Więcej...
Faza bez tajemnic
Faza bez tajemnic

Zrozumienie interakcji fazowych zachodzących pomiędzy sygnałami jest dla osób pracujących z dźwiękiem niesłychanie istotne i wcale nie takie skomplikowane...

Technologia
2019-03-14

Ponieważ słowa „faza” używa się w wielu kontekstach, to nic dziwnego, że nie zawsze jest ono poprawnie interpretowane. Sprowadźmy zatem wszystko na swoje miejsce. Wyobraźmy sobie przebieg, który składa się ze szczytów i dolin, pojawiających się powyżej i poniżej linii środkowej wyznaczonej przez zero. Jeśli rzecz odnosi się do fali akustycznej, owe szczyty i doliny reprezentują sposób, w jaki poruszają się cząsteczki powietrza, wprawiające nasze błony bębenkowe w wibracje, które mózg zamienia w słyszalne dla nas dźwięki. I dokładnie w ten sam sposób drgania cząsteczek powietrza powodują wibrację membrany mikrofonu. Jej ruchy zamieniane są w sygnał elektryczny, a następnie cyfrowy, który rejestrujemy za pomocą oprogramowania.

Pojęcie biegunowości odnosi się do kierunku oscylacji sygnału powyżej i poniżej linii środkowej. Wiele konsolet mikserskich i wtyczek wyposażonych jest w przycisk mylnie nazwany „odwracaniem fazy”. Owszem, służy on do odwracania, ale biegunowości sygnału, a nie jego fazy. Przy przesunięciu wynoszącym równo 180 stopni następuje postawienie przebiegu „do góry nogami”, czyli zjawisko odwrócenia biegunowości sygnału: miejsce dodatnich, powyżej osi zero, zajmują poziomy ujemne i na odwrót.

Z drugiej strony, pojęcie fazy odnosi się do położenia przebiegu w czasie i największą rolę odgrywa ono wówczas, gdy mamy do czynienia z dwoma lub więcej identycznymi (bądź bardzo podobnymi) sygnałami. Jak już powiedzieliśmy, każdy przebieg składa się ze szczytów i dolin. Jeśli na sygnał oryginalny nałożymy jego identyczną kopię, dokładnie wyrównując ją w czasie, wówczas szczyty i doliny obu przebiegów będą idealnie dopasowane: inaczej mówiąc, będą miały zgodną fazę, co spowoduje podwojenie głośności łącznej (+6 dB). Kiedy jednak odwrócimy biegunowość powielonego sygnału, oba znajdą się w całkowitej przeciwfazie – szczyty i doliny obu przebiegów będą się nawzajem niwelowały, w rezultacie czego pojawi się całkowita cisza.

Wróćmy teraz do dwóch zgodnych fazowo kopii sygnału. Opóźnienie drugiej fali w stosunku do pierwszej spowoduje wzajemne przesunięcie szczytów i dolin, w efekcie czego niektóre częstotliwości ulegną wytłumieniu (interferencja destruktywna), a inne wzmocnieniu (interferencja konstruktywna). Obserwowane w analizatorze widmowym ostre skoki i spadki poziomu sygnału wyglądają trochę jak grzebień, stąd też efekt ten nazywa się filtrowaniem grzebieniowym.

Zgodność fazowa jest częstym problemem podczas nagrywania instrumentów lub innych źródeł dźwięku – co objaśnimy za moment – a problemy fazowe i filtrowanie grzebieniowe mogą też wynikać z charakterystyki otoczenia. W nie poddanym żadnej adaptacji akustycznej pomieszczeniu sygnał z głośników uderza w tworzące je powierzchnie (sufit, ściany itp.), a następnie odbija się od nich i po opóźnieniu łączy z sygnałem pierwotnym, dając w efekcie silnie pofalowaną charakterystykę częstotliwościową. Adaptacja akustyczna redukuje odbicia i przeciwdziała problemom fazowym, minimalizując filtrowanie grzebieniowe i, w ostatecznym rozrachunku, zapewniając optymalny dźwięk w pozycji odsłuchowej.

?

 WSKAZÓWKI


* „Problemy fazowe” nie zawsze muszą mieć negatywny wpływ na brzmienie; zdarzają się takie niezgodności fazowane, które nadają brzmieniu specyficzny charakter.

* Podczas rozmieszczania mikrofonów bardzo użyteczna jest tzw. reguła 3:1. Jeśli pierwszy mikrofon znajduje się w odległości 1 m od źródła dźwięku, drugi ustaw 3 m od pierwszego. Poziom sygnału z drugiego mikrofonu będzie niższy, co ułatwi uniknięcie problemów fazowych.

* Większość enhancerów stereo zwiększa szerokość sygnału pomiędzy kanałami, zmieniając ich relacje fazowe – można tego dokonać również ręcznie. Uzyskuje się wówczas wspaniałe brzmienie stereofoniczne, ale nie zawsze w pełni kompatybilne z trybem mono...

* ...i dlatego właśnie tak ważne jest częste kontrolowanie zgodności monofonicznej, co pozwala natychmiast ujawnić występowanie problemów z fazą w miksie.

Faza i częstotliwość

Większość korektorów określana jest jako „minimalnofazowe”. Jeśli za pomocą korektora programowego bądź sprzętowego podbijesz lub stłumisz wybrane pasmo częstotliwości, to najprawdopodobniej korektor ów, wprowadzając przesunięcie fazowe, lekko je opóźni względem pozostałych częstotliwości. Powstałe przesunięcie fazowe może powodować rozmycie transjentów i zakolorowanie sygnału, co może, ale nie musi, być efektem, jakiego oczekujemy. Oczywiście specyficzna koloryzacja w wydaniu dobrej klasy korektorów jest zawsze mile widziana. Z kolei korektory z liniową fazą działają w ten sposób, że dokonują opóźnienia całego pasma o tę samą wartość, dzięki czemu zachowują zgodność fazową oraz absolutną transparentność brzmieniową.

W praktyce, w zależności od aplikacji, korektory liniowe mogą brzmieć zbyt sterylnie. Przy bardziej ekstremalnych ustawieniach i z wysokimi wartościami Q wprowadzają też specyficzne artefakty (efekt „dzwonienia” tuż przed i zaraz po sygnale transjentowym). Są jednak dobrym wyborem w przypadku nagrań wielomikrofonowych, a także wówczas, gdy trzeba zmiksować dwie równoległe kopie tego samego sygnału, ponieważ zależności fazowe między tymi dwoma sygnałami pozostają zachowane. Wiele korektorów umożliwia wybór pracy w trybie minimalnofazowym lub liniowym; daje to możliwość wypróbowania różnych opcji.

Niwelacja problemów fazowych

Oto trzy wskazówki dotyczące wyrównywania i korygowania nagrań wielośladowych.

Faza sygnałów jest szczególnie istotna w przypadku wielomikrofonowego nagrywania źródeł dźwięku; na przykład wtedy, kiedy nagrywasz dźwięk ze wzmacniacza gitarowego jednocześnie przez DI-box i mikrofon, albo gitarę akustyczną w stereo, przy użyciu dwóch mikrofonów. Nagraj dowolne źródło dźwięku, używając dwóch przetworników – jednego, ustawionego blisko źródła i drugiego, który znajdzie się nieco dalej – sygnał będzie trafiał do bliższego mikrofonu wcześniej niż do oddalonego. Podczas odtwarzania tak zarejestrowanych sygnałów mogą się pojawić opóźnienia i niezgodności fazowe, powodujące znoszenie się niektórych częstotliwości i wzmacnianie innych. Im więcej mikrofonów bierze udział w nagraniu, tym więcej kłopotów. Jeżeli, na przykład, nagrywasz zestaw perkusyjny, to sygnał z każdego z przetworników będzie odrobinę przesunięty fazowo względem pozostałych.
Istnieje szereg sposobów radzenia sobie z problemami fazowymi, jak te opisane wyżej, a my wskażemy trzy z nich.

1.

Najprostsza metoda naprawy polega na powiększeniu obrazu opóźnionego przebiegu i przesunięciu go w tył lub w przód o kilka milisekund względem pierwszego, tak aby wyrównać szczyty i doliny. Alternatywny sposób to zastosowanie prostego delaya.

2.

Inny sposób naprawy polega na przesuwaniu jednego z przebiegów do miejsca, w którym nastąpi maksymalne zniesienie się faz. Gdy sygnał wynikowy osiągnie „najsłabsze” brzmienie, wystarczy odwrócić biegunowość przemieszczanego przebiegu, uzyskując najlepszą możliwą korelację fazową.

3.

Jeśli żaden z opisanych wyżej sposobów nie spełni Twoich oczekiwań, możesz posłużyć się dedykowaną wtyczką, jak na przykład te opisane poniżej, która pozwoli przesunąć fazę jednego z sygnałów ze znacznie większą precyzją, z zachowaniem dokładności do jednego stopnia fazowego.









Sześć wtyczek do korekcji fazy

1.

UAD Little Labs IBP Phase Alignment Tool

Ten równie prosty, co efektywny plugin dla platformy UAD-2, godny zaufania programowy klon urządzenia Little Labs In-Between Phase, pozwala wprowadzać opóźnienie sygnału i przesuwać fazę, ustalając owo przesunięcie w stopniach.

2.

Sound Radix Auto Align

Narzędzie typu „znajdź i wyeliminuj”, wykonujące dokładnie to, co sugeruje nazwa. Włącz AutoAlign na kanale, który chcesz wyrównać, podaj kluczujący sygnał odniesienia, a wtyczka samodzielnie wyrówna przesunięty przebieg względem referencyjnego.

3.

MeldaProduction MAutoAlign

To automatyczne narzędzie do wyrównywania jest bardzo łatwe w użyciu: umieść instancję MAutoAlign na wszystkich kanałach, naciśnij przycisk Analyze, a wtyczka inteligentnie dopasuje ich rozmieszczenie w czasie, dając jednocześnie możliwość wprowadzenia poprawek.

4.

Eventide Precision Time Align

Potrzebujesz minimalnie przesunąć sygnał w czasie? Ta wtyczka Eventide Ci w tym pomoże. Pozwala ona na przesunięcie nawet o mikroskopijną 1/64 część próbki, co jest o wiele szybszym rozwiązaniem niż przemieszczanie zapisu na osi czasu DAW.

5.

Waves InPhase

Wtyczka dostępna w wersji standardowej i Live, wszechstronna i wyposażona w precyzyjny miernik korelacji faz, widok przebiegu, wejście sidechain, balans wzmocnienia i wiele innych przydatnych narzędzi.

6.

Voxengo PHA-979

Wtyczka narzędziowa Voxengo pozwalająca niezależnie zmieniać opóźnienie i przesunięcie fazowe lewego i prawego kanału, a także regulować panoramę i miks sygnału Side. Nie jest krzykliwa w formie, ale swoją pracę wykonuje sprawnie.