خانه / صدا / راهکارهای کم کردن پدیده فیلتر شانه‌ای و حذف فاز در میکروفن‌گذاری

راهکارهای کم کردن پدیده فیلتر شانه‌ای و حذف فاز در میکروفن‌گذاری

نویسنده: مهدی مهدی پور

     یکی از بزرگترین مشکلاتِ صدابرداری به‌خصوص در دکورهای کوچک فاصله نزدیک میانِ مجری و میهمانان است. نصب دو میکروفن به یک فرد ( با فاصله 5 تا 10 سانتی‌متر از یکدیگر) و باز بودن همزمان آن به مراتب بدتر از وضعیت قبلی است؛ در این شرایط، در صورت باز بودن میکروفن‌ها نشتی صدای میکروفن‌ها روی یکدیگر اثـر می‌گذارد. پخش صدای تلفنی از بلندگوها در فاصله دور تا مجری نیز از دیگر مشکلاتی است که موجب کاهش کیفیت صدا و کثیف شدن سیگنال صوتی(muddy)  می‌شود.  پدیده فیلتر شانه‌ای و حذف فاز از اصلی‌ترین دلایل بی‌کیفیت شدن صدا در این شرایط است. نمی‌توان به پدیده فیلتر شانه‌ای صفتِ  ”مُـخـرب“ اطلاق کرد. زیرا وجودِ این پدیده در درک و ایجاد وسعت در صدای استریو ضروری است. در این مجال، ”راهکارهای مختلف کم کردن پدیده فیلتر شانه‌ای و حذف فاز در میکروفن‌گذاری برای خروجی مـونـو “ ارائه می‌شود.

 1)روابط بین فازها و اثرات تداخلی

دو موج صوتی همسان که از یک نقطه شروع می‌شوند، هم‌فاز نامیده می‌شوند و دو موجی که نقطه شروع آن ها 180 درجه اختلاف داشته باشند، غیر هم‌فاز نامیده می‌شوند. وقتی دو موج صوتی تک فرکانس یکسان ولی با نقاط شروع متفاوت با یکدیگر ترکیب شوند، موج حاصل، فازِ شیفت یافته نامیده می‌شود. در ابتدا ضروری است تا چند اصطلاح به طورِ مختصر تعریف شوند:

Phase : اختلاف زمانی بین دو سیگنال را گویند.

In-phase : دو سیگنال که نسبت به هم هیچ اختلاف زمانی (فازی) ندارند.

de-phase: دو سیگنال که نسبت به هم 180 درجه اختلاف زمانی (فازی) دارند.

امّا در میان مهندسان صدا، وقتی از فاز Phase صحبت به میان می‌آید، معمولاً منظور یکی از این دو مورد است :

الف) قطبیت(Polarity)

ب)  اختلاف زمانی(Timing Difference)

 الف) قطبیّت

ممکن است دکمه هایی روی برخی میکروفون ها ببینید به نام های : فاز(Phase) ، فاز معکوس(Phase Reverse)، چرخش فاز      (Phase Invert ) و غیره. این همان قطبیّت است. در واقع در این مفهوم، دو سیگنال با یکدیگر 180 درجه اختلافِ زمانی (فازی) دارند. زمانی که به اشتباه در سر جک کابل صدا سر مثبت به منفی و بالعکس لحیم شده باشد با فعال کردن دکمه قطبیت ( که به فاز مصطلح شده) این اشتباه در مسیر تقویت کننده ورودی اصلاح می‌شود همچنین اگر ممبران دو میکروفون را بسیار نزدیک به هم قرار دهید، ممکن است کسی بگوید که فاز یک میکروفون از فاز دیگری خارج شده که این هم قطبیّت ست. صدا، هوای درحال نوسان است. مولکول‌ها کشیده و هل داده می‌شوند، سپس مولکولِ بعدی، نیز کشیده و هل داده می‌شود و این تکرار می‌شود. این نواسان‌های هوا، نیرویی  هستند که ممبران میکروفون را تکان می‌دهد. وقتی هوا به المنت ممبران فشار می‌آورد، یک افزایش به بالای صفر در شکل موج به وجود می‌آورد و وقتی هوا ممبران را می‌کِشد، یک افت به زیر صفر در شکل موج ایجاد می‌شود. این کشیدن‌ها و هل دادن‌ها، قطبیّت هستند. اگر قطبیّت را معکوس کنیم وقتی هوا به ممبران فشار می آورد ، یک کاهش (به جای افزایش)  به زیر صفر در شکل موج به وجود می آورد و وقتی هوا ممبران را می‌کِشد، یک افزایش (به جای کاهش )  به بالای صفر در شکل موج ایجاد می‌شود. نکته این جاست: هیچ چیز زودتر یا دیرتر در زمان حرکت نـکرد. ما صرفاً ظاهر الکتریکی و یا تصویر شدة  رابطة کشیدن و هل دادن را معکوس کردیم. با یک آزمایش خیلی ساده می توانیم  پدیده قطبیت را شبیه سازی کنیم. یک سیگنال را در خط (Track) دیگری کپی و روی هم منطبق کنید. شدتِ صدا دو برابر (6دسی‌بل) خواهد شد. حال اگر فاز یکی از آن دو سیگنال را معکوس کنیم   (180دقیقاً  درجه،  کاملا همدیگر را حذف می‌کنند.(de-phase)

 ب)  اختلاف زمانی

 ممکن است وقتی برای صدابرداری یک سوژه خاص، بیش از یک میکروفون را به کار می گیرید، همکارتان به شما هشدار دهد که مراقب باشید که با مشکلات فاز روبرو نشوید. برای مثال چون صدای ضبط شده سوژه (گفتار ، ساز یا.. )، زودتراز میکروفون آمبیانس می‌رسد، درحقیقت اختلاف زمانی تعریف می‌شود.پردازش دیجیتال سیگنال‌ها، ممکن است تاخیر زمانی ایجاد کند. که گاهی به اصطلاح صدای ”فازی“ تعبیر می‌شود.می دانید که : تاخیر Latency ، درست مانند دیر بودن Late  در اختلاف زمانی ست.اختلاف زمانی، ممکن است باعث اتفاقی به نام ”فیلتر شانه‌ای“ Comb Filtering  شود. گرچه ممکن است این مسئله به وجود نیاید. پس اگر متوجه شدید که با مشکل اختلاف زمانی برخورد کرده اید ( و نه قطبیت) در این زمان به بررسی فیلتر شانه‌ای بپردازید. اغلب مهندسان با تجربه صدا، با گوش می‌توانند متوجه مشکل فیلتر شانه‌ای شوند. گاهی این مشکل ممکن است مشهود باشد. بدین صورت که صدا مطلوب نـیست اما فازی هم شنیده نمی‌شود.

      2) فیلتر شانه‌ای 

هنگام ضبط با یک میکروفن مهم است که میکروفونِ صحیح را برای این کار انتخاب کنید. میکروفون‌های مختلف پاسخ‌های فرکانسی متفاوتی دارند، که باعث تغییرات طیفی منبع ورودی می‌شوند.

حتی زیبایی میکروفون نقش مهمی در روند تصمیم‌گیری دارد. کـار مهمِ بعدی، میکروفون‌گذاری است که تصمیمی خلاقانه، هنـری و فنی است. میکروفون ممکن است برای تولید ویژگی‌های خاصی از یک منبع صوتی قرار داده شود، اما قرار دادن آن می تواند باعث ایجاد سایر پدیده‌هایِ ناخواسته در خروجی میکروفن شود. ساده‌ترین چیدمان و پیکربندی، تَـک میکروفونی است که برای دریافتِ صدا از یک منبع است(شکل 1).

یک منبع مانند یک ساز موسیقی، اغلب صداهای بسیار متفاوتی را از قسمت های مختلف دستگاه پخش می‌کند. به عنوان مثال، صدا در گیتار آکوستیک از میکروفونی که در کنار سوراخ صدا قرار می‌گیرد با صدایِ میکروفنی که نزدیکِ دسته گیتار است، متفاوت خواهد بود. به همین دلیل می‌توان از میکروفون‌های متعدد برای تولید جنبه‌های مختلف یک ابزار ( غالباً سازها و تجهیزات صوتی گسـتـرده) استفاده کرد. یک نمونه از این پیکربندی را می توان در شکل 2 مشاهده کرد.

هنگامی که بیش از یک میکروفون در هر پیکربندی مورد استفاده قرار می‌گیرد،  مشکلاتِ دیگری همچون بازتاب‌های معمولی و نویز ممکن است تاثیر بیشتری بگذارد.تفاوت در تأخیر زمانی در میکسِ مونویِ سیگنال میکروفون‌هـا با هم یا هنگامِ تـولیـدِ صدایِ خروجی استریو ( میکروفن‌گذاریِ استریو با فاصله)، باعث بروز فیلتر شانه‌ای می‌شود. فیلتر شانه‌ای زمانی اتفاق می‌افتد که سیگنالی با نسخة تاخیریافته از خود، مانند پیکربندی چند میکروفون، جمع شود. حـذف و تقویت فرکانس‌ها به صورت دوره‌ای بین دو سیگنال رخ می‌دهد که موجب پاسخ فرکانسیِ شبیه به شانه می شود. همانطور که در شکل 3 دیده می شود.

شکل و قدرت اثر فیلتر شانه‌ای به مدت زمان دریافتِ صدای اصلی و اولین تاخیر بستگی دارد. اگر قویترین تاخیر یا بازتاب ( نوعی تاخیر است) کم‌تر از 2 میلی ثانیه پس از صدای اصلی رخ دهد، فیلتر شانه‌ای خیلی مزاحم نـیست، زیرا در این زمان فقط فرکانس‌های بالا به طور خاص تحت تاثیر قرار می‌گیرند. به‌طور مثال در زمان تاخیر/ بازتابِ  10 میلی ثانیه، حذف و تقویت فیلتر شانه‌ای به محدوده فرکانس‌هایِ پایین و میانی حرکت می‌کند و اثر فیلتر شانه‌ای بیشتر شنیده می‌شود. اگر اولین تاخیر/ بازتاب‌ها بعد از 30 میلی ثانیه برسند، گوش انسان موفق به جدا کردن دو رویداد صدا (صدای مستقیم و تاخیری) می‌شود.(پدیدةEcho )  اثرگذاریِ فیلتر شانه‌ای کم‌تر می‌شود و وقتی که تاخیر زمانی بین دو رویداد صوتی به اندازه کافی زیاد باشد، در نهایت به طور کامل از بین می‌رود.

3) عوامل دیگری که هنگام صدابرداری باعث تشدید فیلتر شانه‌ای می شوند.

در هنگام صدابرداری با یک یا چند میکروفن بسته به شرایطِ محیطی و فاصله میکروفن‌ها از یکدیگر ممکن است فیلتر شانه‌ای تشدید شوند. اگر می‌خواهیم از به وجود آمدن فیلتر شانه‌ای پیشگیری کنیم، باید بدانیم که این اتفاق تحت چه شرایطی رخ می دهد:

* پهنای باند گسترده

اغلب سازهای موسیقی، پهنای بانـدِ گسترده‌ای دارند. بدین معنا که سیگنالِ خروجی از تعدادِ بی‌شماری سیگنالِ ناب تشکیل شده است. اگر با یک صداساز، یک سیگنال سینوسی یک کیلوهـرتـز تولید کنیم، در این حالت، سیگنال نهایی فقط از یک نغمه ناب(یک سیگنال) تشکیل شده است (صدا در سازهای موسیقی و حنجره اغلب از ترکیبِ بیش از یک نغمه ناب  به‌وجود می‌آید.).

پدیده قطبیت یا حذف کامل (de-phase)  مشکلی است که بیشتر برای سیگنال خاصی (مانند نغمه ناب) اتفاق می‌افتد. اما فیلتر شانه‌ای بیش‌تر در سیگنال‌هایی که پهنای بانـدِ گسترده دارند، رخ می‌دهد.

* زمانِ طولانی

فیلتر شانه‌ای در مواقعی که طولِ زمانیِ سیگنال، زیاد است بیشتر مشهود است. نویز سفید و صورتی از این قبیل هستند. هرچه صدا، طول و دوامِ زمانیِ کمتری (مثل اسنیر) داشته باشد، فیلتر شانه‌ای کمتر مشهود خواهد بود.

4) صدارسانی یا Sono

در یک سالن سخنرانی و حین صدا رسانی نیز می‌توانیم با پدیده فیلتر شانه‌ای مواجـه شویم. تنظیم دقیق صدا به راستا و تفاوتِ زمان پرتابِ صدا از بلندگوها بستگی دارد. انعکاس هایی که در محیط ایجاد می شوند، می‌توانند ناراحت‌کننده باشند. به همین دلیل لازم است  این بازتاب‌های مضر را حذف کنید. بازتاب‌هایی که پس از صدای مستقیم به گوشِ شنونده می‌رسد؛ می‌تواند پدیدة فیلتر شانه‌ای را در گوشِ شنونده موجب  شـود. شکل 4، مثالی از فیلتر شانه‌ای در فاصلة یـک‌متری از بلندگویی با کیفیتِ خوب را نشان می دهد.

شکل 4)

شکل5  فیلتر شانه‌ای را در محل گوش دادن معمولی نشان می‌دهد. اگر همان سیگنال به شیشه صیقلی برخورد کند، شکل سیگنال دریافتی همانند شکل 6 تغییر می‌کند.

شکل 5)
شکل 6)

5)راهکارهای کم کردن پدیده فیلتر شانه‌ای و حذف فاز در میکروفن‌گذاری

* اختلاف سطح صدا

اگر صدای سوژه هم در میکروفون A  هم در میکروفون B   شنیده‌ شود، چند میلی‌ثانیه اختلاف زمانی دارند، هنگامی که هر دو را با هم میکس کنید (برای دیالوگ – در مونو  یـا استریو- سیگنال‌ها را با هم جمع می‌کنیم)، احتمالا مشکل فیلتر شانه‌ای به وجود می‌آید.

اما اگر این صداها در دو میکروفون اختلاف سطح صدا بیش از dB 9  داشته باشند، بـه احتمالِ زیاد، فیلتر شانه‌ای به گوش نـخواهد رسید. بنابراین اگر بتوانید اختلاف سطح صدایی به وجود بیاورید، به احتمال زیاد می‌توانید اثر فیلتر شانه‌ای را از بین ببرید.

در واقع اگر دو میکروفون نسبتا نزدیک به یکدیگر داشته باشید و تفاوت تراز میان این دو میکروفن بیش از   9dB   باشد در هنگام میکس این دو سیگنال می توانید فیلتر شانه‌ای قابل شنیدن را از بین ببرید. طبعاً اگر کانال های میکروفون شما هرگز ترکیب نشوند، شما هرگز از این دو سیگنالِ متفاوت، فیلتر شانه‌ای نخواهید داشت. می‌توان میکروفون  A  را به سمت چپ و میکروفون B   را به سمت راست  pan  کرد ( منحرف کرد) در این صورت، آنها نمی توانند ترکیب شوند (کانال‌ها متفاوت هستند) و لـذا فیلتر شانه‌ای نـخواهند داشت، امّا بازهم تکرار می‌کنیم که انجام چنین کاری برای دیالوگ در سینما و تلویزیون انجام نمی‌شود. دیالوگ در سینما و تلویزیون مـونـو است.

* تاخیر

بیشتر مشکلات فیلتر شانه‌ای ، هنگامی به وجود می‌آیند که اختلاف زمانی کمتر از 30 میلی ثانیه باشد. به محض اینکه تاخیر به بیش از ۳۰ میلی ثانیه برسد، اکوهایی از هم گسسته به گوش خواهند رسید. از آنجایی که صدا حدوداً هر یک میلی ثانیه، ۳۰ سانتی متر حرکت می‌کند‌، اگر دو میکروفون بیش از یک متر از هم فاصله داشته باشند؛ مشکل فیلتر شانه‌ای کمتر اتفاق می‌افتد. گرچه بیش از یک متر هم ممکن است اکو هایی پراکنده داشته باشیم.

* تقابل

میکروفون جهتی می تواند به اختلاف حجم 9 دسی بل یا بیشتر کمک کند. به عنوان مثال، یک میکروفون کاردیوئید، از لحاظ تئوری، در 90 درجه محور خاموش(off axis) شش دسی بل کمتر است. از ویژگی پاسخ محور خاموش یک میکروفون می‌توان برای جلوگیری از فیلتر شانه‌ای استفاده کـرد.

* قانون 3 به 1

در مواردي که از چند میکروفن استفاده می‌کنید، با استفاده از قانون 3 به 1 می‌توانید اثرات مخرب تداخلی فازها را به حداقل برسانید. این قانون می گوید: ”فاصله بین میکروفن‌ها باید حداقل سه برابر فاصله بین میکروفن تا منبع صوتی‌اش باشد و صداي دریافتی توسط میکروفن دورتر بایستی حداقل 12 دسی بل کمتر از میکروفن نزدیکتر باشد؛ تا اثر فیلتر شانه‌اي را به حداقل برساند.“

 براي سطوح بازتابنده، میکروفن نسبت به منبع صوتی‌اش بایستی حداقل 1/5 برابر دورتر قرار گیرد. لازم به ذکر است که قانون 3 به 1 بر اساس رفتار میکروفن‌هاي همه سویه بنا نهاده شده است.

* قراردادن  Gate  برای میکروفن‌ها

  اثر فیلتر شانه‌ای در بدترین حالت، زمانی رَخ می‌دهد که تـراز (Level)  سیگنال دو (یا بیشتر) میکروفون‌هـا یکسان باشد. مثل زمانی که گفتگوی دو یا چند نفر را ضبط می کنید. در این صورت می‌توانید برای میکروفن‌ها  Gate  بگذارید.

Gate   مدار يا دستگاهي براي كنترل سطح  است. در واقع اين مدار باعث محدود شدن گسترة پويايي يا ديناميك رنج سيگنال از پایین مي‌شود. اين مدار با كاهش سطح سيگنال صدا از نقطة آستانه (Threshold Point)  قابل تنظيم است، در این حالت سطح سيگنال خروجي به صفر مي رسد و با افزايش سطح سيگنال  سيگنال خروجي را دوباره خواهيم داشت.

* تغییر فاز سیگنال میکروفن!

این آخرین راه است : گاهی اوقات  می توان با استفاده از دکمه ”فاز“ ( در اصل بهتر است بگوییم دکمه قطبیت یا پولاریتی) روی میز صدا اختلافِ فاز، ایجاد و کانال‌ها را باهم مقایسه کـرد، تا تأیید شود که آیا صدای این میکروفن سـازنده ( در فاز مخالف یا نزدیک به آن نیست) و مناسب است یا خیر.

. توجه داشته باشید؛ دکمه ”فاز“ شکلِ مـوجِ سیگنال را در یک پیش تقویت‌کنندة میکروفن یا میکسرِسیگنالِ صـدا، معکوس می‌کند و اگر این سیگنال با نسخه غیرمعکوسش جمع شـود؛ باعث حذف آن سیگنال می‌شود. با این وجود دکمه “فاز” می‌تواند گاهی اوقات برای حل و فصل برخی از مشکلات مرتبط با فـاز تا حدودی کمک کند و مشکل کمی بهبود یابد.

 

حتما ببینید

انتخاب و عملکرد پردازشگرهای سیگنال صوتی(بخش چهارم)

     در بخش سوم از این مجموعه، اکولایزرهای گرافیکی و پارامتری را معرفی کردیم (پردازشگرهای …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *