ถ้าพูดถึงคำว่าTransition Frequency ที่เกี่ยวข้องกับงานHome Theaterหลายท่านก็คงยังไม่คุ้นเคยว่าคืออะไร บทความในเดือนนี้ผมจึงจะเขียนในเรื่องที่เกี่ยวกับTransition Frequencyว่าหมายถึงอะไร หาได้อย่างไร และมีความสำคัญกับเสียงในห้องฟัง หรือห้องHome Theaterอย่างไรบ้าง
ก่อนหน้าที่จะพูดถึงTransition Frequencyก็ต้องพูดถึงพื้นฐานในเรื่องของความถี่ที่ถูกแบ่งเป็นกลุ่มต่างๆในห้องฟังเนื่องจากการเกิดdistortionsหรือความบิดเบี้ยวของคลื่นเสียง โดยปกติจะแบ่งความถี่เป็น 3กลุ่มตามการแบ่งของDr.Floyd Tooleเจ้าพ่อในเรื่องacousticsของห้องขนาดเล็กได้แก่ Modal Region, Transition Regionและ Acoustics Statistical Region
Modal Region ในส่วนนี้เป็นช่วงความถี่ต่ำที่ได้รับอิทธิพลจากroom modeโดยตรงทำให้คลื่นเสียงที่ออกมามีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงเป็นdipsของความถี่เสียง บางทีมีการswingsระดับความดังของคลื่นเสียงอาจจะมีถึง 15dBหรือมากกว่านั้น โดยในแต่ละจุดของroom modeก็จะมีช่วงห่างระหว่างกันที่ไม่ขึ้นต่อกันเช่นห้องหนึ่งอาจจะมี room modesอยู่ที่ตำแหน่ง 25Hz, 45Hz และ 60Hz ที่ในแต่ละความถี่ของroom modeก็จะห่างกันเพียงพอที่จะทำให้เกิดdipในแต่ละความถี่ โดยroom modeที่มีพลังมากที่สุดในModal Region นี้ได้แก่axial และtangential modes(สามารถหาอ่านเนื้อหาเรื่องroom modeจากหัวข้อStanding Waveที่ผมเคยเขียนไว้ในนิตยสารAudiophile/Videophileฉบับย้อนหลังได้) สำหรับการแก้ไขdistortionของคลื่นเสียงในregionนี้โดยใช้วัสดุAcoustic treatmentต่างๆนั้นทำได้ยาก เนื่องจากว่าความยาวคลื่นของความถี่ต่ำเหล่านี้นั้นมีความยาวคลื่นที่ยาวมาก การใช้แผ่นAcousticsหรือbass trapsที่ตื้นๆไม่กี่แผ่นส่วนมากก็จะไม่ส่งผลอะไรต่อความถี่ที่ต่ำกว่า 100Hz การแก้ไขที่จะให้ผลได้ดีมากที่สุดในส่วนRegionนี้ได้แก่
– การกำหนดขนาดอัตราส่วนของห้องฟังเพื่อให้มีการกระจายของroom modeไปยังความถี่ต่างๆ ไม่ซ้อนทับกันที่ความถี่ใดความถี่หนึ่ง
– วัสดุที่ใช้ทำพื้น เพดาน ผนังของห้องฟัง ไม่ควรแข็งเกินไปเนื่องจากจะทำให้เกิดการสะท้อนกลับไปกลับมาได้ง่าย ส่งผลให้คลื่นเสียงความถี่ต่ำถูกtrapsอยู่ระหว่างผนังนั้นๆ
– ตำแหน่งลำโพง ตำแหน่งนั่งฟัง ต้องอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม และมีความสัมพันธ์กับตำแหน่งของroom modeภายในห้อง
– การใช้Subwoofer หลายๆตัวเพื่อให้subwooferเหล่านี้เกิดinter-actionต่อกัน และสามารถช่วยลดความรุนแรงของroom modeที่เกิดขึ้นในห้องได้
– การใช้Equalizationเพื่อลดพลังงานความถี่บางความถี่ที่เกิดจากroom modeลง ทำให้การตอบสนองความถี่ของคลื่นเสียงมีความราบเรียบมากขึ้น และทั้งยังช่วยลดการเกิดringingหรืออาการค้างของเสียงเบสในส่วนของtime domainอีกด้วย
ต่อมาก็เป็นregionที่สองได้แก่ Transition Region หรือก็คือความถี่Transition frequency ซึ่งจากชื่อก็บอกอยู่แล้วว่าเป็นการเปลี่ยนผ่านจากregionความถี่ต่ำที่ถูกอิทธิพลของroom modeไปยังความถี่สูงขึ้นที่ได้รับอิทธิพลเด่นจากreflected soundsแทน อธิบายให้เห็นภาพง่ายๆความถี่กลางและความถี่สูงภายในห้องฟังการตอบสนองก็จะเหมือนกับลูกPool Ballที่อยู่บนโต๊ะเมื่อเวลาถูกแรงมากระทำก็จะวิ่งกระจายไปทั่วบนโต๊ะ มีการชนกันสะท้อนกันกับขอบโต๊ะไปมาในทิศทางแน่นอนตรงไปตรงมาจนพลังงานที่ได้รับมาหมดไป ซึ่งไม่เหมือนกับความถี่ต่ำที่เวลาฟังอยู่ในห้องฟังจะเกิดการresonanceหรือสะท้อนกลับไปมาของเสียง ถ้าขนาดของห้องฟังพอดีกับความยาวคลื่นเสียงหนึ่งๆก็จะทำให้เสียงที่ความถี่นั้นๆเกิดการเสริมกันและมีเสียงที่ดังขึ้นส่วนความถี่อื่นๆที่ไม่พอดีกับขนาดห้องก็จะไม่ถูกboost ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของลำโพง และตำแหน่งนั่งฟังในห้องด้วย โดยในบางความถี่ต่ำก็จะเสริมในบางความถี่ให้ดังขึ้น ในขณะที่บางความถี่ก็เกิดการหักล้างกัน และเมื่อขยับไปตำแหน่งต่างๆภายในห้องก็อาจจะมีความถี่อื่นๆเกิดการเสริมกันหรือหักล้างกันอยู่ด้วย ซึ่งการเกิดresonanceของเสียงแบบนี้ก็จะเหมือนกับการที่เราเป่าอากาศเข้าไปที่ปากขวดเบียร์แล้วมีเสียงก้องอยู่ภายในขวดเกิดขึ้น การเกิดresonanceหรือroom modeก็เป็นลักษณะเดียวกัน
การที่จะรู้ได้ว่าห้องของเราจะมีTransition Frequencyอยู่ที่เท่าไร วิธีการหาแบบง่ายๆก็คือเอา 1032แล้วหารด้วยความยาวส่วนที่แคบที่สุดของห้องฟัง(ส่วนมากในห้องhome theaterก็จะมักเป็นความสูงของห้อง) แค่นี้ก็จะได้ความถี่ที่เป็นTransition Frequency อย่างเช่นในห้องหนึ่งมีความยาวระหว่างผนังสองผนังน้อยที่สุดคือด้านความสูงเป็น 2.5เมตร และเมื่อเอาค่า 2.5มาหาร 1032ก็จะได้ผลลัพธ์เป็น 413Hz ดันนั้นความถี่ที่เป็นTransition frequencyในห้องนี้คือ 413Hz หรือถ้าห้องมีความสูงเป็น 3เมตร ก็จะได้ค่าTransition Frequencyอยู่ที่ 344Hz เป็นต้น จะเห็นได้ว่ายิ่งห้องมีขนาดใหญ่มากขึ้นTransition Frequencyก็จะลดลงไปเรื่อยๆ เนื่องจากว่าเมื่อห้องขนาดใหญ่ขึ้นอิทธิพลของroom modeที่จะมีกับห้องก็จะน้อยลงเรื่อยๆไม่เหมือนกับในห้องฟังขนาดเล็กเช่นในห้องhome theater แต่ต้องบอกไว้ก่อนว่าการหาค่าTransition Frequencyโดยการคำนวณจากขนาดห้องเป็นการคาดคะเนแบบคร่าวๆ ในห้องจริงก็อาจจะแตกต่างไปบ้างแต่ก็จะอยู่ในช่วงใกล้ๆกัน หรือถ้าอยากรู้ค่าจริงให้แน่นอนกว่านี้ในห้องฟังของเรา ก็สามารถทำได้โดยวัดFrequency Responseที่ตำแหน่งลำโพงon-axisแล้วค่อยๆขยับลำโพงออกไปoff axisทีละ 5องศา แล้วมาดูกราฟคราวนี้จะเห็นช่วงตำแหน่งTransition Frequencyได้ชัดเจนขึ้น เพราะตรงบริเวณนี้จะมีการแยกกันของกราฟลงไป ในขณะที่ตำแหน่งความถี่ที่อยู่ต่ำกว่าTransition Frequencyจะไม่มีการแยกลดลงของlevelแต่อย่างไร
ช่วงความถี่Transition Region ก็ยังได้รับอิทธิพลส่วนมากมาจากroom resonancesหรือroom modeเช่นเดียวกับ Modal Region แต่ว่าในแต่ละmodeจะอยู่ใกล้กันแน่นไม่ห่างกันเหมือนModal Region โดยแต่ละmodeบางทีก็ส่งผลถึงกัน(interact)ได้ด้วย การจัดการแก้ไขdistortionของความถี่เสียงในช่วงTransition Regionนั้นโดยปกติจะง่ายกว่าการจัดการในModal Region สามารถใช้ทั้งวิธีการดูแลเรื่องอัตราส่วนของห้องให้ลดความรุนแรงของroom mode และเนื่องจากความยาวคลื่นไม่ได้ยาวมากเหมือนในความถี่ต่ำทำให้สามารถใช้Acoustic treatmentในการแก้ไขความผิดปกติของเสียงในช่วงTransition Regionนี้ได้อีกด้วย
มาถึงregionสุดท้าย ได้แก่Geometric/Ray Acoustics Statistical Regionหรือที่บางคนเรียกว่าSpeaker off axis region เนื่องจากว่าความถี่ในregionนี้ไม่ว่าจะเป็นการฟังแบบ2channel หรือในhome theatersอิทธิพลที่มีผลมากที่สุดก็คือการตอบสนองที่เกิดจากตำแหน่งoff axisของลำโพง อ้าว…มาถึงตรงนี้หลายคนอาจจะงงว่าน่าจะเป็นปัจจัยจากdirect soundไม่ใช่หรือที่มีอิทธิพลต่อเสียงในregionนี้มากที่สุด อันนี้ต้องอธิบายว่าถ้าในrecording studios หรือการฟังแบบ near field แน่นอนว่าdirect soundน่าจะมีบทบาทมากที่สุด แต่จากการศึกษาของนักวิจัยจากHarman research แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าในห้องฟังที่เราใช้ฟังอยู่จริงๆตามบ้านเมื่อเอาfrequency responseของตำแหน่งนั่งฟังที่สูงกว่าtransition frequencyมาเปรียบเทียบกับการวัดในห้องไร้เสียงสะท้อน(anechoic) พบว่าเสียงที่ได้ยินนั้น ประมาณ12-14%มาจากdirect sound อีก 44%มาจาก early reflected sound และอีก 44%นั้นมาจาก late reflected sound การควบคุมจัดการความถี่ในregionนี้อาจจะใช้acoustics treatmentหรือวัสดุอื่นๆวางไว้ ตรงผนัง ตรงบริเวณพื้น หรือบริเวณเพดานตำแหน่งreflectionของเสียงก็จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงspectrumของพลังงาน และtimingของเสียงที่สะท้อนออกมา ทำให้สามารถดูแลความถี่ที่สะท้อนออกมาจากreflection pointsในห้อง และควบคุมระดับพลังงานโดยรวมของ late arrivingได้ รวมถึงการเลือกใช้ลำโพงที่มีการตอบสนอง off axisได้ดีก็จะช่วยในการจัดการกับคลื่นความถี่เสียงของ region นี้ได้
จะสังเกตเห็นได้ว่าเรื่องของroom modeหรือstanding wave นับว่ามีความสำคัญในห้องhome theater เป็นอย่างมาก จึงขอสรุปเรื่องของroom modeที่น่าสนใจให้ได้เข้าใจกันมากขึ้นว่าroom modeคืออะไร และจะส่งผลถึงคุณภาพของเสียงอย่างไรบ้าง
– ห้องฟังทุกห้องย่อมเจอกับสภาพการสะท้อนของคลื่นเสียงไปมาที่อาจจะเรียกได้หลายชื่อ เช่นคำที่คุ้นเคยว่า room mode, standing wave, modal resonance หรือบางทีก็เป็นคำที่ไม่ค่อยได้ยินเช่นeigentones หรือ eigenmodes แต่เหล่านี้ก็มีความหมายเหมือนกัน
– room mode นับว่าเป็นสาเหตุหลักของacoustic distortionในความถี่ต่ำกว่าtransition frequency ทำให้เกิดpeak และdipบนfrequency responseที่มีระดับความรุนแรง20dBหรืออาจจะมากกว่านี้ได้อีก
– Modal resonance จะเก็บพลังงานและบางทีก็เกิดการหักล้างของพลังงานอย่างช้าๆเมื่อเทียบกับความถี่ข้างเคียงทำให้เกิดปัญหาdistortionของเสียงที่สามารถฟังออกได้ โดยบางทีเรียกกันว่าone note bassหรือboomiess
– ระบบที่เปิดฟังเสียงในห้องฟังแทบทุกระบบ ไม่ว่าอุปกรณ์จะแพงsuper high-endขนาดไหน ก็ต้องพบกับปัญหาroom modeที่จะส่งผลลบทำให้เกิดการdistortionของเสียง
ดังนั้นถ้ารู้สึกว่าเสียงความถี่ต่ำ,ความถี่กลางไปจนถึงต่ำในห้องhome theatre ห้องฟัง2channels หรือห้องrecording studio ออกมาไม่ดี ก็ต้องตั้งข้อสังเกตไว้ว่าปัญหานี้น่าจะต้องเกี่ยวข้องกับผลลบจากการเกิดmodal resonance ที่อยู่ต่ำกว่าTransition Frequency เราจึงต้องศึกษาหาความรู้ในวิทยาศาสตร์ของTransition frequencyและroom modeเพื่อจะได้เข้าใจ ทำให้สามารถลดหรือกำจัดสาเหตุที่ทำให้คุณภาพเสียงไม่ดี ส่งผลให้เสียงที่ออกมาจริงๆในห้องฟังของเรามีความถูกต้องเหมาะสมมากยิ่งขึ้น
