Правило “3 к 1” и сущность фазового подавления.

Правило “3 к 1”

Правило “3 к 1” – это основное правило размещения микрофонов при многомикрофонной записи. Оно позволят добиться устранения взаимного влияния сигналов, приходящих на микшер с разных микрофонов, размещённых в разных точках студии.

Этому правилу следуют все без исключения звукорежиссёры.

Взаимное влияние микрофонов

Взаимное влияние микрофонов выражается в появлении ощутимого фазового подавления одних частот в спектре и усиления других – в зависимости от соотношения длины волны звукового сигнала и расстояния между микрофонами.

На тех частотах, для которых выполняется равенство: расстояние между микрофонами = 1/2, 1 1/2 или 2 1/2 длины волны происходит резкое снижение уровня сигнала. Эти частоты буквально исчезают из спектра. В то время, как уровень составляющих сигнала с частотами, для которых справедливо равенство: расстояние между микрофонами = 1, 2 или 3 длины волны вырастает в два раза по сравнению с тем, каким он должен быть на самом деле.

В результате, система из двух близкорасположенных микрофонов представляется своеобразным интерференционным формантным фильтром с характеристикой, показанной на figure 2. На графике видно, что существует три ярких “провала” в характеристике на гармонически связанных частотах. Частоты же, расположенные между “нулевыми” значениями имеют амплитуду, в два раза превышающую исходную. Эффект фазового подавления не прекращается и на частотах выше частоты третьего “нуля” на графике, но он перестаёт быть слышным вследствие того, что с ростом периода “подавление-усиление” “провалы” и “пики” характеристики начинают компенсировать друг друга, оставляя общее усиление практически неизменным.

В результате, звук становится тусклым и слабым и, в зависимости от того, на какие частоты пришлись “нули” характеристики, может быть от слегка раздражающего до очень неприятного, а так как эти частоты гармонически связаны, то, вероятнее всего, то, что вы услышите будет ближе именно к неприятному.

Немного о фазе.

Фаза это время задержки между двумя одинаковыми колебаниями – вэйвформами. Когда два сигнала близки по частоте и амплитуде, но не синхронизированы один с другим, говорят, что они сдвинуты по фазе один относительно другого. Один полный цикл колебаний звуковой волны принято условно делить на 360 градусов. Если второй сигнал начинается на пол цикла позже первого, это называется фазовым сдвигом второго сигнала на 180 градусов относительно первого. В этом случае пики вэйвформы первого сигнала приходятся точно на провалы второго, что приводит к резкому уменьшению энергии звуковой волны. Что-то подобное происходит, когда один человек прикладывает усилия, стараясь открыть дверь, а второй изо всех сил пытается её закрыть – в результате , не смотря на то, что происходит расходование энергии, мы имеем полное отсутствие механического движения – дверь остаётся неподвижной.

В случае же, когда два сигнала начинаются одновременно, и, следовательно, и пики и провалы их совпадают по времени, мы имеем дело с сигналами, которые называют “синфазными”. Энергия синфазных сигналов удваивается. В рассмотренном случае с дверью – два человека одновременно прикладывают усилия, что бы открыть её, и в результате она открывается быстрее и шире, чем, если бы это делал один.

Как работает правило “3 к 1”

Принцип использования правила “3 к 1” состоит в том, что бы максимально ослабить звук от первого источника, попадающий в микрофон, направленный на второй источник. Фазовое подавление становится заметным лишь тогда, когда амплитуды сигналов от двух источников звука близки. Пояснение на figure 3: вокалист #1 поет в направленный на него микрофон, амплитуда сигнала на его выходе максимальна. Уровень сигнала, попадающего во второй микрофон значительно меньше вследствие большего удаления вокалиста от микрофона 2.

Сигнал, приходящий на второй микрофон, слаб настолько, что не может вызвать явно слышимого изменения звука, принимаемого микрофоном 1. Как результат – имеет место очень незначительное изменение АЧХ исходного сигнала (figure 4).

Когда правило “3 к 1” перестаёт работать.

Применяя правило “3 к 1”, мы подразумеваем, что сигналы, приходящие от каждого вокалиста (или любого другого источника звука) в соответствующий ему микрофон имеют одинаковый уровень. Если же вокалисты поют с разной громкостью, и эту разницу приходится компенсировать положением фэйдеров на микшере, правило теряет свою эффективность.

В виде примера, на figure 5 показан случай, когда вокалист 2 имеет тихий голос, вокалист 1 – громкий. Для получения номинального выходного уровня сигнала регуляторы чувствительности на каналах 1 и 2 поставлены в разное положение – в первом канале, чувствительность снижена, что бы избежать перегрузки входных цепей микшера, во втором – повышена, что бы уровнять громкости первого и второго голосов на выходе микшера. Вследствие увеличения чувствительности канала 2, уровень побочного для него сигнала с микрофона 1 тоже увеличивается и становится достаточным, что бы вызвать явно слышимый эффект фазового подавления. В случае, подобном рассмотренному, всегда, когда первый вокалист поёт, происходит фазовое подавление его голоса. Таким образом, мы рассмотрели пример, когда правило “3 к 1” соблюдается, но, тем не менее, взаимное влияние микрофонов имеет место.

Управление фейдерами.

Если вы по какой-то причине не можете применить правило “1 к 3”, например, источники звука имеют разный уровень громкости, постоянное управление фейдерами является единственным выходом. Просто отключайте второй микрофон (уменьшайте уровень его сигнала на выходе пульта) тогда, когда вокалист, поющий в него, молчит. Этот способ поможет вам, но лишь в том случае, если оба вокалиста никогда не поют или не говорят одновременно.

В ситуации, представленной на figure 5, звукорежиссёр (или техник звукозаписи) должен поднять усиление на канале лишь в тот момент, когда второй певец начинает издавать свои звуки и убрать усиление снова, когда начинает петь первый вокалист.

Правильное размещение односторонне направленных микрофонов.

Если вы используете направленные микрофоны с диаграммой направленности в виде кардиоиды (также называемые “односторонне направленными”), вам необходимо учитывать тот факт, что чувствительность таких микрофонов зависит от того угла относительно оси микрофона, под которым к нему находится источник сигнала. Используя это свойство кардиоидного микрофона можно ещё больше ослабить взаимное влияние микрофонов даже в случае с источниками сигнала не одинаковой громкости.

Кардиоидная диаграмма направленности означает, что чувствительность микрофона к звукам от источников, расположенных в плоскости диафрагмы микрофона в два раза ниже чувствительности к источникам, расположенным на оси микрофона. На figure 6 показана зависимость уровня выходного сигнала микрофона от угла между его осью и направлением на источник звука.

На figure 7 показано размещение кардиоидных микрофонов с нарушением правила “3 к 1”, где с целью уменьшения взаимного влияния микрофонов источники сигнала расположены прямо на оси “своего” микрофона, в то время, как “чужой” источник располагается в зоне пониженной чувствительности микрофона – плоскости его мембраны.

Figure 8 иллюстрирует уровень выходного напряжения на каналах пульта, развиваемый микрофонами при наличии одного источника звука.

Figure 9 иллюстрирует случай с использованием кардиоидных микрофонов и соблюдением правила “3 к 1”. Сравните с аналогичным же случаем, но с ненаправленными микрофонами (figure5). При всех прочих одинаковых условиях применение кардиоидных микрофонов позволяет добиться существенного ослабления взаимного влияния и эффекта фазового подавления.

Фазовое подавление под влиянием акустических отражений.

Ещё одна ситуация, способная вызвать появление эффекта фазового подавления, представлена на figure 10. Если отражающая поверхность расположена достаточно близко к источнику звука, то в месте расположения микрофонного звукоснимателя энергия отражённой звуковой волны может приближаться по силе к энергии прямого звука. В связи с тем, что отражённый звук прошёл существенно больший путь, чем прямой, в точке расположения звукоснимателя фаза отражённого звука отстаёт от фазы прямого. В результате получаем такой же интерференционный формантный фильтр, как и при много микрофонной записи.

Использование правила “3 к 1” при наличии акустических отражений:

Вы можете использовать всё то же правило для борьбы с фазовым подавлением, вызванным акустическими отражениями. Просто поместите микрофон, по крайней мере, в три раза дальше от отражающей поверхности, чем от источника звука (figure 11).

Использование задержки для предотвращения фазового подавления:

Частоты, которые ослабляются в результате фазового подавления, определяются сигналами первого и второго микрофона. Когда два микрофона расположены в 33 дюймах друг от друга, подавление будет происходить на 200, 600 и 1000 герцах, как показано на figure 12. Таким образом, задержки в 2,5 миллисекунды между звуковыми колебаниями, приходящими на микрофоны, оказалось достаточно, что бы звук в конечном итоге оказался out of phase.

Если время задержки увеличить до двадцати миллисекунд, то форманты интерференционного фильтра сдвинутся в низкочастотную область и займут частоты 25, 75 и 125 герц (figure 13).

Так как большинство инструментов генерируют энергию звуковых колебаний на частотах, начиная с сотни герц, внесение двадцатимиллисекундной задержки в один из каналов позволяет избавиться от эффекта фазового подавления и взаимного влияния микрофонов. Если вы применяете задержку в одном канале при двухмикрофонной записи, включайте её в канал с наиболее тихим голосом (или что вы там вызвучиваете 8-)).

Использование20 ms- 30 ms задержки обычно придаёт вокалу, гитаре или любому другому не перкуссивному инструменту дополнительную полноту и насыщенность. Такая задержка не настолько велика, что бы создать ощущения двух независимых источников звука, если, конечно, вы не пишите барабаны или фортепиано – в этом случае двойная атака будет слышна достаточно явственно. Кроме этого, ограничением данного метода является невозможность записи бас-гитары и других низкочастотных инструментов.

Универсальный Delay – метод.

При фазовом подавлении подавляются вполне определённые группы частот, определяемые временем задержки между колебаниями, приходящими на микрофоны. В некоторых случаях, когда подавляемые частоты не столь важны в спектре какого-то инструмента, вы вполне можете отказаться от соблюдения правила “3 к 1”

Звукорежиссёр всегда может применить задержку при необходимости отюстировать форманты на разных каналах микшера. Базовое правило при этом – начать с задержки в 5 миллисекунд и, постепенно изменяя её в обе стороны, найти наилучшее общее звучание.

Итог.

С современным набором инструментов для звукорежиссёра или техника не составит труда избавиться от нежелательных эффектов и взаимного влияния микрофонов при многомикрофонной записи.

ROBERT DENNIS, administrator, Recording Institute Of Detroit.
Copyright © 1999 by Recording Institute Of Detroit - ALL RIGHTS RESERVED.

Перевод Алексея Зайцева © 1999,
Творческая мастерская "Студия "Бегемот", Минск.