ارسال شده در تاریخ اکتبر 26, 2019 در تکنیک و ترفند, مقالات برگزیده | ۳ دیدگاه

اکولایزر یا همسان ساز ابزاری است که پاسخ فرکانسی (دامنه بر حسب فرکانس) را تغییر می دهد یعنی تراز دامنه ی برخی از فرکانس ها را کم یا زیاد می کند. در روزهای آغازین صنعت صدا، سیگنال ها (مانند خطوط تلفن) در مسافت های طولانی دچار افت فرکانس های بالا می شدند. ابداع اکولایزرها برای مقابله با این مشکل بود تا سیگنال دو سر خط را با هم متعادل کنند. اما امروزه آنچه از اکولایزر انتظار می رود بسیار بیشتر از این است.

کاربردهای اکولایزر متنوع است: تراز کردن پاسخ فرکانسی، شکل دادن پاسخ فرکانسی، تاکید بر خصوصیت صوتی خازن، تفکیک اصوات، حذف اصوات ناخواسته و شکل دهی خلاقانه و نا متعارف اصوات.

در ابتدا برای ساخت اکولایزر از مدارهای الکترونیک استفاده می شد، اکنون روش های دیجیتال و پردازشی نیز افزوده شده است. هر روش ساختی، چه آنالوگ و چه دیجیتال رفتار خاصی را به اکولایزر می دهد. این رفتار خاص، دلیل گوناگونی تاثیر اکولایزرهای مختلف است، زیرا هر کدام به روشی متفاوت به صدا پاسخ می دهند.

اکولایزر پارامتریک

منعطف ترین نوع اکولایزر پارامتریک است که از جدید ترین انواع آن به شمار می رود و توسط جرج منسبرگ نوزده ساله در اوایل دهه ی هفتاد میلادی معرفی شد (شکل۱). ایده اصلی این بود که مشخصات اکولایزر (فرکانس مرکزی،دامنه و پهنای باند) مستقل از هم قابل کنترل باشند. اکولایزر روی فرکانسی به نام فرکانس مرکزی (fc) تنظیم می شود تا دامنه متناظر را تغییر دهد. در همین حال فرکانس های همسایه تیز تحت تاثیر قرار می گیرند. میزان تاثیر فرکانس های همسایه را پهنای باند (BW) فیلتر مشخص می کند که عبارت است از محدوده فرکانسی که تراز دامنه آن، ۳ دسی بل افت کند (شکل۲).

گاهی به جای پهنای باند، نسبت بین فرکانس مرکزی بخش بر پهنای باند را که Q (ضریب کیفیت) نامیده می شود، مد نظر قرار می دهند. هرچه Q بیشتر باشد پهنای باند فیلتر کمتر بوده و به اصطلاح فیلتر تیزتر است و در نتیجه فرکانس های همسایه کمتر تحت تاثیر قرار می گیرند (شکل۳).

نتیجه تغییر پاسخ فاز

اکولایزر پاسخ فاز را هم تغییر می دهد و این جنبه ای است که معمولا بیشتر مضر است تا مفید. هر فیلتری (اکولایزر از فیلتر ساخته می شود) از خازن و گاهی سیم پیچ به عنوان عنصر حساس به فرکانس استفاده می کند. خازن ها و سیم پیچ ها شارژ و دشارژ می شوند که این کار به زمان نیاز دارد و باعث می شود تا در عبور سیگنال از خازن و سیم پیچ، تاخیر رخ دهد. بیشترین مقدار تاخیر در فرکانس هایی است که تحت بیشترین تاثیر فیلتر هستند اما تاخیر در فرکانس های دیگر بسیار کمتر است.

در نتیجه در اثر عبور سیگنال از فیلتر، برخی از فرکانس ها عقب می افتند، یعنی واپیچش فاز رخ می دهد. پاسخ فاز در فرکانس مرکزی، بیشترین تغییر را دارد. در شکل ۴ فیلتر در ۱۰۰ هرتز تقویت می کند در نتیجه پاسخ فاز در ۱۰۰ هرتز بیشترین تغییر را دارد. مقدار فاز بر حسب فرکانس برای دو مقدار ۱۲ دسی بل و ۶ دسی بل با تقویت نشان داده شده است. در سمت چپ فرکانس مرکزی (۱۰۰ هرتز) که دامنه افزایش می یابد فاز مثبت و در سمت راست فرکانس مرکزی که دامنه کاهش می یابد فاز منفی است.

هرچه پهنای باند فیلتر تیزتر باشد (Q بیشتر) واپیچش فاز هم بیشتر خواهد بود (فیلتر با Q بسیار زیاد، در حقیقت یک نوسانگر یا اسیلاتور می شود). چون انرژی در خازن و سیم پیچ ذخیره می گردد پس از قطع سیگنال ورودی به فیلتر، خروجی مدتی باقی می ماند تا میرا شود (شکل۵).

Group Delay

مقدار تاخیر را برای دسته فرکانس های همسایه اندازه می گیرند و آن را Group Delay می نامند که مشتق فاز نسبت به فرکانس است:

GD=-dφ/df

شکل ۶ نشان می دهد که در فرکانس قطع فیلتر که پاسخ دامنه ۳ دسی بل افت می کند، پاسخ فاز تاخیر دارد و زمان تاخیر نیز به ۱۵۰ میکرو ثانیه رسیده است. این اثر به گوش چندان خوشایند نیست.

درجه فیلتر

تعداد طبقات دارای عناصر حساس به فرکانس (خازن و سیم پیچ) در مسیر سیگنال، درجه فیلتر را مشخص می کند. فیلتر پایین گذر درجه اول دارای شیب ۶ دسی بل بر اکتاو (بعد از فرکانس قطع، با دوبرابر شدن فرکانس، دامنه نصف می گردد) و فیلتر درجه دوم دارای شیب ۱۲ دسی بل بر اکتاو است. در فیلتر درجه اول در فرکانس قطع، دامنه ۳ دسی بل افت کرده و فاز، ۴۵ درجه تغییر می کند. تغییر فاز متناسب با تغییر دامنه و رفتار عنصر حساس به فرکانس است. اگر فاز فقط به اندازه ای که برای تغییر دامنه لازم است تغییر کند، این رفتار را رفتار Minimum Phase می نامند ولی اگر فاز بیشتر از آن مقدار لازم ، تغییر کند با رفتار Non Minimum Phase روبرو هستیم.

اکولایزرهای Constant-Q و Proportional-Q

اکولایزر پیشنهادی مسنبرگ دارای حداکثر استقلال پارامترها است.این نوع را Constant-Q  می نامند که با تغییر دامنه، پهنای باند اکولایزر ثابت می ماند (شکل 7 و 7-1).

بنابراین با افزایش دامنه، صدا قوی تر شده و تشخیص این که تاثیر مثبت به سبب اکولایزر است و یا به خاطر افزایش تراز، مشکل می شود چون گوش تمایل دارد صداهای بلندتر را بیشتر بپسندد (حداقل در کوتاه مدت). در مقابل، این نوع بسیار دقیق است و در مقادیر کم، به خوبی عمل می کند. در مقادیر زیاد اکولایزر، باید مرتبا با تغییر دامنه، Q را نیز مجددا تنظیم کرد. در این نوع، مقادیر زیاد اکولایزر ممکن است با صدایی سخت و خشک توصیف شود. اکولایزر های GML و SSL E ، از این نوع خانواده هستند.

در مقابل، برخی از سازندگان، اکولایزر Proportional-Q را ترجیح می دهند که در آن با افزایش دامنه، پهنای باند کمتر شده و فیلتر تیزتر می گردد. در نتیجه، سطح زیر منحنی اکولایزر کمتر تغییر می کند و نیاز به تنظیم هر باره Q با تغییر دامنه کم می گردد. معمولا صدای این نوع را موسیقایی تر و نرم تر می دانند و به خصوص در مسترینگ کاربرد دارد. مثال های معروف این گروه، اکولایزرهای Manley,SSSL G, Neve و SPL هستند.

متقارن و نامتقارن

نکته دیگر تفاوت بین تقویت و تضعیف است. بیشتر اکولایزرها متقارن (Reciprocal) هستند و منحنی تقویت و تضعیفشان مشابه است. در مقابل، دسته اکولایزرهای نامتقارن (Asymmetrical) هم موجودند که شکل منحنی تقویت و تضعیفشان مشابه نیست و Q در تقویت و تضعیف برابر است.

در انواع متقارن، Q بین تقویت و تضعیف ثابت نمی ماند (شکل۸) چون نقطه -۳ دی بی از بیشترین دامنه تعریف می شود (شکل۹) و بیشترین دامنه هنگام تضعیف، در حقیقت، دامنه صفر است (تضعیف انجام نشده). در انواع نا متقارن که پهنای باند ثابت می ماند (شکل۱۰) منحنی تضعیف بسیار تیزتر از منحنی تقویت است که گاهی مزیت تلقی می گردد زیرا با Q کمتر می توان فیلتر تیز تری برای حذف فرکانس نا خواسته و حداقل تاثیر بر فرکانس های همسایه داشت. برای انجام همین کار با اکولایزر متقارن به Q بزرگتری نیاز است که پاسخ فاز را بیشتر تحت تاثیر قرار می دهد. رفتار هنگام تقویت در اکولایزر نا متقارن مانند نوع متقارن است.

اکولایزر گرافیک

اکولایزر گرافیک حالت ساده شده ای از اکولایزر است که در آن از چند فیلتر باند-گذر استفاده شده که که هریک روی فرکانس مرکزی ثابتی تنظیم و ثابت شده اند و در آنها Q ثابت بوده و منحنی رفتار نیز متقارن است (شکل ۱۱).

تنها پارامتر قابل کنترل، تنظیم دامنه ی اکولایزر می باشد. برای کنترل دامنه از ولوم های کشویی که به صورت عمودی در کنار هم نصب شده اند، استفاده می گردد. بنابراین اگر به محل قرار گرفتن دامنه نگریسته شود تخمینی از پاسخ فرکانسی اکولایزر حاصل می شود (شکل ۱۲).

تعداد فیلترها مشخصه اصلی این نوع است و مثلا اکولایزر گرافیک ۳/۱ اکتاوی از حدود ۳۰ فیلتر در کنار هم تشکیل شده است در حالی که اکولایزر ۱ اکتاوی دارای حدود ۱۰ فیلتر است. فرکانس مرکزی هر فیلتر عموما از استاندارد تبعیت می کند که در نوع ۱ اکتاوی، به ترتیب دو برابر می شوند که شامل فرکانس های ۳۲،۶۴،۱۲۵،۲۵۰،۵۰۰،۱۰۰۰،۲۰۰۰،۴۰۰۰،۸۰۰۰،۱۶۰۰۰ هرتز است.

در نوع ۳/۱ اکتاوی بین هر کدام از فرکانس های بالا، دو فرکانس های دیگر نیز قرار می گیرند. در این نوع هرچه فرکانس فیلتر بالاتر می رود Q نیز تغییر می کند فاصله بین باندهای همسایه پوشش داده شود. این اکولایزرها ارزان ترند و کار با آنها ساده تر است در مقابل توانایی کمتری دارند.

تنظیم فرکانس

برای تنظیم فرکانسی که یکی از فرکانس های مرکزی نیست باید از تنظیم هم زمان فرکانس های همسایه استفاده کرد (شکل ۱۳) که از نظر فنی روش بهینه ای نیست چون کاری را که می شد با یک فیلتر انجام داد (شکل ۱۴)، اکنون باید با دو یا سه فیلتر انجام شود که به معنی تخریب بیشتر پاسخ فاز است و البته پاسخ فرکانسی هم به پاکیزگی یک فیلتر نخواهد بود. اگر از یک فیلتر ساده استفاده شود پاسخ فاز حاصل، Minimum Phase خواهد بود. در حالی که با استفاده از چند فیلتر، پاسخ فاز غیر Minimum Phase شده است.

اکولایزر شیبدار (Shelving)

این نوع اکولایزر، گستره فرکانسی را به دو ناحیه در دو سوی فرکانس مرکزی تقسیم می کند.یک سو را دست نخورده وا می نهد و سوی دیگر را تقویت یا تضعیف می کند. دو نوع شیبدار بم و شیبدار زیر هر یک دارای تقویت یا تضعیف در شکل ۱۵ نشان داده شده اند.

شیب منحنی در اغلب اکولایزرها قابل تنظیم نیست و تعداد کمی از اکولایزرها (عمدتا دیجیتال) امکان تنظیم آن را فراهم می کنند. نوع خاصی از اکولایزر شیبدار وجود دارد که دارای رزونانس است و درست قبل از آغاز تقویت یا تضعیف، کمی در جهت عکس عمل می کند. مثلا اکولایزر شیبدار زیر با رزونانس، قبل از آغاز تقویت زیر، کمی تضعیف انجام داده و سپس فرکانس های زیرتر را تقویت می کند (شکل ۱۶). این رفتار که گاهی سبب تمیزتر شدن نتیجه نهایی می گردد نخست توسط اکولایزر معروف Pultec EQP1-A معرفی شد.

فیلترهای بالا-گذر و پایین-گذر

این ها فیلترهای ساده ای هستند که مولفه های فرکانسی کمتر یا بیشتر از فرکانس تنظیمی را حذف می کنند و عمدتا برای رهایی از فرکانس های ناخواسته ی بسیار بم و یا بسیار زیر به کار می روند. شیب ناحیه ی قطع بر حسب اکتاو محاسبه می شود و مثلا فیلتر پایین گذر ۱۲ دسی بل بر اکتاو ۷۰۰ هرتزی، فرکانس ۷۰۰ هرتز را به اندازه ۳ دسی بل و فرکانس ۱۴۰۰ هرتز (یک اکتاو بالاتر) را برابر ۱۵ دسی بل تضعیف می کند (شکل ۱۷). هرچه شیب بیشتر باشد فرکانس های ناخواسته بهتر حذف شده و در مقابل، پاسخ فاز بدتر می گردد.

اکولایزر با فاز خطی

تمامی اکولایزرهای آنالوگ و بیشتر اکولایزرهای دیجیتال رفتار فازی طبق آنچه گفته شد دارند و واپیچش فاز ایجاد می کنند. اما می توان اکولایزرهای دیجیتالی ساخت که پاسخ فاز خطی داشته باشند و همه ی فرکانس ها را یکسان تاخیر دهند. این مزیت مهم به بهای دو ایراد تمام می شود. نخست آن که توان پردازشی برای این نوع اکولایزر مخصوصا در فرکانس های بم زیاد خواهد بود و دیگر آن که پاسخ زمانی اکولایزر تحت تاثیر منفی قرار می گیرد و دو بازتاب پیش از صدا (Pre Echo) در فیلترهای با Q زیاد، پاسخ گذرای فیلتر را تخریب می کند و خصوصا در مورد اصوات ضربه ای چندان جالب نیست.

اگر از حرفه ای های دنیای صوت هستید، شاید دوست داشته باشید پست های “قبل از خرید میکروفن مطالعه این راهنما را از دست ندهید” و ” خرید میکسر – برای داشتن یک انتخاب موفق به چه اطلاعاتی نیاز دارید؟” را نیز مطالعه نمایید.