Фаза или полярность

Фаза или полярность

Основное большинство людей, чья деятельность тем или иным образом связана со звуком, рано или поздно непремнно сталкиваются с понятием фаза. Самое позднее это происходит тогда, когда речь заходит о микшерных пультах и маленькой кнопке с обозначением ФАЗА. На самом же деле, и в этом заключается вся ирония и наверное корень заблуждения, эта кнопка выполняет простейшую операцию – изменяет полярность сигнала относительно оси Х, меняя контакт 2 и 3 XLR разьема. В цифровом мире полярность сигнала изменяется с помощью простейщей арифметической операции - все мгновенные значения амлитуды, т.е семплы, умножают на коэффициент -1. В результате получается противоположное оригинальному значение.

 

Проделанная операция собственно на фазу никак не влияет. Но многие люди, уже знакомые с этой кнопкой, возразят и справедливо заметят, что часто пользуются ей, чтобы избежать вялого и неполноценного звучания инструмента или другого источника звука, когда используют несколько микрофонов для снятия звука с одного источника. И зачастую это им помогает. Самым ярким примером этой ситуации будет пожалуй случай со снятием звука двумя микрофонами со снэра, когда один микрофон расположен сверху и „смотрит“ вниз, а другой расположен снизу и „смотрит“ вверх. Но это происходит только в том случае, если мы сумируем  вместе несколько источников не сильно отличающихся друг от друга по уровню. Если же мы попытаемся проделать то же самое при помощи кнопки ФАЗА с одним сигналом или если один из них будет значительно превосходить другой по уровню, то ожидаемого чудо-эффекта не произойдет.

Давайте разберемся почему.

Когда мы используем несколько микрофонов для снятия звука с одного и того же источника, то звуковая волна попадает на мембрану разных микрофонов в разное время. То есть с определенной задержкой. Это происходит из за того, что микрофоны расположены на различном расстоянии от источника звука. Тут мы как раз и подходим к понятию фаза.

Но что же такое фаза?

Фаза это временной сдвиг одного сигнала относительно другого. То есть, для того чтобы речь вообще могла идти о фазе, необходимо чтобы существовало как минимум два сигнала. Фаза измеряется в градусах или реже во временном эквиваленте – микросекундах или миллисекундах.

Чтобы продемонстрировать этот эффект более наглядно, проведем небольшой эксперимент. Для этого нам понадобится пара идентичных микрофонов и стендов для них, громкоговоритель, тонгенератор или осцилятор , пара кабелей, микшер и наушники. Подадим на громкоговоритель синусоидальный сигнал с частотой 1 КГц.  Расположим первый  микрофон напротив громкооворителя (расстояние можете выбрать на ваше усмотрение). Второй микрофон нужно будет установить на той же линии, но на 17 см дальше. Почему именно 17 см? Немного терпения. Теперь если мы сумируем оба сигнала в микшере, то на выходе, т.е. в наушниках не услышим ничего. Ну или почти ничего (из за не абсолютно идентичных отражений от поверхностей помещения в местах расположения микрофонов). Теперь же если на втором канале в микшере, с сигналом из более дальнего микрофона, нажать на уже знакомую нам кнопку ФАЗА, то сигнал в наушниках снова появится, и даже с удвоенной громкостью. Как же так? Все дело в том, что два сигнала в первом случае были сдвинуты по фазе на 180 градусов и имели противоположную полярность, т.е были зеркальным отражением друг друга. Изменив полярность одного из сигналов задействованием кнопки ФАЗА, мы добились того, что оба сигнала имеют теперь одну и ту же полярность и являются идентичными. Однако мы не исправили тем самым зедержку. Эти два сигнала так и будут иметь различную фазу, хоть и имеют одинаковую полярность. Это пожалуй самое наглядное различие между этими двумя понятиями.

Чтобы привести эти два сигнала к одной фазе, мы можем задержать сигнал в первом канале, с микрофона, который находится ближе к источнику звука, на время, требуемое волне для преодоления расстояния половины одного цикла, т.е половины длинны волны – в данном случае те самые 17 см. Этим мы компенсируем тот факт, что микрофоны находятся на расстоянии 17 см друг от друга. Для этого все, что нам потребуется сделать это расчетать сколько времени требуется волне для преодоления этого расстояния. Если мы знаем, что скорость звука на всех частотах состовляет 344 м/с, то значит на частоте 1000 Гц, волна проделывает 1000 циклов за 1 секунду и преодолевая при этом расстояние в 344 м. Поэтому все, что нам нужно сделать это разделить 1 секунду на 1000 и мы получим время, требуемое волне для преодоления одного цикла или 34 см. В данном случае это будет 0,001 с или 1 мс. Если мы задержим сигнал в первом канале на 0,5  мс, т.е время, требуемое волне для преодоления половины полного цикла 34:2= 17 см, то мы приведем оба сигнала к одной фазе и полярности. Это был бы более разумный подход, чем с кнопкой ФАЗА, но он к сожалению работает только для простых сигналов, так как их частотная составляющая не меняется, а значит и необходимое время задержки остается неизменным. Когда же речь идет о комплексных сигналах, таких как музыка или речь, например, то такой подход невозожен, так как эти сигналы содержат в себе множество различных частот. А значит и время задержки должно быть для каждой частоты разное.

Изложенная выше информация применима не только к акустическим волнам. Так, например, работая в вашей DAW вы можете также столкнуться с проблемой фазы. Например, если у вас есть два канала идентичного сигнала с разными модулями обработки. Не забывайте о том, что цифровые модули обработки сигнала неизбежно вносят задержку, а так как они разные, то и задержка будет не одинаковой. И вот уже между двумя идентичными сигналами появились временные сдвиги, а значит и фазовые проблемы. Если ваша DAW обеспечивает автоматическую компенсацию задержек, то можете быть спокойны. Если же нет, то вам придется делать это вручную.

Подведя итог, можно сказать, что фаза и полярность вещи по своей сути разные, но  в некоторых ситуациях их манипуляция может привести к одному и тому же разультату.

Надеюсь я смог развеять все недосказанности и домыслы, касающиеся этих двух важных понятий, особенно для людей, работающих со звуком.

Если вы заинтересованы и в будущем иметь возможность читать статьи на звуковые темы, то подписывайтесь на рассылку новостей и тогда вы будете своевременно оповещены о новых статьях на сайте проекта.

Подписаться на рассылку вы можете с помощью этого формуляра.

Подпишись на E-mail рассылку

и получи эксклюзивную возможность прочесть краткое руководство на тему "Основы акустики, психоакустики и акустической оптимизации помещений" 

Я никогда и никому не передам и не продам адрес вашей электронной почты. Вы можете отписаться в любое время.

 

No Comments Yet.

Leave a comment