Faza sygnału audio

Faza sygnału to zagadnienie, którego zrozumienie jest zdecydowanie niezbędne do pracy nad mixem, a w szczególności przy obróbce równoległej.

Czym jest faza?

Faza to część fali o długości jej pełnego okresu. W zasadzie można by powiedzieć, że jest to czas pomiędzy maksymalnym odchyleniem membrany głośnika na zewnątrz, a maksymalnym jej odchyleniem do wewnątrz.

Poniższy rysunek przedstawia fazę fali trójkątnej.

Biorąc za punkt początkowy punkt A można zauważyć, że do punktu B fala pokonuje całą drogę „w górę i w dół”, a po punkcie B jest ona jedynie powielana. Ten właśnie odcinek nazywamy „fazą” sygnału.

Przesuńmy fazę!

Teraz załóżmy, że czas jaki mija od punktu A do punktu B to 10 milisekund. Zobaczmy, jak będzie wyglądał wykres fal, gdy jednocześnie wygenerujemy dwie fale trójkątne z tą różnicą, że jedna z nich będzie odtwarzana z opóźnieniem równym 5 milisekund.

W obecnej sytuacji, sygnały są w przeciw fazie względem siebie. To właśnie są przesunięcia fazowe. W tej sytuacji, gdy włączymy każdy z nich po kolei w trybie solo, jeden i drugi będą brzmiały praktycznie identycznie. Jeśli jednak odtworzymy te dwie ścieżki jednocześnie, kierując je obie bez żadnych zmian na kanał master, nie usłyszymy żadnego dźwięku, którego byłyby źródłem. Wynika to z sumowania różnic odchyleń fali w górę i w dół. Na wykresie zaznaczyłem dla przykładu wartości „5” i „-5”, których maksymalnie sięga fala. W takim wypadku sumując jej wartości w punktach jej wierzchołków, otrzymamy równanie: 5 + (– 5)= 0. Tak więc odchylenie membrany w tym punkcie będzie wynosiło „0” dla danego źródła dźwięku, którym są dwie fale trójkątne. Postępując analogicznie dla każdego najdrobniejszego punktu na linii fali, otrzymamy w każdym momencie wartość „0”. Tak w przybliżeniu wygląda wyjaśnienie słyszanej ciszy na sumie w chwili odtwarzania jednocześnie dwóch niemal identycznych ścieżek, z których każda emituje normalny, głośny dźwięk.

A co z głośnikami?

To tyle jeśli chodzi o niezbędną teorię dotyczącą przesunięć fazowych. Warto też zwrócić uwagę, że same głośniki mogą również w podobny sposób być w przeciw fazie względem siebie (gdy jedna membrana odchyla się do przodu, druga odchyla się do tyłu), z tą jednak różnicą, że jest raczej znikome prawdopodobieństwo wystąpienia ciszy w efekcie tego zjawiska, choć może ono powodować pewne zniekształcenia, szczególnie jeśli będzie ono dotyczyło niższych częstotliwości. Jeszcze innym zjawiskiem dotyczącym przesunięć fazowych jest przesunięcie względem siebie ścieżek prawego i lewego kanału dla sygnału stereo.

Pomimo również znaczącej przydatności znajomości tematyki z obszaru fazy dźwięku związanej z sygnałami stereo i ustawieniem głośników polecam skupić się najbardziej na obszarze dotyczącym sygnału mono (o którym wspominałem omawiając falę trójkątną), ponieważ problemy w tym obszarze są najczęściej spotykanymi i mają największe znaczenie w produkcji muzycznej.

Czy często usłyszysz… ciszę?

W praktyce zjawisko wystąpienia ciszy podczas przesunięć fazowych jest jednak sytuacją wyjątkową i raczej rzadko spotykaną. Skupmy się na przesunięciach o inną wartość niż połowa czasu fazy. W takiej sytuacji dźwięk będzie w jakimś stopniu zniekształcony i można powiedzieć „zamulony”. Suma ścieżek przesuniętych fazowo względem siebie o wartość inną niż połowa okresu będzie odpowiednio niższa i znacznie trudniej będzie jej się przebić przez mix niż każdej pojedynczej ścieżce, która się na nią składa. Zazwyczaj jest to zjawisko niepożądane i należy mu w odpowiedni sposób zapobiegać. Dzieje się tak dość często w takich sytuacjach, jak obróbka równoległa (np. kompresja nowojorska). Dochodzi wtedy do takiej sytuacji, gdy np. na ścieżce, na którą wysyłamy sygnał (send/aux) włączymy efekt, który powoduje znaczące opóźnienie sygnału, przez co odtwarzany jednocześnie z oryginalnym spowoduje on zmniejszenie jego głośności i „zamulenie”, które będzie skutkowało gorszym przebijaniem się ścieżki w mixie.

Teraz trochę praktyki

Jak wykryć przesunięcia fazowe i jak je naprawić? W chwili obróbki równoległej dobrze jest wyłączyć na chwilę jedną ze ścieżek i wtedy sprawdzić czy słyszalny sygnał finalny jest tak głośny, jak się spodziewamy, czy jest może nawet cichszy niż pojedynczy ślad i czy znacznie łatwiej w mixie układa się pojedyncza ścieżka niż obie. Drugą metodą wykrycia przesunięć jest eksportowanie każdej z dwóch ścieżek w trybie „solo” i sprawdzenie wizualne jak przebiegają ich ślady względem siebie. Aby naprawić zjawisko przesunięć fazowych można np. sprawdzić, który efekt powoduje dane opóźnienie i później wysłać ścieżkę bez opóźnienia na osobną ścieżkę, na której włączymy ten sam efekt powodujący opóźnienie, ale z parametrami niepowodującymi żadnych zmian w sygnale (chyba, że nam na nich zależy). Drugą metodą powstrzymywania tego zjawiska jest eksport ścieżek do postaci osobnych śladów audio i następnie wyrównanie ich względem siebie np. w kilkuśladowym edytorze audio. Na szczęście większość popularnych DAWów oferuje automatyczne dostosowanie opóźnienia sygnału, więc często problem jest rozwiązany zanim się o nim dowiemy. Jeśli zawiedzie nas automatyczne ustawienie opóźnienia, należy skorzystać z ręcznego.

Podsumowanie

Oczywiście nigdy nie należy przesadzać z teoretyczną perfekcją co do mixu utworów. „Jeśli coś pomimo wszechobecnie przyjętych zasad brzmi dobrze – to dobrze” – i te właśnie słowa, które gdzieś, kiedyś od kogoś usłyszałem stały się moją naczelną regułą jeśli chodzi zarazem o produkcję muzyczną, jak i samą muzykę w znacznie szerszym pojęciu. A gdzie przesunięcia fazowe są pożądanym zjawiskiem? Można tu wymienić takie efekty, jak phaser, flanger czy chorus, które działają na zasadzie przesuwania ścieżek względem siebie fazowo, tyle, że dodatkowo m.in. zmieniają one wartość tych przesunięć w czasie. Tak więc czasami to, co przyprawia nas niemal o ból głowy i czego chcemy za wszelką cenę unikać, czasem może okazać się czymś, dzięki czemu nasze utwory się wyróżnią i dzięki czemu stworzymy jakiś zupełnie nowy efekt.      

Big up!

Nitti Nit