ผู้เขียน Eakaphat ดูโพสทั้งหมดของ Eakaphatสนับสนุน Webs
ผู้เขียน Eakaphat ดูโพสทั้งหมดของ Eakaphatสนับสนุน Webs
ผู้เขียน Eakaphat ดูโพสทั้งหมดของ Eakaphatสนับสนุน Webs
ผู้เขียน Eakaphat ดูโพสทั้งหมดของ Eakaphatสนับสนุน Webs
ผู้เขียน Eakaphat ดูโพสทั้งหมดของ Eakaphatสนับสนุน Webs
ผู้เขียน Eakaphat ดูโพสทั้งหมดของ Eakaphatสนับสนุน Webs
ผลรวมคลื่นเสียงเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ มีสัญญาณเสียงตั้งแต่ 2 สัญญาณขึ้นไปรวมกัน และสร้างคลื่นใหม่ สัญญาณเสียงเป็นสัญญาณที่มีความซับซ้อน คลื่นหลายความถี่ถูกรวมเข้าด้วยกัน พร้อมกับความต่างกันของระดับความดันเสียง และเฟส เกิดเป็นรูปร่างใหม่ คุณสมบัติของ การรวมกันของคลื่นเสียง Wave Summation เป็นหนึ่งในเรื่องที่สำคัญที่สุดสำหรับผู้ออกแบบระบบเสียง และวิศวกรเสียงในด้านอื่น ๆ
การรวมกันของคลื่น เริ่มจาก 2 สัญญาณที่มีความถี่ต่างกัน รูปคลื่นเมื่อรวมจะมีรูปร่างที่แตกต่างไปจากเดิม ความถี่ที่สูงขึ้นจะถูกเพิ่มเข้าไปในรูปคลื่นของความถี่ต่ำ
จากรูป การรวมกันของคลื่นเสียง เป็นการรวมรูปคลื่นของความถี่ ระดับความดัน และเฟสที่ต่างกัน
(A) เป็นการรวมของความถี่ 100 Hz กับความถี่ที่สูงกว่า 5 เท่า หรือ 500 Hz ที่มีระดับความดันเสียงลดลง -12 dB ความสัมพันธ์ของเฟสคือ 0 องศา
(B) เป็นความถี่เดียวกันกับรูป (A) แต่มีความสัมพันธ์ของเฟสที่ต่างกัน 180 องศา สังเกตุ แนวของการความถี่สูงได้ย้ายไปยังความถี่ต่ำ โดยที่การวางแนวความถี่ต่ำไม่เปลี่ยนแปลง
(C) เป็นรูปคลื่นรวมของ (A) กับความถี่ 2,500 Hz และระดับความดันเสียงลดลง -18 dB ความสัมพันธ์ของเฟสคือ 0 องศาทั้งหมด จะเห็นได้ว่าทั้ง 3 ความถี่สามารถแยกแยะได้ในรูปคลื่น
ความถี่เหล่านี้ สามารถแยกออกจากกันได้ในภายหลัง โดยใช้ตัวกรอง
ต่อมาความสัมพันธ์ทางเฟสของแต่ละความถี่ จะส่งผลต่อขนาดคลื่นโดยรวม
รูปแสดงการรวมกันของรูปคลื่นความถี่เดียวกัน ในระดับความดันเสียงที่เท่ากัน แต่ความสัมพันธ์ของเฟสต่างกัน
(A) เฟสสัมพัทธ์ 0 องศา คลื่นรวมความดันเสียงเพิ่มขึ้น +6 dB
(B) เฟสสัมพัทธ์ 90 องศา คลื่นรวมความดันเสียงเพิ่มขึ้น +3 dB
(C) เฟสสัมพัทธ์ 120 องศา คลื่นรวมความดันเสียงไม่เพิ่มขึ้น 0 dB
(D) เฟสสัมพัทธ์ 180 องศา คลื่นรวม Cancels Phase เกิดความดันเสียงที่ติดลบ
สองสัญญาณที่มีความถี่เดียวกันถูกรวมเข้าด้วยกัน จะไม่สามารถกรองออกจากกันได้ ในกรณีนี้ ความสัมพันธ์ของเฟสจะมีผลชี้ขาดต่อธรรมชาติของรูปคลื่นที่รวมกัน
ผลรวมที่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ สัญญาณเหล่านั้นมีรูปคลื่นที่เหมือนกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นทั้งทางไฟฟ้าและอะคูสติกเสียง ยกตัวอย่างเช่น คอนโซลมิกซ์ (ไฟฟ้า) ลำโพง และการสะท้อน (อะคูสติกเสียง) แต่ถ้ารูปคลื่นต่างกันการรวมจะอยู่ในรูปแบบที่ซับซ้อน ซึ่งมีผลลัพธ์ที่ต่างกันออกไป
หากทั้ง 2 สัญญาณขึ้นและลงเป็นรูปคลื่นเดียวกัน และรักษาความสัมพันธ์ที่ตรงกันเสมอ ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นบวก
แต่หาก 2 สัญญาณมีเวลาที่ไม่ตรงกัน ในขณะที่ยังคงมีรูปคลื่นเดียวกันอยู่ ระยะเวลาของผลรวมจะถูกเพิ่มเฉพาะ ในเวลาที่มีสัญญาณทั้งสองอยู่เท่านั้น หากระยะเวลาของสัญญาณแรกสั้นกว่า และหยุดก่อนสัญญาณที่สองจะมาถึง ทำให้การรวมไม่เกิดขึ้น
ในความเป็นจริง ไม่สามารถจำกัดจำนวนของสัญญาณที่รวมเข้าด้วยกันได้ ยกตัวอย่างเช่น ห้องที่มีเสียงก้อง เสียงสะท้อน เกิดจากผลรวมของสัญญาณในปริมาณที่ไม่จำกัด และมีระยะเวลาที่ต่างกันออกไป ผลรวมที่ได้จะเปลี่ยนไปตามแต่ละตำแหน่งของห้อง
ผลรวมของเสียงยังประกอบด้วย สัญญาณที่มาจากการเคลื่อนที่ของคลื่น ในทิศทางต่าง ๆ ความสัมพันธ์เชิงทิศทางระหว่างแหล่งกำเนิดเสียง จะเป็นปัจจัยสำคัญในอัตราการเปลี่ยนแปลงของผลรวม
การรวมเสียงของ 2 แหล่งกำเนิด ที่มีความดันเสียงต่างกัน โดยที่เฟสตรงกัน
ตารางด้านบนถูกแยกเป็นในส่วนของ 20 Log (Level1/Level2) และ 10 Log (Power1/Power2) ซึ่งมีการใช้งานที่ต่างกันตามตาราง
ยกตัวอย่างความดันเสียง (Pressure) จะใช้ 20 Log (Level1/Level2) โดยที่ Ratio เท่ากับอัตราส่วน
ตัวอย่างที่ 1
การเพิ่มลำโพงจาก 1 ใบเป็น 2 ใบ โดยที่เป็นลำโพงแบบเดียวกัน เปิดที่ความดันเสียงเท่ากัน จะได้อัตราส่วนเท่ากับ 2/1 และ Ratio = 2
ดูตามตาราง เมื่อ Ratio = 2
Value(dB) จะเท่ากับ 6 dB
ดังนั้นเมื่อเพิ่มลำโพงจาก 1 ใบเป็น 2 ใบ โดยที่เป็นลำโพงแบบเดียวกัน เปิดที่ความดันเสียงเท่ากัน จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น +6 dB
ตัวอย่างที่ 2
การเพิ่มลำโพงจาก 1 ใบเป็น 5 ใบ โดยที่เป็นลำโพงแบบเดียวกัน เปิดที่ความดันเสียงเท่ากัน จะได้อัตราส่วนเท่ากับ 5/1 และ Ratio = 5
ดูตามตาราง เมื่อ Ratio = 5
Value (dB) จะเท่ากับ 14 dB
ดังนั้นเมื่อเพิ่มลำโพงจาก 1 ใบเป็น 5 ใบ โดยที่เป็นลำโพงแบบเดียวกัน เปิดที่ความดันเสียงเท่ากัน จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น +14 dB
ตัวอย่างที่ 3
การเพิ่มลำโพงจาก 2 ใบเป็น 4 ใบ โดยที่เป็นลำโพงแบบเดียวกัน เปิดที่ความดันเสียงเท่ากัน จะได้อัตราส่วนเท่ากับ 4/2 และ Ratio = 2
ดูตามตาราง เมื่อ Ratio = 2
Value(dB) จะเท่ากับ 6 dB
ดังนั้นเมื่อเพิ่มลำโพงจาก 2 ใบเป็น 4 ใบ โดยที่เป็นลำโพงแบบเดียวกัน เปิดที่ความดันเสียงเท่ากัน จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น +6 dB
ตัวอย่างที่ 4
มีเสียงอยู่ 2 แหล่งกำเนิด โดยที่แหล่งกำเนิดแรกมีความดันเสียงที่ 100 dB แหล่งกำเนิดที่ 2 มีความดันเสียงที่ 94 dB ผลรวมของ 2 แหล่งกำเนิดจะได้เท่ากับ
เปลี่ยนโจทย์เมื่อเทียบกับ dB Reference ให้ความดันเสียงสูงสุดเป็น 0 dB แหล่งกำเนิดแรกจะมีความดันเสียงที่ 0 dB แหล่งกำเนิดที่ 2 จะมีความดันเสียงที่ -6 dB
เมื่อเทียบกับ dB Reference ผลรวมของ 2 แหล่งกำเนิดจะได้เท่ากับเท่าไร
วิธีคิดง่าย ๆ โดยดูจากตาราง 0 dB = 1 Ratio และ -6 dB = 0.5 Ratio ผลรวม Ratio เท่ากับ 1.5 ดูตามตารางผลที่ได้จะอยู่ระหว่าง 3-4 dB ดังนั้นความดันเสียงจะได้เพิ่มขึ้นเป็น 103 dB – 104 dB และแน่นอนเป็นค่าที่ต้องใช้การคาดเดา
แต่มีวิธีที่จะได้ค่าแม่นยำกว่านั้น
โดยที่ V = 20 Log R จะเท่ากับ R = 10 V/20
แหล่งกำเนิดแรก dB Reference ให้ความดันเสียงสูงสุดเป็น 0 dB
จะได้
R = 10 V/20
R = 10 0/20
R = 1
แหล่งกำเนิดที่ 2 มีความดันเสียงที่ -6 dB เมื่อเทียบกับ dB Reference
จะได้
R = 10 V/20
R = 10 -6/20
R = 0.5
ผลรวม Ratio 2 แหล่งกำเนิดจะได้ 1+0.5 = 1.5
จาก V = 20 Log R
จะได้
V = 20 Log 1.5
V = 3.5 dB
ดังนั้นความดันเสียงจะได้เพิ่มขึ้น 3.5 dB หรือ 103.5 dB
หรือหาได้จากสูตร
Summation = 20 x log(S1 + S 2) / S1
โดยที่ S1 เป็นสัญญาณที่แรงกว่าและ S2 เป็นสัญญาณเท่ากันหรืออ่อนกว่า
Summation = 20 x log(1 + 0.5) / 1
Summation = 3.5 dฺB
ดังนั้นความดันเสียงจะได้เพิ่มขึ้น 3.5 dB หรือ 103.5 dB
ซึ่งได้ผลลัพทธ์เช่นเดียวกัน
จากตาราง จะเห็นได้ว่าการรวมเพิ่มขึ้นมากที่สุด เกิดขึ้นเมื่อทั้ง 2 สัญญาณอยู่ในระดับที่เท่ากัน และเมื่อสัญญาณทั้ง 2 เคลื่อนออกจากกัน การรวมจะค่อย ๆ ลดลง จนความแตกต่างของระดับสัญญาณห่างกันมากกว่า 12 dB การรวมจะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย
ขีดจำกัดของการเพิ่มระดับเสียง ไม่ได้สิ้นสุดแค่ตู้ลำโพง 2 ใบ แต่สิ้นสุดที่งบประมาณ การเพิ่มปริมาณตู้ลำโพงเป็น 2 เท่าในแต่ละครั้ง คือการเพิ่มระดับเสียง 6 dB เหตุผลสำหรับการรวมลำโพงหลาย ๆ ใบ คือความต้องการ SPL ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งนี่คือการที่เสียงทับซ้อนกัน 100 เปอร์เซ็นต์ แต่ในธรรมชาติเชิงพื้นที่ การรวมเสียงแบบนี้ไม่มีทางเกิดขึ้นได้เลย และการเพิ่มจำนวนสูงสุดย่อมมาพร้อมกับต้นทุน
เฟสสัมพัทธ์ คือการวัดเศษส่วนของความยาวคลื่น โดยเปรียบเทียบทั้ง 2 สัญญาณออกเป็นองศา เมื่อเสียงเริ่มต้นพร้อมกัน จะสอดคล้องกับ 0 องศาของเฟสสัมพัทธ์ ในขณะที่เมื่อการเริ่มห่างกันเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น จะสอดคล้องกับ 180 องศา จำไว้ว่าระดับสัมพัทธ์สามารถเปลี่ยนแปลงระดับเสียงของความถี่นั้น ๆ ได้ ตั้งแต่ +6 dB ไปจนถึง -∞ เมื่อเฟสต่างกัน 180 องศา
เฟสสัมพัทธ์เป็นฟังก์ชันวงกลม ซึ่งจำกัดอยู่ในช่วงไม่เกิน ±180 หรือ 0 – 360 องศา
ขั้นแรกในรูปสามารถมองเห็นเฟสสัมพัทธ์เป็นวงกลม ซึ่งจะเรียกว่าวัฏจักรเฟสสัมพัทธ์ วัฏจักรเฟสมีลักษณะเป็น 0 องศาที่ด้านบน และไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง จนกว่าจะถึงจุด 180 องศาที่ด้านล่าง ผลการบวก/การลบของเฟสสัมพัทธ์นั้น จะขึ้นอยู่กับตำแหน่งรัศมีของค่าเฟสสัมพัทธ์ นั่นคือ ตำแหน่งในวัฏจักรเฟส
คุณสมบัติการรวมเฟสสัมพัทธ์ เมื่อ 2 แหล่งกำเนิด มีระดับเสียงที่เท่ากัน
• การรวมเสียงสูงสุด เกิดขึ้นที่ 0 องศา คือ +6 dB
• การรวมเสียงจะลดลง และเกิดค่าที่น้อยกว่า ± 1 2 0 องศา
• ไม่มีการบวกหรือการลบ ความดันเสียงเกิดขึ้นที่ 120 องศา
• การลบความดันเสียง เกิดขึ้นที่ค่ามากกว่า ± 120 องศา
• การลบความดันเสียงสูงสุด เกิดขึ้นที่ 180 องศา
ภาพแสดงผลรวมของ 2 แหล่งกำเนิดที่มีระดับเสียงเท่ากัน ระดับของสัญญาณเปลี่ยนไป เมื่อเฟสต่างกันตั้งแต่ 0 องศา ถึง ±180 องศา
การรวมของเสียง 2 แหล่งที่มีระดับเสียงเท่ากัน โดยทีความต่างเฟสเท่ากับ 0 องศา (เส้นสีน้ำเงิน) และความต่างเฟสเท่ากับ 180 องศา (เส้นสีส้ม) แสดงถึงช่วงความต่างของระดับสูงสุด และต่ำสุดของทั้ง 2 สัญญาณ
จะเห็นได้ว่า ระดับสัญญาณที่เท่ากัน เมื่อเฟสตรงกัน จะได้ผลลัพธ์การรวมสูงสุด แต่ในทางตรงกันข้ามเมื่อเฟสต่างกัน 180 องศา ผลรวมจะอยู่ในระดับต่ำสุดเช่นกัน เกิดเป็นความต่างระหว่างผลรวมสูงสุด และต่ำสุดที่มาก ความต่างของผลรวมจะค่อย ๆ ลดลง เมื่อระดับเสียงต่างกัน
Response Ripple คือ ช่วงระหว่างระดับสูงสุด ไปยังระดับต่ำสุดในการตอบสนอง ระบบที่มีช่วงตั้งแต่ +4 ถึง –8 dB จะมีความแตกต่างกันที่ 12 dB
จุดมุ่งหมายคือ ในระบบต้องลดความแปรปรวนให้เหลือน้อยที่สุด การตอบสนองข้างต้นจาก 12 dB จึงกลายเป็น ±6 dB ซึ่งจะใช้ความแปรปรวนเป็นการวัดผลเชิงคุณภาพของผลรวม โดยที่ความแปรปรวนขั้นต่ำเป็นเป้าหมายสูงสุด
จากรูปแสดงถึงผลรวมของ Response Ripple ยกตัวอย่างเช่น เมื่อระดับความต่างของระดับเสียง ของ 2 แหล่งกำเนิดอยู่ที่ 1 dB ค่าของ Response Ripple จะอยู่ที่ ± 12 dB
และเมื่อ ค่าความต่างของระดับเสียงอยู่ที่ 10 dB ค่าของ Response Ripple จะอยู่ที่ ± 3 dB
คำถาม มีความแตกต่างระหว่าง 0 องศาและ 360 องศาหรือไม่ ? คำตอบคือ ใช่ มีความแตกต่างกัน โดยสรุปเป็นข้อได้ดังต่อไปนี้
-การหน่วงเวลา จะสร้างการเลื่อนองศาเฟสที่แตกต่างกัน สำหรับแต่ละความถี่ (รอบเฟสจะเปลี่ยนในอัตราที่แตกต่างกัน สำหรับแต่ละความถี่)
-การเลื่อนของเฟส จะสร้างจำนวนการหน่วงเวลาที่แตกต่างกัน ในแต่ละความถี่ (ตำแหน่งที่กำหนดในวัฏจักรเฟส จะสร้างจำนวนการหน่วงเวลาที่แตกต่างกัน ในแต่ละความถี่)
-สำหรับความล่าช้าที่กำหนด ความชันของเฟสจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ (วัฏจักรเฟสจะเปลี่ยนเร็วขึ้น เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น)
-สำหรับความถี่ที่กำหนด ความชันของเฟสจะเพิ่มขึ้นตามการหน่วงเวลา (วัฏจักรเฟสจะเปลี่ยนมากขึ้น เมื่อการหน่วงเพิ่มขึ้น)
เมื่อ 2 แหล่งที่มาของเสียง เกิดการรวมกัน ปัจจัยที่ส่งผลต่อการรวมคือ ระดับความดันเสียงและเฟส โดยแบ่งเป็น 5 หมวดหมู่ ดังต่อไปนี้
1.The Coupling Zone
Coupling Zone หมายถึง โซนที่ผลลัพธ์การรวมเป็นบวก โดยแหล่งที่มาทั้งคู่ ต้องต่างกันไม่เกินความยาวคลื่น ± 1/3 หรือไม่เกิน ±120 องศา ปริมาณการเพิ่มความดันเสียงจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง +6 dB ขึ้นอยู่กับความต่างกันของเฟส และระดับความดันเสียง
Response Ripple จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 6 dB หรือ < ± 3 dB
สรุป Coupling Zone สามารถเกิดขึ้นง่ายที่สุดในความถี่ต่ำ เนื่องจากมีความยาวคลื่นมาก และเป็นคำตอบที่ต้องการมากที่สุด ในการเพิ่มพลังเสียงระบบต่าง ๆ
2.The Cancellation Zone
Cancellation Zone หมายถึง โซนที่ผลลัพธ์การรวมเป็นลบ เฟสถูกจำกัด อยู่ที่ด้านลบของวงล้อเฟส หรือตั้งแต่ ±120 องศา เป็นต้นไป ผลรวมที่ได้จะเป็นลบเท่านั้น Cancellation Zone เป็นการตอบสนองที่ไม่เหมาะเมื่อมีการเพิ่มลำโพง
เมื่อเฟสมีความต่างตั้งแต่ ±120 องศา จะหมายถึงบริเวณที่มีความผันผวนของความดันเสียงมากที่สุด
Cancellation Zone Response Ripple มีช่วงตั้งแต่ 0 dB ถึง -60 dB หรือ < ± 30 dB
3.The Combing Zone
Combing Zone หมายถึง การรวมของ 2 แหล่งกำเนิดเสียง ที่มีความต่างของระดับเสียงตั้งแต่ 0 ถึง 4 dB และมีเฟสที่ต่างกันออกไป การรวมจะอยู่ที่ +6 dB ถึง -60 dB และ Response Ripple จะได้ > ± 6 dB
ตัวอย่างเช่น เมื่อ 2 แหล่งกำเนิดเสียงมีความดันเสียงต่างกัน 4 dB กรณีเฟสไม่ต่างกัน การรวมจะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น 4.2 dB แต่เมื่อมีเฟสที่ต่างกัน 180 องศา ความดันเสียงจะลดลง -8.7 dB จะเห็นได้ว่า ตรงข้ามกับการรวมกันของเสียงที่สมบูรณ์ Coupling Zone ก็มีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการหักล้างที่มากเช่นกัน เสียงจะลดลงลึกและแคบ จึงเป็นโซนที่เสี่ยงต่อการเกิด Comb Filters มากที่สุด
4.The Combining Zone
Combining Zone หมายถึง การรวมของ 2 แหล่งกำเนิดเสียง ที่มีความต่างของระดับเสียงตั้งแต่ 4 ถึง 10 dB และมีเฟสที่ต่างกันออกไป การรวมจะอยู่ที่ +4 dB ถึง -8 dB และ Response Ripple จะเท่ากับ ± 6 dB ถึง ± 3 dB โดย Combining Zone จะเป็นโซนที่เกิดความแปรปรวน และ Comb Filters ที่น้อยกว่า Combing Zone
5.The Isolation Zone
Isolation Zone หมายถึง การรวมของ 2 แหล่งกำเนิดเสียง ที่มีความต่างของระดับเสียงตั้งแต่ 10 เป็นต้นไป และมีเฟสที่ต่างกันออกไป การรวมจะอยู่ที่ +2 dB ถึง -3 dB และ Response Ripple จะได้ < ± 3 dB โดย Isolation Zone ความแปรปรวนจะน้อยที่สุด จากผลของเฟส โดยช่วงการรวมใน Isolation Zone ไม่เกิน 6 dB สอดคล้องกับมาตรฐานการยอมรับขั้นต่ำของความสม่ำเสมอ
กราฟแสดงความแปรปรวนของระดับเสียงในโซนต่าง ๆ โดยที่ Coupling Zone, Combing Zone, Cancellation Zone เกิดความแปรปรวนมากที่สุด ตามด้วย Combining Zone และแปรปรวนน้อยสุดคือ Isolation Zone
มาจนถึงตอนนี้ ผู้อ่านจะสามารถเข้าใจถึงความดันเสียงที่เปลี่ยนไป เนื่องจากความแตกต่างของระดับความดันและเฟสได้ แต่ยังไม่สามารถลงลึกได้ถึงในลักษณะของความถี่ เพราะทุก ๆ เวลา ที่ไม่เท่ากัน ย่อมส่งผลกระทบในความถี่เสียงที่ต่างกันไปด้วย
ตัวอย่าง ผลรวมของความถี่จาก 2 แหล่ง ที่มีความดันเสียงเท่ากัน แต่มีเวลาที่ต่างกัน โดยให้ค่าความล่าช้าเท่ากับ (a) = 0 ms, (b) = 0.1 ms, (c) = 1 ms, (d) = 10 ms
(a) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียง และเวลาที่เท่ากัน ผลรวมของ A + B จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น +6 dB
(b) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียงเท่ากัน แต่ B มีความล่าช้า 0.1 ms เกิด Phase ในลักษณะทแยงลง ผลรวมของ A + B จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น +6 dB ที่ความถี่ต่ำ และกลาง แต่เกิด Combing ที่ความถี่สูง
(c) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียงเท่ากัน แต่ B มีความล่าช้าเพิ่มขึ้นเป็น 1 ms เกิด Phase ในลักษณะทแยงลงที่มีความชันมากขึ้น และเลื่อนไปในความถี่ที่ต่ำลง ผลรวมของ A + B จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น +6 dB ที่ความถี่ต่ำ แต่เกิด Combing ที่ความถี่กลาง และสูง
(d) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียงเท่ากัน แต่ B มีความล่าช้าเพิ่มขึ้นเป็น 10 ms เกิด Phase ในลักษณะทแยงลงที่มีความชันมากขึ้น และเลื่อนไปในความถี่ที่ต่ำลง (ส่วนซ้ายมือ เส้นไม่ได้หายเพียงแต่เป็นข้อจำกัด ความละเอียดของเครื่องวิเคาระห์) ผลรวมของ A + B จะเกิด Combing ทั้งความถี่ต่ำ, กลาง และสูง
ตัวอย่างถัดมา ผลรวมของความถี่จาก 2 แหล่ง มีความดันเสียงไม่เท่ากันในแต่ละความถี่ และยังมีเวลาที่ต่างกัน โดยให้ค่าความล่าช้าเท่าเดิม โดยที่ (a) = 0 ms, (b) = 0.1 ms, (c) = 1 ms, (d) = 10 ms
(a) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียงที่ไม่เท่ากัน โดยที่ B ความดันเสียงค่อย ๆ ลดลงถึงความถี่สูงที่ -15 dB แต่มีเวลาที่เท่ากัน ผลรวมของ A + B จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น Coupling ที่ความถี่ต่ำ และกลาง ส่วนความถี่สูงมีการเพิ่มความดันเสียงเพียงเล็กน้อย เพราะอยู่ใน Isolation Zone
(b) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียงที่ไม่เท่ากัน โดยที่ B ความดันเสียงค่อย ๆ ลดลงถึงความถี่สูงที่ -15 dB และมีความล่าช้า 0.1 ms เกิด Phase ในลักษณะทแยงลง ผลรวมของ A + B จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น Coupling ที่ความถี่ต่ำ และเกิดการเพิ่ม และลดในพื้นที่ Combining ซึ่งอยู่ในส่วนของเสียงกลาง ส่วนความถี่สูงมีการเพิ่ม และลดความดันเสียงเพียงเล็กน้อย เพราะอยู่ใน Isolation Zone
(c) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียงที่ไม่เท่ากัน โดยที่ B ความดันเสียงค่อย ๆ ลดลงถึงความถี่สูงที่ -15 dB และมีความล่าช้า 1 ms เกิด Phase ในลักษณะทแยงลงที่มีความชันมากขึ้น และเลื่อนไปในความถี่ที่ต่ำลง ผลรวมของ A + B จะได้ความดันเสียงเพิ่มขึ้น Coupling ที่ความถี่ต่ำ และเกิดการเพิ่ม และลดที่ต่างกันมากขึ้น ในพื้นที่ Combining ซึ่งอยู่ในส่วนของเสียงกลาง ส่วนความถี่สูงมีการเพิ่ม และลดความดันเสียงเพียงเล็กน้อย เพราะอยู่ใน Isolation Zone
(d) เสียงจาก 2 แหล่ง A และ B มีความดันเสียงที่ไม่เท่ากัน โดยที่ B ความดันเสียงค่อย ๆ ลดลงถึงความถี่สูงที่ -15 dB และมีความล่าช้า 10 ms เกิด Phase ในลักษณะทแยงลงที่มีความชันมากขึ้น และเลื่อนไปในความถี่ที่ต่ำลง ผลรวมของ A + B จะได้ความดันเสียงที่เกิด Comb Filters ที่ความถี่ต่ำ เนื่องด้วยจากความดันเสียงอยู่ใน Combing Zone ผลรวมที่ออกมาจึงมีความแปรปรวนสูง และเกิดการเพิ่ม และลดที่ต่างกันในพื้นที่ Combining ซึ่งอยู่ในส่วนของเสียงกลาง ส่วนความถี่สูงมีการเพิ่ม และลดความดันเสียงเพียงเล็กน้อย เพราะอยู่ใน Isolation Zone
และนี่คือกราฟสรุประหว่าง ความแตกต่างของระดับความดันเสียง (Level offset) กับเวลา (Time offset)
ตารางแสดงจำนวนค่าความล่าช้า ที่จะสร้างชุดช่องว่าง Null และ Peak ซ้ำไปซ้ำมา
ยกตัวอย่างเช่น ค่าความล่าช้า 0.1 ms จะสร้าง Null ที่ 5,000 Hz, Peak ที่ 10,000 Hz, Null ที่ 15,000 Hz, Peak ที่ 20,000 Hz ไปเรื่อย ๆ
สามเหลี่ยมเป็นรูปทรงเบื้องต้น สำหรับเรขาคณิตผลรวมของลำโพง 2 ใบ โดยสามเหลี่ยมจะมีทั้งหมด 4 ประเภทที่ต้องพิจารณา ปัจจัยสร้างความแตกต่างคือมุมของสามเหลี่ยม
เมื่อ A และ B คือตำแหน่งลำโพง ปัจจัยที่มีผลต่อการตอบสนองในจุดรวม หรือจุดรับฟัง (C) คือ
• การชดเชยระดับเสียงเนื่องจากระยะทาง
• การชดเชยระดับเสียงจากมุมกระจายเสียง
• การชดเชยเวลา
สมการพื้นฐานของสามเหลี่ยม คือทฤษฎีพีทาโกรัส ผลรวมกำลังสองของด้านที่เล็กกว่าของสามเหลี่ยมมุมฉาก จะเท่ากับกำลังสองของด้านที่เหลือ (ด้านตรงข้ามมุมฉาก)
ลองใช้สิ่งนี้กับผลรวม เมื่อลำโพง A และ B ที่เหมือนกันดังขึ้น จุดอ้างอิงการฟังคือ C
ระยะห่างของลำโพง 2 ใบ คือด้าน AB เส้นทางสู่ตำแหน่งการฟัง คือด้าน AC และ BC ตามลำดับ การตอบสนองการรวมจะเกิดขึ้นที่จุด C ผลรวมจะต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของระดับความดันเสียง และเวลาที่มาถึงจุดรับฟัง
ข้อสังเกตุ จากรูปแสดงความสัมพันธ์ที่ไม่เท่ากัน ทั้งระดับเสียง และเวลา เมื่อผู้ฟังอยู่ที่จุด C ต่อมาเพิ่มระยะทางเป็น 2 เท่า อัตราส่วนความแตกต่างของความดันเสียงยังคงเดิม มีแต่เวลาที่เพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า
ทีนี้สามเหลี่ยมจะมีด้วยกัน 4 ประเภท มาดูกันว่าแต่ละประเภท จะส่งผลกระทบต่อความดันเสียง และเวลาอย่างไรบ้าง
1. เริ่มต้นด้วยสามเหลี่ยมหน้าจั่ว สามเหลี่ยมหน้าจั่วทำให้ไม่มีความต่างของระยะทาง เมื่อถึงจุด C แต่ยังคงมีการสูญเสียความดันเสียงตามระยะทางอยู่ ทำให้สามารถพบ Coupling zone ที่จุดบวกของสามเหลี่ยมหน้าจั่วโดยไม่คำนึงถึงระยะทาง
2. สามเหลี่ยมมุมฉาก แสดงความแตกต่างระหว่างความดันเสียง และเวลา Combining Zone พบได้ในสามเหลี่ยมมุมฉาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระบบเสียงส่วนใหญ่ มีการควบคุมทิศทางที่ไม่ดีในความถี่ต่ำ
เมื่ออยู่ตรงหน้าลำโพง A เสียงจากลำโพง B จะไปพบกันในทุก ๆ จุด ไม่ว่าจะเดินหน้า หรือถอยหลัง โดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำ ความสัมพันธ์ระหว่างเวลา และระดับเสียงจะแตกต่างกันออกไปในทุก ๆ จุด แต่เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น จะทำให้มีเสถียรภาพมากขึ้น เนื่องจากมีระยะทางที่ต่างกันลดน้อยลง
3. สามเหลี่ยมมุมป้าน เกิดความต่างของเวลา และระดับความดันเสียง คล้ายกับสามเหลี่ยมมุมฉาก ต่างกันที่สามเหลี่ยมมุมป้าน จุดรวมเคลื่อนออกจากด้านข้างของลำโพง A ทำให้ลำโพง A มีความดันเสียงที่เหนือกว่าลำโพง B ค่อนข้างมาก ระดับความต่างนี้ทำให้เข้าสู่ Isolation Zone
ต่อมาจากผลจากการชดเชยเวลาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้นี้ การเกิดขึ้น Isolation Zone จึงลดผลกระทบที่ไม่ดีลงได้ สามเหลี่ยมมุมป้านเป็นกลไกขับเคลื่อนหลัก ของลำโพงประเภทอาร์เรย์ ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในตอนนี้
4. สามเหลี่ยมมุมแหลม มักมีปัญหามากที่สุดในบริเวณนี้ เนื่องจากอยู่ใน Combing Zone ระดับความดันเสียงมีความแตกต่างกันไม่มาก
ในรูปแสดงการกระจายเสียงของลำโพง 2ใบ ต่อมาวางสามเหลี่ยมทั้ง 4 รูปแบบ ไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม และดูว่าโซนต่าง ๆ เมื่อรวมกันแล้วเสียงเป็นอย่างไร
ตัวอย่าง รูปแสดงการตอบสนองการรวมที่ 3 ช่วงความถี่ คือ 100 Hz, 1 kHz และ 10 kHz
สังเกตได้ว่า
• ความถี่ทั้งหมดแสดงการเพิ่มสูงสุดที่ศูนย์กลางของสามเหลี่ยมหน้าจั่ว (coupling zone)
• 1 kHz และ 10 kHz แสดงเสียงที่หายรอบจุดสามเหลี่ยมมุมฉาก (combing)
• เสียงสูงจะมีทิศทางมากกว่าเสียงต่ำ 10 kHz จึงเป็นสัญญาณแรกที่แสดง combing ที่ลดลง เมื่อเคลื่อนตัวออกจากจุดศูนย์กลางไปยังสามเหลี่ยมมุมป้าน (Isolation Zone) 1 kHz ก็ตามแนวโน้มนี้เมื่อสามเหลี่ยมมุมป้านเพิ่มขึ้น
• พื้นที่สามเหลี่ยมมุมแหลม มีความแปรผันมาก โดยเฉพาะความถี่สูง (combing zone)
• พื้นที่ Isolation Zone เพิ่มขึ้น เมื่อสามเหลี่ยมมุมป้านเพิ่มขึ้น
• ที่ 100 Hz ไม่แสดง Cancellation Zone ที่ตำแหน่งสามเหลี่ยมมุมฉาก เนื่องจากความถี่ต่ำมีความยาวคลื่นที่มาก ระยะ C มีความต่างไม่ถึง 1/2 ของความยาวคลื่น
ความต่างของระยะห่างแหล่งกำเนิดเสียง มีผลต่อเสียงอย่างไร ยกตัวอย่างความถี่ที่ 100 Hz ซับวูฟเฟอร์ถูกวางระยะห่างเป็น 0.5 λ, 1 λ, 2 λ, 4 λ ของความถี่ 100 Hz ตามลำดับ จะเห็นได้ว่า เมื่อวาง 2 แหล่งกำเนิดเสียงห่างกันไม่เกิน 0.5 λ หรือ 1/2 λ เสียงจะอยู่รวมกัน และทีทิศทางที่ชัดเจนขึ้น นั่นหมายถึงการควบคุมเสียง หลักการเหล่านี้นำไปออกแบบลำโพงไลน์อาเรย์ ตลอดจนการออกแบบระบบเสียง
ต่อมา เมื่อวาง 2 แหล่งกำเนิดเสียงห่างกันเกิน 0.5 λ หรือ 1/2 λ จะเห็นลักษณะของเสียงที่ดัง และหายเป็นช่วง ๆ เกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างความดันเสียง และเฟส ซึ่งหมายถึงการไม่สามารถควบคุมเสียงได้
ตั้งแต่ต้นบทความถึงบทสรุป จะทำให้ผู้ที่สนใจในเรื่องเสียง เข้าใจถึงความเปลี่ยนแปลง การรวมกันของคลื่นเสียง ทั้งระดับความดันเสียง และเฟส ว่าส่งผลต่อพื้นที่ต่าง ๆ อย่างไร ซึ่งเป็นเรื่องสุดท้ายของทฤษฎีเสียงพื้นฐานที่ต้องทำความเข้าใจ เพื่อนำไปต่อยอดในเรื่องที่ยากขึ้น เช่น การออกแบบตู้ลำโพง การออกแบบระบบเสียง สตูดิโอมิกซ์เสียง อะคูสติก หรือทุก ๆ เรื่องที่เป็นศาสตร์สำหรับผู้ต้องการเป็น Sound Engineer
อ่านบความบทที่ 1 ได้ที่ ทฤษฎีเสียงพื้นฐาน
