آکوستیک و تنظیم Level میکروفون

بعضی از سخت ترین مشکلات مهندسی در ضبط شامل مدیریت آکوستیکی سطوح صدا می باشد. معمای این مشکل این است که گوش های ما در شنیدن بلندی های صدای متفاوت به خصوص آرام تر ها، به طور فوق العاده ای خوب عمل می کنند. ساختن تجهیزات و ضبط کردن به طوری که با دامنه ی بلندی صدا هماهنگ باشند و گوش های ما توان تشخیصش را داشته باشند به شدت سخت است.
به اصطلاح Threshold شنیداری ما اندازه ی بسیار کوچکی دارد. دو دهم یک میلیاردیوم فشار اتمسفر (که می شود ۱۴ پوند بر اینچ مربع) و کمی بلندتر از صدای یک مولکول هوا که به دیگری برخورد کند. بلندترین صدای قابل تحمل توسط ما (threshold رَنج شنیداری) یک میلیون برابر آن است یعنی چیزی معادل دو ده هزارم یک فشار اتمسفر. Threshold شنیداری ما، در سطح پایین، صفر دسی بل SPL است و Threshold رَنج شنیداری در ۱۲۰ دسی بل SPL اتفاق می افتد. این داینامیک عموماً پذیرفته شده است که در دامنه ی شنیداری ما از صدایی خیلی آرام تا حد به درد آوردن گوش است؛ یعنی چیزی معادل ۱۲۰ دسی بل، دامنه یک میلیون به یک.
از راه مقایسه مشخص می شود که سیگنال های صوتی ضبط موسیقی معمولاً به دامنه داینامیک حداکثری تقریباً ۵۰ دسی بل ختم می شوند. به نظر می رسد که می خواهیم یک چیز خیلی بزرگ را در یک چیز خیلی کوچک جا دهیم. جای خوشحالی است که این کار به خوبی قابل انجام است، البته اگر هنرمندی و دقت قابل توجهی بکار گیریم. برای مثال، چند آنالیز سطح نویز برای چندین نوع از ضبط انجام شد. این اندازه گیری ها اطلاعات واقعاً جالبی را درباره ی ضبط به دست ما دادند، که شامل سطوح ماکزیمم (Lmax) و مینیمم (Lmin) آن می شد. در ابتدا یک موزیک کلاسیک (Ravel’s Daphnis & Chloe, Slatkin, Telarc) با دامنه ای به شدت وسیع اندازه گیری شد. این موزیک در نهایت داشتن دامنه ی داینامیک است، و دامنه ی مشاهده شده از Lmin تا Lmax تنها ۶۰ دسی بل بود. برای مقایسه، سپس آنالیز سطح نویز Billie Jean مایکل جکسون انجام شد. دامنه ی سطح از Lmin تا Lmax در این آهنگ تنها تقریباً ۱۰ دسی بل بود. هر دوی این ها موزیک های بسیار هنرمندانه و مهندسی شده بودند. مهندسانی که روی این دو آهنگ کار کردند (Jack Renner و Bruce Swedian) هر دو احساسی خوب برای نحوه ی سطوح صدایی داشتند – در هوا، در میکروفون و از پری امپ میکروفون به کنسول. این نتایج این قضیه را نمایان می کند.

نسبت سیگنال به نویز، هدروم و دامنه داینامیکی

چندین مفاهیم مرتبط وجود دارد که نیاز است در نظر بگیریم. دامنه داینامیکی، دامنه ی کامل میزان بزرگی صداست که یک سیستم قابلیت رسیدگی به آن را دارد. برای گوش های ما، این دامنه ی داینامیکی از آستانه ی شنیدن تا آستانه ی ناراحتی (۱۲۰ دسی بل) است. برای سیستم های صوتی، دامنه ی داینامیکی می تواند به عنوان دامنه ی بزرگی صدا بین نویز محیطی سیستم و شروع کلیپ شدن (سطحی که در آن منبع تغذیه دیگر برای فراهم کردن شکل موج های بزرگ تر کافی نیست) تعریف شود. برای فضاهای آکوستیک، دامنه ی داینامیکی می تواند به عنوان دامنه ی فشار صدا بین نویز محیط آکوستیکی (فضای اتاق) و شروع غیر خطی در هوا (حدود ۱۳۰ دسی بل SPL) تعریف شود.
برای آسودگی، عموماً دامنه ی داینامیکی را به دو دامنه ی خاص تقسیم می کنیم: نسبت سیگنال به نویز و هدروم. نسبت سیگنال به نویز دامنه ی بین یک سیگنال ماکزیمم اسمی، که معمولاً صفر VU یا 14- dBFS نامیده می شود و نویز محیطی سیستم است. هدروم دامنه ی بالای آن سیگنال ماکزیمم نسبی به شروع کلیپ شدن (یا دیستورشن) است. بنابراین، هدروم به اضافه ی نسبت سیگنال به نویز برابر است با دامنه ی داینامیکی. درحالی که این امری واضح به نظر می رسد، انشعاباتی وجود دارند که به آسانی فراموش می شوند. اگر هدروم را افزایش دهیم، نسبت سیگنال به نویز را کاهش می دهیم. اگر سیگنال به نویز را بهبود بخشیم، هدروم را کاهش می دهیم. این دو مرتبط و همیشه توسط دامنه ی داینامیک کلی سیستم ضبط محدود هستند. نگاهی به چند دامنه ی داینامیکی مرتبط که در صدا با آن سر و کار داریم بیاندازید: دامنه ی شنیداری ما، دامنه ی یک محیط آکوستیک خوب و دامنه ی سیگنال صوتی آنالوگ قبل از ضبط.

دامنه ی داینامیک شنیداری ما، یک محیط آکوستیک ساکت معمولی و یک سیگنال صوتی است. توجه کنید که نویز محیطی سیگنال صوتی ممکن است بخاطر پردازش سیگنال، نوع ریکوردر یا غیره بسیار متغیر باشد. مینیمم مطلق نویز (نویز گرمایی یک سیم) حدوداً 130- dBV است.
توجه داشته باشید که در اینجا عامل محدود کننده، محیط آکوستیکی می باشد. جالب است، نه؟ در واقع، دامنه ی داینامیکی یک ریکوردر صدای دیجیتال، که در اینجا مورد بحث ما نیست، تقریباً همان دامنه ی محیط آکوستیکی را دارد؛ حدوداً ۹۰دسی بل. مشاهده ی دیگر این است که دامنه ی حقیقی نویز محیطی به بلندترین صدای آکوستیکی احتمالاً به طرز قابل ملاحظه ای کمتر از ۹۰ دسی بل SPL است. نکته ی خوب دیگری که باید در یاد داشت این است که دامنه ی داینامیکی نهایی و کلی ضبط معمولاً توسط کوچک ترین دامنه ی هدروم و کوچک ترین نسبت سیگنال به نویز که سیگنال در سفر خود از هوا به الکتریسیته و به گوش با آن ها رودررو می شود، مشخص می گردد. پس در شکل بالا، دامنه ی داینامیکی سیگنال ۹۰ دسی بل خواهد بود، علی رغم این نکته که سیگنال صوتی و شنیدار ما هر دو دامنه هایی بیشتر از آن دارند.

در قلمرو صوتی و در میکروفون

به طور کلی، نویز محیطی در اتاق های ضبط ساکت تقریباً ۴۰ دسی بل SPL یا بیشتر است. چنین نویز های محیطی معمولاً صدایی بسیار آرام دارند، مگر اینکه مقدار خیلی زیادی نویز با فرکانس بالا وجود داشته باشد (که معمولاً اینطور نیست، مگر اینکه دیسک درایورهای کامپیوتر شما در حال کار باشند). در همین حال، موسیقی آکوستیک که عموماً توسط شنونده شنیده می شود، در دامنه ی بزرگی صدای ماکزیمم از تقریباً ۵۰ دسی بل SPL (خواننده ی سولو پیانیسیمو) تا ۱۱۰ دسی بل SPL (قسمت فورتیسیمو برس)، با سیر گاهاً بلندتر در موزیک تقویت شده وجود دارد. سطوح خیلی بالاتر از ۱۲۰ دسی بل SPL بخاطر نیازمندی های پاورشان به سختی دست یافتنی هستند، و آن هم به این خاطر است که بالاتر از آن سطح، قسمت های رقیق شده ی موج صدا هنگامی که به یک فضای خالی نزدیک می شوند، غیر خطی می گردند! احتمالاً به این خاطر است که چنین سطحی آزار دهنده است. پس به هرحال، دامنه ی داینامیکی محیط آکوستیک معمولی حدوداً ۹۰ دسی بل است؛ تقریباً همانند CD. و دامنه ی داینامیکی حقیقی مورد مواجهه موزیک به نویز محیطی به سختی بیشتر از ۶۰ دسی بل خواهد بود. به طور واضح، هرچه میکروفون به منبع صدا نزدیک تر باشد، نسبت سیگنال به نویز آکوستیک آن بهتر خواهد بود. اما این نسبت همیشه با توجه به مقدار بلندی صدای منبع در برابر مقدار بلندی نویز محیطی اتاق محدود می شود. اگر خواننده ای دارید که در ۹۰ دسی بل SPL با نویز محیطی ۴۰ دسی بل SPL می خواند، نسبت سیگنال به نویز تنها ۵۰ دسی بل خواهد بود! و این خیلی خوب است!
تمام این مطالب باید شما را به این بینش برساند که دامنه ی داینامیکی رکوردرهای دیجیتال ۱۶ بیتی احتمالاً کافی است. در واقع، هیچکدام از ما ضبط های ۱۶ بیتی انجام نمی دهیم، چون زمانی که سیگنال به میکروفون برخورد می کند، معمولاً تنها ده بیت (۶۰ دسی بل) برای ذخیره کردن آن نیاز دارد. پس در یک دنیای بی نقص، ممکن است به نظر برسد که ما واقعاً نباید به ۱۶ بیت، یا ۲۴ بیت یا غیره نیاز داشته باشیم. اما دنیا نه ساده و نه بی نقص است. پس بیایید به بعضی از مسائل نگاهی بیاندازیم: ماهیت نویز محیطی، ماهیت هدروم و ماهیت سیگنال های موزیک.

درباره ی نویز محیطی

وقتی به نویز محیطی فکر می کنیم، می توانیم کمی تخصصی تر به آن بپردازیم. هیچ کدام از نویزهای محیطی (آکوستیکی یا الکتریکی) طیف همواری ندارند و ممکن است کمی گیج کننده باشد که طیف متفاوتی دارند. نویز محیطی (آکوستیکی) عمدتاً انرژی فرکانس پایین دارند. این برای ما به خوبی عمل می کند، چون ما فرکانس های پایین را به خوبی نمی شنویم و فرکانس های سطح میانی ما را اذیت نمی کنند. به این دلیل، وقتی اندازه گیری های سطح پایین انجام می دهیم، اغلب از اندازه گیری به اصطلاح A استفاده می کنیم. چون اندازه گیری A تقریباً منحنی پاسخ شنیداری ما را در سطح ۴۰ دسی بل SPL نمایان می کند. موضوع مهم قابل توجه درباره ی اندازه گیری A این است که اکتاو پایین (۳۲ هرتز) تقریباً ۳۳ دسی بل تقلیل می یابد، درحالی که اکتاو دوم (۶۳ هرتز) ۲۱ دسی بل و اکتاو سوم (۱۲۵ هرتز) ۱۱ دسی بل تقلیل می یابند. این تنظیمی مفید و معنی دار می باشد و بدین معنی است که اگر نویز فرکانس بالا مانند فن های مزاحم کامپیوتر در اتاق وجود نداشته باشد، محیط ۴۰ دسی بل SPLی ما ممکن است به خوبی مانند یک محیط ۳۰ دسی بل SPLی صدا دهد. ضمناً تقریباً تمام انرژی آکوستیکی در اتاق احتمالاً فرکانس های پایین خواهند بود. این بدین معنی است که نویز آکوستیکی ممکن است کمتر از آنچه به نظر می رسد باعث مشکل باشند و تا وقتی که طیف نویز آکوستیکی قسمت هایی از فرکانس های بالا را شامل نمی شود، اغلب می توانید سیگنال های صوتی دلخواه خود را که تا ۷۰ دسی بل دامنه ی داینامیکی داشته باشند از میکروفون خود بگیرید. از طرفی دیگر، نویز الکتریکی معمولاً نویز سفید (White Noise) تصادفی است. چنین نویزی طیفی با شیب ۳ دسی بل بر اکتاو دارد که به سمت فرکانس های بالاتر زیاد می شود. چنین نویزی در مقایسه با نویز آکوستیکی، کاملاً قابل شنیدن و مزاحم است. وقتی به میکروفون می رسیم، این امر اهمیت قابل توجهی خواهد داشت.

درباره ی هدروم

وقتی یک ضبط انجام می دهیم، به طور منطقی با هیچ دقتی نمی توانیم پیش بینی کنیم که بلندترین سطح چقدر خواهد بود، پس حاشیه ی امنیتی را کنار می گذاریم. این حاشیه – هدروم – چیزی است که از مشکل دیستورشن جلوگیری می کند. مقدار زیادی از هنرمندی مهندسی ضبط مربوط به احتیاط بین نویز و دیستورشن است. هدروم کافی بدون زیاد شدن نویز باید برای امنیت حفظ شود. به یاد داشته باشید که با زیاد کردن هدروم، نسبت سیگنال به نویز از دست می رود. این نکته نیز ارزش اشاره شدن را دارد که در فرایند Post-Production از هدروم خلاص می شویم و اوج صدا را به 0 dBFS می رسانیم.

درباره ی سیگنال های موسیقی

آخرین نکته ای که باید به یاد داشت تفاوت بین نسبت سیگنال به نویز و نسبت سیگنال به سیگنال که دامنه ی بین بلندترین و آرام ترین سیگنال است. نگاهی به آنالیز سطح نویز آهنگ Billie Jean که از کنسول در می آید بیاندازید. این گراف سطح را طی زمان نشان می دهد. توجه کنید که این موزیک کاملاً کنترل شده با یک دامنه ی بسیار محدود است، به جز برای دو میزان اول کیک درام (Kick Drum) و Snare به صورت سولو. دامنه ی داینامیک حقیقی موزیک تقریباً ۱۲ دسی بل و سطح متوسط (Leq) تنها ۸ دسی بل پایین تر از Lmax است. این نتیجه ی کمپرس وسیع و مدیریت Level خیلی سخت گیرانه است. بینشی که باید از این موضوع به دست آید این است که خود موزیک (به خصوص پاپ مولتی تِراک و راک) دامنه ی داینامیکی خیلی کمی دارند و شما نسبتاً هدروم و نویز محیطی کمی نیاز خواهید داشت. اگر بدبین باشید، ممکن است به چیزی بیش از یک نویز گیت، یا دستی سریع با یک فِیدر در شروع و پایان ناحیه ی انتخاب شده برای خلاص شدن از نویز باقی مانده نیاز نداشته باشید.

در ورودی میکروفون و پیش تقویت کننده

در عین حال، باید به آنچه در میکروفون اتفاق می افتد توجه داشته باشیم. میکروفون ها Self-Noise دارند، که معمولاً به عنوان سطح فشار صوتی یا SPL تعریف می شود. برای نمونه، دو میکروفون کاندنسر که یکی از آن ها نویز 15dBA SPL و دیگری 27dBA SPL را انتشار می دهند مورد مطالعه قرار داده ایم. (توجه داشته باشید که هر دو مشخصات با توجه به اندازه گیری A محاسبه شدند، که یک روش منصفانه برای انجام دادن این اندازه گیری در این مورد است.) این مشخصات نشان می دهند که نویز محیطی اندازه گیری شده ی میکروفون ها به ترتیب برابر با سطوح آکوستیکی 15 و 27dBA SPL هستند. بنابراین، اگر با سطح آکوستیکی مشابه با آن سطوح رو در رو شوید قادر به شنیدن نویز میکروفون خواهید بود. اگر نویزهای محیطی آکوستیکی شما به طور قابل توجهی بالاتر از آن سطوح باشند، ممکن است هرگز به نویز میکروفون نرسید. مشکل این است که نویز میکروفون عمدتاً در فرکانس های بالاست، درحالی که نویز آکوستیک عمدتاً فرکانس های پایین خواهند بود. مشخصات اندازه گیری A به کم کردن این تفاوت کمک می کند، اما هنوز می توانید آن را حساب کنید؛ تا زمانی که نویز اتاق اندازه گیری شده به روش 6dBA بیشتر از نویز میکروفون باشد، قادر به شنیدن هیس مشخص نویز میکروفون خواهید بود.
در عین حال، میکروفون شما نوعی مشخصات حساسیت دارد. این معمولاً بصورت یک عدد میلی ولت (mV) نمایش داده می شود که میکروفون وقتی با یک سیگنال، یک پاسکال تحریک می شود، ایجاد می کند. میکروفون هایی که به آنها اشاره کردیم، به ترتیب مشخصات حساسیت ۱۶.۳ میلی ولت (36- dBV) و ۲.۲ میلی ولت (53- dBV) دارند. دانستن این مشخصات خیلی مفید است، چون نشان می دهند چقدر Gain برای تقویت سیگنال به 0 VU (تقریباً یک ولت) برای یک صدای آکوستیک ۹۴ دسی بل SPL مورد نیاز است. آن مشخصات (36- یا 53- dBV) همچنین مقداری که باید سیگنال میکروفون و نویز الکتریکی تقویت شوند و همچنین آکوستیک آن و نویز محیطی میکروفون را نشان می دهد. اگر Gain کمتری نیاز داشته باشید، به نظر می رسد که سیگنال آرام تری خواهید داشت. اگر دارید یک صدا با Level پایین را ضبط می کنید، یا از راه دور ضبط می کنید، شما باید واقعاً تمام Levelهای الکتریکی را از میکروفون بیرون کنید.

مدیریت level میکروفون و پدهای تضعیف کننده روی میکروفون

از طرفی دیگر، برای میکروفونی که برای یک کیک درام نصب شده است، بزرگترین مشکل شما بار اضافی بر روی میکروفون خواهد بود. سطوح ماکزیمم معمول برای یک میکروفون در دامنه ی ۱۴۰ دسی بل SPL هستند، اما با این وجود ممکن است که میکروفون های کاندنسر و داینامیک را به رفتاری خطی تحریک کنند. تعداد زیادی از میکروفون های کاندنسر شامل سوئیچ تضعیف کننده یا پد Passive می شوند، که بین کپسول و سطح تقویت کننده در میکروفون قرار دارد. این برای محیط های با نویز بالا بسیار سودمند است، زیرا اگر سورس شما بار اضافی بر سطح تقویت کننده در میکروفن تحمیل کند، بعداً هیچ راهی برای تصحیح آن در مسیر صدا نیست.

پدهای میکروفون و تضعیف کننده های میکروفون

پایین تر در مسیر سیگنال، در اولین نقطه در کنسول میکسر، به پیش تقویت کننده ی میکروفون می رسیم. این معمولاً یک تضعیف کننده ی Passive دیگر که قبل از مرحله ی Gain می باشد به اضافه ی یک Trimmer فیدبک منفی به پیش تقویت کننده به نام Mix Trim که مقدار حقیقی Gain را که پیش تقویت کننده ی میکروفون فراهم می کند کنترل می کند و معمولاً بالای دامنه ی ۴۰ دسی بل است، را شامل می شود. تضعیف کننده یک شبکه ی مقاومت Passive است و رفتار سیگنال را به جز برای کم کردن میزان بزرگی صدا تحت تاثیر قرار نمی دهد. از طرفی دیگر Mic Trim مدار پیش تقویت کننده ی میکروفون را تغییر می دهد و موقع کنترل آن باید فکر کنید و از گوشتان استفاده کنید. به عنوان یک قاعده ی کلی، هرچه فیدبک منفی بیشتر باشد، دیستورشن کمتر و پهنای باند گسترده تر خواهد بود. این نشان می دهد که شما باید Gain را در ابتدا با Mic Trim کاهش دهید و سپس فقط اگر به کاهش بیشتری نیاز داشتید که نتوانستید با Mic Trim آن را انجام دهید، با تضعیف کننده Gain آن را کاهش دهید. با این حال، از گوشتان استفاده کنید. پیش تقویت کننده های میکروفون و صدای آنها یک موضوع شخصی و حساس هستند و ممکن است به این نتیجه برسید که ترجیح می دهید برای صدای مورد علاقه ی خود Trim کاملاً باز باشد. (Gain ماکزیمم) همانطور که گفته شد، از گوش های خود استفاده کنید.
پس قاعده های کلی عبارتند از:
– برای به حداقل رساندن نویز، کمترین مقدار ممکن Gain را استفاده کنید، که به معنی بیشتر کردن صدای سورس با نزدیک شدن به آن، یا استفاده از یک میکروفون حساس است.
– برای به حداقل رساندن بار اضافی، مطمئن شوید که به خود میکروفون بار اضافی تحمیل نمی کنید. اگر این کار را می کنید و میکروفون شما داینامیک است، میکروفون را عوض کنید. اگر میکروفون کاندنسر است، از تضعیف کننده ی روی میکروفون استفاده کنید.
– از Mic Trim برای تنظیم کردن Level To Tape استفاده کنید، و فیدر اصلی را در Unity Gain (که Design Center نیز نامیده می شود) به حال خود بگذارید. اگر به اندازه ی کافی قادر به کاهش نیستید، از تضعیف کننده استفاده کنید. با گوش های خود چک کنید که این کار نزدیک ترین صدا به آنچه می خواهید را به شما می دهد.

زمان تفریح و سود

مهمترین موضوع که در اینجا باید گفته شود این است که دامنه ی داینامیک موزیکی که ما با آن کار می کنیم بسیار کوچکتر از دامنه ی داینامیکی در دسترس است؛ بر خلاف محدودیت های نویز/دیستورشن که مجبوریم بین آنها در نوسان باشیم. اما با اینکه موزیک ممکن است دامنه ی محدودی داشته باشد، انتظار داریم که پنجره های صوتی اطراف نویز محیطی تقریباً غیر قابل شنیدنی داشته و از دیستورشن های ناشی از بار اضافی رها باشند. این به معنی گوش کردن با دقت، اندازه گیری منطقی و با دقت چند باره و رسیدگی متفکرانه به این مراحل ابتدایی Gain در فرآیند ضبط است، که بزرگترین مراحل Gain و احتمالاً حیاتی ترین آن هستند. به یاد داشته باشید که دامنه ی داینامیکی زنجیره ی صدا توسط مقدار نزدیکی به بار اضافی که سیگنال در هر مرحله به آن می رسد و مقدار بلندی نویز در مراحل مشخص، محدود می شود. با توجه به حساسیت و صدا میکروفون ها را انتخاب کنید و Gain آنها را در Mic Trim مدیریت کنید، نه از فیدر اصلی. از تضعیف کننده ها فقط وقتی نیاز دارید استفاده کنید، نه به عنوان یک روش و در زمان Set-Up سعی کنید که برنامه ای برای استفاده ی حداقلی از Gain داشته باشید. حساس ترین میکروفون کاندنسر خود را برای اسنیر و میکروفون داینامیک غیر حساس خود را برای یک فلوت آلتو استفاده نکنید. حتی با ابزاری ساده، می توانید با زیر نظر داشتن Levelها در هر نقطه از زنجیره، صداهایی خوب، آرام و تمیز بدست آورید.