จากคำถามว่า
ในระบบเสียง 2.1 วางลำโพงซ้าย - ขวาไว้บนโต๊ะ และวางซับวูฟเฟอร์ไว้ใต้โต๊ะ
ช่อง ซ้าย - ขวา มีฟิวเตอร์ความถี่สูงผ่าน (high pass filter) และ ช่องซับวูฟเฟอร์ มีฟิวเตอร์ความถี่ต่ำผ่าน (low pass filter) ซึ่งทั้งคู่มีความถี่คัดออฟที่ 110 Hz
คำถามคือ
คุณจะได้ยินเสียงเบสที่ต่ำกว่า 110 Hz จาก “ด้านบน” หรือ “ด้านล่าง”
วันนี้เราจะมาหาคำตอบกัน
- บน หรือ ล่าง ใส่คำตอบของตัวเองไว้ในคอมเมนต์ก่อนไปต่อ ถูกผิดไม่ต้องกลัว ไม่มีใครว่าหรอก เพราะมันเป็นเรื่องที่ลึกและคนไม่ค่อยจะรู้กัน
2. การรับรู้ทิศทางของเสียงของมนุษย์นั้น จะมีอยู่ 3 แบบ
1 Interaural level difference (ILD) หรือ ระดับเสียงที่ต่างกันระหว่างหูทั้งสองข้าง
2 Interaural time difference (ITD) หรือ เวลาที่เสียงเข้าหูทั้งสองข้างไม่พร้อมกัน
3 Head Relate Transfer Function (HRTF) หรือเสียงที่เปลี่ยนไปเนื่องจากสรีระของศีรษะ
- ILD - Interaural level difference ระดับเสียงที่ต่างกันระหว่างหูทั้งสองข้าง
เป็นการรับรู้ทิศทางจากความดังของเสียงที่ไม่เท่ากัน เนื่องจากหัวของเราบังไว้อยู่
ตามคุณสมบัติของคลื่น จากคลื่นลูกหนึ่ง หรือ ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ถ้าลูกคลื่นสั้นกว่าขนาดของวัตถุมาก ๆ คลื่นจะสะท้อนวัตถุ ถ้าลูกคลื่นใกล้เคียงขนาดของวัตถุ คลื่นจะเกิดการเบี่ยงเบน ถ้าลูกคลื่นใหญ่กว่าขนาดของวัตถุมาก ๆ คลื่นจะผ่านวัตถุไปเลยเหมือนไม่มีอะไรบัง
จากการวิจัย หัวของมนุษย์ใหญ่ประมาณ 21.5 ซม. ซึ่งจะไปตรงกับความถี่คลื่นประมาณ 800 Hz
ดังนั้นเมื่อคลื่นมีความถี่ต่ำกว่า 800 Hz สมองมนุษย์ก็จะใช้วิธีแยกทิศทางถัดไป
รูปจาก https://pressbooks.umn.edu/sensationandperception/chapter/interaural-level-difference-draft/
- ITD Interaural time difference
เวลาที่เสียงเข้าหูทั้งสองข้างไม่พร้อมกัน
ถ้าจะดูจากระยะห่างระหว่างหู 21.5 ซม. เมื่อคำนวนความเร็วเสียง จะได้ค่าดีเลย์ระหว่างหูคือ 626 us
ถ้าเป็นเสียงที่มาเพียงคลื่นเดียว หรือ impulse สมองเราจะสามารถรับรู้ได้จากเวลาที่เสียงเข้าถึงหูปกติ แต่ถ้าเป็นเสียงคลื่นไซน์ (sine wave) สมองก็ยังสามารถรับรู้ทิศทางได้จากการเปลี่ยนแปลงของเฟส
ถ้าคำนวนเฟสที่เปลี่ยนไปของคลื่นในเวลา 626 us จะได้ค่าดังนี้
800 Hz → 180° 400 Hz → 90° 200 Hz → 45° 100 Hz → 22.5° 50 Hz → 11.25°
แต่อย่างไรก็ตามเมื่อเฟสของทั้งสองหูมีความต่างกันน้อยลง สมองก็จะเริ่มจับทิศทางของเสียงได้ยากขึ้น ซึ่งเดียวจะกล่าวต่อไป
- HRTF - Head Relate Transfer Function เสียงที่เปลี่ยนไปเนื่องจากสรีระของศีรษะ
ตัวนี้เป็นเทคโนโลยีใหม่ ที่ได้มาจากการใช้ binaural microphone ที่จำลองเป็นศรีษะของคน แล้วนำไปวัดเสียงที่เกิดขึ้นในต่ำแหน่งต่าง ๆ ในพื้นที่ 3 มิติ แล้วได้การตอบสนองความถี่ไม่เท่ากัน จากนั้นจึงนำการตอบสนองความถี่มาออกแบบเป็นฟิวเตอร์และ effect สำหรับโปรแกรมมิกซ์เสียง
เราอาจจะได้ยินเทคโนโลยี่นี้ในชื่อ Immersive Audio ซึ่งใช้กับหูฟัง
แนะนำคลิปศึกษาเพิ่มเติม https://www.youtube.com/watch?v=4S_lxbADzdA
รูปจาก https://www.mathworks.com/help/audio/ref/interpolatehrtf.html
- ทิศทางของเบส เนื่องจากเบสมีความถี่ต่ำกว่า 800Hz สมองมนุษย์จะใช้วิธีรับรู้ทิศทางด้วยวิธี ITD ถ้าเป็นเสียงคลื่นลูกน้อย ๆ สมองก็จะพอบอกได้ว่าเสียงมาจากต่ำแหน่งไหน แต่ในชีวิตจริงเสียงจะมาเป็นคลื่นไซน์ ต่อเนื่องเสมอทำให้สมองจะต้องใช้การเปลี่ยบเทียบเฟสหูซ้าย-หูขวาแทน
แต่ว่าเบสที่ความถี่ต่ำมาก ๆ เช่น 50Hz จะมีเฟสต่างกันแค่ 11.25° เท่านั้นทำให้ไม่สามารถรับรู้ทิศทางได้อีกต่อไป
สมองของมนุษย์จะเริ่มหาทิศทางของเสียงไม่ได้ จะเริ่มขึ่นเมื่อความถี่ต่ำกว่าความถี่หนึ่ง ซึ่งความถี่นี้ในวงการ home theater จะมักใช้ที่ค่า 120 Hz จึงมักจะเห็นจุด cutoff ของซับวูฟเฟอร์ชุด home theater ต่ำกว่า 120Hz เสมอ
และถ้าดูวิธีติดตั้งซับวูฟเฟอร์ของชุดโรงหนัง เขาจะเอาซับไปวางที่ข้างโต๊ะทีวีบ้าง ที่นั่งบ้าง มุมห้องบ้าง หรือจุดไหนก็ได้ตราบใดที่เสียงออกมาดี
- ดังนั้นคำตอบของคำถามนี้จะเป็นอะไรหละ ไม่มีทิศทางอย่างนั้นหรือ
- เฉลย จริง ๆ แล้วโน้ตตัวหนึ่ง ๆ ของเครื่องดนตรีนั้นมันไม่ได้มีแค่ความถี่เดียว เสียงต่าง ๆ ของเครื่องดนตรีจะมาพร้อมกับความถี่ harmonic ด้วยเสมอ ซึ่งก็จะเป็นความถี่ที่มากพอที่สมองจะสามารถบอกทิศทางได้
เช่นเมื่อลำโพงเล่นเสียงกระเดื่องของกลองชุด ซัพวูฟเฟอร์ก็จะเล่นเสียงเบสใหญ่ ๆ ส่วน harmonic อื่น ๆ และเสียงจากหน้ากลอง ก็จะเล่นจากลำโพงซ้าย ขวา ด้านบน ทำให้สุดท้ายแล้วเราจะรู้สึกเหมือนว่าได้ยินเสียงมาจากด้านบนนั่นเอง
อีกตัวอย่างหนึ่งสมมติว่าคุณกำลังดูหนังระบบ 7.1 แล้วมีเสียงระเบิดมาจากด้านขวา ลำโพงซับวูฟเฟอร์ที่อยู่มุมห้องด้านซ้ายก็เล่นเสียงระเบิดต่ำ ๆ ใหญ่ ๆ ออกมา ส่วนลำโพงช่องขวามือก็เล่นเสียง harmonic อื่น ๆ สมองของคุณก็จะนำข้อมูลเสียงทั้งสองมารวมกัน แล้วก็สรุปว่าเป็นเสียงระเบิดออกมาจากขวามือ เหมือนเป็นการ “จิตพาไป” จริง ๆ
ดังนั้นคำตอบของคำตอบข้อนี้คือ
”ด้านบน”
หรือถ้าดูให้ลึกขึ้น ปกติซาวด์เอ็นจิเนียร์นั้นจะเอาเครื่องดนตรีเบสไว้ตรงกลางเสมอ ทำให้เสียงเบสที่เกิดขึ้นนั้นจะรู้สึกว่ามาจากตำแหน่งระหว่างลำโพงทั้งสองตัว หรือ center image นั่นแหละครับ
รูปจาก https://www.soundonsound.com/techniques/physics-percussion
- ข้อควรระวังอย่างหนึ่ง ถ้าท่านสามารถรู้ทิศทางของซับวูฟเฟอร์ได้ และซับวูฟเฟอร์นั้นเล่นความถี่ที่ต่ำว่า 120Hz อยู่แน่ ๆ ต้องดูว่าเสียงที่ซับวูฟเฟอร์นั้นมีเสียงความเพี้ยน (Harmonic Distortion) ปนมาด้วยหรือไม่ ซึ่งก็มีสาเหตุต่าง ๆ มากมาย ตั้งแต่ปัญหาการออกแบบ การเปิดดังเกินไป หรือมีสิ่งของบางอย่างสั่นอยู่ข้าง ๆ ก็เป็นได้
รูปจาก https://emaudio.com/got-excursion/
