EP24: GUIDE TO BASS OPTIMIZATION (PART II)

เครื่องมือประเภท Room simulation ที่มีอยู่ในปัจจุบันตัวอย่างเช่น Room EQ Wizard(REW) สามารถช่วยคุณรู้ถึงการตอบสนองของความถี่ต่างๆและสามารถนำข้อมูลเหล่านั้นไปใช้ในการปรับความถี่(โดยเฉพาะช่วงความถี่ต่ำ)ให้ราบเรียบ ซึ่งมีจะความจำเป็นสำหรับระบบที่ใช้ Multi- Subwoofer จำนวนหลายตัวสำหรับในห้องสี่เหลี่ยมปกติโดยทั่วไป แต่สำหรับห้องที่ไม่ใช่สี่เหลี่ยมหรือห้องที่มีการยกพื้น รวมทั้งห้องที่มีที่นั่งหลายแถว เรานิยมใช้โปรแกรมประเภท Boundary Element สร้างแบบจำลอง (BEM) เพื่อประเมินระดับความดังค่า SPL ในแต่ละที่นั่งและความแตกต่างในแต่ละที่นั่งต่อที่นั่ง เพื่อใช้คำนวณออกแบบตำแหน่งนั่งฟังและจำนวณที่นั่งที่เหมาะสมกับสภาพห้องแต่ละห้อง

ข้อสรุปตอนท้ายอยากจะสรุปว่าการใช้ Subwoofer หลายตัวถึงแม้ว่าจะประโยชน์อยู่มากในการที่จะได้มาซึ่งความสม่ำเสมอของค่าความถี่ช่วงความถี่ต่ำ แต่ลำโพง Subwoofer หลายตัวก็ไม่สามารถแก้ปัญหาความถี่ต่ำได้ทั้งหมด ซึ่งเหตุผลง่ายๆก็คือช่วงความถี่ที่สร้างปัญหาภายในห้องจะเป็นช่วงของความถี่ต่ำ ซึ่งในบางครั้งค่าความถี่ที่มีปัญหาอาจสูงถึง 250Hz.ในขณะที่จุดตัดการใช้งานของ Subwoofer โดยทั่วไปจะอยู่ที่เพียง 80Hz หรือต่ำกว่าเท่านั้น

Ported vs. Sealed Subwoofers

Subwoofer ชนิดตู้เปิด(Ported Subwoofers) จะเหมาะสำหรับการใช้ห้องดูภาพยนต์ (Home Theater) เหตุด้วยความสามารถโดยทั่วไปในการที่จะให้พลังในย่านเสียงที่ลงลึกต่ำกว่าชนิดตู้ปิด(Sealed Subwoofers) ซึ่งในย่านความถี่ต่ำๆเหล่านั้น จะให้ผลดีต่อการใช้ในห้องชมภาพยนต์ สามารถรับรู้ถึงความถี่ต่ำๆที่ทาง Film makers ต้องการและบรรจุเข้ามาในภาพยนต์ และมีความสามารถในการสร้างค่า SPL บางครั้งอาจสูงถึง 115dB ที่ตำแหน่งนั่งฟัง ซึ่งหาก Subwoofer ชนิดตู้เปิดได้ถูกออกแบบมาอย่างดี ก็สามารถให้คุณภาพเสียงได้เช่นเดียวกับ Subwoofer ชนิดตู้ปิดได้เช่นเดียวกัน แต่มีความสามารถในการให้เสียงความถี่ต่ำลงได้ลึกกว่า ส่วนข้อเสียของ Subwoofer ชนิดตู้เปิดก็คือขนาดและปริมาตรที่จะมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับ Sealed Subwoofer ดังนั้นเราควรเลือกชนิดและขนาดที่เหมาะสมกับสภาพ Acoustics ของห้องฟังหรือห้องชมภาพยนต์ของเราว่าห้องของเราควรใช้ Subwoofers ชนิด Ported หรือ Sealed Subwoofers.

Signal Processing: Bass Management

การจัดการเสียงเบสจะกำหนดความถี่ที่ต่ำกว่าจุดครอสโอเวอร์ (โดยทั่วไปคือ 80Hz) ไปยังซับวูฟเฟอร์ เราสามารถแบ่งชนิดและวิธีการจัดการกับเสียงเบสจะได้สองประเภท สเตอริโอและโมโน:

* การจัดการเสียงเบสแบบสเตอริโอจะแยกการกำหนดทิศทางข้อมูลออกเป็น 2ส่วน ช่องสัญญาณด้านซ้ายใต้จุดครอสโอเวอร์ซับวูฟเฟอร์ด้านซ้ายและ ส่งสัญญาณด้านขวาใต้จุดครอสโอเวอร์ไปยังซับวูฟเฟอร์ด้านขวา

* การจัดการเสียงเบสแบบโมโนจะรวมสัญญานของลำโพงซ้าย / ขวา (และตรงกลาง / เซอร์ราวด์ทั้งหมดที่มีในระบบ) ที่มีความถี่ต่ำกว่าจุดตัดของครอสโอเวอร์และส่งไปยังช่องซับวูฟเฟอร์

โฮมเธียเตอร์โดยปกติข้อมูลที่จัดการเสียงเบสจากลำโพงจะรวมเข้ากับช่องเอฟเฟกต์ความถี่ต่ำ LFE(Low Frequency Effects/Encoding)(.1) ซึ่งในระบบอาจมี Subwoofer หลายตัว แต่ทุกตัวจะได้รับสัญญาณ "โมโน" เดียวกัน และเพื่อให้การแก้ไข Room Mode ภายในห้อง สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง ซับวูฟเฟอร์ทั้งหมดจะต้องป้อนสัญญาณเดียวกัน ที่เป็นสัญญาณประเภทโมโนไม่ใช่สเตอริโอ ซึ่งในการจัดการเบส (Bass Management) ที่ดี ลำโพงอื่นๆในระบบไม่ควรทับซ้อนกันมากเกินไปของการตอบสนองความถี่ เมื่อใช้ในระบบร่วมกับซับวูฟเฟอร์ สาเหตุหลักคือการทำงานซับวูฟเฟอร์และลำโพงแบบคู่ขนานพร้อมกันจะทำให้ผลลัพธ์ที่คาดเดาไม่ได้ สัญญาณในลำโพงแต่ละตัวจะแตกต่างกันเล็กน้อยในย่านของเสียงทุ้ม ดังนั้นผลของการเกิด Room mode cancellation ก็จะคาดการณ์ไม่ได้เช่นกัน.

AVR และ Pre-Processor ส่วนใหญ่ทั้งหมดจะมีการจัดการเสียงเบส(bass management)ในตัว หากต้องการเปิดใช้งานการจัดการเสียงเบสคุณควรเริ่มต้นที่จะตั้งค่าไว้ลำโพงให้มีขนาดเล็กแล้วเลือกจุดครอสโอเวอร์ที่เหมาะสม ในกรณีส่วนใหญ่ตัวกรองความถี่ต่ำคือ 24dB ต่อ Octaveและความถี่สูง 12dB ต่อ Octave ซึ่งเป็นมาตรฐานที่กำหนดโดย THX ส่วนสำหรับผู้ที่ชื่นชอบการฟังแบบ 2 Channel ต้องเพิ่มครอสโอเวอร์เข้าไปในระบบ วิธีที่ดีที่สุดโดยการใช้ Line level crossover เพื่อแยกสัญญาณเสียงก่อนเข้า Power amp.ออกเป็นสองส่วน ส่วนที่หนึ่งป้อนเข้า Subwoofer และอีกส่วนหนึ่งป้อนเข้า Main Amplifiers.

Placement

ตำแหน่งที่คุณวางลำโพง Subwoofers รวมทั้งตำแหน่งที่นั่งสามารถสร้างความแตกต่างอย่างมากในความราบเรียบของการตอบสนองความถี่ต่างๆ สาเหตุเนื่องจากตำแหน่งการวางลำโพงณจุดต่างๆเหล่านั้นย่อมมีผลกระทบต่อ Room mode และ SBIR: Speaker boundary interference cancellation ของห้อง ซึ่งนั่นหมายถึงความราบเรียบของช่วงความถี่ต่างๆที่จะได้รับว่ามีความสม่ำเสมอและมีระดับความดัง(SPL) ใกล้เคียงตลอดช่วงความถี่หรือไม่

Speakers

ในห้องสี่เหลี่ยมโดยทั่วไป ตำแหน่งเริ่มต้นที่ดีที่สุดในการหาตำแหน่งการวางลำโพงหรือตำแหน่งนั่งฟัง เราสามารถหาหรือคำนวณได้จากสูตรทางคณิตศาสตร์ ซึ่งกฏเบื้องต้นทั่วไปที่คุณจะพบได้แก่ กฎสามส่วน(The rule of thirds) และกฎห้าส่วน(The rule of fifths) แต่ในทางปฏิบัติแล้ว ความแตกต่างกันในการก่อสร้างผนังและชนิดของวัสดุที่ใช้ย่อมจะมีผลกระทบด้วย ดังนั้นการใช้อุปกรณ์การวัดเสียง(Acoustic measurements) เพื่อช่วยในการหาตำแหน่งลำโพง /ตำแหน่งผู้ฟัง หรือวัดค่าความถี่ต่ำภายในห้องเพื่อที่จะทราบปัญหาและสามารถกำหนดตำแหน่งลำโพงและตำแหน่งนั่งฟังได้โดยละเอียดและถูกต้องจึงเป็นสิ่งที่จำเป็น

ตัวอย่างเช่นหากคุณวัดความถี่เสียงภายในห้องที่มีจุดสูงสุด 10dB ได้ที่ 65Hz แล้วพบว่าปัญหานี้เกิดจาก 2nd length mode คุณอาจย้ายลำโพงหรือผู้ฟังไปที่จุด Null point สำหรับโหมดนี้(Null point สำหรับโหมดนี้อยู่ที่ 1/4 และ 3/4 ของความยาวห้อง)

แต่สำหรับโฮมเธียเตอร์คุณจำเป็นต้องวางตำแหน่งลำโพงในตำแหน่งที่กำหนดเฉพาะเท่านั้น (ตามข้อกำหนดของ THX หรือDolby และอื่น ๆ ) ซึ่งข้อกำหนดนี้ ทำให้เราจำเป็นต้องหาวิธีการเข้ามาแก้ไขปัญหา Room mode ที่เกิดขึ้นเนื่องจากคุณไม่มีความยืดหยุ่นในการจัดวางมากนัก คงต้องใช้วิธีอื่นในการแก้ปัญหาแทนการย้ายหรือกำหนดตำแหน่งลำโพง/ตำแหน่งนั่งฟัง

Subwoofers

ในห้องสี่เหลี่ยมหรือห้องที่สร้างขึ้นมาใหม่คุณโดยทั่วไปสามารถปฏิบัติตามกฎง่ายๆดังนี้: จุดกึ่งกลางของผนังคือตำแหน่งดีที่สุด ตำแหน่ง 25/75% ของกว้างของห้องถือว่าอยู่ในเกณฑ์ดี ส่วนที่ตำแหน่งตามมุมของห้องถือว่าพอใช้ได้ควรหลีกเลี่ยง ตำแหน่งต่างๆที่กล่าวมานี้อ้างอิงถึงการวิจัยของ Welti และ Devantier

หากคุณต้องการเลือตำแหน่งที่นอกเหนือจากนี้ การใช้ตัวช่วยอย่างโปรแกรม REW(Room EQ Wizard) ย่อมมีความจำเป็น สามารถที่จะนำมาใช้ในการคำนวณตรวจสอบและตรวจวัด และในห้องโดยทั่วไปวิธีการลองผิดลองถูกในการจัดวางตำแหน่ง Subwoofer หลังคำนวณและวิเคราะห์สภาพ Room acoustic ภายในห้อง ไม่ได้ส่งผลเสียหายต่างอย่างไร และควรลองดูว่า ที่ตำแหน่งนั้นสามารถแก้ปัญหา room mode ที่ความถี่ไหน(เช่นเดียวกับที่กล่าวถึงสำหรับการหาตำแหน่งของลำโพงภายในห้อง)

Acoustic Treatment

คนส่วนมากจะคิดว่าถ้าพวกเขามีปัญหาเกี่ยวกับเสียงความถี่ต่ำเกิดขึ้นภายในห้อง วิธีการแก้ไขก็คือการเพิ่มเติมหรือติดตั้งอุปกรณ์ด้าน Acoustics Panels เข้าไปในห้องซึ่งเป็นวิธีทางเลือกเดียว แต่หวังว่าตอนนี้หลังจากผ่านมาสองบทคุณคงพอเข้าใจแล้วว่าเรามีวิธีการหรือเครื่องมืออื่น ๆ อีกมากมายเพื่อให้ได้คุณภาพของเสียงความถี่ต่ำที่ดีได้ภายในห้องนั้นๆ

BASS TRAP: เป็นอีกหนึ่งอุปกรณ์ที่นำมาใช้ในการแก้ปัญหาความถี่ต่ำภายในห้องที่ดี ซึ่งการกำหนดตำแหน่งการวางที่ถูกต้องมีความสำคัญอย่างมาก หากจะยกตัวอย่าง Bass Trap ประเภท Pressure Based ตำแหน่งที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้คือ:

* จุดตัดของสามขอบเขต (ผนัง / ผนัง / เพดานหรือผนัง / ผนัง / พื้น)

* จุดตัดของสองขอบเขต (ผนัง / ผนังหรือผนัง / เพดานหรือผนัง / พื้น)

* อยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดเสียงเช่นลำโพงและ Subwoofer เนื่องจากความกดดันของเสียงจะสูงที่สุดที่นี่

ซึ่งปัจจุบันตัวอย่างของ Bass trap ประเภทนี้ที่มีคุณภาพที่ดีและขายในท้องตลาดยังคงเป็นผลิตภัณฑ์ของ RPG

Setup Subwoofer Integration

การติดตั้งซับวูฟเฟอร์เพียงตัวเดียวเพิ่มเข้าไปในระบบ เป็นไปได้ว่าคุณอาจจะใช้เพลงหรือเสียงทดสอบประเภท Test Tone และเครื่องวัด SPL เป็นตัวช่วยในการติดตั้งหรือหาตำแหน่งวางที่เหมาะสมได้ แต่หากคุณต้องการเพิ่ม Subwoofer หลายตัวเข้าไปในระบบอย่างถูกต้อง คุณจำเป็นต้องมีตัวช่วย ที่เป็นอุปกรณ์วัด Acoustical mesurements ขณะที่บางคนสามารถปรับ Subwoofer เทียบกับระบบได้ด้วยหูเพียงแค่ใช้ฟังเพลงในการปรับแต่ง ซึ่งถือว่าเป็นความสามารถพิเศษอย่างยอดเยี่ยม! แม้ว่าหูและสมองของคุณมีความสามารถในการวิเคราะห์ความถี่และระดับความดังของความถี่ต่างๆ(Frequency and Level)ได้ถึงระดับ Hz และ dB แต่ปัญหาก็ยังไม่สามารถถูกแก้ไขได้ทั้งหมด ทั้งนี้เพราะในโลกแห่งความเป็นจริง จะไม่มีดนตรีชิ้นไหนที่มีระดับพลังงานที่ความถี่ต่ำที่เท่ากันโดยสมบูรณ์ ดังนั้นบางครั้งบางเวลาเรายังคงจำเป็นต้องพึ่งอุปกรณ์มาช่วยในการวัดและวิเคราะห์ โดยเฉพาะสถานะการณ์ที่มีความซับซ้อนของระบบเราจะมุ่งไปที่เป้าหมายของการปรับตั้งให้ได้ ความถี่และการตอบสนองเฟสที่ราบเรียบเมื่อใช้ multi-subwoofers หลายตัวเข้าด้วยกันในระบบ แต่คุณต้องสังเกตุการเกิด Phase cancellation dips ที่อาจปรากฏขึ้น และปรับแก้หากเกิดขึ้นโดยที่คุณปรับเปลี่ยนระดับความดังของ Subwoofer, delay และตำแหน่งการวางของ Subwoofers ยิ่งคุณมี Subwoofers มากเท่าไหร่การรวมเข้าด้วยกันก็ยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น และจะยิ่งยากขึ้นหากคุณ Subwoofer มีชนิดและขนาดที่แตกต่างกันในระบบ ซึ่งข้อจำกัดเหล่านั้นคุณจะยิ่งมีปัญหาเพิ่มเติมในการจัดการกับความแตกต่างของ Subwoofers group delay, Frequency Response รวมถึงความสามารถในการสร้างความถี่ที่สามารถลงได้ลึกเพียงใด และกำลังในการขับอีกด้วย ปัญหาด้านกำลังก็มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในโฮมเธียเตอร์ ที่เปิดเสียงที่ระดับสูง High SPL ซึ่งที่ระดับความดังที่เราป้อนสัญญาณเข้าในระบบ Subwoofers บางตัวยังคงทำงานตอบสนองความถี่ได้ แต่ขณะเดียวกัน Subwoofers บางตัวอาจเลยความสามารถของขนาดหรือชนิดของ Subwoofers ตัวนั้นไปแล้ว. ดังนั้นปัญหาการเกิด Room mode cancellation ที่ออกแบบป้องกันไว้ที่ระดับความดังระดับหนึ่งของสัญญาณ เมื่อเกินจุดนั้นย่อมมีผลกระทบตามมา.

Equalization:

มีเหตุผลว่าทำไมเราถึงใช้การปรับ Room equalization เป็นขบวนการสุดท้าย เปรียบเหมือนการตกแต่ง Icing บนหน้าเค้ก! อย่าเริ่มต้นด้วยการใช้ EQ ให้เพิ่มใช้อุปกรณ์หรือวิธีการอื่นๆก่อน ให้ใช้ EQ เป็นขั้นตอนสุดท้ายเท่านั้น และอย่างที่เคยกล่าวไว้ว่า Room EQ จะเป็นประโยชน์เมื่อเรามาใช้ในการแก้ปัญหา Room mode resonances. ซึ่งจากกราฟในภาพคุณสามารถปรับลดปัญหาตามตัวอย่างที่ทำได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างตัดเสียง Resonance ที่เป็นปัญหาที่ความถี่ 30Hz ลดลง 10dB หรือมากกว่านั้น ซึ่งการปรับแก้ไขที่ความถี่ต่ำมากขนาดนี้จะทำได้ยากมากหากเราจะแก้ไขปัญหาด้วยเพียงการใช้ Acoustic treatment อย่างเดียว.

อย่างไรก็ตามเป็นที่น่าสังเกตว่าการใช้ EQ ในห้องบางครั้งจะมีข้อบกพร่องบางประการซึ่งคุณจะเห็นและได้รับการกล่าวถึงบ่อยครั้งดังนี้

* Room EQ ไม่สามารถแก้ไขปัญหา dips ได้ เพราะ EQ ไม่สามารถแก้ไขการเกิด SBIR Dips ปัญหานี้เกิดมาจากสาเหตุของ Phase cancellation - ขณะที่เราเพิ่มเสียง Direct sound, Indirect (reflected) sound จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนสัดส่วนที่เท่ากัน อย่างไรก็ตามหากคุณมี Dips เนื่องจาก Natural Gap ระหว่าง แต่ละ Room modes (ซึ่งมักเกิดขึ้นช่วงความถี่ต่ำกว่า 100Hz ลงมา) ซึ่งจุดนี้คุณสามารถใช้ EQ ในการแก้ปัญหาได้

* Room EQ จะทำให้การตอบสนองดีขึ้นในบางช่วงความถี่และแย่ลงในบางช่วงความถี่ ซึ่งอีกครั้งที่นั่นเป็นความจริงบางส่วนสำหรับปรากฎการณ์นั้น ถ้าคุณไม่ได้ใช้ Subwoofers หลายตัวและใช้ Bass Trapsในห้องของคุณ ในขณะที่การวางตำแหน่ง Subwoofers อย่างเหมาะสมจะช่วยลดความแปรปรวนของช่วงความถี่ต่างๆได้

ปล: สำหรับผู้ที่ต้องการศึกษาเพิ่มเติมแนะนำหนังสือเล่มนี้ครับ "Master Handbook of Acoustics": https://amzn.to/3i71CWI