© 2016 por BarbaAudioSolutions orgulhosamente criado para educação profissional.

Alinhamento de tempo e fase

17.01.2017

O ajuste de tempo de delay nos processadores de sinais é uma das principais técnicas de otimização do sistema.

Na maioria dos casos, a temporização é definida para "alinhar" duas (ou mais) fontes de sinal ,de modo a criar a transição mais transparente entre elas. O processo de escolha desse valor de tempo pode ser definido por tempo ou fase, portanto, os termos relevantes são "alinhamento de tempo" e "alinhamento de fase". 

 

Estes são conceitos relacionados ,porém diferentes e com aplicações específicas. É importante saber qual forma usar para que você obtenha as respostas para uma determinada aplicação.

 

ALINHAMENTO DE TEMPO implica uma sincronicidade de fontes. EX: ambos chegam a 14 milissegundos (ms). 

ALINHAMENTO DE FASE implica um ajuste sobre a posição no ciclo de fase, EX: cada um deles chega com um valor de orientação de fase de 90 graus.

 

O alinhamento de tempo é mais aplicável quando as fontes são combinadas e têm o mesmo range de frequência no funcionamento, por exemplo, um alto-falante principal de full-range e o mesmo modelo utilizado como out-fill.  

 

Chamamos alinhamento de fase  quando as fontes cobrem diferentes faixas de frequência, por exemplo, caixas de altas e subs.

 

O alinhamento de tempo e fase feitos em conjunto podem ser necessários quando fontes diferentes ​​cobrem as mesmas faixas de frequência, por exemplo, P.A principal Marca X , outfill Marca Y  e torres de delay Marca Z. Estas são características gerais. 

 

Agora vamos ir mais a fundo.

 

Como nós podemos explorar um assunto tão complexo como fase e tempo sem recorrer a um estudo profundo e busca nos artigos teóricos de matemática e física?  

 

Usaremos duas analogias e imagens de objetos reais em ação. 

 

A primeira analogia é uma corrida de revezamento. Os primeiros corredores estão alinhados a um único ponto de partida. A corrida começa com a pistola de partida, este é o momento de alinhamento de tempo entre todas as fontes. Se os corredores se deslocam na mesma velocidade, ambos estão alinhados em fase (sua posição central na pista) e alinhados no tempo (o tempo decorrido os coloca na mesma distância desde o início). Se um corredor vai mais rápido do que outro, então a fase e o tempo caem fora do alinhamento. Se a diferença atingir uma volta completa, então a fase é alinhada (novamente), mas o tempo não.

É uma corrida de revezamento, o que significa que o primeiro corredor de cada equipe deve entregar o bastão para o segundo. O elemento crítico aqui é que os dois corredores da nossa equipe devem estar alinhados por fases para fazer a transferência. 

O segundo corredor intercepta o primeiro corredor no ponto de encontro central designado (a fase), independentemente do tempo (uma equipe pode estar à frente de outra, mas a transferência ocorre no mesmo local). Cada transferência é um "crossover" do bastão para outro membro da equipe.

Nosso sistema de som de 3 vias é como uma corrida de revezamento, com tweeter, midrange e subwoofer executando os segmentos. Eles devem estar alinhados em fase em cada crossover(linha de partida) para impedir de soltar o ‘’som’’ no chão e estragar a corrida.

 

Terminologia
 

Vamos rever um pouco da terminologia de fase para padronizar a discussão, especificamente : deslocamento de fase, atraso de fase, alinhamento de fase e compensação de fase. 

O deslocamento de fase é dependente da frequência atrasada quantificada em graus, o atraso de fase é a mesma coisa só que quantificada em ms, e o alinhamento de fase é o processo de coincidência da fase em uma frequência e localização específica. 

 

O termo "atraso de grupo" é usado por alguns para atraso de fase, mas a distinção não é relevante aqui. 

 

Vamos ilustrar por exemplo:

 

Um filtro atenua a amplitude e faz com que a resposta de fase curve 90 graus em 1 kHz: deslocamento de fase de 90 graus ou atraso de fase de 0,25 ms. 

 

O mesmo vale para uma caixa acústica que tenha em seu projeto as baixas frequências atrasadas em relação as altas (como em 99,9 por cento dos alto-falantes). Um alto-falante teve 90 graus de deslocamento de fase em 1 kHz e um  outro pode não ter: neste caso a compensação de fase é de 90 graus ou 1/4 de comprimento de onda (diferença).

 

A terminologia de compensação de tempo é mais fácil porque é independente da frequência. A compensação do tempo causa compensação de fase, no entanto, o de fase é dependente da frequência. Uma compensação de tempo de 1 ms causa 3.600 graus de compensação de fase em 10 kHz, 360 graus em 1 kHz e 36 graus em 100 Hz.

 

Aplicações


A maneira mais fácil de visualizar a necessidade de alinhamento de tempo é a latência incompatível entre os dispositivos em um caminho comum. A latência é independente da frequência, então a diferença é um deslocamento de tempo fixo. A solução é o alinhamento do tempo atrasando o sinal anterior.

 

O tempo de propagação de uma fonte sonora através do ar é o que chamamos "latência acústica". Dois alto-falantes correspondentes que tem o seu trajeto acústico chegando em diferentes distancias tem uma latência que pode ser compensada por alinhamento de tempo.

 

Alinhamento de fase entra em jogo quando os dispositivos têm resposta de fase diferentes sobre a frequência. Esta deve ser uma questão menos importante em sinais elétricos analógicos, a menos que eles sejam inigualáveis ​​em termos de seus limites superior e inferior.

 

As diferenças nos filtros de acoplamento de AC na extremidade inferior e nos filtros TIM na extremidade superior , podem causar deslocamentos de fase em torno das extremidades. Uma solução poderia ser um filtro de alinhamento de fase raro, mas o mais simples seria combinar as respostas de amplitude em primeiro lugar, o que pode reduzir ou eliminar as diferenças de fase.

 

Alinhamento de tempo é simples. Podemos usar a resposta de impulso de um analisador moderno e ler o deslocamento de tempo diretamente. Isso é verdade quando os intervalos dos dispositivos de alinhamento são comparados sobre a grande maioria de suas escalas. Não precisam ser exatas.

Por exemplo, um alto-falante feito para se usado embaixo de uma galeria tem uma resposta de frequência com mais agudos e uma faixa de frequência menos grave do que o P.A, contudo o alinhamento de tempo deve funcionar bem porque eles têm 6 oitavas de sobreposição. Subwoofers que variam de 30 Hz a 100 Hz podem ser fundidos com o P.A cobrindo até 60 Hz. Há menos de uma oitava de sobreposição, o que significa que o alinhamento de tempo é uma má escolha (o alinhamento de fase é usado).

 

Alvos móveis
 

Agora vamos para a dura realidade sobre alto falantes.  Eles têm muito deslocamento de fase e atraso de fase. Um alto-falante ativo de boa qualidade pode ser projetado para manter a faixa de 500 Hz  para cima dentro de ±60 graus de mudança de fase (menos de 1 ms de atraso de  fase). Por 100 Hz, podemos esperar 5 ms de atraso de fase, subindo rapidamente abaixo disso.

Isto é importante porque na banda LF o alto-falante não pode ser caracterizado como tendo um tempo de chegada único. Tem tempos de chegada que abrangem uma banda muito grande. Por exemplo, um sistema de 2 vias que atinge até 70 Hz pode ter 10 a 15 ms de atraso de fase na parte inferior

( Figura 1 ).

 

 

Figura 1: Exemplo de atraso de fase para alto-falante full range.

 

Um subwoofer cobrindo de 30 Hz a 100 Hz tipicamente mostra mais do que 30 ms de atraso de fase entre o intervalo superior e inferior, com um intervalo contínuo de valores entre eles (Figura 2). Podemos nos enganar, quando dizemos que a energia do sub  chegou na posição de mixagem em 100ms porque na verdade se propaga em volta num intervalo de 30ms.

 

Figura 2: Exemplo de atraso de fase para o subwoofer.

 

Como podemos alinhar no tempo uma coisa que tem 30ms de slop factor ao longo de um curso de duas oitavas? Se você já se perguntou por que seu analisador tem dificuldade em encontrar um impulso nos subwoofers, pense no fato de que a energia é propagada ao longo do tempo - muito tempo. A leitura de resposta de impulso ambígua do analisador é o resultado da ambiguidade temporal do sistema que está sendo medido, não o método de análise (mesmo se você esticar a janela de medição e restringir a largura de banda medida).

 

Os P.As, por outro lado, têm um acordo generalizado sobre o tempo de chegada, com suas seis oitavas superiores todas dentro de 0,5 ms (pelo menos as boas fazem). É por isso que você vê aquele impulso de pico bonito.

 

As causas da acumulação de atraso de fase LF são uma mistura complexa de comportamentos eletroacústicos e filtros (talvez outro artigo, outro dia), mas a tendência é observável em praticamente qualquer alto-falante. Portanto, nosso arranjo P.A principal tem deslocamento de fase (atraso de fase) que aumenta na extremidade baixa.

 

Modelos similares têm atraso de fase correspondente, o que significa que eles não têm deslocamento de fase (e, portanto, nenhum deslocamento de tempo). Assim um emparelhamento correspondente é inerentemente compatível com a fase. Qualquer desvio de fase entre eles teriam de ser o resultado de deslocamento (tal como um caminho mais longo) e iria ser sanado (se desejado) pelo alinhamento de tempo (Figura 3).

 

Figura 3: Exemplos de alto-falantes compatíveis com fases e incompatíveis.

 

Um modelo de alto-falante diferente pode acumular deslocamento de fase em uma taxa diferente sobre a frequência e, portanto, vamos encontrar atraso de fase começando a acumular entre o par. Isto é como a corrida de revezamento, onde uma equipe é mais rápida que a outra. Se a quantidade de atraso de fase for pequeno, classificaremos o emparelhamento como "compatível com a fase", o que significa que o alinhamento de tempo ainda é uma ferramenta aplicável. Se os atrasos forem grandes, então precisaremos usar o alinhamento de tempo (para sincronizar as áreas compatíveis) e o alinhamento de fase (para reduzir o deslocamento de fase nas áreas incompatíveis).

 

Um casamento entre sistemas de 2 vias e 3 vias é um desafio clássico de compatibilidade de fase. Os filtros All-pass são as ferramentas mais típicas para o alinhamento de fase de modelos incompatíveis.

 

Fazendo Conexões


Agora sobre a nossa segunda analogia: Trens de carga. Quando o trem cruzou a rua principal ? O primeiro carro cruzou às 12:00 mas o último não cruzou até às 12:05. Nossos alto-falantes cruzam a posição de mixagem como este exemplo. Primeiro as altas, e depois, as baixas frequencias. Vamos dar a cada oitava seu próprio carro e ver como ele funciona ( Figura 4 ). Se tivéssemos um alto-falante com 4ms de atraso de fase por oitava, veríamos carros de tamanho uniforme com um total de 36ms de comprimento.

Figura 4: Análise do trem de atraso de fase.

 

Isso seria um alto-falante terrível, mas fique comigo aqui. Poderíamos ter outro trem correndo ao lado dele em uma pista paralela. Cada carro seria alinhado até a sua contraparte, ou seja, os trens têm vagões de atraso de fase, mas zero deslocamento de fase. Eles estão alinhados no tempo.

 

Agora vamos aproximar isso da realidade do áudio. Os primeiros seis carros (16 KHz a 500Hz) são tão pequenos que ocupam apenas 0,5ms de pista, mas depois os carros ficam cada vez maiores até que se esticam até 36ms (como o anterior).

Se colocarmos este trem ao lado do primeiro, eles se igualarão no primeiro e no último vagão - mas os vagões médios não coincidirão. Os vagões dianteiros e traseiros estarão alinhados no tempo, mas a seção do meio estará cheia de deslocamento de fase. Os sistemas não são compatíveis com a fase.

 

Como ligamos um trem de altas (main principal) a um trem de subwoofer? Esta será uma conexão em série (ao contrário do alinhamento de tempo na pista paralela). Ligue a parte traseira do trem principal à frente do trem do subwoofer. Os carros serão alinhados em fase no acoplador que une as duas seções.(ponto de crossover)

 

O Processo
 

Nós podemos alinhar no tempo um alto-falante full-range para um alto-falante full-range ou um subwoofer para um subwoofer, pois cada emparelhamento cobre o mesmo intervalo. É quando queremos nós queremos casar o Main principal com o sub que o alinhamento de tempo sai pela janela em favor do alinhamento de fase.

 

O mesmo princípio se aplica para um crossover entre um driver HF e um driver LF em uma caixa de 2 vias, mas no mundo moderno, isso é feito pelos fabricantes, certo?

 

Então como você faz isso? Essa é a parte mais fácil. Alinhamento de tempo é um processo de 3 etapas. Use a resposta de impulso porque ele dará as leituras diretamente na unidade aplicável: tempo. Observe a resposta de impulso de A (solo), e então B (solo), e atrase quem chegou lá primeiro.

 

Em seguida, dê uma olhada nas respostas de frequência e verifique se a soma máxima ocorreu. Um pequeno truque aqui é observar a faixa de frequência mais alta , colocar o atraso para cima ou para baixo com o menor incremento permitido (por exemplo, 0,01 ms) e ver o que dá a melhor soma.

O alinhamento de fase segue os mesmos passos, mas vamos usar a resposta de fase em vez do impulso. Olhe para o solo A, em seguida, o solo B, e adicione o atraso para o início, até coincidir com as respostas de fase ( Figura 5 ). A inversão de polaridade pode ser considerada nos casos em que este só permite uma pequena quantidade de atraso para ser utilizado.

Figura 5: Exemplo de alinhamento de fase para o subwoofer e principal.

 

Por exemplo, um crossover em 100 Hz pode ser alinhado por fase com 7ms de atraso no subs ou 2ms  +  uma inversão de polaridade. A abordagem posterior minimiza o tempo total espalhado pelo espectro. Outra abordagem para minimizar o tempo total de alongamento poderia ser filtros all-pass na área afetada. 

 

Há muitas maneiras de abordar o alinhamento de fontes que se misturam. Todos eles afetam fase e tempo. É muito útil saber qual dos caminhos de alinhamento é mais adequado à sua aplicação específica.

 

Traduzido na íntegra por Douglas Barba

Fonte : www.prosoundweb.com 

 

Bob McCarthy projeta e ajusta sistemas de som profissionais por mais de 30 anos. Ele mora em Nova York e é o diretor de otimização dos sistemas Meyer Sound. Bob também oferece um agradecimento especial a Merlijn Van Veen pela ajuda neste artigo.

 

Please reload

 Siga o #DICASDOBARBA 
  • YouTube - Black Circle
  • Facebook B&W
 POSTS recentes: 

03.09.2019

Please reload

 procurar por TAGS: 
Please reload