再談相位及相位濾波

再談相位及相位濾波再談“相位”及"相位濾波”導(dǎo)讀：從事音響行業(yè)的人都知道“相位”及“相位濾波”的重要性,但還是有很多人不甚了解其中的深意。本文將結(jié)合一個(gè)典型的相位濾波調(diào)試案例，與朋友們一同分享“相位”及"相位濾波”在整個(gè)音響系統(tǒng)中到底承擔(dān)著怎樣的重要作用，希望能夠?yàn)楝F(xiàn)場調(diào)試提供一些指導(dǎo)意見。談到相位濾波,對于多數(shù)朋友們來說,這是一個(gè)既熟悉又陌生的名詞。在專業(yè)音響擴(kuò)聲領(lǐng)域里，相位濾波的重要性很多時(shí)候被忽略，有時(shí)候又會因?yàn)橐恍┖袈暟阉岬揭粋€(gè)很重要的位置。那么到底什么是相位濾波呢？我們得先從什么是相位說起。圖41/正藏量的相位差歸）一艇相位差心）同相反相一?什么是相位?由于（人耳聽覺范圍內(nèi)20Hz-20KHz）的聲音由從低到高不同的頻率組合而成，眾所周知的是:頻率越高、波長越短；頻率越低，波長率組合而成，眾所周知的是:頻率越高、波長越短；頻率越低，波長則越長o波長又是什么呢？它是指一個(gè)正弦波頻率完成一個(gè)周期所需則越長要經(jīng)歷的（由。度開始一正半軸90度―180度一負(fù)半軸90度一回歸到。度）的過程。因此，新的問題出現(xiàn)了:不同頻率因波長不同，在相同的參考測因此，新的問題出現(xiàn)了:不同頻率因波長不同，在相同的參考測試點(diǎn)得到的函數(shù)情況可能是千奇百怪的，但它們通常又會因?yàn)轭l率變化的連續(xù)性而得到線性的關(guān)聯(lián)。我們把這種關(guān)系稱之為相位一幅關(guān)于頻響與波長相位關(guān)系的傅立葉轉(zhuǎn)變計(jì)算圖示能夠幫助我們更直觀地認(rèn)識相位曲線圖。二、相位給我們帶來的啟示我們所聽到的聲音除了受頻響曲線的影響,它同時(shí)也受著相位曲線的影響。而，［單點(diǎn)聲源的相位（單一的相位關(guān)系）由于其沒有相【作用力，因此對擴(kuò)聲是不會造成影響的。反之，多聲源擴(kuò)聲系統(tǒng)、線的影響。S55S?HS?^5ss與SWSSS^SS位S5相互作用的影響其實(shí)是相當(dāng)大的M中的**：這也就解釋了歷M中的**：這也就解釋了歷什么線陣列揚(yáng)聲器的垂直指向夾角很窄的原因因?yàn)楦哳l波長較短，陣列模塊與模塊間距產(chǎn)生的時(shí)間差會導(dǎo)致不同中高頻頻率的相位疊加與抵消（也稱相長與相消），從而產(chǎn)生梳妝濾波的效應(yīng)。所以陣列揚(yáng)聲器的高頻是分離開來，根據(jù)高頻定位原理獨(dú)立計(jì)算蓋的計(jì)算蓋的我們在了解這一原理以后可再進(jìn)而演化推理：為什么兩個(gè)音箱高音單元不能放太近,為什么全頻音箱不能夠靠側(cè)墻太近安裝其實(shí)就很清楚了,原理也是以一得三的。

一個(gè)有趣的物理現(xiàn)象產(chǎn)生了,我們在對低頻段部分做相位規(guī)劃的時(shí)候,恰恰和高頻段的分離法相反。線陣列揚(yáng)聲器為什么能夠集中聲能投射得更遠(yuǎn)？最一個(gè)有趣的物理現(xiàn)象產(chǎn)生了,我們在對低頻段部分做相位規(guī)劃的時(shí)候,恰恰和高頻段的分離法相反。線陣列揚(yáng)聲器為什么能夠集中聲能投射得更遠(yuǎn)？最最為簡單且通俗易懂的解釋就是：負(fù)責(zé)聲壓級表達(dá)的為呈密集陣列的布置,其大量頻段的能量得到了較好的有效相位耦合與疊加。為什么高頻距離太近了會干涉,而低頻距離靠近了會耦合呢？為波也和頻率與波長的關(guān)系密不可分。當(dāng)?shù)皖l段聲源靠得越近時(shí)，長更長的緣故，波形之間的相位差相比之下可以是微小的，而90度為波以內(nèi)的相差都可以產(chǎn)生疊加，那么能夠影響到低頻疊加的距離一定是其1/4波長以外的遠(yuǎn)距離所帶來的差異。叵|centre centrecentre centre這就恰巧與高頻的分離原理完全相反,為高頻波長過短,我們這就恰巧與高頻的分離原理完全相反,為高頻波長過短,我們沒辦法將兩個(gè)聲源靠得能夠近到其1/4波長以內(nèi)的距離,所以也根據(jù)頻率越高.蓋角度越窄.波長越短的客觀規(guī)律，我們建議將高頻據(jù)頻率越高.蓋角度越窄.波長越短的客觀規(guī)律，我們建議將高頻盡可能地遠(yuǎn)離。再來看看超低頻的相位規(guī)劃,通常我們習(xí)慣將超低頻配合全頻場再來看看超低頻的相位規(guī)劃,通常我們習(xí)慣將超低頻配合全頻場聲器組的上口聲道來進(jìn)行布置，這樣做真的科學(xué)合理么？左右分置的超低頻系統(tǒng),其間距顯然更容易在前文所提到的1/4波長以外,將產(chǎn)生相消的低頻部分，可能會造成超低音之間出現(xiàn)類似于高頻間的聲干涉那樣的梳狀效應(yīng)。們建議在有條件的情況下，盡可能地將超低頻部分放置在一起，使得聲能疊加；基至應(yīng)用科學(xué)的相位技術(shù)手段，以超低陣列的方式來控制超低頻的指向特性也是沒有問題的所以在了解相位對音頻擴(kuò)聲的作用以后，就可以指導(dǎo)我們做出一所以在了解相位對音頻擴(kuò)聲的作用以后，就可以指導(dǎo)我們做出一些科學(xué)合理的判斷和設(shè)計(jì)方案來，一個(gè)場地的相位規(guī)劃也在一定程度上決定了項(xiàng)目擴(kuò)聲方案的成功與否。這些遵循客觀原理的物理規(guī)劃能夠?yàn)楝F(xiàn)場調(diào)試給出可靠的指導(dǎo)意見。三、相位濾波由于不同聲源位置在發(fā)出相同信號時(shí)，頻率與波長受到距離的影響，B5S^5STSS5TSff5?ffiS^S55SS5SS5?5?同。如果不進(jìn)行相位校準(zhǔn)，就有可能產(chǎn)生某些頻率被抵消的現(xiàn)象,梳妝濾波因此而產(chǎn)生。在一套科學(xué)合理的擴(kuò)聲設(shè)計(jì)中,通常我們需要應(yīng)用一定的調(diào)試手在一套科學(xué)合理的擴(kuò)聲設(shè)計(jì)中,通常我們需要應(yīng)用一定的調(diào)試手段來使得同一聽音區(qū)域中具備相同信號的兩個(gè)或多個(gè)聲源素材得到有效的耦合銜接修正。整個(gè)行業(yè)大多工程師都能夠清楚地意識到這項(xiàng)效的耦合銜接修正。整個(gè)行業(yè)大多工程師都能夠清楚地意識到這項(xiàng)工作的重要性。傳統(tǒng)的辦法則是進(jìn)行延遲時(shí)間補(bǔ)償法來完成校準(zhǔn)工作。工作的重要性。傳統(tǒng)的辦法則是進(jìn)行延遲時(shí)間補(bǔ)償法來完成校準(zhǔn)工作。一個(gè)典型的分頻系統(tǒng)相位校準(zhǔn)（如上圖快速傅里葉轉(zhuǎn)換所示），其頻段疊加部分函情況往往不僅是因?yàn)闀r(shí)間差而存在的?；叵胍幌?一個(gè)典型的分頻系統(tǒng)相位校準(zhǔn)（如上圖快速傅里葉轉(zhuǎn)換所示），其頻段疊加部分函情況往往不僅是因?yàn)闀r(shí)間差而存在的。回想一下,多少人誤傳著高頻比低頻跑得快,需要給高頻做延遲來對齊相位的說法。而我們知道聲音在空氣中的速度是多少呢？331.5m/s+0.6T ,這是一個(gè)常量,從來沒有過高頻的聲速，低頻的聲速的說法，此應(yīng)用延時(shí)對齊法?？此茖R了相位時(shí)間差，實(shí)際上聲速的說法，此應(yīng)用延時(shí)對齊法?？此茖R了相位時(shí)間差，實(shí)際上卻使得不同頻段到達(dá)人耳的時(shí)間發(fā)生了先后的改變，尤其在多分頻擴(kuò)聲系統(tǒng)中。甚至在很多時(shí)候延時(shí)法是無法完全對齊不同聲源疊加部分的相位的，上圖也即是一個(gè)典型的案例。1匚IIHuteHUIEMtHblUTE卬FWQj*r<jM的相位的，上圖也即是一個(gè)典型的案例。1匚IIHuteHUIEMtHblUTE卬FWQj*r<jM口后rFre4ieocyTmL0叫「msntt.eeF不用 T這樣的現(xiàn)象出現(xiàn)了,怎么辦呢?我們都知道頻率濾波器的類型,有高通(Highpass)■低通(Lowpass)■高架(Highshelf)、低(Lowshef)還有帶通(Bandpass)與帶陰(Bandstop這樣的現(xiàn)象出現(xiàn)了,怎么辦呢?我們都知道頻率濾波器的類型,有高通(Highpass)■低通(Lowpass)■高架(Highshelf)、低(Lowshef)還有帶通(Bandpass)與帶陰(Bandstop:)等應(yīng)對不同需求的分類濾波方式,它們都是針對音頻頻率響應(yīng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)的。而還有一種濾波器，)，它是一種真正的在不影響頻響表現(xiàn)的前提下，實(shí)現(xiàn)對相它的放置不會改變?nèi)魏蔚念l響，那就是相位濾波(Allpass位及帶寬修正的濾波類型。通過相位濾波，我們可以做到不同聲源間能量的最大疊加與銜接?！稣{(diào)試案例當(dāng)我們遇到一個(gè)分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)調(diào)試工作時(shí)，無論是外置兩分頻.三分頻、分頻，乃至更多的分頻方案，在根據(jù)揚(yáng)聲器單元特性選擇好合理的分頻點(diǎn)與斜率后，剩下更多的工作則是進(jìn)行頻段與頻段間的效準(zhǔn)對齊工作。要使得每個(gè)頻段最終聯(lián)系成一條平滑的響應(yīng)曲線，相位效準(zhǔn)必不可少。這項(xiàng)工作除了存在于全頻與低音炮間，更存在于外置分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)、陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng).超低頻陣列系統(tǒng)等等，多種擴(kuò)聲系統(tǒng)均可能涉及。以最常見的全頻與低音炮間的效準(zhǔn)為例，我我們似乎進(jìn)行了有效的頻段分配來使得各種音域的信號各行其道，然而它們能夠有效地合為一體來重放初始聲源么？

為了讓一個(gè)初始聲源信號在擴(kuò)聲方案中得到最真實(shí)的還原,而不為了讓一個(gè)初始聲源信號在擴(kuò)聲方案中得到最真實(shí)的還原,而不受到交叉頻段的干涉或缺失或突兀,需要假設(shè)的是,這套分頻系統(tǒng)的相位是得到了有效銜接的。根據(jù)聲壓級疊加公式Lp根據(jù)聲壓級疊加公式Lp=20log(pe/p0),當(dāng)聲壓增加1倍時(shí),聲壓級增加6dB(注意：不同單元間的疊加不能簡單與功率加倍混為一談)。在暫不考慮相位因素的前提下混為一談)。在暫不考慮相位因素的前提下,分頻段的交叉頻點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在-6dB位置左右最為合理，這樣耦合出來的頻響才會在最程度上與其余頻段保持均衡CH 1 lt> JOOAngularfrequency(rad;sec)OB么我們怎么去定義有效的耦合區(qū)域呢？也就是說,哪些頻率段需要做這項(xiàng)校準(zhǔn)工作呢？根據(jù)聲壓級相差9dB以上不再構(gòu)成疊加的原理,我們考慮-gdB以內(nèi)的區(qū)域作為有效調(diào)試區(qū)域（上圖縱向紅線以內(nèi)范圍）。保證了該區(qū)域內(nèi)的校準(zhǔn)耦合,也即是做好了這兩個(gè)分頻頻段的銜接工作。然而單從頻譜圖看來,表面上銜接了,實(shí)際上銜接么？測一測整體的頻率響應(yīng)就知道了。在分頻點(diǎn)可能會出現(xiàn)的凹槽，其深淺程度、影響帶寬的呈現(xiàn)的可能性千奇百怪。這就說明有效區(qū)域里，存在相位抵消的現(xiàn)象，這并不難發(fā)現(xiàn)，通過常用的Smaart音頻測試軟件傅立葉轉(zhuǎn)換界面中，我們能夠很直觀地記錄下一個(gè)聲信號通過測試麥克風(fēng)位置所收集回來的相關(guān)曲線圖。

所以相位濾波器是一個(gè)非常有用的濾波功能類型,它可以通過在需要調(diào)節(jié)相位的頻點(diǎn)設(shè)置濾波，在不改變頻響的情況下,打斷原有的線性相位曲線，在工程師給出的既定頻帶范圍內(nèi)反轉(zhuǎn)該頻段相位函在分別紀(jì)錄下全頻與低頻的相位曲線后,將其對比起來看,會發(fā)現(xiàn)兩個(gè)有效的疊加區(qū)域相位關(guān)系往往是不重合的,除了時(shí)間距離差以外,還有函數(shù)線性位置不同（通俗地說就是兩條曲線說斜率不同），這就出現(xiàn)了一個(gè)棘手的問題,如果沒有相位濾波器的調(diào)試設(shè)備,工程師可能只能夠通過延遲法來調(diào)整，最終因?yàn)椴黄叫械南辔魂P(guān)系，兩交匯區(qū)域也只能做到某點(diǎn)耦合，不能整段耦合，甚至于連延時(shí)器都沒有的調(diào)試系統(tǒng)，工程師也許只能通過改變物理的音箱間前后關(guān)系結(jié)構(gòu)來調(diào)整這個(gè)相位關(guān)系了。?3QQQ.35.00-25.00網(wǎng)絡(luò)3眸1500 1000500010000.1!|I*■4000-45.00-50.D0所以相位濾波器是一個(gè)非常有用的濾波功能類型,它可以通過在需要調(diào)節(jié)相位的頻點(diǎn)設(shè)置濾波，在不改變頻響的情況下,打斷原有的線性相位曲線，在工程師給出的既定頻帶范圍內(nèi)反轉(zhuǎn)該頻段相位函在分別紀(jì)錄下全頻與低頻的相位曲線后,將其對比起來看,會發(fā)現(xiàn)兩個(gè)有效的疊加區(qū)域相位關(guān)系往往是不重合的,除了時(shí)間距離差以外,還有函數(shù)線性位置不同（通俗地說就是兩條曲線說斜率不同），這就出現(xiàn)了一個(gè)棘手的問題,如果沒有相位濾波器的調(diào)試設(shè)備,工程師可能只能夠通過延遲法來調(diào)整，最終因?yàn)椴黄叫械南辔魂P(guān)系，兩交匯區(qū)域也只能做到某點(diǎn)耦合，不能整段耦合，甚至于連延時(shí)器都沒有的調(diào)試系統(tǒng)，工程師也許只能通過改變物理的音箱間前后關(guān)系結(jié)構(gòu)來調(diào)整這個(gè)相位關(guān)系了。?3QQQ.35.00-25.00網(wǎng)絡(luò)3眸1500 1000500010000.1!|I*■4000-45.00-50.D0數(shù)可行，但這似乎已經(jīng)改變了一個(gè)整體聲源的到達(dá)時(shí)間這樣一個(gè)客觀規(guī)律；而更復(fù)雜的分頻系統(tǒng)、多聲源的擴(kuò)聲系統(tǒng)，多分頻與多聲源系統(tǒng)數(shù)不太建議應(yīng)用延遲法進(jìn)行效準(zhǔn)工作的原因在于，簡單的分頻系統(tǒng)也許兼有的擴(kuò)聲方案中，延遲法似乎早已不切實(shí)際。通過Q值的調(diào)解，我們可以在測試軟件中時(shí)時(shí)地發(fā)現(xiàn)原始線性的相位曲線發(fā)生著分離