidsprekers niet al te hoog te zetten, kan bovendien ook nog de indruk worden gewekt, dat het geluid van voren komt en niet uit de steunluidsprekers. Eigenlijk merk je dan niet eens dat die steunspeakers er zijn.

Tot zover, wat ik u wil vertellen over het effect van de luidsprekers. In een volgende bijdrage ga ik in op de manier, waarop de keuze, plaatsing en kwaliteit van de microfoons van invloed is op de spraakverstaanbaarheid.

Arie Reij