در مسیر ناآگاهی: نصب بلندگوهای میدان نزدیک(بخش اول)

آگاهی از رفتار صدا در میدان‌های صوتی مختلف به مهندسان صدا در طراحی و چیدمان میکروفن و بلندگوها کمک شایانی می‌کند.

چهار میدان اصلی حوزه آکوستیک، میدان نزدیک(Near Field)، میدان آزاد(free field)، میدان دور(Far Field) و میدان واخُنشی(everberant Field)  است.

میدان نزدیک:

میدانِ صدایِ خیلی نزدیک به منبع صدا را میدان نـزدیـک می‌گویند. »خیلی نزدیک« به فاصلة کم‌تر از یک طول موجِ فرکانس‌های موجود در صدای منبع اشاره دارد. اگر به‌ دست آوردنِ نتایج معنادار در اندازه‌گیری‌های تراز  فشار صدا ممکن نـباشد، کار بسیار سخت خواهد بود. این سختی در اندازه‌گیری تراز فشار صدا در میدان نزدیک به ‌کمک اندازه‌گیر تراز صدا وجود دارد؛ زیرا طبیعت میدانش خیلی پیچیده است. غالباً انرژی آکوستیکی در سراسر سطح منبع صدا در حال حرکت است یا ممکن است که هوا با سرعت زیادی نزدیک به منبع در جریان باشد. اگر منبع صدا بسیار پیچیده باشد، امواج ایستاده نیز در بسیاری از موارد وجود دارند. در هر صورت، پیش‌بینیِ تراز صدا در میدان دور به ‌کمک اندازه‌گیری‌ها در میدان نزدیک ممکن نیست، بنابراین هنگامِ اندازه‌گیری تراز فشار صدا، دستگاه اندازه‌گیر همیشه باید حداقل در فاصلة یک طول موجِ کم‌ترین فرکانس موجود در صدای منبع باشد.

میدان آزاد:

گفته می‌شود وقتی صدای منبع صوتی در فضای سه‌بعدی(جایی‌که سطوح بازتابی وجود نـدارند) منتشر می‌گردد، صدا در شرایط «میدان آزاد» تابش می‌کند. تراز فشار صدای اندازه‌گیری‌شده در فواصل مختلف، دقیقاً از قانون عکس مجذور فاصله پیروی می‌کند. میدان آزاد درست و حقیقی وجود نـدارد اما در اتاقِ با بازتابِ زمانی بسیار کوتاه(Anechoic room/ Anechoic chamber ) این شرایط به صورت تقریبی فراهم است.

از آنجا که همة اتاق‌ها حداقل مقدار کمی واخنش(reverberation)  دارند، میدانِ صدای منبع همواره با صدای بازتابی آلوده می‌شود. این مسئله، اندازه‌گیری دقیق‌ترِ صدا را دشوار می‌کند زیرا میکروفن قـادر به تفکیک صداهای مستقیم و بازتابی نـیست. به‌همین دلیل از اتاق‌های بدون/ یا با بازتاب بسیار کم برای آزمایش‌های صوتی استفاده می‌شود. صداهای بازتابی در این اتاق‌ها دامنه کوچکی دارند که غالباً قابل چشم پوشی است.

برای برخی منابع صدای کوچک در اتاق‌های بزرگ، میدانِ صدای نزدیک به منبع به‌طور تقریبی، میدان آزاد خواهد بود، اما هنگامی‌که فاصله از منبع افزایش می‌یابد، واخنش نسبتاً قوی‌تـر می‌شود. میدانِ صدای نزدیک‌تـر از یک‌طولِ موج به منبع صـدا، میدان آزاد نـیست و به ‌عنوانِ میدانِ نزدیک شناخته می‌شود. انجامِ دادن اندازه‌گیری‌های معنادار این نزدیکی به منبع صـدا خیلی سخت است.

میدان دور :

اگر منبعی صوتی در محفظه بسته یا اتاقی قرار گیرد، با تغییر فاصلة میکروفنِ دستگاه اندازه‌گیری تراز فشار صدا (Sound Pressure Level Meter)  از منبع صوتی، تراز فشار صدا(SPL)  نیز تغییر خواهد کرد. در محدودة نزدیک و مشخص از منبع صدا، ترازها از قانون عکس مجذور فاصله پیروی می‌کنند و در این فواصل تقریباً میدانی آزاد وجود خواهد داشت. تراز اندازه‌گیری شده -در فواصل دورتر- با افزایش فاصله از منبع به‌میزانِ کمتری نسبت به پیش‌بینیِ قانون عکس مجذور فاصله خواهد بود، تا هنگامی‌که در نهایت به منطقه‌ای می‌رسیم که در آنجا تراز فشار صدا بدون در نظر گرفتنِ فاصله از منبع صدا ثابت است. به این منطقه میدانِ واخنشی گفته می‌شود.

به فضایِ میانِ میدان آزاد و میدان واخنشی، »میدان دور« گفته می‌شود. محدودة این میدان، مشخصه‌ای از جهت‌وری(directionality)  منبع صدا و نیز ساختار آکوستیکی اتاق است. در میدان دورِ یک منبع صوتی، وابستگیِ الگوی تابش به زاویه‌های افقی و عمودی تابش در هر فاصله‌ای از منبع حفظ می‌شود. 

میدان واخُنشی:

در اتاق با واخُنش، اگر شنونده به منبع صدا نزدیک باشد، صدای مستقیم غالب خواهد بود و گفته می‌شود که شنونده در میدان مستقیم منبع صـدا قرار دارد. در فواصل بیش‌تر، انرژی واخنشی غالب خواهد بود. به این منطقه، میدان واخُنشی گفته می‌شود.

به‌طور کلی، هدف از سیستم‌های تقویت صـدا (مانند بلندگو) آن است که انرژی صدای مستقیم را به میدان واخنشی بفرستد تا قابلیت فهم (intelligibility)  را افزایش دهد.

 در  تجهیزاتِ الکتروآکوستیکی مانند میکروفن و بلندگو نیز از اصطلاحِ میدان استفاده می‌شود که البته با تعریف علمِ آکوستیکِ میدان‌ها متفاوت است: میکروفن میدان آزاد و البته بلندگو/ مانیتورِ میدان نزدیک. نباید ویژگی‌های آن میدان‌ها را به این تجهیزات نسبت داد. در این مجال در مورد مانیتور میدان نزدیک بحث خواهیم کرد.

بلندگو/ مانیتورِ میدان نزدیک(Near-Field Monitor) :

هرگاه بلندگویی برای گوش دادنِ صدا با دقت و همراه با جزئیات زیاد و برای ارزیابی باشد، به آن مانیتور می‌گویند. مانیتور میدان نزدیک، بلندگویی است که برای شنیدن در فاصله نسبتاً کم طراحی شده است؛ مانند شخصی که پشت میکسر صدا نشسته است و مانیتورها در فاصلة نزدیک به او در کنار میکسر صدا قرار داده شده است (شکل ۱).

اگر فاصله صدابردار/ شنونده تا بلندگو دو متر است، تقریبا تلاش می‌شود تا میز میکسر تا صداگذاری به‌گونه‌ای نصب شوند که وسط میز میکسر در میانه این فاصله باشد(شکل۱).

برای شنیدن صدای مناسب از این نوع بلندگوها، آن‌ها باید در فاصله کم از گوش‌های شنونده قرار گیرند و توئیتر یا پخش‌کننده بسامدهای بالا مستقیماً و البته دقیقاً به‌سمتِ گوش شنونده ساطع شود.

حتما باید برای شنیدن صدای استریو یک جفت یکسان از این دو بلندگو در فاصله نزدیک صدابردار(شنونده) قرار داده شود (شکل۲).

صدابردار باید در نقطه خوشایندsweet spot)  بنشیند و با دقت به صداها گوش کند. مانتیورهای میدان نزدیک را بیش‌تر صدابرداران و صداگذاران استفاده می‌کنند و مخاطبان عادی در اکثر موارد از بلندگوهای میدان دور و یا هدفون استفاده می‌کنند.

برای گوش دادنِ با دقت صدا (مانیتورینگ) در بلندگوهای میدان نزدیک باید چیدمان و زاویه پرتاب صدا در این بلندگوها به‌گونه‌ای باشد که:

۱) تا حد امکان سطوحی برای برخورد در مقابل بلندگو نباشند.

۲) اگر سطوحی مانند صفحه کنترلی میکسر صدا در مسیر بلندگو قرار دارند؛ برخورد به سطوح و بازتاب در مسیرِ صدای پرتابی از بلندگو تا گوشِ صدابردار از نظر انرژی و تفاوت زمانی در کمترین مقدار باشد.

در شکل۳، سمت چپ(a)  بلندگوی میدان نزدیک روی پنل میتر میکسر قرار داده شده است و زاویه آن به‌گونه‌ای است که صدا به سطح روی میز میکسر برخورد کرده و با تاخیر بیشتر به گوش صدابردار/ صداگذار می‌رسد. این تاخیر بیش‌تر موجب می‌شود که احساس واخنش در صدا ایجاد شود و امکان مکان‌یابی دقیق صدا را از شنوندة متخصص بگیرد. نسبت انرژی صدای مستقیم به صدای واخنشی هم کم می‌شود. در شکل۳ سمت راست (b)  تفاوت زمانی صدای اصلی و بازتابی کم است. انرژی صدای بازتابی کم است و چون بدن شنونده آن را جذب می‌کند، کمتر به ‌گوشش برخورد می‌کند. صدای مستقیم بهتر دریافت و ارزیابی می‌شود.

تقریبا در تمامی مانیتورهای میدان نزدیک پیشنهاد می‌شود تا حد ممکن بلندگو روی پایه با ارتفاع بین ۱۲۰ تا ۱۵۰ سانتی‌متری از کف زمین و کمی بالاتر از سطح میز میکسر قرار داده شود تا صدا با کمترین بازتاب به گوش صدابردار/ صداگذار برسد. این صدای بازتاب شده، جزء بازتاب‌های اولیه خواهد بود (بازتاب در کم‌تر از ۱۰ میلی‌ثانیه به‌گوش شنونده می‌رسد و بر مکان‌یابی صدا تأثیر نمی گذارد). تفاوت زمانی بین صدای مستقیم و بازتابی بسیار کم است و احساسِ بازتاب‌های اولیه(Early Reflection)  در گوش- مغز انسان وجود خواهد داشت و صدا،  واخنشی(Reverberant)  نخواهد بود. نسبت انرژی صدای مستقیم به صدای با بازتاب اولیه هم بسیار زیادتر خواهد بود(شکل ۳-b ) در هر دو چیدمانِ شکل۳، بلندگو در فاصله بسیار نزدیک با شنونده قرار دارد. بلندگوهای میدان نزدیک طوری طراحی شده‌اند که اثراتِ اتاق بر صدای دریافتی گوش را کاهش دهند، البته به شرطی که در فاصله نزدیک از شنونده نصب شوند. این بلندگوها دغدغه میزانِ مناسب تراز بازتاب اتاق، به‌خصوص در استودیوهای پخش زنده تلویزیونی/ رادیویی را کاهش می‌دهند. مانیتورهای میدان نزدیک تصویر استریوی بسیار خوبی برای صدابردار/ صداگذار فراهم می‌کند زیرا تا حد امکان اثرات اتاق و بارتاب‌های ناخواسته آن را در گوش صدابردار/ صداگذار کاهش می‌دهند. این شرایط در صورتی برقرارند که این بلندگوها در فاصله مناسب و نزدیک، حداکثر دو متر از شنونده قرار گیرند. مکان‌یابی منابع صدا هنگام استفاده از بلندگوهای میدان نزدیک بسیار بهترخواهد بود زیرا تا حد امکان صدای مستقیم به گوشِ صدابردار/ صداگذار می‌رسد. در شرکت‌های معتبر ساخت بلندگوهای میدان نزدیک، محفظه بلندگو را به‌گونه‌ای طراحی می‌کنند که محفظه بلندگو کمترین پراش ممکن را ایجاد کند (غالباً راز اصلی برتر بودنِ بلندگوها در طراحی همین محفظه و بدنه است). هرچه پراش بلندگو و محفظه آن کمتر باشد، طیف‌های فرکانسی سیگنال ورودی به بلندگو و سیگنال آکوستیکی خروجی از بلندگو شبیه به هم خواهند بود و به اصطلاح تغییر طیف(رنگی شدن) ایجاد نخواهد شد. پراش به دلیل اتصال نامناسب بلندگو به دیواره جلویی محفظه و بازتاب به‌خاطرِ گوشه‌های تیز بدنه از مشکلات عمومی بلندگوهای میدان نزدیکِ شرکت‌های نامعتبر می‌باشد.

ادامه دارد…

صفحه ۱۰ نشریه تخصصی بسامد شماره ۹۷