再谈相位及相位滤波

1、再谈相位及相位滤波再谈相位及相位滤波导读：从事音响行业的人都知道相位及“相位滤波的重要性，但还是有很 多人不甚了解其中的深意。本文将结合一个典型的相位滤波调试案例，与朋友们一同分享相位及相位滤波在整个音响 系统中到底承当着怎样的重要作 用，希望能够为现场调试提供一些指导意见。A*谈到相位滤波，对于多数朋友们来说，这是一个既熟悉又陌生的名词。在专业音响扩声领域里，相位滤波的重要性很多时候被忽略，有时候又会因为一些呼声把它提到一个很重要的位置。那么到底什么 是相位滤波呢？我们得先从 什么是相位说起A4.1-2正弦量的相位差CQ般相位差b同相c反相什么是相位？由于人耳听觉范围内20Hz 20KHZ

2、的声音由从低到高不同的频 率组合而成，众所周知的是:波长又是什么呢？它是指一个正弦波频率完成一个周期所需要经历的由0度开始一正半轴90度一 1 80度一负半轴90度一回归到0度的过程。因此，新的问题岀现了试点得到的函数情况可能是千奇百怪的，但它们通常又会因为频率变Time Domain变计算图示能够帮助我们更直观地认识相位曲线图1、相位给我们带来的启示我们所听到的声音除了受频响曲线的影响，它同时也受着相位曲 线的影响。然而z黑d曲鈿!三!颛星商帰!彳躍臭M狂if ：二 I 1 * riiB用二fThHL=Jv * k_aS 1 MLgss- &,; jf_ *v-L | .a| L勺卡？ r、

3、$唧即r斗li - Dj -Do R*LcoiCi_u-yL这也就解釋了麵因为高频波长较短，阵列模块与模块间距产生的时间差会导致不同中的相位叠加与妊消也称相长与相消，从而产生掠妆滤波的效应扬声器的高频是别离开来，根据高频定位原理独立计算覆盖的。我们在了解这一原理以后可再逬而演化推理：为什么两个音箱高能放太近，为什么全频音箱不能够靠侧墙太近安装其实就很清楚了，高频频率所以阵列音单元不原理也是以一得三的一个有趣的物理现象产生了 ,我们在对低频段局部做相位规划的时候,最为简单且通俗易懂的解釋就是：负责声压级表达的低频局部Z因为呈密集阵列的布置,其大量频段的能量得到了较好的 有效相位耦 合与叠加。为什

4、么高频距离太近了会干预Z而低频距离靠近了会耦合呢？也和频率与波长的关系密不可分。当低频段声源靠得越近时，因为波长更长的缘故，波形之间的相位差相比之下可以是微小的，而90度以内的相差都可以产生叠加，那么能够影响到低频叠加的距离一走是其1/4波长以外的远距离所带来的差异cen tre30* lxlFFHt-t“91这就恰巧与高频的别离原理完全相反，因为高频波长过短,我们没方法将两个声源靠得能够近到其 1/4波长以内的距离，所以也根据频率越高、覆盖角度越窄、波长越短的客观规律，我们建议将高频尽可能地看,通常我们习惯将超低频配合全频扬远离。声器组的L、R声道来逬行布置，这样做真的科学合理么？左右分置

5、的超低频 系统，其间距显然更容易在前文所提到的 1/4波长以外，将产生相消的低频部 分，可能会造成超低音之间岀现类似于高频间的 声干预那样的掠状效应。判断和设计方案来,一个场地的相位规划也在一定程度所以在了解相位对音频扩声的作用以后,就可以指导我们做岀一 些科学合理的所以在了解相位对音频扩声的作用以后,就可以指导我们做岀一 些科学合理的 判断和设计方案来,一个场地的相位规划也在一定程度上决定了工程扩声方案的成功与否。这些遵循客观原理的物理规划能够为现场调试给岀可靠的指导意见。三、相位滤波由于不同声源位置在发岀相同信号时,频率与波长受到距离的影响,到达同一测 点聆听位时间各不相同,所带来的相位函

6、数也各不相 同。如果不逬行相位校 准,就有可能产生某些频率被抵消的现象,掠*妆滤波因此而产生。段来 口效的耦合衔接修正。整个行业大多数工程师都能够清楚地意识到这项deg工作一个典型的分频系统相位校准如上图快速傅里叶转换所示，其频段叠加局部函数情况往往不仅是因为时间差而存在的。回想一下，多少人误传看高频比低频跑得快，需要给高频做延迟来对齐相位的说 法。而我们知道声音在空 气中的速度是多少呢？331.5 m/s + O.GT,这是一个常量，从来没有过高频的声速，低频的声速的说法, 因此应用延时对齐法。看似对齐了相位时间差，实际上 却使得不同频段到达人 耳的时间发生了先后的改变，尤其在多分频扩 声系

7、统中。甚至在很多时候延时 法是无法完全对齐不同声源叠加局部(Allpass )| | j1 *i等应对不同需求的分类滤波方式,它们都是针对音频频率响应情况逬行调节的。而还有一种滤波器,它的Z它是一种真正的在不影响频响表现的前提下，实现对相位及带宪修正的滤波类型。通过相位滤波,我们可以做到不同声源间 能量的最大 叠加与衔接。四调试案例当我们遇到一个分频扬声器系统调试工作时，无论是外置两分频三分频四分频，乃至更多的分频方案，在根据扬声器单元特性选择好合理的分频点与斜率后，剩下更多的工作那么是逬行频段与频段间的效准对齐工作。要使得每个频段最终联系成一条平滑的响应曲线，相位效准必不可少。这项工作除了存

8、在于全频与低音炮间， 更存在于外置分频扬声器 系统阵列 扬声器系统超低频阵列系统等等，多种扩声系统均可能 的频段分配来使得各种音域的信号各行其道，然而它们能够有效地合为一体来重放初始声源么？I我们似乎逬行了有效JtST可知， 当声 压増受到交叉频段的干预或缺失或突兀,需要假设的是，这套分频系统的根据级叠相位是得到了有效衔接的。时，声压级増加6dB 注意：不同单元间的叠加不能简单与功率加倍 混为一谈在暂点应设置在？ 6dB位置左右最为合理,这样耦合岀来的频P向才会在最t程度上与其余频段保持均衡hisam躍第更磁詞诞醫融1么也就是说，哪些频率段需要做这项校准工作呢？根据声压级相差 9dB以上不再构

9、成叠加的原理， 我们考虑 -9dB以内的区域作为有效调试区域上图纵向红线以内范 围。保证了该区域 内的校准耦合z也即是做好了这两个分频频段的 衔接工作。然而单从频谱图看来#外表上衔接了 ,实际上衔接么？测一测整 体的频率响 应就知道了。在分频点可能会岀现的凹槽,其深浅程度.影响带竟的呈现的可能性千奇百怪。这就说明有效区域里,存在相位 抵消的现象，这并不难发现,通过常用的Smaart音频测试软件傅立叶转换界面中我们能够很 直观地记录下一个声信号通过测试麦克风位置所收集回来的相关曲线图。?2501050010005000100004-180M35在分别纪录下全频与低频的相位曲线后，将其比照起来看，

10、会发现两个有效的叠加区域相位关系往往是不重合的，除了时间距离差以外，还有函数线性位置不同通俗地说就是两条曲线说斜率不同，这就岀现了一个棘手的问题，如果没有相位滤波器的调试设备，工程师可能只能够通过延迟法来调整，最终因为不平行的相位关系，两交汇区域也只能做到某点耦合，不能整段耦合，甚至 于连延时器都没有的调 试系统，工程师也许只能通过改变物理的音箱间前后关 系结构来调整 这个相位关系了。不太建议应用延迟法逬行效准工作的原因在于,简单的分频系统也许FT1 ?. 1?30.00?35.00U_L I 11耳U Eft4 |J-50.00FT-1:/；而更复杂的分频系统.多声源的扩声系统，多分频与多声源系统所以相位滤波器是一个非常有用的滤波功能类型，它可以通过在需要调节相位的频点设置滤波，在不改变频响的情况下，打断原有的线性相位曲线，在工程师给岀的既定频带范围内反转该频段相位函数。通过 Q 值的调解，我们可以在测试软件中时时地发现原始线性的相位 曲线发生 着别离和变化，其斜率与带宪更加地接近参考的比照曲线， 经过精细地调试， 最终与原比照曲线在有效区述范围内做到完全重合。通常选用相位斜率较缓的曲线逬行修正效准，效准参考曲线以较陡