Stereofoonia

Stereofoonia ehk stereoheli ehk ruumiline heli on helisalvestuses kasutatav heli taasesituse viis, mille puhul kuulajal tekib heli ruumilisuse illusioon.

Tavaliselt saavutatakse heli taasesitusel heliallikate ruumilise paiknemise taju kahe või enama audiokanali kasutamise teel, mis loovad helisignaali edastamise korral adekvaatselt paikneva kahe või enama kõlari kaudu heliallika(te) paiknemise suuna taju, aga ka nende kauguse ja muude omaduste tajumise, ligilähedase sellele, mille kuulaja saaks selle helipildi tegeliku kuul(a)mise korral.

Nii hõlmab termin "stereofoonia" rangelt võttes mitte üksnes tavalisi kahe kanali ja kahe kõlariga (nagu seda esialgu mõisteti), vaid ka paljukanalilisi süsteeme. mis loovad kuulajat ümbritseva helivälja (ingl surround sound). Nende süsteemide eelkäijaks oli peamiselt 1970. aastail katsetatud kvadrofooniline (neljakanaliline) helisüsteem. Tänapäevase ruumilise heli süsteemid põhinevad firma Dolby väljatöötatud analoogtehnikal Dolby Surround ja selle edasiarendusel Dolby Digital.

Sageli vastandatakse stereofooniat monofooniale ehk monohelile, kus heli edastab vaid üks kanal. Valjuhääldi tavaliselt asub otse kuulaja ees kuuldevälja keskel (analoogiliselt vaateväljale). Sealt tulevad kõik edastatava heli komponendid, sõltumata nende allikate tegelikust paiknemisest. Selle heli ühest punktist lähtuvana tajumise puuduse leevendamiseks kasutatakse monofoonilise heli taasesitusel meeldivama helitaju andmiseks küllalt edukalt taasesitamist pseudostereofoonilisel viisil.

"Stereoheli kahekanalilisel edastamisel (kaks identset mikrofoni- ja võimendikomplekti, vastav saatja ja vastuvõtja) maalivad kaks kõlarit kuulaja ette katkematu helipanoraami ja reprodutseeritavate heliallikatega täitub näiliselt ka nende vahemik," on stereoheli kirjeldanud Eesti tehnikaloolane Heino Pedusaar. Vahemiku all tuleb siin mõista ruuminurka ja kauguse osas peaksid heliallikad paiknema valjuhääldite tasandist tagapool. Tegelikult võib esineda heliallika paiknemiskoha tajumist asuvana ka väljaspool seda valjuhääldite taga olevat tsooni.

Stereoheli on tänapäeval tavaline nii raadios ja televisioonis kui ka helisalvestistel ja kinos. "Praegu ei osataks raadiosaadet, kodust muusikakuulamist või teleri jälgimist ette kujutada teisiti kui stereoheliga," iseloomustab selle levikut Pedusaar.

Sõna "stereofoonia" on tulnud kreeka sõnadest στερεός (stereos), 'kindel' ja φωνή (phōnē), 'heli, hääl'. Termini lõi 1927. aastal ettevõte Western Electric analoogselt sõnaga "stereoskoopia".

Ajalugu

Joonis Clément Aderi teatrofoni prototüübist ooperisaalis 1881. aasta Pariisi maailmanäitusel

Esimest kahekanalilist helisüsteemi demonstreeris Clément Ader 1881. aastal Pariisis. Rida telefonitransmittereid ühendasid Pariisi Ooperi lava Palais Garnier's ruumidega Pariisi Elektrinäitusel, kus külastajad võisid kuulata etenduste otseülekannet kummagi kõrva jaoks ettenähtud eraldi kõlari kaudu. Ajakiri Scientific American teatas:

"Igaüks, kellel oli õnne kuulda telefone Palais de l'Industrie's, on märkinud, et kahe kõrvaga kaht telefoni kuulates on helil eriline reljeefsus ja lokaliseeritus, mida ühe vastuvõtjaga luua ei saa ... See fenomen on väga põnev ning toob meile lähemale kahe kõrvaga kuulmise teooria, mida meile teadaolevalt pole kunagi varem rakendatud selle tähelepanuväärse illusiooni loomiseks, millele võib peaaegu anda helilise perspektiivi nime."

See kahekanaliline telefonilahendus kandis Prantsusmaal 1890–1932 nimetust "teatrofon" ning Inglismaal 1895–1925 electrophone – elektrofon. Mõlemal puhul osutati teenust mündiga töötavate masinate kaudu hotellides ja kohvikutes või kuumaksuga eratarbijaile.

Binauraalne stereo

Binauraalseks nimetatakse salvestusviisi, kus mikrofonid paigutatakse inimese kõrvade vahelise kaugusega tihti nn kunstpea "kõrvadeks". Nii saadud stereoheli kõlab kuularitega kuulates peaaegu identselt sellega, mida kuulaja oleks kuulnud kunstpea asukohas olles.

Tegelikult on igasugune stereofoonia tajutav ainult kahe kõrvaga (binauraalselt) kuulates, kuid see nimetus on jäänud kasutusse ainult selles tähenduses.

Binauraalselt saadud helisignaali taasesitamisel valjuhääldite kaudu osutub heli väga lähedaseks monofoonilisele.

Muud stereofoonilise signaali saamise võtted

Binauraalse stereo asemel kasutatakse ülaltoodud põhjustel mitmeid muid stereosignaali saamise võtteid. Kõigi nende puhul on vajalik mikrofonidest saadud signaalide vastav töötlus, et saada vasaku ja parema kanali signaale. Enamasti pole saadud signaalid identsed binauraalse signaaliga, mistõttu nende puhul on tegemist teatavas mõttes kvaasistereoga, kuid selle juures tekib "tugev stereoefekt", mis paljudel juhtudel ongi kas kunstiliseks eesmärgiks (mitte absoluutselt tõetruu helipildi saamine). Kuid olulisem eesmärk on ilmselt realistliku stereofoonilise helipildi saamine just teineteisest suhteliselt kaugel asuvate valjuhääldite kaudu kuulamisel. Teatavaks kuldreegliks on saanud valjuhääldite ja kuulaja paiknemine võrdkülgse kolmnurga tippudes.

Stereofooniline helisalvestus ja helikandjad

Stereofooniliseks helisalvestuseks on kasutatud nii optilist, mehaanilist kui ka magnetilist helisalvestust nende analoogkujul. Tänapäeval kasutatakse selleks enamasti digitaalset helisalvestust. Vastavalt on muutunud ka salvestusviisid. Kui optilise ja magnetilise salvestuse korral erineb stereosalvestus monosalvestusest ainult salvestusradade arvult, siis mehaanilise salvestuse (heliplaadi) puhul on probleeme olnud rohkem, kuid üldtunnustatud lahenduseks sai nn 45/45-meetod.

Digitaalsel helisalvestusel kasutatakse kahe kanali heli edastamiseks kahte tehniliselt identset andmevoogu. Andmevoo kompresseerimise puhul (näiteks MP3 meetodit kasutades) võidakse kasutada erinevaid stereokanalite edastamise viise, näiteks joint stereo meetodit.

Stereofoonilise heli edastamine raadios ja televisioonis

Stereofoonilise heli edastamisel raadioringhäälingus ja telepildi helina on tehtud mitmeid edusamme, mille tulemusena on FM-raadioringhäälingus kasutusel kanalite multipleksimise (MPX) meetod või sellega peaaegu identne polaarmodulatsioon. Nende kahe meetodi erinevus on pigem detailides ja parameetrite väärtustes (abikandja sagedus) või tehnilise teostuse iseärasustes (abikandja mahasurumise aste, piloottooni olemasolu). MPX-meetodi puhul on abikandja sagedus 38 kHz, polaarmodulatsiooni puhul aga 31,625 kHz. Nii on MPX-meetodi puhul on abikandja teoreetiliselt täielikult maha surutud, polaarmodulatsiooni puhul aga nõrgestatud täpselt 5 korda resonantsahelaga, mille hüvetegur on 100. MPX-meetodi puhul on lisatud abikandjaga sünkroonne piloottoon sagedusega 19 kHz ja amplituudiga 1/10 kompleksse stereosignaali nominaalsest nivoost. Mõlemad meetodid tagavad praktilise stereo-mono ühilduvuse monofoonilise vastuvõtu korral, kuigi helitugevus stereofoonilise saate korral jääb kümmekond protsenti väiksemaks kui see on monofoonilise saate puhul.

AM-raadioringhäälingus on kasutusel olnud ja on mõnel pool siiani kasutusel erinevad meetodid. Esialgu katsetati kahe stereokanali signaalide edastamist kahe erineva kandevsageduse abil, praktikas kahe saatjaga (nagu seda tehti, näiteks, Eestis aastal 1938). Kasutada on püütud ka AM-i ja FM-i üheaegset rakendamist ühel kandevsagedusel. Enamik praktilist kasutust leidnud meetoditest põhineb aga faasimodulatsioonil (PM) või samasageduslike omavahel kvadratuursete kandevsignaalide moduleerimisel (kvadratuursete kandjate amplituudmodulatsioonil ehk QAM-l).

Stereofoonilise heli edastamisel digitaalsel kujul kompresseeritud kujul kasutatakse erinevaid stereokanalite edastamise viise, näiteks joint stereo, mille puhul põhiline bitivoog kulub kanalite summasignaali edastamiseks (monofoonilise heli edastamiseks),

Pseudostereo ja kvaasistereo

Monofoonilise helisignaali esitamist viisil, mille puhul kunstlikult vähendatakse heliallika (valjuhääldi) asukoha taju, võib nimetada pseudostereoks (kreeka ψευδος = vale, võlts). Lihtsaim selline võte on sama signaali edastavate valjuhääldite paigutamine mitte otse kuulaja ette kuuldevälja keskele, vaid panoraami moodustavalt (nagu oli näiteks raadiovastuvõtjas Estonia-2 või magnetofonides Дніпро). Selle tulemusena ei taju kuulaja heli enam ühest punktist tulevana, vaid ebamäärasest kaugusest eestpoolt kostvana. Koos ruumipeegeldustega tekib kuulajal mulje heli kuulamisest heliallikatest kaugemal olles (nagu kontserdisaalis lavast kaugetes osades). Selle juures ei teki ettekujutust heliallikate tegelikust paiknemisest, kuid monofoonilise heli taasesitus annab kuulajale palju meeldivama helitaju.

Mitme valjuhääldi kaudu monofoonilise heli esitamise juures võidakse kasutada ka spetsiaalseid pseudostereofoonilisi vahendeid nagu reverberaator, taasesitamine faasinihkeahelate kaudu, erinevate valjuhääldite kaudu esitatava signaali komponentide sageduslik eraldamine jms.

Kvaasistereo (ladina quasi – 'peaaegu, just nagu') all mõeldakse stereofooniale veelgi lähedasemat muljet andvaid monofoonilise signaali esitusviise, mille puhul võib tekkida ka heliallikate näilise paiknemise taju, kuid see ei pruugi üldse vastata tegelikule heliallikate paiknemisele.

Välislingid

• Heino Pedusaar "Kuidas ruumiline heli Nõukogude Eestisse jõudis" Delfi/Tehnikamaailm, 8. august 2011
• 1958, Audio Fidelity records: Demonstration of High Fidelity Stereophonic Sound (9:46), Celebrating 51 Years of Stereo,
• Stereophonic sound