Kun kaksi äänilähdettä sijaitsee eri paikoissa, ovat niiden etäisyydet jakopisteeseen usein erilaiset. Jakopiste on paikka, jossa nämä äänilähteet kuuluvat samalla voimakkuudella, mutta etäisyyserosta johtuu se, että äänet eivät tulekaan jakopisteeseen samanaikaisesti. Tätä me pyrimme kompensoimaan viivästämällä aikaisemmin saapuvaa signaalia sähköisesti ääniprosessorilla. Näitä kaiuttimien välisiä saumoja riittää kaiutinjärjestelmässä tutkittavaksi ja ajastettavaksi useita.
Eriaikaisuus taas jo itsessään aiheuttaa ongelmia. Äänen selvyys kärsii, ja esimerkiksi konsonanteista on vaikeampaa saada selvää. Tämä taas on kokonaan oma tarinansa, ja tämä tarina lopetetaan ennen kuin se ehti edes kunnolla alkaa. Nyt keskitytään siihen, että aika vaikuttaa kaiuttimien keskinäiseen vaihevasteeseen taajuuksittain eri tavalla. Tätä hämmennystä aiheuttavaa ja vaikeaksi koettua asiaa pyrin nyt selvittämään.
Summaa enemmän ja vähemmän
Meidän tavoitteemme on liittää kaksi signaalia toisiinsa ilman ristiriitoja. Kaksi täysin samanlaista signaalia antaa meille 6 desibeliä lisää äänenpainetta. Jos taajuusvasteet poikkeavat toisistaan, summautuminen on lähempänä voimakkaampaa signaalia.
Vaihe tekee tähän asiaan omat kiemuransa. Jos signaalit poikkeavat toisistaan vaiheellisesti, summautuminen menee Meyer Soundin julkaiseman mainion Magú Ramirezin vaiheen ”ravintoympyrän” mukaisesti. Vaiheiden ollessa kauempana kuin 120 astetta toisistaan siirrytään summautumisesta jo signaalin kumoutumiseen.
Kun vaihe vaihtelee taajuuksittain, seurauksena on muutoksia taajuusvasteessa. Meidän tehtävämme on eliminoida tämä ilmiö mahdollisimman pieneksi. Täysin me emme tätä ilmiötä pysty eliminoimaan, mutta tehdään se mitä pystytään.
Ajanhan me saamme samaksi ainoastaan yhdessä pisteessä kahdesta kaiuttimesta. Siksi tämän paikan tulee olla tarkkaan valittu. Pisteemme on siis se, jossa kaiuttimet soivat samalla äänenpaineella. Tässä pisteessä ilmiö on voimakkain.
Siirryttäessä tästä pisteestä pois jompikumpi kaiuttimista on voimakkaampi, ja ilmiö pienenee tämän vuoksi. Meidän tehtävämme on vaikuttaa sinne, missä ongelma on pahin. Siirryttäessä riittävästi sivuun tästä jakopisteestä olemme jommankumman kaiuttimen vaikutusalueella, ja toisen kaiuttimen vaikutus kuulemaamme on pieni.
Taajuuden aallonpituus vaikuttaa lopputulokseen
Taajuudet ovat ajaltaan ja mitaltaan erilaisia. Matalat taajuudet ovat kestoltaan ja pituudeltaan isoja. Taulukosta selviää eri taajuuksien aallonpituudet ja jaksoajat. Itse osaan ulkoa 1 kHz:n, 34 senttiä ja 1 millisekunnin. Siitä sutimalla saan mitat ja ajat aika nopeasti haarukoitua, ainakin sinnepäin. Monta ongelmaa on saanut ihan oikean selityksen aallonpituudet ymmärtämällä ja ”tässä on jotain mystistä” -tapahtumat ovat vähentyneet huomattavasti.
Taajuuden kasvaessa aallonpituus ja värähdysjakson kesto lyhenevät. 100 Hz:n aallonpituus on 3,4 m ja värähdysjakson kesto 10 ms. Tuhat hertsiä on taajuutena kymmenkertainen sataan hertsiin verrattuna, mutta sen aallonpituus ja jakson kesto ovat vain kymmenesosan (0,34m, 1ms). Vastaavasti 10 kHz:n taajuuden aallonpituus on 3,4 cm (0,1 ms).
Vaihe on kierroksia
Mitä pidempi aikaero on kyseessä, sitä enemmän kierroksia ja erilaisia vaihe-eroja on luvassa. Taajuusvasteessa nämä vaihe-erot ovat nähtävissä erilaisena summautumisena tai kumoutumisina taajuuksittain. Tämä ilmiö tottelee nimeä kampasuodin (comb filter).
Kampasuodin alkaa aikaeron määräämästä kohdasta. Jos aikaero on 1 ms, niin ensimmäinen kierros tulee täyteen (360 astetta) yhden kilohertsin taajuudella, joten tämä taajuus summautuu kauniisti 6 desibeliä. Esimerkkiaikamme 1 ms on kuitenkin vain puolet 500 Hz:n taajuuden vaatimasta täyden kierroksen ajasta ja tällä taajuudella summautuvien signaaleiden vaihe-ero on 180 astetta. Tässä kohdassa on odotettavissa signaalien kumoutuminen.
Ja nämä ilmiöt jatkuvat ylöspäin mentäessä. Esimerkin mukainen tilanne on esitetty vaihevasteena ja taajuusvasteena kuvissa 1. ja 2.
Kuva 1.) Aikaeron ollessa kahden signaalin välillä 1 ms vaihevasteessa tulee 360 astetta täyteen 1 kHz:n taajuudella. Kaikki mittaukset on tehty sähköisesti, jotta ilmiö on luettavissa selvästi. Kaiuttimilla samat ilmiöt tapahtuvat, mutta hieman lievempinä. Itse asiassa ilmiö löytyy mistä tahansa äänentoistoon liittyvästä, kun lähteitä on useampia kuin yksi. Esimerkiksi mikrofoneja käytettäessä painitaan saman ilmiön kimpussa.
Kuva 2.) 1 ms aikaeron aiheuttamat muutokset vaihevasteessa näkyvät kampasuotimena taajuusvasteessa. Ensimmäinen montuista on leveydeltään oktaavi, ja tästä ylöspäin mentäessä nämä vaimentumat kapenevat.
Kuva 3.) 5 ms merkitsee täyttä vaihekierrosta 200 Hz:n taajuudella. Vastaavasti ensimmäinen signaalien toisiaan kumoava vaikutus on odotettavissa 100 Hz:n taajuudella, jossa vaihe-ero on 180 astetta eli signaalit ovat keskenään vastavaiheessa. Ja sieltähän se 100 Hz:n kuoppa löytyy. Ja 300, 500, 700, 900… hertsiä näyttävät myös taipumisen merkkejä.
Kuva 4.) Aikaero on samat 5 ms, kuten kuvassa 3. Nyt toista signaalia on vaimennettu 6 desibeliä ja kampasuodin lieveni dramaattisesti.
En vieläkään päässyt lupaamaani aiheeseen, viivekaiuttimiin, koska tämä perusilmiö otti tällä kertaa koko palstatilani. Ensi kerralla sitten…
•••
Reima Saarinen palkittiin Vuoden AV-kouluttajana 26. syyskuuta Helsingin Messukeskuksessa AudioVisual EXPO 2017 -tapahtumassa. Sen kunniaksi availemme nyt syksyn mittaan näitä Reiman aikanaan Riffiin toimittamia kolumneja verkossa luettaviksi. Tämä juttu on julkaistu alunperin Riffin printtinumerossa 1/2011.
Vastaavia, musiikin tekemiseen uppoutuvia ja sen liepeille kiertyviä artikkeleita julkaistaan jokaisessa Riffin printtinumerossa.
Jos pidit juttua hyödyllisenä tai viihdyttävänä, voit tukea Riffin tulevaa julkaisutoimintaa kätevästi ostamalla itsellesi vaikka tuoreen printtinumeron tai tilaamalla lehden esimerkiksi kahden numeron tutustumistarjouksena.
Riffin voi ostaa myös digitaalisena näköispainoksena Lehtiluukkupalvelusta.
