Nayteikkuna

Impulssivasteella polariteetin perässä

Impulssivaste on järjestelmän vaste eli ulostulo, kun sille syötetään impulssi. Esimerkkinä voisi ajatella pianon kieltä järjestelmänä, johon vasara siihen iskiessään syöttää impulssin. Tästä impulssista kieli lähtee värähtelemään sille ominaisilla taajuuksilla, jotka vaimenevat ajan saatossa. Tuo sointi ja se, miten se vaimenee, on kyseisen kielen impulssivaste.

Yksittäistä pianonkieltä monimutkaisempi impulssivaste on esimerkiksi huoneella. Jos huoneessa oleva hyvälaatuinen kaiutin syöttää huoneeseen impulssin, saa samassa huoneessa jonkin etäisyyden päässä oleva mikrofoni talteen ensimmäiseksi suoraan sitä kohti tulleen impulssiäänen ja sen perään kaikilta huoneen pinnoilta heijastuneet kaiut sekä hetken kuluttua näiden kaikujen kaiut. Jotta impulssivastetta voidaan käyttää mittaamisessa, täytyy syötetty impulssi tuntea hyvin. Tällöin on mahdollista matemaattisella analyysillä tutkia järjestelmän reaktioita impulssiin, joka toimii referenssinä. Impulssivasteen antama tieto voidaan yrittää käyttää sellaisenaan tai muuttaa se vaikkapa taajuusvasteeksi. Nyt tuijotamme impulssivastetta itseään.

Vaste ikkunassa

IR eli impulse response (impulssivaste) omassa ikkunassaan kertoo monia asioita. Sen tutkiminen on jäänyt meiltä keikkamiehiltä liian vähälle. Suurin syy tähän ainakin omalla kohdallani on ollut se, että aikaisemmin käyttämissäni ohjelmissa IR on ollut hankala saada esille. Tämä syy ei enää käy, koska käyttämäni SysTune onnistuu impulssin tekemisessä live-tilanteessa mainiosti. Ja näin tekee nykyisin myös Smaart v7. Impulssin tutkiminen näillä ohjelmilla – ja monella muullakin – on nykyisin aivan yhtä helppoa kuin vaikkapa taajuusvasteen tarkastelu.
Pääasiallinen käyttö impulssivasteella omassa ikkunassaan on ollut eri kaiuttimien välisten aikaerojen löytäminen. Tämän jo moni keikkaratsu osaakin. Tähän kuitenkin palaamme seuraavassa numerossa ja alamme varovasti kurkkia myös vaihevastetta. Tämä siksi, että valitettavasti pelkällä impulssin tuijottamisella emme pääse aina ihan maaliin asti.

Polariteetit kuntoon

Kaiutinjärjestelmää virittäessä kaiuttimien yhtenäiset pyrkimykset ovat yksi tarkastelun kohteista. Varsinkin kaiuttimien sisäiset ja kaiutinryhmien väliset polariteetit ovat ratkaisevassa roolissa isompaa kaiutinjärjestelmää tutkittaessa.
Ensimmäinen asia on löytää virheet. Vastakkainen polariteetti on sellainen. Vastakkainen sanalla en tee positiivista tai negatiivista polariteettia toistaan paremmaksi. Kummatkin käyvät minulle, kunhan koko järjestelmässä on päädytty samaan. Samalla kaistalla eri kaiuttimien merkistä ja mallista riippumatta tulee edustaa samaa polariteettia.
Impulssivaste kertoo meille ajasta ja amplitudista. Siitä on luettavissa monia eri asioita. IR kertoo helposti signaalin polariteetin eli napaisuuden. Koko taajuuskaistan IR tosin on selkeästi luettavissa ainoastaan korkeiden taajuuksien osalta. Mutta yhdistettynä muihin mittauksiin (taajuusvaste, vaihevaste), asiat saadaan kyllä selville. Kokemus on tässäkin asiassa hyvä kaveri. Nykyisin on mahdollista tutkia impulssia myös rajatulla taajuuskaistalla. Tämä mahdollistaa vaikkapa polariteetin ja ajan tutkimisen halutulla kaistalla, esimerkiksi kaiutinelementtien tai pääkaiuttimen ja sub-kaiuttimen keskinäistä aikaa verrattaessa.
Monet käyttävät tästä polariteetista virheellisesti nimitystä vaihe. Esimerkiksi vastavaihe (phase reversal) termiä käytetään tilanteessa, jossa mielestäni kuuluisi käyttää ilmaisua negatiivinen polariteetti (negative polarity). Vaihe on aikaan sidottu ilmiö, joka vaihtelee taajuuksittain, mutta polariteetti on koko taajuuskaistalla (tai ainakin koko kaiutinelementin tuottamalla kaistalla) ilmenevä asia. Polariteetti on positiivinen (+, 0°) tai negatiivinen (-, 180°) eikä mitään tältä väliltä. Vaihe-ero voi olla mitä vain asteita, ja tämä aikaan sidottu ilmiö vaihtelee taajuuksittain. Saattaa kuulostaa, että jankkaan samoja asioita ja niin minä jankkaankin – tästä asiasta hamaan loppuun.

Selkoa mittakuviin

Kaikkien kuvieni impulssivasteet on tehty sähköisesti. Mittaan linjatasoista mittasignaalia ja manipuloin sitä vanhaan Soundwebiin tekemälläni pyydyksellä. Syötän ääntä SysTunesta Soundwebiin, ja sieltä se palaa välittömästi takaisin tarkasteltavaksi. Tämä järjestely siksi, että olisi helpompaa löytää varsinainen ilmiö ilman kaiuttimen ja tilan aiheuttamia muutoksia impulssivasteessa. Käytännössä löydökset eivät ole siis aivan yhtä helposti luettavissa, mutta sieltä ne löytyvät kaiutinmittauksistakin, kun jaksaa metsästää. Jo tässä joudun muuttamaan ajan ja amplitudin asetuksia kovasti saadakseni ilmiöt näkyviin. Eli asetukset kuvien kesken vaihtelevat kovasti. Samoin on vaihdellut mittasignaalin taso.
Aloitetaan helposta päästä. Positiivinen polariteetti -kuvassa signaali on taajuus- ja vaihevasteeltaan täysin suora. Negatiivinen polariteetti on taajuusvasteeltaan suora, mutta vaihevaste kertoo signaalin olevan negatiivinen eli 180°.

Positiivinen polariteetti

Negatiivinen polariteetti

 
Sitten laitan signaalin kulkemaan jakosuotimen läpi, jossa on symmetriset filtterit ja jakotaajuus on 1 kHz eli 1000 hertsiä. Jakosuodin-kuva kertoo meillä tämän perustilanteen. 

Jakosuodin

 

Seuraavassa kuvassa olen kääntänyt alle 1 kHz:n taajuuksien polariteetin negatiiviseksi. 

Jakosuodin, matalat 180°

 
Seuraava kuva kertoo meille tilanteen, jossa korkeiden taajuuksien polariteetti on käännetty.

Jakosuodin, korkeat 180°

 
Nämä kaikki mittaukset on suoritettu täydellä taajuuskaistalla.
Koska korkeiden taajuuksien polariteetti on erittäin selvästi luettavissa edellä esitetyistä mittauksista, mutta matalien taajuuksien taas vaatii tarkkaa tulkintaa, otetaan avuksi mittauksen suodattaminen. Näissä kahdessa mittauksessa olen asettanut impulssivasteen alkamaan vasta alle 500 hertsin taajuuksilla. Näin meillä on selvä todiste matalien taajuuksien polariteetista.
 
 
Jakosuodin, 60 – 500 Hz –kuva kertoo vastaavan tilanteen kuin Jakosuodin-kuva, mutta suodatettuna.
Jakosuodin, 60 – 500 Hz
 
Sitten viimeisessä kuvassa Jakosuodin, matalat 180°, 60 – 500 Hz tämä polariteetin vastakkaisuus alkuperäiseen ei jää kenellekään epäselväksi.
 
Jakosuodin, matalat 180°, 60 – 500 Hz
 
Olen manipuloinut kaikki impulssit SysTunella nolla-aikaan, koska tutkin juttua tehdessäni asioiden näkymistä myös vaiheikkunassa. Tästä johtuu esimerkiksi näiden kahden viimeisen kuvan impulssin alkaminen miinus-puolelta. En ole keksinyt siis ikiliikkujaa, vaan olen manipuloinut SysTunea.
 

Kiitos jälleen kerran Kalle Koivuniemelle suuresta avusta. Kalle osaa selvittää vaikean asian riittävän yksinkertaisesti. Niin, että jopa minä tajuan sen.

Oheinen teksti on julkaistu alunperin Reima Saarisen vakiopalstalla Riffi-lehden painetussa numerossa 6/2010.

Vaikuttiko juttu kiinnostavalta? Samaa aihepiiriä käsitteleviä artikkeleita sekä Reiman tuoreet evästykset löydät painetusta Riffi-lehdestä.
Riffiä myyvät Lehtipisteet, kirjakaupat ja hyvin varustetut soitinliikkeet kautta maan. Lehteä sekä irtonumeroita voi tilata myös suoraan kustantajalta näillä sivuilla olevan Riffi-kaupan kautta.
Lehden digitaalinen versio vuosikerrasta 2011 alkaen on ostettavissa myös Lehtiluukkupalvelusta
 

19.12.2013
|
Reima Saarinen
Tekninen toteutus: Sitebuilders Finland Oy