เมื่อหลายปีก่อนผมได้เคยพูดถึงเรื่องของPhase และ Time Alignment ไว้ในนิตยสารVideophile แบบละเอียดใครสนใจก็ลองไปหาอ่านฉบับย้อนหลังดูได้ ฉบับนี้ก็จะพูดต่อยอดไปถึงปัญหาของPhaseหรือTime Alignmentว่าในทางปฏิบัติมันจะทำให้เกิดความผิดปกติต่อเสียงอย่างไรบ้างในห้องHome Theaterหรือในห้องฟังที่มีขนาดไม่ใหญ่มาก
ก่อนอื่นก็คงต้องทำความเข้าใจกันก่อนถึงคำว่าPhase AlignmentและTime Alignment ซึ่งบางคนก็ยังสับสนกันว่าสองคำนี้มีความหมายเหมือนกันหรือคือคำคำเดียวกันใช้แทนกันได้ แต่ความจริงแล้วสองคำนี้มีความหมายต่างกัน จากคำว่าalignซึ่งในที่นี้จะหมายถึงไปด้วยกันหรือเข้ากันกัน โดยถ้าเวลามีความถูกต้องสัมพันธ์กันก็จะเรียกว่า”time alignment” และถ้ามีความเข้ากัน ตรงกันในเรื่องของphaseก็จะเรียกว่า”phase alignment” ทั้งสองสิ่งนี้มีความสัมพันธ์กันแต่มีพื้นฐานและการนำไปใช้ที่แตกต่างกัน Time alignmentหมายถึงการตรงกันในเรื่องเวลาของสัญญาณคลื่นเสียง เช่น เสียงจากลำโพงทั้งสองมาถึงพร้อมกันที่ตำแหน่งนั่งฟังในเวลา 14 milliseconds(ms)ก็หมายถึงเสียงจากลำโพงทั้งสองมีtime alignmentต่อกัน ส่วนPhase alignmenจะแสดงถึงความเข้ากันของตำแหน่งphase ของสัญญาณคลื่นเสียงทั้งสองคลื่นโดยphaseของเสียงจะสื่อมาจากตำแหน่งองศารอบๆวงกลม360องศา เช่น คลื่นเสียงทั้งสองเมื่อมาถึงจุดนั่งฟังจะมีค่าphaseของเสียงอยู่ที่ 90องศาเท่ากันก็แสดงว่าสัญญาณคลื่นเสียงทั้งสองมีphase alignmentต่อกัน
PhaseและTime จะมีผลต่อเสียงที่มนุษย์เราได้ยินเป็นอย่างมาก แต่ก่อนที่จะพูดถึงในทฤษฎีว่ามันมีความสำคัญ มีผลอย่างไรต่อเสียงบ้างถ้าPhase กับ Timeไม่เข้ากันหรือไม่สัมพันธ์กันลองมาเริ่มกันที่ภาคปฏิบัติให้ได้เห็นภาพกันก่อนจะได้เห็นภาพได้ชัดเจนมากขึ้น โดยวันนี้ขอพาเข้าไปห้องที่บ้านผมอีกห้องหนึ่งที่เอาไว้สำหรับทำการทดลองเรื่องเสียงต่างๆ เริ่มต้นจากการวัดFrequency Responseของลำโพงให้ดูว่าPhase Alignmentมีความสำคัญอย่างไรต่อการวางลำโพงในห้องhome theaterบ้าง ว่าแล้วก็กางขาตั้งไมค์วางไมค์ไว้หน้าลำโพงให้ไมค์ห่างลำโพงประมาณสองสามฟุตทำการวัดค่าระดับความเข้มเสียงที่ความถี่ต่างหรือเรียกกันง่ายๆว่าFrequency response จากกราฟก็พบว่าFrequency ResponseมีDipขนาดใหญ่เกิดขึ้นบริเวณที่ความถี่2K Hzกว่าๆ มันเกิดจากอะไร แล้วทำไมไปเกิดตรงนั้น
คำตอบในเรื่องนี้เกิดจากที่ว่าปกติเมื่อลำโพงตู้นั้นๆออกมาสู่ท้องตลาดก็จะมีการทำTime Alignmentเรียบร้อยเพื่อให้กรวยลำโพงหรือDriverแต่ละตัวทำงานประสานกันเข้ากัน ดังนั้นเมื่อเราวางไมค์อยู่ระหว่างdriver 2ตัว เวลาที่เสียงจากdriverมาถึงไมค์จากทั้งWooferและTweeterก็จะถูกปรับแต่งให้เท่ากันหรือเกิดการalignกันขึ้น แต่เมื่อเราเลื่อนไมค์ขึ้นหรือลงก็จะทำให้เสียงจากdriverตัวใดตัวหนึ่งมาถึงก่อนอีกตัว ทำให้Phaseของdriverทั้งสองที่เคยตรงกันหรือเข้ากันบริเวณจุดcrossoverมีการไม่เข้ากัน เกิดการหักล้างกัน(cancellation)เกิดเป็นdipขึ้นมา ทำให้Phase AlignmentของลำโพงเสียไปตรงบริเวณCrossover point ซึ่งลำโพงตัวนี้ทางบริษัทได้แจ้งไว้ว่ามีcrossoverอยู่ที่ 2.7kHz ก็ถือว่าใกล้เคียงจากตำแหน่งdipที่เห็นอยู่ในกราฟfrequency response
คราวนี้ลองเลื่อนไมค์วัดเสียงให้อยู่ตรงกลางระหว่างDriverของtweeterและwoofer จะพบว่าdipตรงบริเวณ 2kHzกว่าๆก็หายไป แต่อย่างไรก็ตามเมื่อเลื่อนไมค์มาอยู่ด้านล่างของลำโพงก็จะเกิดdipบริเวณใกล้ๆกันแถวๆ Crossover Pointอีกเช่นกัน
ถ้าลองตั้งข้อสังเกตุจะเห็นได้ว่าตำแหน่งที่เป็นdipเวลาไมค์อยู่สูงหรือต่ำกว่าลำโพงจะไม่เท่ากันเป๊ะๆตรงจุดcrossover point เนื่องมาจากว่าระดับความดัง(LevelหรือMagnitude)ที่เปลี่ยนไปของdriverทั้งสอง ลองนึกภาพกราฟlevelของลำโพงตรงจุดcrossover เมื่อเราเลื่อนลำโพงไปทางtweeterมากขึ้นระดับเสียงหรือlevelของเสียงจากtweeterก็จะมากขึ้นตำแหน่งcrossoverก็จะเปลี่ยนไปไม่เท่าเดิม หรือถ้าเลื่อนมาด้านล่างที่จะใกล้กับwooferเสียงlevelจากwooferก็จะดังขึ้นในขณะที่จากtweeterลดลง ดังนั้นตำแหน่งcrossoverจึงเปลี่ยนไปเช่นกัน ดังนั้นในระบบhome theaterที่เห็นบางคนseriousกับการตัดcrossoverระหว่างลำโพงsubwooferกับลำโพงmainว่าต้อง60Hz, 70Hz , 80Hz, 90Hz ฯลฯ เป๊ะๆเท่านั้น ในความเป็นจริงแล้วค่านี้ไม่คงที่แน่นอนเสมอไปเพราะตำแหน่งcrossoverมันขึ้นอยู่กับlevelของลำโพงsubwooferกับลำโพงmainด้วย ค่านี้เป็นเพียงการบอกคร่าวๆว่าอยู่ประมาณนี้เท่านั้น พอวัดออกมาจริงๆcrossoverอาจจะไม่ตรงกับค่าที่เราตั้งไว้ในAVRหรือPre Proก็ได้ แต่จุดสำคัญมันอยู่ที่การalign phaseต้องให้มันมีการin phaseและin timeในบริเวณcrossoverให้กว้างที่สุดไม่ใช่มีแค่ตรงcrossoverเพียงจุดเดียว
คราวนี้ลองเลื่อนไมค์วัดเสียงไปออกไปด้านข้างมากขึ้นเรื่อยๆ เรากลับไม่พบdipเหมือนอยู่ด้านบนหรือด้านล่างของลำโพง จะมีก็แต่levelในความถี่สูงๆที่roll offลงเนื่องจากผลของระยะที่ห่างออกไปของไมค์จากการoff axis ซึ่งเรื่องนี้สามารถอธิบายได้ว่าเนื่องจากระยะของtweeterกับwooferก็ยังห่างจากไมค์เท่าๆกัน phaseก็ยังคงalignกันอยู่ จึงไม่มีการcancellationของphaseขึ้นเหมือนไมค์อยู่ด้านบนหรือล่างของลำโพง
ดังนั้นถ้าเทียบระหว่างการวางลำโพงในแนวตั้งและแนวนอน การวางลำโพงแนวตั้งจะให้การตอบสนองความถี่ได้ราบเรียบกว่าเนื่องจากtime offsetของลำโพงtweeterและwoofer มีphase alignmentที่ดีกว่า แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นไม่ได้หมายถึงวางแบบนี้แล้วเสียงจะดีกว่านะครับ อันนี้เป็นเพียงการมองในแง่frequency responseตามหลักการทางPhysicsเท่านั้น เสียงจะดีไม่ดีคงขึ้นกับอีกหลายปัจจัยและมีความหลากหลายที่ยากจะตัดสินเพราะแค่คำว่า ”เสียงดี” ความหมายของแต่ละคนก็แตกต่างกันแล้ว
สรุปที่ผ่านมาข้างต้นเป็นเรื่องของPhase Alignmentระหว่างลำโพงtweeterกับwooferว่าถ้ามีการมาถึงของเวลาไม่เท่ากัน(Time offset)ก็จะเกิดphase offsetหรือเกิดการไม่เข้ากันของphaseของเสียงทำให้มีcancellationบริเวณcrossover pointได้ ต่อไปก็จะพูดถึงว่าถ้าลำโพงสองตัวเล่นสัญญาณเดียวกันแต่มีTime offsetจะเป็นยังไงบ้าง จากหลักPhysical Lawของเสียง ถ้าลำโพงตั้งแต่สองตัวขึ้นไปเล่นสัญญาณเสียงเดียวกันแต่มีเวลามาถึงจุดฟังไม่เท่ากัน phaseของเสียงที่ต่างกันทำให้เกิดการเสริมกันของความถี่บางความถี่และหักล้างกันของความถี่บางความถี่โดยเกิดขึ้นเป็นseriesหลายๆตำแหน่งต่อเนื่องกันทำให้กราฟของfrequency responseออกมาขึ้นลงคล้ายๆกับซี่ของหวีเขาจึงเรียกกว่าcomb filter การเกิดcomb filterจะทำให้โทนของเสียงเปลี่ยนไปเนื่องจากมีหลายตำแหน่งมีความถี่หายไปหลายตำแหน่งมีความถี่สูงมากกว่าเดิม ทำให้ความสมจริงสมจังของเสียงหรือบางคนเรียกว่าความเป็นธรรมชาติของเสียงเสียไป โดยเฉพาะเสียงพูดถ้าเกิดcomb filtersขึ้นเสียงคนก็จะเปลี่ยนไปเพี้ยนไปบางครั้งก็เสียงก็อาจจะอู้อี้ บางทีเสียงก็อาจจะสดเกินแบบแปร่งๆ ยิ่งถ้าตำแหน่งdipไปตรงกับตำแหน่งที่เป็นพื้นฐานของเสียงพูดพอดีเสียงพูดที่ออกมาก็จะขาดน้ำหนักไม่สมจริง บางทีcomb filterก็จะทำให้รู้สึกได้ว่าสเกลเสียงพูดของลำโพงชุดนี้ทำไมเล็กว่าอีกห้องที่ใช้ชุดSystemเหมือนกันแต่กลับมีสเกลเสียงที่ใหญ่กว่า เหล่านี้ล้วนเป็นผลของเสียงที่เกิดcomb filterขึ้น ยกตัวอย่างให้เห็นภาพว่าทำไมcomb filterถึงมีผลต่อน้ำเสียงของคนมาก อย่างเช่นเสียงของDarth Vaderในภาพยนตร์เรื่องStar Warsมันถูกสร้างขึ้นจากเสียงคนปกติรวมกับเสียงเดิมที่delay timeเข้าไป10ms แล้วทำให้เกิดcomb filteringขึ้น ซึ่งจะเห็นได้ว่าเสียงDarth Vaderที่ออกมาดูไม่เหมือนเสียงคนปกติในธรรมชาติเลย
Comb Filterที่มักพบในห้องhome theaterก็เช่น การที่แยกสัญญาณเสียงจากchannelหนึ่งให้ไปออกลำโพงสองตู้ที่เหมือนกันทำให้ลำโพงทั้งสองตู้มีเสียงออกมาเหมือนกันทุกอย่างเมื่อเวลาที่เสียงจากทั้งสองตู้มาถึงตำแหน่งนั่งฟังไม่พร้อมกันแม้เพียงนิดเดียวก็จะทำให้เกิดComb filterขึ้น และอีกอย่างที่พบบ่อยในห้องฟังก็คือการรวมกันของเสียงโดยตรงจากลำโพงกับเสียงสะท้อนจากผนัง พื้น เพดาน หรือจากวัตถุที่เกิดการสะท้อนของเสียงได้ ทำให้เสียงที่สะท้อนซึ่งก็คือเสียงเดียวกับเสียงที่มาถึงหูตรงๆมาถึงช้ากว่าเสียงตรงๆจากลำโพงรวมกันก็เกิดเป็นcomb filterขึ้น
คราวนี้ลองมาดูจริงๆกันว่าจะเกิดcomb filterตามPhysical Lawหรือไม่ เอาที่เห็นกันบ่อยๆคือแยกเสียงจากลำโพงmainแต่ละchannelมาออกลำโพงสองตัวเหมือนๆกัน เช่นแบบนี้ลองเอาลำโพงตัวเดียวเล่นเสียงpink noiseจากsignalเดียว แล้ววัดfrequency responseดู ก็ยังไม่พบลักษณะของcomb filterแต่พอแยกหรือsplitสัญญาณจากแชลแนลเดียวกันให้ออกลำโพงสองตัวเหมือนกัน มาเลยครับทีนี้comb filter และถ้ายิ่งขยับให้ไมค์ให้off axisมากขึ้น พบว่าcomb filterก็จะมีความรุนแรงเพิ่มมากขึ้นตามเพราะtime offsetของลำโพงทั้งสองตัวมีค่ามากขึ้น
คราวนี้ลองมาเทียบกับลำโพงCenterซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อใช้เป็นลำโพงCenterเพียงตัวเดียว เมื่อวางไมค์ตรงกลางก็ไม่พบcomb filterแต่อย่างไร และถึงแม้ขยับออกนอกแนวoff axisไปมาก ก็ยังไม่พบลักษณะของcomb filter พบแต่การroll offของความถี่สูงเนื่องจากระยะทางที่ออกนอกแนวมากขึ้น
อีกแบบที่พบบ่อยในห้องhome theaterก็คือการวางอุปกรณ์เครื่องเสียงไว้หน้าลำโพงCenterไม่ว่าจะเป็นเครื่องเล่น แอมป์ AVRฯลฯ หรือแม้กระทั่งพวกcoffee tableต่างๆ พบว่าอุปกรณ์พวกนี้จะสะท้อนเสียงทำให้เกิดcomb filterขึ้นได้เช่นกัน ผมเลยทดลองเอาโต๊ะญี่ปุ่นวางไว้หน้าลำโพงcenterแล้วลองวัดดูก็พบว่าเกิดcomb filterขึ้นอย่างชัดเจน แต่แค่พอเอาโต๊ะตัวนี้ออกไปบริเวณที่เคยเกิดcomb filterขึ้นเยอะๆก็หายไป
สามารถสรุปเรื่องของComb Filterเป็นข้อๆได้ดังนี้
– กราฟfrequency responseจะมีลักษณะเป็นเอกลักษณ์คล้ายหวี
– เกิดมาจากความสัมพันธ์ของPhase, Frequency, Time Delay
– เกิดขึ้นเมื่อเสียงผสมกับสัญญาณเสียงของตัวเองที่มีDelay Time
– รูปร่างของกราฟจะขึ้นอยู่กับDelay Time
– จะไม่เกิดขึ้นถ้าสัญญาณทั้งสองไม่ได้เหมือนแบบCopyกันมา
– EQไม่สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้
ปัญหาในเรื่องของphase offsetความจริงยังมีอีกหลายอย่าง หลายแบบ แต่ผมเลือกเอาปัญหาที่พบบ่อยๆในห้องhome theaterมาก่อน ส่วนปัญหาของphaseในเรื่องอื่นๆใครสนใจมากกว่านี้หรือในแบบละเอียดกว่านี้ก็สามารถหาอ่านจากหนังสือหรือแหล่งความรู้ต่างๆเพิ่มเติมได้ เพราะอย่างไรก็ตามการอ่านหนังสือก็ยังมีความสำคัญในการศึกษาในทุกศาสตร์แม้กระทั่งศิลปะเอง ผมชอบคำพูดของอาจารย์ถวัลย์ ดัชนีอยู่ประโยคหนึ่งที่ท่านเคยกล่าวอย่างน่าฟังไว้ว่า “ถ้าอยากเป็นช่าง ก็ต้องฝึกวาดภาพให้มาก แต่ถ้าอยากเป็นศิลปิน ต้องอ่านหนังสือให้มาก”
