نواک سایت تخصصی حوزه برودکست
نوشته های مشابه
فیلترهای شانه ای در قرار گیری میکروفن؛ Comb Filters inMicrophone Placement
هنگامی که دو میکروفن جدا شده در فضا یک صدای واحد را در زمان های کمی متفاوت دریافت می کنند، خروجی ترکیبی آنهامشابه میکروفن واحدی با وجود بازتاب تأخیری خواهد بود. بنابراین، چیدمان میکروفن گذاری استریو با فاصله از هم نسبت به مشکلات فیلتر شانه ای حساس است. تحت شرایط خاصی، اثرفیلتر شانه ای قابل شنیدن است و احساس فازدار بودن صدا را به بازتولید کلّی صدا منتقل می کند که توسط برخی به عنوان صدای محیطی اتاق تعبیر می شود. با این حال، این صدای محیط نیست، بلکه اعوجاج ناشی از زمان و اندازه های شدّت ارائه شده به میکروفن ها است. بدیهی است که برخی افراد این اعوجاج را خوشایند می دانند، به این دلیل برداشت های استریو با میکروفن گذاری با فاصله از هم مورد علاقۀ بسیاری از تولیدکنندگان و شنوندگان هستند.
شکل ۸- استقرار رایج میکروفن می تواند اثرات فیلتر شانه ای ایجاد کند (جدول ۲ را ببینید). در فاصلۀ ۱ فوتی، اندازۀ بازتاب ۲۰ – دسی بلی حداقل مشکلات فیلتر شانه ای را ایجاد می کند. در فاصلۀ ۴ فوتی، اندازۀ بازتاب ۸ دسی بلی ممکن است مشکلاتی ناشی از فیلتر شانه ای ایجاد کند. در فاصلۀ ۱۰٫۳ فوتی، اندازۀ بازتاب تقریبا با اندازۀ سیگنال مستقیم برابر است و بنابراین مشکلات ناشی از فیلتر شانه ای قطعی است.
اثر فیلتر شانه ای در عمل با ذکر شش مثال Comb Filter Effects in Practice: Six Examples
مثال ۱: شکل ۸ سه محل قرارگیری میکروفن را نشان می دهد که اثر فیلتر شانه ای با درجات مختلف تولید می کنند. در هر مورد، کف زمین سخت و بازتابنده فرض شده و بازتاب های دیگر اتاق در نظر گرفته نشده اند. در چیدمان قرارگیری نزدیک منبع به میکروفن، مؤلفۀ مستقیم ۱ فوت و مؤلفۀ منعکس شده از کف ۱۰٫۱ فوت حرکت می کند (جدول ۲ را ببینید). تفاوت فاصلۀ بیناین دو ( ۹٫۱ فوت) به این معنی است که مؤلفۀ بازتاب یافته از کف ۸٫۰۵ میلی ثانیه (ثانیه ۰٫۰۰۸۰۵ = ۱۱۳۰ / ۹٫۱ ) به تأخیر می افتد.
بنابر این درّۀ اوّل در فرکانس ۶۲ هرتز رخ می دهد و فاصلۀ بین درهّ و قلّه های بعدی ۱۲۴ هرتز است. اندازۀ بازتاب (۲۰ -) دسی بل نسبت به مؤلفۀ مستقیم است. (۲۰ log 1.0/10.1=20 DB ) بنابر این مؤلفۀ مستقیم ۱۰ برابر بازتاب کف است. لذا تأثیر فیلتر شانه ای در این مورد ناچیز خواهد بود.
محاسبات مشابه برای دو فاصلۀ منبع تا میکروفون دیگر در جدول ۲ آمده است. فاصلۀ ۴ فوتی منبع تا میکروفن، حالتی بینابین را نشان می دهد که در آن اندازۀ بازتاب ۸ دسی بل کمتر از اندازۀ سیگنال مستقیم است و اثر فیلتر شانه ای حاشیه ای خواهد بود. در فاصلۀ ۱۰٫۳ فوتی منبع تا میکروفن، با تفاوت اندازۀ سیگنال بازتاب و مستقیم به اندازۀ فقط ۱ دسی بل؛ بازتاب تقریبا به اندازۀ سیگنال مستقیم قوی است و اثر فیلتر شانه ای قابل توجه خواهد بود. برخلاف این میکروفن گذاری ها، فرض کنید که اگر میکروفن در فاصله ای از منبع روی زمین قرار گرفته بود چه اتفاقی می افتاد. بازتاب کوچکی از کف ممکن است رخ دهد، امّا این تکنیک اساسا تفاوت بین طول مسیر مستقیم و بازتاب دهنده را حذف می کند.
شکل ۹- نمونه هایی از تولید فیتر شانه ای، دو میکروفون که با یک منبع صوتی که به اطراف حرکت می کند، به یک تقویت کننده مونو تغذیه می شوند.
مثال ۲: شکل ۹ دو میکروفن را روی جایگاه سخنرانی نشان می دهد. سیستم های بازتولید استریو در سالن های جلسات نسبتا نادر هستند. این احتمال وجود دارد که دو میکروفن به یک سیستم مونو وارد شوند و در نتیجه به تولید کنندۀ عالی اثر فیلتر شانه ای تبدیل شوند. بهانۀ رایج برای قرار دادن دو میکرفن این است که به سخنران آزادی حرکت بیشتری بدهند یا در صورت خرابی یکی از آنها میکروفون یدکی داشته باشند. با فرض اینکه میکروفن ها به درستی قطب بندی شده اند و سخنران درست در مرکز خط میانی دو میکروفن قرار دارد، خروجی به اندازۀ ۶ دسی بل افزایش خواهد یافت. همچنین فرض کنید که میکروفن ها ۲۴ اینچ از هم فاصله دارند و لب گوینده ۱۸ اینچ دورتر از خط تراز دو میکروفون و در یک سطح با میکروفن ها قرار دارد. اگر گوینده به صورت جانبی ۳ اینچ حرکت کند، تأخیری ۰٫۲ میلی ثانیه ای ایجاد می شود که فرکانس های گفتاری مهم را کاهش می دهد. اگر گوینده حرکت نکند، احتمالا کیفیت گفتار خوب نیست، امّا پایدار خواهد بود. حرکات معمول سخنران با جابجا کردن درهّ ها و قلّه ها در امتداد گسترۀ فرکانسی باعث تغییرات قابل توجهی در کیفیت می شود.
شکل ۱۰ برای آواز گروهی، اگر d2 حداقل ۳ برابر d1 باشد، اثر فیلتر شانه به حداقل می رسد.
مثال ۳: شکل ۱۰ امکان رخ دادن اثر فیلتر شانه ای را در یک گروه آواز نشان می دهد که هر خواننده یک میکروفن در دست دارد. هر میکروفن با یک کانال جداگانه تغذیه می شود، امّا در نهایت با هم مخلوط می شوند. صدای هر خواننده توسط همۀ میکروفن ها دریافت می شود، امّا تنها خواننده های مجاور ممکن است اثر فیلتر شانه ای قابل توجهی ایجاد کنند. برای مثال، صدای خوانندۀ A با هر دو میکروفن گرفته می شود و ترکیب می شود و ممکن است .پاسخ فیلتر شانه ای حاصل از تفاوت مسیر ایجاد کند. با این حال،اگر دهان خوانندۀ A حداقل سه برابر از میکروفون خوانندۀ B دورتر از میکروفون خود A باشد، اثرات فیلتر شانه ای به حداقل می رسد.این ”قانون ۳:۱ “ کار می کند زیرا حفظ این فاصله به این معنی است که کپی های تأخیری حداقل ۹ دسی بل زیر سیگنال اصلی هستند. قلّه ها و درهّ های فیلتر شانه ای دارای دامنه ای به میزان ۱ دسی بل یا کمترند و بنابر این اساسا غیر محسوس هستند.
مثال ۴: شکل ۱۱ بلندگوهای مونو دوگانه ای را نشان می دهد،که یکی در سمت چپ و دیگری در سمت راست صحنه قرار گرفته است. دو منبع که سیگنال های یکسانی را تابش م یکنند، اثر
فیلتر شانه ای را در ناحیۀ مخاطب ایجاد می کنند. در خط تقارن (اغلب در امتداد راهروی مرکزی)، هر دو سیگنال به طور همزمان می رسند و هیچ فیلتر شانه ای تولید نمی شود. خطوط با تأخیرهمسان از مرکز صحنه بر روی ناحیۀ مخاطبان گسترش می یابند، خط با تأخیر ۱ میلی ثانیه نزدیک تر به خط مرکزی تقارن و خطوط با تأخیرهای بیشتر به دو طرف سالن نزدیک می شوند.
شکل ۱۱- در سیستم تفکیک مشترک که در آن دو بلندگو سیگنال های یکسانی را تشعشع می کنند، مناطق تداخل های سازنده و مخرب منجر به کاهش کیفیت صدا در منطقۀ مخاطب می شود.
مثال ۵: شکل ۱۲ باندهای پاسخ فرکانسی را در یک بلندگوی با سه خروجی نشان می دهد. فرکانس f1 توسط درایورهای فرکانس پایین و میانی تابش می شود و هر دو خروجی ممکن است اساسا از نظر دامنه برابر باشند؛ علاوه بر این، دو تشعشع کننده از نظر فیزیکی جابجا شده اند. این موارد، عوامل ایجادکننده اثر فیلتر شانه ای هستند. همین فرآیند در f2 بین درایورهای فرکانس میانی و بالا در حال اجرا است. فقط یک باند باریک از فرکانس ها تحت تأثیر قرار می گیرد که عرض آن توسط دامنه های نسبی دو تابش تعیین می شود. هرچه زاویه بین منحنی های متقاطع تندتر باشد، محدودۀ فرکانسی باریک تری تحت تأثیر قرار می گیرد.
شکل ۱۳- با یک میکروفون درون گذاری شده و هم سطح، صداهایی از منبع S که به سطح برخورد می کند به میکروفون نمی رسد، بنابراین از اثر فیلتر شانه ای جلوگیری می شود. یکی دیگر از مزایای این نصب افزایش اندازه به دلیل تجمع فشار در نزدیکی سطح بازتابنده است.
مثال ۶: شکل ۱۳ نشان می د هد که چگونه یک میکروفن دائمی نصب شده ممکن است درون یک سطح جایگذاری شود. یکی از مزایای این کار افزایش حساسیت تقریبا ۶ دسی بلی به دلیل افزایش فشار در سطح قرارگیری میکروفن است. مزیتّ دیگر به حداقل رساندن اعوجاج فیلتر شانه ای است. یک سیگنال مستقیم از منبع به دیافراگم میکروفون برخورد می کند؛ و از آنجایی که دیافراگم با سطح هم تراز است، هیچ بازتابی از سطح نمی تواند وجود داشته باشد.
تخمین پاسخ فیلتر شانه ای Estimating Comb-Filter Response
از چند رابطۀ ساده می توان برای تخمین اثر فیلترهای شانه ای بر پاسخ یک سیستم استفاده کرد. اگر تأخیر t ثانیه باشد، فاصلۀ بین قلّه ها و فاصلۀ بین درهّ ها ۱/t هرتز است. برای مثال،تأخیری ۰٫۰۰۱ ثانیه ای ) ۱ میلی ثانیه ای( قلّه ها را در فاصله های ۱۰۰۰ هرتزی )هرتز ۱۰۰۰ = ۰٫۰۰۱ / ۱( قرار می دهد و درهّ ها نیز در همان میزان فاصله قرار می گیرند، همانطور که در جدول ۳ نشان داده شده است.
همانطور که اشاره شد، فرکانسی که در آن اوّلین درهّ )درّۀ کمترین فرکانس( رخ می دهد ) ( ۲t )/ 1 هرتز است. برای همان تأخیر ۱ میلی ثانیه، اوّلین درهّ در 
هرتز رخ می دهد. برای این تأخیر ۱ میلی ثانیه، درّۀ اوّل روی ۵۰۰ هرتز، قلّه ها با فاصلۀ ۱۰۰۰ هرتز و درهّ ها با فاصلۀ ۱۰۰۰ هرتز از هم قرار دارند. البته بین هر جفت درّۀ مجاور یک قلّه وجود دارد که در آن دو سیگنال هم فاز هستند. افزودن دو موج سینوسی با فرکانس یکسان، دامنۀ یکسان، هم فاز، دامنه را دو برابر می کند. قلّه ای ۶ دسی بل بالاتر از هر یک از مؤلفه های تشکیل دهندۀ خود 
ایجاد می کند. درهّ ها در حداقل اندازۀ نظری منهای بی نهایت خواهند بود. زیرا در تقابل فازها خنثی می شوند. به این ترتیب، کلّ منحنی پاسخ را می توان به گونه ای ترسیم کرد که فاز دو موج به طور متناوب بین شرایط هم فاز و در فاز مخالف درون طیف تغییر می کند. نکته مهمی که باید ملاحظه شود این است که عبارت ( ۲t )/ 1 بالا، درهّ ای را در فرکانس ۵۰۰ هرتز به دست می دهد که انرژی را از هر سیگنال توزیع شده با آن تأخیر می گیرد. سیگنال موسیقی یا گفتاری که از سیستمی با تأخیر ۱ میلی ثانیه ای عبور می کند، مؤلفه های مهمی را از دست می دهد یا آن مؤلفه ها کاهش پیدا می کنند. این اعوجاج فیلتر شانه ای است. اگر محاسبات ریاضی توابع 
و ( ۲t )/ 1 خیلی پر زحمت به نظر می رسند، شکل های ۱۴ و ۱۵ به عنوان راه حل های گرافیکی گنجانده شده است.
شکل ۱۴- اثر نسبت دامنه ها بر روی ارتفاع قلّه ها و عمق درهّ های فیلتر شانه ای
شکل ۱۵- میزان اندازۀ تأخیر، فرکانس هایی را که در آن تداخل مخرب (درهّ) وتداخل سازنده (قله) رخ می دهد، تعیین می کند. خطوط شکسته قله های بین درهّ های مجاور را نشان می دهد.
صفحه ۵ نشریه تخصصی بسامد شماره ۱۳۵
