جهاز محلل الصوت الآني Real Time Analyzer

أغسطس 12, 2017 saeed sleiman

جهاز محلل الصوت الآتي Real Time Analyzer

هو جهاز يعمل على تحليل الصوت الى كافة الترددات التي تحويه, بحيث يبين مطال الإشارة لكل تردد من المجال (20Hz)و حتى (20KHz) . كما أنه يعطي مستوى شدة الصوت (SPL) للإشارة التي يقيسها.

يعتبر هذا الجهاز من أهم أجهزة القياس الصوتية لمهندس الصوت المحترف من أجل معايرة النظام الصوتي ومن أجل تحديد الخصائص الصوتية للقاعة الصالة, المسجد, المسرح…….

وأيضا يستخدم لتحديد تردد الرنين للقاعة, ولتحديد التردد أو الترددات التي تسبب الفيدباك (أو التغذية العكسية) أو الصفير

. وذلك من أجل الحصول على أفضل معايرة لنظام الصوت.

من أجل الوصول الى هذه الغاية, عادة من يقوم مهندس الصوت بإستخدام إشارة (pink noise) (ترجمتها الحرفية الضوضاء الوردية او الضجيج الوردي) وهي إشارة صوتية لها هذا الشكل:

وهي إشارة خاصة يتم توليدها من أجل معايرة الأجهزة والأنظمة الصوتية وللوصول الى أفضل عيار للاكولايزر.

وهذه تمتاز بأن  الإشارة لها طاقة متساوية لكل أوكتاف.

هناك عدة أنواع لإشارت الضوضاء ويرمز لها بالالوان مثل الازرق و البني و الابيض و الرمادي. و لكن كمهندسي صوت أكثر ما يهمنا حاليا هي  إشارة الضجيج الوردي و الضجيج الأبيض white noise و هي الاشارةالتي لها طاقة متساوية لكل تردد.

بالحقيقة أن التمييز بين هذين النوعين اي الضجيج الوردي و الضجيج الابيض , هو (معقد) قليلا ولكل وحتى نقرّب المفهوم قليلا و لفهم موضوع الاوكتاف الذي يتعامل مع (مضاعفة Double) التردد.

لنأخذ مجموعة القيم التالية من الترددات:

الفرق بين 100 HZ و 200 HZ هو واحد اوكتاف.(200 هي ضعف 100)

الفرق بين 5KHZ و 10 KHZ هو أيضا واحد اوكتاف.(10 كيلو هي ضعف 5 كيلو)

إذا نظرنا الى الأمرين من ناحية الترددات بين الفرق بين   100Hz و 200Hz  هو 100Hz فقط.

بينما الفرق بين 5KHz و 10KHz  هو  5KHz .

(بينما من ناحية الاوكتاف فإن الفرق هو نفسه).

نظرنا الى هذا الفرق بالحساب الرياضي للطاقة بين هذه القيم نجد أن كمية الطاقة ما بين 5KHz و 10KHz هي أكبر بكثير جدا من الطاقة ما بين 100 Hz و 200 Hz.

من ناحية إشارة  PINK NOISE  تتوزع هذه الطاقة بالتساوي على كامل الاوكتاف.

اي كمية الطاقة بين الترددات  100Hz و 200Hz مساوية لكمية الطاقة بين الترددات 5KHz و 10KHz

ل وهذا المفهوم هو لتحقيق التطابق حول كيفية سماعنا للأصوات حيث تتوزع الطاقة بالاوكتاف. لذلك يتم استخدام إشارة PINK NOISE  في معايرة الصوت في حتى نتقارب مع كيفية ادراك الاذن للصوت. كلما تم مضاعفة التردد كان الفرق هو اوكتاف.

اضافة الى ما سبق وحتى نصل الى افضل معايرة لنظام الصوت يجب أن نعرف الخصائص السمعية للاذن البشرية, لأننا نريد معايرة الصوت للحصول على أفضل صوت نسمعه وليس حساب المعادلات الرياضية. لأنه إذا نظرنا الى الأمرين من وجهة نظر حسابية فقط ستجد أنه عمليا يختلف عما ندركه من اذاننا. مع أن الأذن البشرية (الصحية ولدى الشباب) تسمع كافة الترددات ما بين 20Hz و حتى 20 KHz  .

(هذا المجال يختلف باختلاف عمر الإنسان, كلما كبر الإنسان في العمر كلما (قلّ) هذا المجال).

ولكن هل تستجيب الاذن للترددات بنفس الطريقة ؟

طبعا لا.

إن الأذن تستجيب للترددات ما بين 500 HZ و 8 KHZ أكثر من استجابتها للترددات الأخرى. ومن أجل هذا يتم تغيير طريقة استجابة جهاز القياس بحيث يتوافق تقريبا مع استجابة الأذن وتسمى هذه العملية Weihting , والتي تعني (موازنة) أو (ترجيح)  او (تصحيح) بمعنى ان يتم تعديل قراءة الأجهزة بحيث تتوافق مع ادراك الأذن للصوت. اي يستجيب الجهاز للترددات كما تستجيب الاذن البشرية لهذه الترددات.

هناك عدة انواع (للموازنة weihting) ولكن اهمها:

  • A weighting.
  • C weighting.

النوع الاكثر استخدام هو A Weigting  و فيه يتم تعديل استجابة الجهاز للاشارة بهذا الشكل:

و هو النوع المستخدم اذا كان مستوى الصوت هو بالحدود الطبيعية, و ذلك لأن استجابة الأذن للترددات لها علاقة (بشدة الصوت) sound level.

عند زيادة شدة الصوت فوق 100dB فإن استجابة الاذن ايضا تتغير و تصبح مستقيمة أكثر, وهو ما يعبر عنه ب

C weighting وله هذا الشكل:

لذلك من أجل قياس الصوت الصوت العالي نستعمل موازنة C weighting  أما بالنسبة للأصوات العادية والمنخفضة فإننا نستعمل A weighting .

الشكل التالي يبين مقارنة بين النوعين A  و C :

إن عدم استخدام الموزانة (weighting) المناسبة قد يعطيك نتائج غير دقيقة بمعنى أنها قد تكون أعلى أو أقل مما هي عليه. وهو ما يمكن ان تلاحظة اذا وضعت الجهاز على الوضعية (دون موازنة Flat response) حيث ستكون القراءات مختلفة بشكل كبير.

القياسات التي تجري على الصوت ويتم استخدام الموازنة لها يعبّر عنها بالشكل (dB A) إذا كانت الموازنة A  weighting , و (dB C) إذا كانت الموازنة C  weighting .

هناك أنواع من الموازنات الأخرى ولكنها لا تهمنا في هذه المرحلة.

نعود الأن الى جهاز تحليل الصوت (sound analyzer) أو (sound analyser).

علما أن (Analyser تستخدم في امريكا وكندا) بينما (Analyzer) تستخدم في بريطانيا وبقية الدول.

إن الحصول على نتائج دقيقة من جهاز الانالايزر يتطلب استعمال مكرفون ذو استجابة ترددية مستقيمة مثل هذا الشكل:

أي أنه يعطي نفس الخرج بالنسبة لكافة الترددات بمعنى أنه لا يستجيب لبعض الترددات بشكل أقل أو أكثر من ترددات أخرى الا ضمن حدود صغيرة جدا.

اما المكرفون ذو اسجابة ترددية مثل هذه الشكل:

نلاحظ أن المكرفون هنا يعطي (خرج) مختلف حسب تغير التردد هذا المكرفون لا يصلح من أجل استخدامه في جهاز التحليل (ليس معناه أنه ليس جيد) ولكنه يصلح للصوت البشري Vocal ولكن ليس لجهاز قياس الصوت.

لذلك عندما تجد كثير من التطبيقات على الجوال التي تدعي أنها تقيس شدة الصوت أو تقوم بتحليل الصوت هي بعيدة عن الواقع, لأنها أصلا تستخدم مكرفون الجوال نفسه لتحليل الصوت وهو مكرفون لايصلح بتاتا لجهاز قياس (قد تصلح هذه التطبيقات فقط لإعطاءك فكرة عن شدة الصوت في مكان ما أو لقياس الضجيج أو لإجراء مقارنة بين عدة أصوات فقط) أو للتعليم فقط, ويمكن تحميل مثل هذه التطبيقات وتجربتها على جوالك. ولكن عموما الأجهزة الإحترافية تحتاج الى مكرفون احترافي.

هناك نوعان من أجهزة تحليل وقياس الصوت.

  • نوع فيزيائي

بمعنى انه جهاز مستقل لتحليل الصوت وقياس شدته وأظن أن أغلب الشركات قد توقفت عن إنتاج هذه الأجهزة نظرا لتكلفتها العالية لأن سوق بيعها قليل. وهناك أنواع محمولة منها أو ثابتة تركب على الراك.

ما زالت هناك بعض الشركات التي تنتج هذه الأجهزة و اسعارها متفاوتة جدا طبعا هذا يتبع جودة الجهاز و دقته.

  • برامج تحليل وقياس الصوت.

وعلى حسب الشركة المنتجة والخيارات التي تتيحها منها من يزودك بمكرفون (قياس) مع (CD) محمي مع Adapter اي محول من جاك XLR الى USB حتى يمكنك استخدام البرنامج على الحاسب مثل:

VT RTA  168 Virtins).

ومنها من يزودك بالبرنامج فقط. وعليك ان تقوم بشراء المكونات الضرورية لعمل البرنامج (مكرفون و محول)معظم الأجهزة او البرامج تقوم

  • توليد اشارة (pink noise).
  • تحليل الصوت.
  • قياس مستوى الاشارة, طبعا تقيس اشارة line اضافة الى اشارة المكرفون.وتقوم بإعطائك شدة الصوت dB.
  • يمكنك أن تغير من الموازنة من dB A الى dB C الى dB Z.

بعض الأنواع يعطيك مجال دقيق جدا للترددات وبعضها الأخر يكون (الباند) عريض قليلا.

اضافة الى تحوي ميزة (الاحتفاظ) بأعلى مستوى للإشارة لكافة الترددات حيث أن هذه الأجهزة تعطي القياس بالزمن الحالي. لذلك تحليل الترددات ستجده يرتفع وينزل بسرعة وقد لا تعرف ما هي قيمة أعلى مستوى تصل ترددات الإشارة المقاسة و عبر هذه الميزة يمكن بضغطة زر أن يقوم الجهاز أو البرنامج, بالإحتفاظ بأعلى مستوى للإشارة حتى يمكنك مراجعتها.

بعض الشركات توفر برامج بميزات محدودة وإذا أردت ميزات أكثر عليك ان تشتري البرنامج.

يمكنك عبر جهاز تحليل الصوت ايضا تجديد زمن الربفرب (Reverb time) أو (RT60) وهو الزمن تأخذه الإشارة الصوتية حتى تنزل الى أقل من 60 DB من مستواها الأصلي ويمكن أن تغيير هذا القياس من قياس كامل المجال الترددي الى قياس ترددات محددة من المجال ما بين

20 Hz  و 20 KHz.

ومن خلال هذا الجهاز او البرنامج يمكنك أجل اجراء تقييم (لجهاز, لنظام صوت, لقاعة, سماعة …..الخ). انه ذو امكانات كبيرة و يمكن ان اعتبره انه بمثابة (عيون) لمهندس الصوت. يقوم بتحويل الصوت الى الشاشة لتحكم عليه من خلال العين بدل من الاذن فقط.

المهندس سعيد سليمان