Nayteikkuna

Myötävaihe, vaihe-ero, vastavaihe – haittaaks se?

Mitä äänisignaalin vaihe tarkoittaa, mihin se vaikuttaa ja miten siihen voidaan vaikuttaa?

Akustinen ääni syntyy, kun jokin materia värähtelee. Musiikista puhuttaessa vaikkapa soittimen kieli, rumpu tai kaiutinkalvo. Sähköisessä maailmassa fyysistä värähtelyä edustaa vaihtosähkö.

 

Tarkastellaan aluksi puhdasta siniaaltovärähtelyä yhdellä taajuudella (yllä). Siniaalto nousee ensin nollasta positiiviseen maksimiarvoonsa, laskee nollaan, jatkaa edelleen negatiiviseen maksimiarvoonsa ja palaa takaisin nollatasolle. Tämä tapahtuma on yksi jakso.
Värähtelyjakson positiivinen puoliaalto kuvaa äänivärähtelyn tihentymiä ja negatiivinen puoliaalto harventumia.
Taajuuden yksikkö Hertsi ilmaisee kuinka monta jaksoa yhden sekunnin aikana tapahtuu.

Kun tarkastellaan vaihtojännitteen arvoa jossain värähtely-jakson ajallisessa pisteessä, nähdään missä vaiheessa värähtelyjaksoa ollaan. Ollaanko jakson alussa, keskellä, lopussa, vai jossain muussa pisteessä näiden välillä? Vaihe tarkoittaa yksinkertaisesti tätä.

Vaihe ilmoitetaan asteina. Funktio A sin (2 π ft) määrittelee sinimuotoisen värähtelyn amplitudin ajan funktiona. A = suurin mahdollinen amplitudi, f = taajuus ja t = aika.

Yksi värähtelyjakso eli kokoaalto on 360 asteen pituinen. Positiivisen maksimiarvon kohdalla vaihe on 90 astetta, jakson puolivälissä 180 astetta ja negatiivisen minimiarvon kohdalla 270 astetta.


Sama, eri ja vastavaihe

Vaihtojännitteen vaiheella on käytännön merkitystä vain jos se on suhteessa johonkin toiseen jännitteeseen. Kaksi vaihtojännitettä ovat samanvaiheisia (ts. ne ovat myötävaiheessa), kun värähtelyt tapahtuvat samanaikaisesti ja samaan suuntaan.
Esimerkki samanvaiheisuudesta on kaksikanavainen stereosignaali, joka sisältää yhden stereokannan keskelle panoroidun monoäänen. Värähtely on molemmissa kanavissa samanlaista ja samanvaiheista.


Jos samanvaiheiset vaihtojännitteet summataan yhteen, ne vahvistavat toisiaan. Taajuus ei muutu, mutta jännite nousee.

Vaihtojännitteet ovat erivaiheisia, kun toisen jännitteen värähtely tapahtuu aikaisemmin tai myöhemmin kuin toisen.Jos erivaiheiset vaihtojännitteet summataan, ne joko vahvistavat tai vaimentavat toisiaan, vaihe-eron määrästä riippuen. Taajuus pysyy samana.

 

Vastavaiheiset jännitteet kumoavat toisensa.

 

Vaihtojännitteet ovat vastavaiheisia kun värähtelyt tapahtuvat päinvastaisiin suuntiin. Jos esimerkiksi stereon vasemmassa kanavassa on 90 asteen kohdalla jännitemaksimi, niin vastavaihetilanteessa oikeassa kanavassa on samalla hetkellä jännite-minimi.
Jos tällaiset vaihtojännitteet ovat tarkalleen yhtä suuret ja ne summataan yhteen, aaltomuodot kumoavat toisensa. Saadaan nollajännite eli ei kuulu yhtään mitään.

 


Viive vaihe-eron syynä

Kahden vaihtojännitteen välinen vaihe-ero voi kuitenkin olla 180 astetta myös toisesta syystä; toinen signaali on ajallisesti puoli-jakson verran myöhässä. Signaalit kuulostavat vastavaiheisilta, mutta niiden aaltomuodot eivät ole symmetrisiä.
Vaihe-ero ei johdukaan napaisuusvirheestä, vaan signaalin viivästymisestä. Tässäkin tapauksessa vaiheenkääntökytkin yleensä parantaa ääntä, mutta vastakkainen napaisuus ja ajallisesti siirtynyt vaihe ovat kaksi eri asiaa.

Täydellinen myötä- tai vastavaihe ovat ääritilanteita. Periaatepiirros havainnollistaa summautumista näiden ääritilanteiden välillä.

Joillekin on yllätys, että jännitteiden välinen vaihe-ero voi olla myös paljon suurempi kuin 360 astetta. Jos toinen signaali on viivästynyt oikein paljon, toisessa kanavassa voi olla menossa jo seuraava jakso tai kanavien aikaero voi olla useita jaksoja.
Esimerkiksi kahden ja puolen jakson mittainen vaihe-ero on (2,5 × 360 =) 900 astetta. Vastavaiheisilta kuulostavien signaalien välinen vaihe-ero saattaa siis todellisuudessa olla vaikkapa 540, 900, tai 1260 astetta.


Yksi mikrofoni

Vaihekumoutumisia esiintyy jo yhden mikrofonin äänityksessä, esimerkkinä vaikkapa tavanomainen kitaravahvistimen mikitys kaiuttimen kartion edestä. Ääni etenee kaiuttimesta suorinta tietä mikrofoniin, mutta se heijastuu myös lähes yhtä voimakkaana lattian kautta. Heijastunut ääni kulkee pitemmän matkan ja saapuu siten mikrofoniin myöhemmin kuin suora ääni.
Kun suora ja viivästynyt ääni summautuvat mikrofonissa, syntyy ääntä värittävä kampasuodinilmiö. Suora ja viivästynyt äänivärähtely ovat tietyillä taajuuksilla samanvaiheisia, ja aaltomuodot vahvistavat toisiaan.
Toisilla taajuuksilla värähtelyt taas ovat vastavaiheisia, jolloin aaltomuodot kumoavat toisensa. Taajuusvasteeseen syntyy teräviä ja syviä kuoppia sekä pyöreitä huippuja.

 


Akustiikka osana tapahtumaketjua

Kolmiulotteisessa todellisuudessa asiat eivät kuitenkaan ole yhtä yksinkertaisia kuin teoriassa. Ensinnäkin lattian kautta heijastuneen äänen sävy muuttuu, koska heijastuspinta hajottaa osan taajuuksista muihin suuntiin ja imee osan taajuuksista itseensä. Toiseksi heijastukset eivät saavu mikrofoniin samasta kulmasta kuin kaiuttimesta tuleva suora ääni, joten mikrofonin off-axis -taajuusvaste muokkaa niitä. Eri sävyisiä heijastuksia saapuu lisäksi myös muista pinnoista ja monista eri suunnista.

Vaikka teorian mukaiset vaihekumoutumiset eivät siis käytännössä toteudukaan täysin, niin mikrofonin paikka ja suuntaus, vahvistinkaapin suunta ja korkeus lattiasta, sekä lattian materiaali vaikuttavat saundiin. Koska kuuntelijoilla ei välttämättä ole ennakkokäsitystä siitä, miltä jonkun vahvistetun instrumentin oikeastaan pitäisi kuulostaa, kaikkia näitä tekijöitä voi käyttää hyväkseen äänensävyn muokkaamisessa.

 


Nimi on Virhe – Vaihevirhe

Vaihevirheessä toisen signaalin vaihe on vahingossa siirtynyt tai kääntynyt vastakkaiseksi. Vaihevirhe pilaa lähes poikkeuksetta ääntä, joten virhe pitää korjata.

Vaihevirhe-sana juurtui puhekieleen Yleisradion stereotestin vaikutuksesta 1970-luvulla. Stereotesti oli muutaman minuutin pituinen tietoisku, jonka avulla radiokuuntelijat pystyivät tarkistamaan, toimiko heidän stereovastaanottonsa oikein. Radion säännölliset stereolähetykset alkoivat vuonna 1969 ja stereofonia oli silloin uusi asia.

Ihmisillä oli stereofoniasta varsin hatara käsitys. Ymmärrettiin että stereoihin kuuluu kaksi kaiutinta ja arveltiin että korkeiden ja matalien äänten on tarkoitus kuulua eri ”kaapeista”. Radiolähetys tunnistettiin yleensä stereoksi siitä, että viritinvahvistimen merkkivalo syttyi. Alkuaikoina stereopilot oli nimittäin päällä vain stereolähetysten aikana.

Stereotesti sisälsi metronomin tikitystä sekä kuuluttaja Pentti Fagerholmin puhetta vasemmasta ja oikeasta kanavasta sekä tahallisessa vaihevirheessä. Testin avulla kuuntelija sai selville, oliko kaiuttimet kytketty oikein. Jos toisen kaiutinjohdon napaisuus oli väärä, ääni tuntui testin mukaan ”kuuluvan epämääräisestä suunnasta ja katoavan monovastaanotossa lähes kokonaan”. Stereotesti on edelleen kuunneltavissa Yleisradion Elävässä Arkistossa.

Vaihevirhe-sana jäi elämään ja myös ääniammattilaiset käyttävät sitä. Oikeastaan ei kuitenkaan pitäisi puhua ”virheestä” silloin kun vaiheita muokataan tarkoituksella, esimerkiksi phaserilla. Tietoinen vaiheiden muokkaaminen tähtää saundin luomiseen tai parantamiseen, ei minkään virheen korjaamiseen. Vaihemuokkaus muuttaa soittimien luonnetta, jälkisointia ja tilavaikutelmaa.


Täydellinen myötä- tai vastavaihe ovat ääritilanteita. Periaatepiirros havainnollistaa summautumista näiden ääritilanteiden välillä.

 


Vastavaihe polariteetti- eli napaisuusvirheen seurauksena

Vastavaihe johtuu usein mikrofoni- tai kaiutinjohdon virheellisestä napaisuudesta. Kaapeli on vahingossa kytketty väärin tai johtimet on erehdyksessä juotettu vääriin piikkeihin. Välijohdon XLR-liittimessä 2- ja 3-piikkien johdot saattavat olla ristissä tai plugissa kärki ja rengas on kytketty väärin päin. Kyseessä on polariteetti- eli napaisuusvirhe ja kaapeli on syytä juottaa uudelleen.

Vastavaihe voidaan korjata mikserin tai työaseman vaiheenkääntökytkimellä, joka muuttaa toisen jännitteen napaisuuden eli polariteetin. Kuulovaikutelman kannalta on käytännössä samantekevää, kumpi napaisuus käännetään. Teoriassa pieni ero kyllä löytyy, mutta ei mennä siihen.


Vaiheenkääntö- eli polariteetti-kytkimen yleisin symboli on Φ. Myös merkinnät kuten ”phase reverse” ja ”polarity +/-” ovat käytössä.


Yhden millisekunnin viive

Viiveen vaikutusta on helppo kokeilla. Avaa sekvensserissä tai työasemassa ääniklippi samalle kahdelle vierekkäiselle raidalle editlistan alkuun. Panoroi molemmat raidat keskelle. Zoomaa näkymä millisekuntitasolle ja siirrä toista klippiä millisekunti eteenpäin.
Kuulet, millä tavalla ääni värittyy, kun viive aiheuttaa 1, 3, 5, 7 jne. kilohertsin taajuuksien kumoutumisen ja samalla 2, 4, 6, 8 jne. kilohertsin taajuuksien korostumisen. Voit kokeilla eri aikaerojen vaikutusta ääneen klippiä siirtelemällä.

 

Kampasuodin alkaa kuulua jo 0,000025 ms viiveellä. Se aiheuttaa 20 kilohertsin taajuuden täydellisen kumoutumisen, mutta myös pienempien taajuuksien sävy muuttuu osittaisten vaimentumisten takia. Kun viivettä pidennetään, kampasuodin siirtyy taajuuskaistalla alaspäin.

Lyhyet viiveet noin 25 millisekuntiin saakka muuttavat äänen sävyä ja tilavaikutelmaa. Noin 25–40 millisekunnin pituinen viive alkaa erottua erillisenä kaikuna äänimateriaalista ja kuuntelijasta riippuen.

 

•••

 

Tämä artikkeli on julkaistu alunperin Riffin painetussa numerossa 2/2012. Vastaavia tietoartikkeleita lehden edustamilta aihealueilta julkaistaan jatkuvasti uusissa printtinumeroissa. 

Järeämpää tietoa äänestä  ja äänityöstä löytyy Jukka Laaksosen kirjoittamasta audiotyöläisen käsikirjasta Äänityön Kivijalka ja monikanavaiseen tilaääneen keskittyvästä Eero Aron teoksesta Tilaääni.  

Käytännön äänitysvinkkejä ja perustietoa äänittämisestä löytyy myös Silja Suntolan kirjoittamasta klassikosta "Luova Studiotyö".

Em. kirjat kuuluvat Riffin kustannusyhtiön Riffi-julkaisut-sarjaan, josta löytyy myös soitonoppaita yms. alan kirjallisuutta. Näihin tuotteisini voi tutustua kätevästi tämän sivuston kauppaosiossa

Riffiä myyvät Lehtipisteet, kirjakaupat ja hyvin varustetut soitinliikkeet kautta maan. Lehteä voi tilata myös suoraan kustantajalta näillä sivuilla olevan tilaustoiminnon avulla.

Aiemmin julkaistuja numeroita voi tiedustella suoraan toimitukselta s-postilla,  taannehtivia lehtiä myydään niin kauan kuin ko. numeroa on varastossa.

Riffin irtonumeroita myydään myös digitaalisina näköisversioina. Saatavilla ovat numerot 1/2011 ja sitä uudemmat lehdet.
Katso lisää Lehtiluukkupalvelusta.

 

03.06.2017
|
Teksti: Eero Aro | Piirrokset: Mari Valotie | Kuvat: Tommi Posa
Tekninen toteutus: Sitebuilders Finland Oy