خانه / صدا / انتخاب و عملکرد پردازشگرهای سیگنال صوتی (بخش پنجم)

انتخاب و عملکرد پردازشگرهای سیگنال صوتی (بخش پنجم)

نویسنده: مرتضی دهنوی

در بخش پنجم از این مجموعه، پردازشگرهای دینامیک را معرفی می‌کنیم.

پردازشگرهای دینامیک

 (Dynamics  Processors)

واژه – dynamics – در حوزة سامانه‌های صوتی اشاره به تغییرات وسیعی در سطوح سیگنال دارد. هر صدایی گسترة پویایی dynamic range)) دارد که تفاوت بین بلندترین و آرامترین سطوح آن را نشان می‌دهد. سیگنالی مانند گفتار -که تغییرات بسیار زیادی در سطح آن وجود دارد- گسترة پویایی وسیعی را نیز شامل می‌شود، اما منبع نویز، برای مثال نویز صورتی (pink noise)  -که سطح ثابت و یکدستی دارد- گسترة پویایی باریکی دارد. منابع موسیقی در این مبحث، به طور معمول بین گفتار و نویز قرار می‌گیرند، اگرچه بعضی از منابع موسیقی گسترة پویایی بسیار بزرگتری نسبت به گفتار دارند. در صورت استفاده مناسب و ماهرانه از پردازشگر دینامیک می‌توان تغییرات سطح را در سیگنال صوتی برای افزایش شنوایی و کاهش نویز ناخواسته ساماندهی کرد.

پردازشگرهای دینامیک رایج عبارتند از: فشرده‌ ‌سازها (compressors)

  1. محدود‌کننده‌ها(limiters)
  2. بسط‌دهنده‌ها(expanders)
  3. نویزگیت‌ها(noise gates)
  4. کنترل‌کننده‌های خودکار بهره (automatic gain controls)

فشرده‌سازها(Compressors)

کمپرسور گسترة پویایی (dynamic range)، سیگنال صوتی را کاهش داده یا در اصطلاح فشرده می‌کند. فشرده‌سازها تقریباً رایج‌ترین پردازشگرهای دینامیک هستند. کار آنها کاهش سطح تمامی سیگنال‌ها به اندازه‌ای مشخص و در نقطه تعیین شده توسط کاربر است. این نقطه، آستانه(threshold) نام دارد. (شکل 1و2).

یک نسبت مشخص، میزان کاهش را بالاتر از آستانه بیان می‌کند. برای مثال نسبت 2:1، به سیگنال صوتی اجازه می‌دهد فقط به اندازه نصف مقدار کمپرس نشده از آستانه فراتر رود. به همین صورت، نسبت 4:1، مقدار خروجی را به اندازة یک چهارم سطح سیگنال اصلی کاهش می‌دهد. این کاهش، تغییرات بین بالاترین و پایین‌ترین سطوح سیگنال را محدود می‌کند و در نتیجه گسترة پویایی کوچکتری حاصل می‌شود. تصوری غیر علمی در مورد فشرده‌سازها رایج است مبنی بر اینکه آن‌ها صداهای آرامتر را بلند می‌کنند. این تصور ممکن است اثری ادراکی باشد. کمپرسور به خودی خود سطوح پایین سیگنال را افزایش نمی‌دهد، اما اجازه می‌دهد که آنها در سطحی نزدیک به سیگنال‌های بلندتر درک شوند. تنظیمات دیگر فشرده‌ساز شامل یورش (attack)، رهایی(release) و زوال(decay) است. زمان یورش فشرده‌ساز نشانگر سرعت اثرگذاری آن هنگام گذر سیگنال از حد آستانه است. زمان‌های کوتاه‌تر یورش، کنترل آنی (transient) بالاتری را میسر می‌کنند. عموماً زمان‌های یورش بیشتر به صدا، شکل طبیعی بهتری می‌دهند و اغلب در موسیقی کاربرد دارند.

زمان یورش خیلی طولانی می‌تواند باعث از دست دادن سیگنال‌هایی که باید فشرده می‌شدند، شود. رهایی در کمپرسور به زمانی گفته می‌شود که سطح سیگنال را به مقدار اولیه خود، بعد از افت به میزان آستانه، برساند. زمان‌رهایی خیلی کوتاه در سیگنال‌هایی که تغییرات سطح سریعی دارند، می‌تواند منجر به صدایی مانند تنفس (breathing)  و  تلمبه زدن (pumping)  شود! زمان خیلی طولانی رهایی هم منجر به نشنیدن صداهای آرامتر خواهد شد، زیرا در این وضعیت کاهش بهره (gain)  همچنان به سیگنال اعمال می‌شود. زانوی کمپرسور (compressor knee) ، نقطه‌ای است که در آن سیگنال از حد آستانه می‌گذرد. طراحی‌های استاندارد فشرده‌سازی هنگام گذر سیگنال از آستانه، آن را به همان مقدار که گذر کرده است، کاهش می‌دهد. این نوع فشرده‌سازی را فشرده‌سازی hard knee  می‌نامیم. بعضی از فشرده‌سازها اجازه می‌دهند که کاربر گزینه فشرده‌سازی  soft knee  را انتخاب کند. این انتخاب زمانی انجام می‌شود که عمل فشرده‌سازی در نزدیکی آستانه به جای تهاجمی به شکل فشرده‌سازی  hard knee   تدریجی باشد. (شکل 3)

شکل3) فشرده‌سازی hard knee

در حقیقت نسبت فشرده‌سازی نزدیک آستانه کمتر از مقدار مشخص شده است. به لحاظ شنوایی، فشرده‌سازی soft knee  انتقال تدریجی بیشتری را از سیگنال‌های فشرده‌سازی نشده به سیگنال‌های فشرده‌سازی شده باعث می‌شود و در نتیجه فشرده‌سازی نامحسوس خواهد بود.(شکل 4)

شکل4) فشرده‌سازی soft knee

فشرده‌ساز در مقابل بلندگو

به طور معمول، یکی از گلایه‌هایی که مالکان بلندگو‌های آسیب دیده مطرح می‌کنند این است:»با اینکه فشرده‌ساز دارم چرا بلندگویم ترکید؟!«

فشرده‌ساز و محدود کننده (limiter) در حقیقت برای جلوگیری از آسیب بلندگو هنگام مواجهه با صداهای آنی-(transient) که ممکن است منجر به برش شوند- استفاده می‌شوند، اما صداهای آنی با سطح بالا، تنها علت آسیب رسیدن به بلندگوها نیستند. در حقیقت فشرده‌سازی بیش از حد سیگنال صوتی می‌تواند به خرابی یا ناتوانی زود هنگام بلندگو منجر شود.

به شکل استاندارد، باید توان تقویت کننده حداقل دو برابر توان پیوستة بلندگو باشد. برای مثال یک تقویت کننده 200 واتی باید با بلندگویی 100 واتی به کار رود. این محدودة امن در تقویت کننده به خاطر آن است که در صورت وجود قله‌هایی (peaks) در سیگنال صوتی، صدای تحویل داده شده به بلندگو بدون برش باشد. بیشتر توان تقویت کننده به این دلیل بدون استفاده می‌ماند که سطح میانگین سیگنال صوتی فشرده‌سازی نشده عمدتاً پایین‌تر از قله‌های سیگنال است. سیگنال‌هایی که زیاد فشرده‌سازی شده باشند، سطح میانگینی بسیار نزدیک تر به سطح قله سیگنال دارند. اگر سطح سیگنال فشرده‌سازی شده برای استفاده از توان اضافی تقویت کننده بالاتر برده شود (یعنی برای حضار بلندتر پخش شود)، میانگین قدرتی که به بلندگو می‌رسد ممکن است بیش از مقدار توان پیوسته آن باشد و در نتیجه باعث افزایش بیش از حد دمای سیم‌پیچ(coil)  بلندگو و خرابی آن می‌شود.

همانند تمامی فشرده‌ساز‌های صوتی، استفاده از یک فشرده‌ساز نیاز یک سامانه را برای عملکرد درست برطرف نمی‌کند. با وجود آنکه استفاده از فشرده‌ساز یا محدود کننده برای کاهش قله‌های آنی (transient peaks) ضروری است، اما فشرده‌سازی بیش از حد، دشمن بلندگو است.

محدود کننده ها(Limiters)

کار محدود کننده تا حدود زیادی مشابه فشرده‌ساز است، تفاوت آنها بیشتر در کاربرد است نه در عملکرد. همانند فشرده‌ساز، محدودکننده نیز سیگنال‌هایی را که از آستانه می‌گذرند، به نسبت مشخصی کاهش می‌دهد. نسبت‌هایی که توسط محدودکننده‌ها بکار می‌روند، در مقایسه با فشرده‌سازها، نسبت‌های خیلی بزرگتری هستند. نسبت‌های محدود کننده می‌توانند گسترة‌ای از 10:1 تا 1به بی‌نهایت داشته باشند. (بینهایت به یک، یعنی جایی که مقدار تنظیم آستانه، حد بیشتر سطح سیگنال را تحمیل می‌کند). (شکل5)

شکل5) محدود کننده

هدف یک محدود کننده به طور معمول حفاظت از سامانه است و این کار را با پیشگیری از قله‌های صوتی آنی (transient audio peaks)  که می‌توانند باعث دیستورشن در زنجیرة صوتی یا صدمه به اجزاء بلندگو شوند، انجام می‌دهد. تنظیمات آستانة محدودکننده به طور معمول بسیار بالاتر از آن است که در فشرده‌سازها صورت می‌گیرد. تنظیمات کم آستانه در محدود کننده منجر به فشرده‌سازی بیش از حد می‌شود. محدود کننده‌ها پارامترهای مشترکی با فشرده‌سازها دارند، مانند زمان یورش (attack)  و زمان رهایی(release) برای درک بهتر تفاوت بین فشرده‌ساز و محدود کننده، فرض کنید شخصی در اتاقی با سقف کوتاه روی ترامپولین (trampoline) جهش می‌کند، حرکت بالا و پایین این شخص نشانگر تغییرات ولتاژ یک سیگنال صوتی است. در اینجا سقف، آستانه محدود کننده یا فشرده‌ساز را نشان می‌دهد. اگر سقف از لاستیک نازک ساخته شده باشد، هنگام برخورد شخص با آن شکم می‌دهد (خم می‌شود) و باعث می‌شود که شخص از سقف (یا آستانه) فراتر رود، اما نه به آن میزانی که در صورت نبودن سقف می‌توانست بالاتر رود. اما سقف گچی سخت قابل مقایسه با محدود کننده‌است. در این مورد اگر شخص مذکور با سقف برخورد کند، امکان گذر از آن را نخواهد داشت!

کار محدود کننده عملاً به این قطعیت نیست. محدود کننده استاندارد نمی‌تواند زمان یورش معادل صفر داشته باشد. صدایی غیر منتظره و آنی می‌تواند قبل از آنکه مدار محدود کننده عملی روی آن انجام دهد، از خروجی بگذرد. برای بهره‌مندی از حد بیشتر حفاظت از بلندگو، باید توانمندی پیشگیری از قله‌ها(peaks)  در محدود کننده وجود داشته باشد. محدودکننده‌های مبتنی بر DSP (پردازشگر دیجیتالی سیگنال)، می‌توانند با قرار دادن(insert)  مقدار کمی تاخیر(delay)  در مسیر سیگنال، از عهده این کار (پیشگیری از قله‌ها) برآیند. مقدار این تاخیر به طور معمول یک میلی ثانیه است. با تاخیر دادن به سیگنال، محدودکننده می‌تواند روی قله‌های آنی که پیش از این قبل از اعمال محدودیت گذر می‌کردند، کار خود را انجام دهد. زمان یورش در محدود کنندة مبتنی بر DSP  صفر است. به این نوع از محدود کننده‌ها به طور معمول محدود کننده‌های» آینده نگر« (look-ahead)   یا »متوقف کننده قله« (peak stop) می‌گویند! آنها اغلب آخرین دستگاه در مسیر سیگنال و قبل از تقویت کننده قدرت هستند و به طور معمول آستانه خیلی زیادی به آنها اختصاص داده می‌شود.  از آنجا که محدود کنندة » آینده نگر«طبیعتاً آخرین حلقه از حفاظت سامانه است، ممکن است کیفیت صوتی چشمگیری نداشته باشد. آستانة بالا اطمینان می‌دهد که محدود کننده تاثیری روی سیگنال صوتی نمی‌گذارد مگر آنکه مطلقاً ضروری باشد.

 

 

حتما ببینید

بازتاب‌های قابل شنیدن

     رنگ صدا یک اصطلاح است که اغلب برای توصیف وفاداری سیگنال صدا به کیفیت …

پاسخ دهید

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