עוד אפשרויות

Google translateGoogle translate
RSSמאמרים וחדשות RSS
קישור לעמוד זהLinkback
גרסא להדפסהגרסא להדפסה
del.icio.usשמירה ב del.icio.us
DIGGהמלצה ב-DIGG
google bookmarkסימניית גוגל

מאמרים מהקבוצה

Room Correction - חלק ב´

מאת: מוטי כהן
24/01/2010 - 07:00



 
 

המסנן

חלקו הראשון של המאמר התייחס לנחיצות מערכת ה RC ומדוע יש לו מקום נכבד במערכות הקול המתקדמות. פורטו גם הדרישות ממערכת ה RC והוסברה פעולתו הכללית. למעשה, מהנאמר בחלקו הראשון של המאמר, די ברור שה-RC הוא למעשה מסנן (Filter) משוכלל ויציב עם יכולות דיוק גבוהות.

בכל המערכות האלקטרוניות ישנה דרישה לא מבוטלת למסננים. ספק הכוח במגברים מכיל מסננים לניקוי רעשי המתח הגבוה, מערכות קליטה מסננות את התחנות הלא רצויות, רמקולים מצוידים במסננים (Cross) לניתוב הצליל ליחידה המתאימה וכו´.
בתחום השמע עובר האות בדרך הזרועה מנגנונים להחלקה, הדגשה, הפחתה והעדפה של צלילים מסוימים על פני אחרים. המסנן הוא חלק בלתי נפרד מכל מערכת שמע וכמו כל מנגנון אלקטרוני הוא משפיע לטובה וגם לרעה על הצליל. אפשר לחלק את סוגי המסננים בחלוקה גסה למסננים אנלוגיים ולמסננים דיגיטאליים. מסנן אנלוגי משפיע על אות השמע ישירות ומסנן דיגיטאלי ממיר את האות מאות אנלוגי לאות דיגיטאלי, מבצע את הסינון ומחזיר את האות לצורתו האנלוגית.

נראה שמסנן אנלוגי הוא הנכון יותר לביצוע המשימה שנדרשת במערכת ה-RC, אבל כדי להבין למה זה לא כך ולמה ברוב מערכות ה-RC משתמשים דווקא במסננים דיגיטאליים, נתחיל מתיאור המסנן הרגיל שקיים בכל מערכת סטריאו בסיסית, הלא הם בקרי ה-Bass וה-Treble.

ה-Bass וה-Treble

תפקידו של כפתור ה-Bass הוא לשנות את עוצמת תחום הצלילים בתחום התדר הנמוך שזה מכ-300 הרץ ויורד עד לכ-40 הרץ. בקר ה-Bass יכול להפחית או להדגיש תחום צלילים עד כ 10dB למעלה או למטה יחסית לתדר ה-1000 הרץ שנחשב תדר במרכז תחום השמע (בסקאלה לוגריתמית).

אם נתאר בגרף את השינויים שנוצרים במגבר בתחום התדר כתוצאה משינויים בכפתור ה-Bass, נקבל את הצורה הבאה:

זה אולי נראה בדיוק מה שנדרש מהמנגנון אבל התמונה לא מראה את כל האמת. לשם כך יש צורך להתייחס למשהו נוסף שמשתנה עם שינוי כפתור ה-Bass וזה הפאזה. שינוי הפאזה לא קבוע וגורם להשהיה (Delay) שנוצרה באות. שינוי בעוצמת התדרים גרר גם שינוי בהשהיה של האות מהכניסה ליציאה במנגנון המסנן. אם ההשהיה היא השהיה קבועה בכל התדרים, אין בעיה. הצרה שכל תדר מושהה במידה שונה לפי מצב הניחות או ההדגשה שנדרש מהמסנן.

כדי להמחיש את התופעה, נכניס למנגנון בקרת הצליל שני אותות, אחד בתדר 50 הרץ והשני בתדר של 500 הרץ. שניהם מתחילים ומסיימים באותו זמן. כיוון שהיחס בתדרים הוא פי 10, בזמן שה-50 הרץ מסיים מחזור אחד ה-500 הרץ הספיק לבצע 10 מחזורים.

 

האנימציה ממחישה מה קורה ביציאה ממנגנון ההדגשה. כשהבקר במצבו האמצעי, אות ה-50 הרץ ואות ה-500 הרץ יוצאים בדיוק כמו שנכנסו, גם בעוצמה שווה וגם בזמן שווה. כשמחזור ה-50 הרץ מתחיל או מסתיים, גם מחזור ה-500 הרץ מתחיל ומסתיים באותה נקודה.
כשהבקר במצב של הדגשה מרבית, עצמת ה-50 הרץ עולה פי שלוש (10dB) כמו שרצוי, אבל במקביל מתרחשת תופעה לא רצויה, תדר ה-50 הרץ לא יוצא בזמן מקביל עם תדר ה-500 הרץ. למעשה תדר ה-50 הרץ מפגר בכ-2.7 מילי שנייה אחרי תדר ה-500 הרץ.
בהתבוננות יותר מעמיקה בגלים שיוצאים, אפשר להבחין שתדר ה-500 הרץ מספיק לבצע יותר ממחזור שלם עד שתדר ה-50 הרץ רק מתחיל לצאת ממנגנון בקרת הצליל.
הבעיה הראשונה במנגנונים אנלוגיים היא חוסר יכולת (בתכנון מעגל חשמלי סביר) לבצע סינון, ובו בזמן לא לשנות את זמן התפשטות הגלים בתוך מנגנון הסינון. כל תדר מושהה בזמן אחר.

התופעה הנ"ל מתרחשת גם בבקרת ה-Bass וגם בבקרת ה-Treble ובכלל בכל מנגנון סינון אנלוגי. ככל שהסינון הרצוי חזק יותר (הגברה או הנחתה) כך התופעה בולטת יותר.

מנגנון ה-RC דורש הרבה יותר מבקרה פשוטה ולא מדויקת של מנגנון ה-Bass וה-Treble. חדר ההאזנה מדגיש תדרים מסוימים וגם מנחית אחרים וכדי לשלוט בתדרים נקודתיים אלו על האלקטרוניקה לאפשר יכולת של הדגשה או הקטנה של צליל נקודתי בכל מרחב תחום התדרים.
מנגנון שמאפשר שליטה ביותר משני תדרים מכונה משוון או בשמו הנפוץ יותר, אקולייזר (Equalizer). אקולייזר בסיסי, בדרך כלל ברמה האנלוגית, מכונה גרפיק אקולייזר (Graphic Equalizer).

Graphic Equalizer

שינוי עקומת השמע המועברת לחדר יכול להתבצע בעזרת מנגנון אקולייזר בסיסי שיתרונו הגדול נעוץ באפשרות לבנות אותו ברמה האנלוגית מכניסת האות ועד ליציאתו. האקולייזר מחלק את תחום השמע לשמונה או יותר תחומי תדר ומאפשר לשלוט בהגברה של כל תחום בנפרד.

כל תחום מקבל ווסת נפרד ושולט על תחום התדר שהוא מכוון אליו. הכיוון נעשה רק בתחום (מישור) התדר והתוצאה על מכשיר האקולייזר דומה לשרטוט גרף מסולסל ומכאן נגזר שמו גרפיק אקולייזר. 

אם נתייחס למכשיר שמחלק את תחום התדרים ל-9 תת תחומים, נראה שהווסת הראשון מכוון לתדר 63 הרץ וזה שאחריו, הווסת השני, מכוון לתדר כפול כלומר 125 הרץ. השלישי מכוון לתדר כפול מתדר של הווסת השני, כלומר 250 הרץ וכך הלאה.

התדרים המקובלים באקולייזר גרפי רגיל הם:
63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000.

ההבדל בין מרכזי התדרים הוא בדיוק אוקטאבה, כלומר, קפיצות של תדר מוכפל בשניים. ישנם אקולייזרים גרפים יותר מדויקים שמחלקים את תחום תדר השמע ל-15 (כמו זה בתמונה) ואפילו ל-21 תת תחומים שזה כבר דיוק של 1/3 אוקטאבה. 

להמחשת פעולת האקולייזר נתבונן באיור הבא. האיור מדגים חלוקת תדר השמע ל-9 תחומים. לכל תחום בקר משלו. הבקר מסוגל להדגיש או להנחית את עצמת האות בתחום שלו עד 6dB.
במערכות אקולייזר השליטה בדרך כלל גדולה יותר ומאפשרת שינוי של +/-12dB ואפילו יותר.

תדר 63 הרץ מודגש בעצמה של 6dB.
תדר 250 ותדר 500 הרץ מודגשים ביחד.
בהמשך תדר 4000 הרץ מונחת ב-3dB.

את התוצאה של שילוב כל המסננים ביחד ועקומת התדר המתקבלת רואים בסוף התהליך. נקודה להדגשה זה תחום ה-250 עד ה-500 הרץ ששם המסנן מקבל קו ישר בעצמה של +6dB.  

כשהאוזן מרגישה עוצמות שונות בתדרים שונים כתוצאה מהחזרות צליל בחדר או מחוסר איזון בתיבת הרמקולים, האקולייזר הגרפי מאפשר לתקן עוצמות אלו לרמתן הנכונה ע"י משחק וכיוון של הווסתים (זחלנים) לערך המתאים. בדרך כלל, אקולייזר גרפי הוא אוסף של מגברים עם מעגלי תהודה בתדרים שונים ובנוי בצורה אנלוגית מהכניסה ועד היציאה.
רוחב המסננים קבוע ומתוכנן כך שמסנן אחד יחפוף את השני כדי ליצור מצב שבהגברה שווה של מסננים סמוכים העקום המשוקלל נותן קו ישר.

בדוגמה הנ"ל, ההגברה המירבית של כל מסנן היא 6dB לכן נקודת החיתוך בין מסננים סמוכים היא מחצית, כלומר 3dB. במקרה שהעצמה המרבית היא 10dB, נקודת החיתוך תתקיים בנקודת ה-5dB.
אפשר לחלק את תחום כל התדרים ליותר חלקים ואז רוחב כל מסנן קטן יותר מה שמאפשר בקרה יותר מדויקת בכל תדר ותדר. מעשית הסיכום של שני מסננים סמוכים לא תמיד נותן קו ישר וברוב המסננים הגרפים הרגילים משחק במסנן אחד משפיע גם על המסנן שלידו.

היתרון של אקולייזר גרפי הוא בעיקר ביכולת המימוש הטכני ברכיבים אנלוגיים טהורים. חסרונו נובע מיתרונו. העובדה שהמימוש הוא ברכיבים אנלוגיים, מכניסה חוסר דיוק בייחוד כשמחלקים את תחום התדרים ליותר מ-10 מסננים. הרכיבים האנלוגיים גם משתנים עם הזמן ומחייבים כיול כל כמה שנים. חסרון נוסף הוא חוסר היכולת לשנות את שיפוע המסנן, דבר שלא מאפשר תיקון הצליל בדיוק לפי העקום הרצוי.  

מערכת אקולייזר גרפי סובלת כמו בבקרי ה-Bass וה-Treble מהשהייה לא שווה לכל תדר וככל שההגברה הנדרשת גבוהה יותר, כך תופעת ההשהיה הלא שווה בולטת יותר.

חסרון גדול נוסף של האקולייזר הגרפי שקשור לנושא ה-RC:
ישנו קושי גדול לבצע את כל תהליך התיקון בצורה אוטומטית ולשמר את המצב (או כמה מהם) כשמכבים את המתח למכשיר.

כשבאקולייזר ישנם יותר מ-20 ווסתים, סביר להניח שהוא בנוי במבנה של אקולייזר דיגיטאלי. כשנכנסת מערכת דיגיטאלית למשחק, אפשר כבר לתכנן מסננים יותר מתוחכמים עם אפשרויות מורחבות ובדיוק הרבה יותר גבוה.

והשאלה הנשאלת היא: מה צריך מנגנון ה-RC לתקן וכמה טוב הוא צריך להיות?

תיקון ההיענות בחדר

כמו שהובהר בחלק א´ של המאמר, הצליל הישיר מהרמקול מתערבב עם צלילים החוזרים מהחפצים והקירות שבחדר ויוצר התאבכות שמדגישה תדרים מסוימים ומחלישה תדרים אחרים. גם לרמקול עצמו יש עקום היענות משלו וביחד עם תגובת החדר מקבלים משהו רחוק מאד מההיענות הרצויה.

אחד התיקונים החשובים שעל מנגנון ה-RC להתמודד הוא העצמה בתחום התדר.

באיור הבא הוכנסו שני גרפים. הגרף החום הוא גרף המראה את המתקבל במיקרופון של מנגנון ה-RC, שזו בערך תגובת התדר של הרמקול והחדר ביחד. מכיוון שתיאורטית השאיפה של כל מערכת שמע היא להיות ניטראלית עד כמה שאפשר, היינו רוצים שגרף העצמה הנמדדת יראה קו ישר. כדי לקבל עקום היענות ישר, על מנגנון ה RC להעביר את המוזיקה דרך מסנן שהוא הפוך לצורת הקו החום. למעשה מנגנון ה-RC אמור לבנות מסנן שהוא תמונת הראי של הקו החום.

הקו הכחול, תמונת הראי של הקו החום, מראה מה אמורה להיות צורת המסנן שמנגנון ה-RC צריך לייצר. אם מתבוננים בצורת הגרף וחוזרים לאפשרויות השליטה שהמסנן הגרפי מאפשר, נבין שאין שום סיכוי לייצר איתו בעזרת הווסתים צורת מסנן שדומה לקו הכחול.
נראה שבאזור ה-60 הרץ, האקולייזר הגראפי יכול להתמודד עם התיקון אבל בתדר 200 הרץ העליה והירידה לא סימטריים ולכן התיקון לא מעשי. גם נקודת התדר וגם אי הסימטריה לא מאפשר תיקון מלא. באזור ה-700 הרץ יש צורך להדגיש "חור" שנוצר בתחום הצלילים. גם כאן, רוחב המסנן הדרוש קטן מרוחב המסנן הגראפי ולכן נקודה זאת לא תתוקן כראוי.

די ברור שאקולייזר גראפי הוא לא הפיתרון. נחוץ אקולייזר שמאפשר שליטה לא רק בעצמת האות כי אם גם במשתנים אחרים חשובים. האקולייזר שמאפשר תיקונים יותר מדויקים נקרא אקולייזר פרמטרי (Parametric Equalizer).

Parametric Equalizer

אקולייזר גרפי לא מספיק טוב כדי לתקן את סטיות האקוסטיקה בחדר. הוא גם לא טוב בלשמור על זמן השהיה זהה לכל צליל. יכולתו לשלוט רק בעצמת המסנן ורק בצורה אחידה, יוצרת מגבלה שלא מאפשרת תיקונים מדויקים. כדי לאפשר שליטה יותר הדוקה על צורת המסנן, הוכנס למערכות השמע החדישות מסנן שונה עם אפשרויות בקרה רבות. אוסף מסננים זה מכונה אקולייזר פרמטרי ונמצא בצורה זו או אחרת בכל מערכות ה-RC האוטומטיות.

האקולייזר הפרמטרי בנוי עם יכולת וגמישות רבה יותר מהאקולייזר הגראפי. גמישות זאת מאפשרת שליטה יותר טובה לתיקון הצליל בצורה אוטומטית או בצורה ידנית בהתאם לדרישת המאזין. אקולייזר גראפי עם חלוקה של 20 או 30 תת תחומים, מאפשר תיקונים יותר מדויקים אבל עדיין מוגבלים לתיקון תחום התדרים בנקודות תדר קבועות. למערכת RC טובה זה רחוק מלהספיק.

האיור הבא מנסה להמחיש את ההבדל הבסיסי בתכונות האקולייזרים:

אקולייזר גרפי שולט רק על העוצמה בתדר נתון. האקולייזר הפרמטרי, פרט לשליטה על העוצמה, גם מסוגל לשנות את שיפוע המסנן ובכך לשנות את רוחבו. חלק מהאקולייזרים יכולים לשנות גם את התדר המרכזי של המסנן. לאקולייזר פרמטרי יש יכולת לשלוט על כל המרכיבים הנ"ל ביחד ובכל תדר ותדר ובכך לאפשר תיקון הרבה יותר מדויק של האות האקוסטי.

בחלק ממערכות ה-RC, האקולייזר הפרמטרי מוכפל פי 3 ויותר (שלושה מסננים שונים לכל תדר) וזה מאפשר גמישות נוספת לתיקון עקומת הענות התדר הדרושה.

גם האקולייזר הגרפי וגם האקולייזר הפרמטרי מסוגלים לפעול בשיטה האנלוגית או בשיטה הדיגיטאלית, אבל עקב המורכבות והדיוק הנדרשים מאקולייזר הפרמטרי, הרוב המכריע שלהם בנוי במבנה דיגיטאלי ועקב כך נוצר אילוץ להמיר כל אות אנלוגי לאות דיגיטאלי לפני שהוא עובר דרך המסננים.

למרות החיסרון של המעבר מאנלוגי לדיגיטאלי, למסנן הדיגיטאלי יתרון טכני ברור:

  • בקרה מדויקת על התדרים
  • שליטה על רוחב המסנן
  • אפשרות שינוי שיפוע המסנן
  • אפשרות לריבוי מסננים בתחום השמע
  • יכולת תכנון מסנן עם השהייה מבוקרת.
  • יציבות לאורך זמן.

היתרון החזק ביותר של המסנן הדיגיטאלי הוא היכולת לשמר את צורת המסנן בזיכרון. יותר מזה, הוא גם מאפשר לשמור כמה סוגי מסננים לשימוש במצבי שמע שונים.

תיקון ההשהיה בחדר

תיקון עצמת הצליל לא מספיק. למנגנון ה-RC במערכות קולנוע ביתי יש עוד תפקיד שהוא לא פחות חשוב מתיקון עקום הענות הצליל. ריבוי הרמקולים מסביב למאזין יוצר את הצורך למקם את המאזין במרכז מעגל כדי לאפשר לכל הצלילים להגיע בו זמנית לאותה נקודה במרחב, היא נקודת האזנה.

במצב האידיאלי על המאזין לשבת במרכז מעגל כשמסביבו בקצוות המעגל, במרחק שווה, מונחים הרמקולים. הצליל שיוצא מכל רמקול עובר דרך קבועה עד לאוזן המאזין. מכיוון שהמרחק בין המאזין לכל רמקול שווה, גם זמן התפשטות הצליל עד אוזן המאזין שווה וכל הצלילים יגיעו בו זמנית לנקודה המרכזית, היא נקודת ההאזנה.

אבל כל זה רק בתיאוריה. בפועל רוב נקודות ההאזנה רחוקים מלהיות במרכז מעגל דמיוני כלשהו וגם מרחקי הרמקולים למאזין לא תמיד סימטריים. בדרך כלל המאזין יושב קרוב לקיר אחורי שגורם לרמקולים האחוריים להיות קרובים בהרבה מהקדמיים. נוסף לזה כל הרמקולים הקדמיים נמצאים במישור אחד מה שגורם לרמקול המרכזי להיות קרוב יותר למאזין.

המעגל המרחבי הנחוץ כבר לא קיים. התפשטות הצלילים לא אחידה במרחב וכל צליל מכל זווית מגיע למאזין בזמן אחר.

מכיוון שהצלילים לא מתלכדים בנקודה המתאימה, אין אחידות בצליל והתחושה המתקבלת היא של איבוד מיקוד במיקום המרחבי בנוסף לתוספת של סוג מסוים של רעש.
המרחק הגדול ביותר הוא בין המאזין לרמקול הקדמי ימני או הקדמי שמאלי. הרמקול המרכזי קצת יותר קרוב ולכן הצליל שהוא מפיק מגיע לפני הצליל שמגיע מהרמקולים הקדמיים הצדדיים. הרמקול השמאלי האחורי הכי קרוב והצליל שלו מגיע הרבה לפני ששומעים את הקדמיים. הרמקול הימני נמצא רחוק יותר ודי מתואם לקדמיים מבחינת מרחק אבל לא נמצא מבחינה סימטרית עם הרמקול האחורי השמאלי וצליל שאמור להישמע בדיוק מאחורי המאזין ישמע יותר שמאלה.

אין ספק שיש צורך להכניס תאום למרחקים כדי לדמות מעגל. צריך להזיז כל רמקול בצורה כזאת שנקודת ההאזנה תרגיש כאילו היא נמצאת באמצע מעגל. כמובן שאין אפשרות פיזית לשנות את מיקום הרמקולים צריך לעשות זאת אלקטרונית.

וכאן נכנס מנגנון ה-RC לפעולה.
מכיוון שמדובר במרחקים וזמני התפשטות הצליל, מנגנון ה-RC מודד את המרחקים וגורם להשהיה מלאכותית של הצליל היוצא מהרמקולים היותר קרובים ובכך גורם לכל המידע מכל הרמקולים להתכנס בזמן אחיד בדיוק בנקודה אחת נבחרת היא הנקודה שבה נמצא המיקרופון המכייל.

בכל רסיבר לקולנוע בייתי ללא מנגנון RC, ישנה אפשרות לשנות ידנית את ההשהיה לרמקול המרכזי ולרמקולים האחוריים, אבל אין אפשרות לשנות את ההשהיה לכל רמקול בנפרד. הרסיבר ללא ה-RC מניח מצב שהוא לא תמיד נכון. הוא מניח שהמאזין יושב במרחק שווה מהרמקול הקדמי ימני והקדמי שמאלי ושהמרחקים בין המאזין והרמקול האחורי ימני והאחורי שמאלי גם הם שווים.

מנגנון ה-RC לא כבול להנחות כאלו ויודע לאפס כל רמקול בנפרד ונותן לכל רמקול בנפרד את ההשהיה המתאימה לו.

לחלק מיצרני ה-RC יש מנגנון אפילו יותר טוב מהשהייה כוללת.
תיבות הרמקולים מצוידות בחלקים דיסקרטיים אנלוגיים כדוגמת הקרוס שגורם להשהיית צליל שונה גם בתלות בתדר. חלק מיצרני ה-RC יודעים לשנות את ההשהיה גם בהתאם למרחק וגם בהתאם לתדר המוקרן לחלל החדר.

מערכת Room Correction טובה היא די מורכבת. היא משנה את עצמת האות וגם את זמן ההתפשטות שלו ברמת דיוק גבוהה ובכך מאלצת את יחידת החישוב ליכולת יצירת אוסף רב של מסננים נקודתיים או אם נסתכל על זה אחרת, מסנן אחד גדול שנוגע בכל תחום התדרים ומשנה אותו.

חלקו הבא של המאמר יותר מעשי עם מדידות וההבדלים בין סוגי מנגנוני ה RC הנפוצים.

לשרשור הדיון והתגובות למאמר בנושא Room Correction, לחצו כאן.


נושאים מקושרים

אודיו
אודיו


עוד מ: motico
תגיות


דרגת קושי: 5
דירוג הכתבה

דירוג ממוצע:

96.6

בהקשר זה

 מגברים: הסבר
 פורום רב ערוצי
 רמקולים ושמע - חלק א'
 ביקורות אודיו
 עוד על אודיו


המאמר הפופולרי ביותר בתחום אודיו:
רמקולים ושמע - פרק א´ בסדרה
תקנון / תנאי השימוש באתר צור קשר / contact us כל הזכויות שמורות לקבוצת ht