Tarak filtre etkisi (comb filtering)

Açılış sahnesi

Bir oturma odası, ortada bir yemek masası. İki kişi masanın iki yanına oturmuş, önlerinde birer mikrofon, bir söyleşi kaydı yapıyorlar. Kayıt bittiğinde kaydı alan kişi dinlemeye başlıyor ve kaşlarını çatıyor. Konukların sesi sanki bir teneke kutunun içinden geliyor; boğuk değil, ince değil, ama tuhaf biçimde oyuk.

Önce iki kanalı ayrı ayrı dinliyor. Birinci mikrofonun kaydı tek başına temiz; birinci konuşmacının sesi dolgun ve doğal. İkinci mikrofonun kaydı da tek başına sorunsuz. Ama iki kanalı birlikte açtığında, birinci konuşmacının sesi yeniden oyuk bir hâle giriyor.

Kaydı alan kişi, ikinci mikrofonun da birinci konuşmacının sesini aldığını fark ediyor; yalnızca daha uzaktan ve biraz daha geç. Deneme için ikinci kanalı kısıyor, ses düzeliyor. Açıyor, oyukluk geri geliyor. İkinci kanalın seviyesini yavaşça artırdıkça, oyukluğun da yavaşça derinleştiğini duyuyor.

Kimse bir efekt eklemedi, hiçbir ayar yanlış değil. Sorunun kaynağı, aynı sesin iki ayrı yoldan, aradaki küçük bir zaman farkıyla toplanması.

Bu derste ne olacak

Önce aynı sesin iki kopyası, küçük bir gecikmeyle toplandığında frekans tepkisinde ne olduğuna bakacağız ve bu tepkinin neden bir tarağa benzediğini göreceğiz. Sonra çentiklerin nerede oluştuğunu gecikmeden hesaplamayı, çentiklerin derinliğini ise iki kopyanın seviye farkından okumayı öğreneceğiz. Ardından gecikmenin kısa ya da uzun olmasının kulakta nasıl farklı duyulduğunu ve kaynak ya da dinleyici hareket ettiğinde neler olduğunu konuşacağız. Odada, masada ve çok mikrofonlu kayıtta bu etkinin nerelerde ortaya çıktığını sıralayacağız. En sonda da bir ses düzenleme yazılımında tarak filtreyi bilerek kurup kulakla tanıyacağız.

Sıfır noktası

Ses Biliminin Temelleri kursunun faz dersinde, geç gelen bir dalganın kaydırılmış bir dalga olduğunu ve zamandaki bir kaymanın iki dalganın hizasını doğrudan belirlediğini gördük. Aynı derste doğrudan sesle bir yüzeyden dönen kopyasının toplandığını, bunun sesin rengini değiştirebildiğini de konuştuk. O derste bu olay nitel olarak, yani nasıl duyulduğu üzerinden anlatıldı.

Bu ders, aynı olayı ölçülebilir hâle getiriyor. Bir yansımanın ya da ikinci bir mikrofonun getirdiği kopyanın, sesin hangi frekanslarını ne kadar oyacağını önceden hesaplamak mümkün. Yansıma dersinde öğrendiğimiz yol ile gecikme arasındaki ilişki, bu hesabın ilk adımını veriyor.

Tarak filtre etkisi, stüdyo akustiğinin en sık karşılaşılan ama en az adı konan sorunlarından biri. Hoparlörün masadan yansıyan sesinde, bir mikrofonun yakınındaki sert bir yüzeyde, aynı kaynağa bakan iki mikrofonda ve iki kulak arasında bile ortaya çıkıyor.

Bu dersin denetim sorusu şu: iki kopya arasındaki gecikmeyi bildiğinde ilk çentiğin ve çentikler arasındaki aralığın frekansını hesaplayabiliyor, iki kopyanın seviye farkından çentiklerin derinliğini tahmin edebiliyor ve açılıştaki oyukluğu gidermek için hangi seçeneklerin olduğunu sayabiliyor musun?

Mekanizma

İki kopya, tek toplam

Bir sesin iki kopyası aynı noktada buluştuğunda, hava onları toplamak zorunda. Kopyalardan biri ötekinden biraz geç geldiğinde, bu gecikme her frekansa farklı bir etki yapıyor.

Düşük bir frekansın bir tekrarı uzun sürdüğü için, küçük bir gecikme onun için önemsiz bir kayma. İki kopya hemen hemen aynı hizada toplanıyor ve o frekans güçleniyor. Frekans yükseldikçe tekrar süresi kısalıyor ve aynı gecikme, tekrarın giderek daha büyük bir parçasına denk geliyor. Bir noktada gecikme tam yarım tekrara eşit oluyor. O frekansta bir kopya ileri iterken öteki geri çekiyor ve iki kopya birbirini götürüyor.

Frekans yükselmeye devam ettikçe gecikme bir tam tekrara, sonra bir buçuk tekrara, sonra iki tam tekrara denk geliyor. Tam tekrarlarda kopyalar yeniden aynı hizaya giriyor ve güçleniyor; yarım tekrarlarda yeniden birbirini götürüyor. Sonuç, frekans ekseni boyunca düzenli aralıklarla dizilmiş tepeler ve derin oyuklar.

Bu oyuklara çentik (notch) deniyor. Frekans tepkisi bir grafikte çizildiğinde, dizi hâlindeki çentikler bir tarağın dişlerine benziyor. Olayın adı da buradan geliyor: tarak filtre etkisi (comb filtering).

Çentikleri hesaplamak

Çentiklerin yeri, yalnızca gecikmeye bağlı. İlk çentik, gecikmenin yarım tekrara eşit olduğu frekansta; yani birin, gecikmenin iki katına bölünmesiyle bulunan frekansta. Sonraki çentikler, bu ilk çentiğin üç, beş, yedi katında, tek sayılı katlarda diziliyor. İki komşu çentik arasındaki aralık ise birin gecikmeye bölünmesine eşit.

Bir örnekle somutlaştıralım. İki kopya arasında bir milisaniyelik gecikme varsa, ilk çentik beş yüz hertzde, sonrakiler bin beş yüz, iki bin beş yüz, üç bin beş yüz hertzde oluşuyor. Komşu çentikler arasında bin hertzlik bir aralık var. Gecikme iki katına çıktığında ilk çentik yarıya, iki yüz elli hertze iniyor ve çentikler birbirine iki kat yaklaşıyor.

Yansıma dersinde sesin bir metrede yaklaşık üç milisaniye harcadığını gördük. Aynı ilişki tersinden okunduğunda, bir milisaniyelik gecikme kabaca otuz dört santimetrelik bir yol farkına karşılık geliyor. Bu, masaya yakın bir mikrofon ya da bir masa yüzeyinden sekip kulağa dönen bir yansıma için gerçekçi bir mesafe. Dolayısıyla bu tür yansımaların çentikleri, çoğu zaman tam insan sesinin ve pek çok çalgının ana bölgesine düşüyor.

Çentiklerin derinliği

Çentiklerin ne kadar derin olacağını, iki kopyanın birbirine göre gücü belirliyor. İki kopya tam aynı güçteyse, çentik frekanslarında birbirini neredeyse tamamen götürüyor ve çentikler çok derin oluyor. Tepelerde ise ses, tek bir kopyaya göre kabaca altı desibel güçleniyor.

Kopyalardan biri ötekinden zayıfladıkça, çentikler sığlaşıyor ve tepeler alçalıyor. Açılıştaki kişinin ikinci kanalı yavaşça açtıkça oyukluğun derinleşmesi bundan: ikinci mikrofonun getirdiği kopya güçlendikçe, birinci kopyayla eşitlenmeye yaklaşıyor ve çentikler derinleşiyor.

Bu, tarak filtre etkisiyle başa çıkmanın ilk ilkesini veriyor. Gecikmiş kopyayı ortadan kaldırmak her zaman mümkün değil; ama onu doğrudan sese göre belirgin biçimde zayıflatmak, çentikleri duyulmayacak kadar sığlaştırabiliyor. Bir yansıma yüzeyini yutucu bir malzemeyle kaplamak, bir yüzeyden uzaklaşmak ya da ikinci mikrofonu kaynaktan daha uzağa koymak, bu ilkenin farklı uygulamaları.

Kısa gecikme, uzun gecikme

Gecikmenin uzunluğu, tarak filtrenin kulakta nasıl duyulduğunu değiştiriyor.

Çok kısa gecikmelerde, örneğin milisaniyenin kesirleri kadar, ilk çentik tiz bölgeye düşüyor ve az sayıda, geniş çentik oluşuyor. Bu, sesin rengini belirgin biçimde değiştiriyor; kulak onu bir ekolayzırla yapılmış garip bir düzeltme gibi duyuyor. Birkaç milisaniyelik gecikmelerde çentikler insan sesinin bölgesine iniyor ve sıklaşıyor; açılıştaki oyuk, teneke gibi ses tam bu bölgenin işareti.

Gecikme uzadıkça çentikler iyice sıklaşıyor ve daralıyor. Çok sık ve dar çentikler, tek tek bir renk değişikliği olarak değil, sesin dokusunda bir pürüz ya da bir tür hafif bulanıklık olarak algılanabiliyor. Gecikme, yansıma dersindeki yankı eşiğine yaklaştıkça kulak iki kopyayı artık kaynaştırmıyor ve olay bir renk sorunu olmaktan çıkıp kendi başına işitilen bir tekrar hâline geliyor.

Hareket eden tarak

Gecikme sabit kaldığında çentikler de yerinde duruyor. Kaynak, dinleyici ya da mikrofon hareket ettiğinde ise yol farkı, dolayısıyla gecikme değişiyor ve bütün tarak frekans ekseni boyunca kayıyor.

Bu kayma, kulağa tanıdık bir ses olarak geliyor: alçaktan geçen bir jet uçağının sesinde, yerden yansıyan kopya yüzünden duyulan, yükselip alçalan hışırtılı bir süpürülme. Müzik prodüksiyonunda flanger adıyla bilinen efekt, bu olayı bilerek kuruyor; bir sesin kopyasını çok kısa ve sürekli değişen bir gecikmeyle aslına ekliyor.

Kayıtta bu etki çoğu zaman istenmeden ortaya çıkıyor. Mikrofonun önünde başını sallayan bir şarkıcı, masasının üstünde öne arkaya eğilen bir konuşmacı ya da bir yüzeyin önünde gidip gelen bir çalgı, doğrudan ses ile yansıma arasındaki gecikmeyi sürekli değiştiriyor. Sonuç, sesin renginin kayıt boyunca dalgalanması.

Tarağın ortaya çıktığı yerler

Tarak filtre etkisi, aynı sesin iki kopyasının küçük bir zaman farkıyla toplandığı her yerde ortaya çıkıyor. Stüdyoda bu buluşma en sık aşağıdaki yerlerde kuruluyor.

Masa ve konsol yüzeyi. Hoparlörden çıkan ses, dinleyicinin önündeki masaya çarpıp kulağa dönüyor. Masadan gelen yol, doğrudan yoldan biraz uzun ve bu fark çoğu zaman orta bölgede çentikler üretiyor.

Mikrofonun yakınındaki yüzeyler. Mikrofona yakın duran bir duvar, bir müzik sehpası ya da bir masa, kaynağın sesini mikrofona kısa bir gecikmeyle ikinci kez gönderiyor.

Aynı kaynağa bakan birden fazla mikrofon. Açılıştaki söyleşi kaydında olduğu gibi, bir kaynağın sesi farklı uzaklıktaki iki mikrofona farklı zamanlarda varıyor. İki kanal miksajda toplandığında, iki kopya tarak filtre üretiyor. Davul kayıtlarında trampet üstü mikrofonu ile tepe mikrofonları arasında da aynı ilişki kuruluyor.

Birden fazla hoparlör. İki hoparlör aynı sesi çaldığında, dinleyici ikisine eşit uzaklıkta değilse, iki hoparlörün sesleri farklı zamanlarda varıyor. Bu, dinleme noktasının iki hoparlörün tam ortasında olmasının nedenlerinden biri.

Çözüm seçenekleri

Tarak filtre etkisini azaltmanın yolları, mekanizmanın kendisinden türüyor: gecikmiş kopyanın gücü, gecikmenin miktarı ve kopyaların toplanıp toplanmadığı.

Gecikmiş kopyanın gücünü azaltmak için yansıtan yüzeyi kaplamak, açısını değiştirmek ya da ondan uzaklaşmak mümkün. Çok mikrofonlu kayıtlarda, ikinci mikrofonu birinci kaynaktan belirgin biçimde uzak tutmak, onun getirdiği kopyayı zayıflatıyor. Sektörde bunun için sık anılan kaba bir kural var: ikinci mikrofon birinci kaynaktan, birinci mikrofonun o kaynağa uzaklığının en az üç katı uzakta olmalı. Bu, üçe bir kuralı (three-to-one rule) adıyla biliniyor ve kesin bir yasa değil, yola çıkmak için bir başlangıç noktası.

Gecikmeyi değiştirmek de bir seçenek. Gecikme çok küçültülürse ilk çentik işitme aralığının üst ucuna, hatta dışına itilebiliyor. Mikrofonun kapsülünü doğrudan bir yüzeyin üzerine yerleştiren sınır mikrofonları (boundary microphone) bu fikirle çalışıyor. Miksajda ise iki mikrofon kanalından birini zamanda kaydırıp ötekiyle hizalamak, o kaynak için gecikmeyi sıfıra yaklaştırabiliyor; ama aynı iki mikrofonun aldığı başka kaynaklar için hizayı bozabiliyor.

Son seçenek, kopyaları hiç toplamamak. Açılıştaki söyleşi kaydında, konuşmayan kişinin mikrofonunu kısmak ya da konuşmacılar arasına bir engel koymak, bu fikrin uygulamaları.

Örneklerden okuma

Usta katmanı

Kulak ile mikrofon aynı şeyi duymuyor. Bir odada iki kulakla dinleyen biri, aynı noktaya konan tek bir mikrofonun kaydettiği tarak filtreyi çoğu zaman daha az rahatsız edici duyuyor. İki kulak farklı noktalarda durduğu için her biri farklı bir tarak duyuyor ve beyin bu iki görüntüyü birleştirirken çentiklerin bir kısmını telafi edebiliyor. Mikrofonun kaydında ise tek bir tarak sabitleniyor. Bu yüzden odada kulağa kabul edilebilir gelen bir yerleşim, kayıtta beklenenden daha belirgin bir renk bırakabiliyor.

Polarite ile gecikme farklı şeyler. İki kanaldan birinin polaritesini ters çevirmek, bütün frekanslarda sinyali ters yöne çeviriyor ama zamanda kaydırmıyor. Gecikme varken polariteyi çevirmek tarağı ortadan kaldırmıyor; yalnızca tepelerin ve çentiklerin yerini değiştiriyor, çentikleri eskiden tepe olan frekanslara taşıyor. Bazen bu, önemli bir bölgedeki bir çentiği kaldırıp daha az önemli bir bölgeye taşımaya yarıyor; ama bir çözüm değil, bir yer değiştirme.

Tepeler çentiklerden daha çok göze batar. Kulak, dar bir çentiği aynı genişlikteki bir tepeden çoğu zaman daha kolay hoş görüyor. Bu yüzden tarak filtreyi bir ekolayzırla düzeltmeye çalışırken çentikleri doldurmak yerine, tarağın kaynağını ortadan kaldırmak neredeyse her zaman daha doğru. Çentik frekansında sesi yükseltmek, zaten birbirini götüren iki kopyanın ikisini birden yükselttiği için çoğu zaman hiçbir şey kazandırmıyor.

Odadaki birçok yansımanın toplamı. Gerçek bir odada tek bir yansıma değil, farklı gecikmelerle gelen birçok yansıma var. Her biri kendi tarağını kuruyor ve bu taraklar üst üste binerek daha düzensiz bir tepki üretiyor. En güçlü ve en erken yansımalar, en belirgin çentikleri bırakıyor; ilk yansımalar modülü bu yansımaları bulup yönetmeyi çalışıyor.

Yaygın hatalar ve yanlış bilinenler

Yaygın yanlış: Tarak filtre bir ekolayzırla düzeltilir. Çentik frekanslarında iki kopya birbirini götürüyor; o frekansı yükseltmek iki kopyayı birlikte yükseltiyor ve götürme sürüyor. Kalıcı çözüm kopyanın gücünü, gecikmesini ya da toplanmasını değiştirmekten geçiyor.

Yaygın yanlış: Polariteyi çevirmek her faz sorununu çözer. Polarite, zamanda bir kaydırma yapmıyor. İki kopya arasında gerçek bir gecikme varsa, polariteyi çevirmek çentikleri yalnızca başka frekanslara taşıyor.

Yaygın yanlış: Tarak filtre yalnızca çok mikrofonlu kayıtlarda olur. Tek bir mikrofon da yakınındaki bir yüzeyden gelen yansımayla tarak filtre kaydedebiliyor. Dinleme noktasında masa yansıması da aynı olayı kulakta kuruyor.

Yaygın yanlış: Üçe bir kuralı bütün sorunları önler. Bu kural, ikinci kopyanın gücünü azaltmak için kaba bir başlangıç noktası. Kaynakların gücü, mikrofonların yön özellikleri ve odanın yansımaları, gerçek durumu değiştiriyor; son karar kulağa ve ölçüme kalıyor.

Yaygın yanlış: Gecikme ne kadar kısaysa etki o kadar zayıftır. Çok kısa gecikmeler az ama geniş çentikler üretiyor ve bu geniş çentikler sesin rengini belirgin biçimde değiştirebiliyor. Etkinin gücünü gecikmeden çok, iki kopyanın göreli gücü belirliyor.

Uygulama

Bir ses düzenleme yazılımı aç ve bir kanala pembe gürültü ya da geniş bantlı, sürekli bir ses yerleştir; bir şelale kaydı ya da bir radyo parazitinin kaydı da iş görür. Dinleme seviyesini rahat, konuşmanın altında bir yerde tut.

Kanalı çoğalt ve iki kopyayı aynı seviyede birlikte çal. Ses tek kopyadan biraz daha güçlü, ama rengi aynı. Şimdi ikinci kopyayı zamanda bir milisaniye geciktir. Bunun için yazılımın gecikme eklentisini ya da kopyayı zaman çizgisinde kaydırma aracını kullanabilirsin. Sesin renginin nasıl değiştiğini tek bir kelimeyle yaz. Ardından gecikmeyi yarım milisaniyeye, sonra iki, sonra beş milisaniyeye getir ve her birinde rengin nasıl değiştiğini not et.

Yazılımında bir spektrum analizörü varsa, toplam kanalın üzerine yerleştir. Bir milisaniyelik gecikmede ilk çentiği beş yüz hertz civarında, sonrakileri bin hertzlik aralıklarla görmeyi bekle. Gecikmeyi değiştirdiğinde çentiklerin hesapladığın yerlere kayıp kaymadığını kontrol et.

Sonra ikinci kopyanın seviyesini yavaşça düşür. Kopyanın seviyesi azaldıkça çentiklerin sığlaştığını ve rengin yavaş yavaş doğala döndüğünü duy. Kopyanın hangi seviyede artık rahatsız etmediğini not et. Ardından ikinci kopyanın polaritesini ters çevir ve gecikmeyi aynı bırakarak rengin nasıl değiştiğini dinle.

Son olarak gerçek odaya dön. Hoparlörlerinden aynı gürültüyü çalarken dinleme noktanda başını yavaşça öne arkaya ve aşağı yukarı hareket ettir. Sesin renginde bir süpürülme duyuyorsan, başının yakınında bir yansıtıcı yüzey var demektir. Masayı, ekranı ya da yakındaki bir duvarı birer birer bir battaniyeyle örterek süpürülmenin hangi yüzeyden geldiğini bulmaya çalış ve bulduklarını bitirme raporu notlarına ekle.

Kilit özet

Aynı sesin iki kopyası küçük bir zaman farkıyla toplandığında, gecikmenin yarım tekrara denk geldiği frekanslarda kopyalar birbirini götürüyor, tam tekrara denk geldiği frekanslarda güçleniyor. Frekans tepkisinde düzenli aralıklarla dizilen bu çentikler, olayın adını veren tarak görüntüsünü oluşturuyor.

İlk çentik, birin gecikmenin iki katına bölünmesiyle bulunuyor; sonrakiler onun tek sayılı katlarında, birin gecikmeye bölünmesi kadar aralıklarla diziliyor. Bir milisaniyelik gecikme, kabaca otuz dört santimetrelik yol farkına ve beş yüz hertzde başlayan bir tarağa karşılık geliyor.

Çentiklerin derinliğini iki kopyanın göreli gücü belirliyor: kopyalar eşitlendikçe çentikler derinleşiyor. Kısa gecikmeler az sayıda geniş çentikle rengi değiştiriyor, uzun gecikmeler sık ve dar çentiklerle dokuyu bulandırıyor. Gecikme değiştiğinde tarak kayıyor ve süpürülen bir ses duyuluyor.

Tarak, masa ve konsol yüzeylerinde, mikrofonun yakınındaki yüzeylerde, çok mikrofonlu kayıtlarda ve birden fazla hoparlörde ortaya çıkıyor. Çözüm, kopyayı zayıflatmaktan, gecikmeyi değiştirmekten ya da kopyaları toplamaktan kaçınmaktan geçiyor; ekolayzır ve polarite, çentikleri gidermiyor.

Sonraki derse köprü

Şimdiye kadar tek tek yansımalara baktık: bir duvardan dönen bir kopya, karşılıklı iki duvara hapsolmuş bir dalga, bir masadan sekip kulağa varan bir ses. Ama bir odada ses kesildiğinde, bu yansımaların hepsi birden, iç içe geçmiş bir bulut hâlinde bir süre daha yaşıyor.

Sonraki dersin konusu bu bulutun ne kadar sürdüğü. Bir sesin odada sönüp gitmesi ne kadar zaman alır ve bu süre nasıl tanımlanıp ölçülür? Aynı oda neden pes seste uzun, tiz seste kısa bir kuyruk bırakabilir? Ve bir kayıt odası, bir konser salonu ya da bir oturma odası için "doğru" bir süre var mı, yoksa her mekânın amacı kendi süresini mi belirler?