本文主要介紹什么是階段，階段給了我們什么啟示？什么是相位濾波，相位濾波在整個聲音系統(tǒng)中起著什么重要的作用。在本文的最后，我們將通過一個典型的相位濾波調(diào)試案例，與朋友們分享分頻系統(tǒng)中相位均衡調(diào)試的重要性。

說到階段過濾，對大多數(shù)朋友來說，這是一個熟悉又陌生的術(shù)語。在專業(yè)擴聲領(lǐng)域，相位濾波的重要性往往被忽視，有時由于某些聲音的存在，相位濾波被提到了一個非常重要的位置。那么什么是相位濾波呢？我們必須從什么是階段開始。

什么是階段：

因為聲音(人耳聽覺范圍內(nèi)的20赫茲-20千赫茲)由從低到高的不同頻率組成，眾所周知，頻率越高，波長越短；頻率越低，波長越長。波長是多少？指正弦波頻率完成一個周期所需經(jīng)過的過程(從0度開始-正半軸90度-180度-負半軸90度-返回0度)。因此，新的問題出現(xiàn)了：不同的頻率具有不同的波長，并且在相同的參考測試點獲得的函數(shù)可能是奇怪的，但是由于頻率變化的連續(xù)性，它們通常是線性相關(guān)的。我們稱之為關(guān)系階段。

一個關(guān)于頻率響應和波長相位之間關(guān)系的傅里葉變換計算圖可以幫助我們更直觀地了解相位曲線(就像光譜曲線一樣)。

階段的靈感：

我們聽到的聲音不僅受頻率響應曲線的影響，還受相位曲線的影響。然而，單個聲源的相位(單相關(guān)系)沒有相互作用力，因此不會影響聲音增強。相反，在多聲源擴聲系統(tǒng)或多頻分頻擴聲系統(tǒng)中，由于距離和時差的關(guān)系，多聲源相位因素的交互作用實際上相當顯著。

這解釋了為什么線陣列揚聲器的垂直指向角度非常窄：因為

高頻波長較短，陣列模塊間距離造成的時間差會導致不同中高頻的相位疊加和抵消(也稱為相長和相消)，從而產(chǎn)生修整濾波的效果。因此，陣列揚聲器的高頻被分離，并且根據(jù)高頻定位原理獨立地計算覆蓋范圍。在我們理解了這個原則之后，我們可以進一步發(fā)展和推理：為什么兩個揚聲器的高音不能放得太近，為什么全頻揚聲器不能安裝得離側(cè)壁太近，這其實是非常清楚的，原則是一勝三。

一個有趣的物理現(xiàn)象出現(xiàn)了。當我們計劃低頻帶部分的相位時，它正好與高頻帶分離方法相反。為什么線性陣列揚聲器能夠集中聲能并將其投射得更遠？最簡單易懂的解釋是，負責聲壓級表達的低頻部分，由于其密集的陣列排列，在大量頻帶中具有良好的有效相位耦合和能量疊加。

為什么高頻距離太近時會產(chǎn)生干擾，而低頻距離太近時會產(chǎn)生耦合？這也與頻率和波長的關(guān)系密切相關(guān)。低頻聲源越近，由于波長越長，波形之間的相位差可以比較的越小，90度以內(nèi)的相位差可以產(chǎn)生疊加，所以影響低頻疊加的距離一定是1/4波長以外的長距離所產(chǎn)生的差。

這恰好與高頻的分離原理完全相反。因為高頻的波長太短，我們不能在四分之一波長內(nèi)使兩個聲源距離很近。因此，根據(jù)頻率較高、覆蓋角度較窄、波長較短的客觀規(guī)律，我們建議盡量遠離高頻。

讓我們來看看超低頻的相位規(guī)劃。通常，我們習慣于將超低頻與全頻揚聲器組的左聲道和右聲道進行排列。這真的科學合理嗎？從左和右分開的超低頻系統(tǒng)顯然更容易間隔超過上述1/4波長，這將產(chǎn)生破壞性的低頻部分，這可能導致類似于高頻之間的聲學干擾的梳狀效應。因此，我們建議在一定條件下，將超低頻部分盡可能地放在一起，這樣可以疊加聲能；即使使用科學的相位技術(shù)以超低陣列的方式控制超低頻率的指向特性也沒有問題。

因此，了解相位對音頻放大的影響后，可以指導我們做出一些科學合理的判斷和設(shè)計方案。場地的階段規(guī)劃也在一定程度上決定了項目放大方案的成功。這些遵循客觀原則的物理方案可以為現(xiàn)場調(diào)試提供可靠的指導。

相位濾波：

當不同的聲源發(fā)出相同的信號時，頻率和波長受距離的影響，因此到達同一測點(聽音位置)的時間不同，相位函數(shù)也不同。如果不進行相位校準，某些頻率可能會被抵消，從而導致修整濾波器。

在一套科學合理的擴聲設(shè)計中，我們通常需要運用一定的調(diào)試手段，使同一收聽區(qū)域內(nèi)兩個或兩個以上信號相同的聲源材料得到有效的耦合校正。整個行業(yè)的大多數(shù)工程師都能清楚地意識到這項工作的重要性。傳統(tǒng)的方法是執(zhí)行延遲時間補償來完成校準工作。

在典型的分頻系統(tǒng)的相位校準中(如上圖中的快速傅立葉變換所示)，頻帶中的部分函數(shù)的重疊經(jīng)常存在，這不僅是因為時差。回想一下，有多少人誤以為高頻比低頻跑得快，需要延遲高頻來調(diào)整相位。我們對空氣中的聲速了解多少？331.5米/秒0.6T，這是一個常數(shù)，從來沒有被稱為高頻聲速和低頻聲速。因此，延遲對準方法的應用似乎對準了相位時差，但實際上使不同頻帶的到達時間相繼改變，尤其是在多頻擴聲系統(tǒng)中。即使在很多情況下，延遲方法也不能完全對齊不同聲源疊加部分的相位，上圖就是一個典型的例子。

這種現(xiàn)象已經(jīng)出現(xiàn)，我們該怎么辦？我們都知道頻率濾波器的類型，如高通、低通、高通、低通、帶通和帶阻，它們可以滿足不同的要求。它們都根據(jù)音頻響應進行調(diào)整。還有另一種濾波器，其放置不會改變?nèi)魏晤l率響應，即相位濾波器(Allpass)，這是一種真正的濾波器類型，可以在不影響頻率響應性能的情況下校正相位和帶寬。通過相位濾波，我們可以實現(xiàn)不同聲源之間能量的最大疊加和匯聚。

調(diào)試案例：

當我們遇到分頻揚聲器系統(tǒng)的調(diào)試工作時，無論是外部分頻二次、分頻三次、分頻四次，甚至更多的分頻方案，在根據(jù)揚聲器單元的特性選擇合理的分頻點和斜率后，還要做更多的工作來進行頻帶之間的對齊。為了使每個頻帶最終連接成平滑的響應曲線，相位校準是必不可少的。

這項工作不僅存在于全頻和超低音揚聲器之間，也存在于外部交叉揚聲器系統(tǒng)、陣列揚聲器系統(tǒng)、超低頻陣列系統(tǒng)等。可能涉及各種擴聲系統(tǒng)。以最常見的全頻和超低音之間的校準為例，我們似乎已經(jīng)有效地分配了頻帶，使各種范圍的信號各行其是，但是它們能有效地集成以重放初始聲源嗎？

為了在聲音增強方案中真實地恢復初始聲源信號，而沒有干擾、丟失或跨頻帶突變，應該假設(shè)該分頻系統(tǒng)的相位被有效地連接。根據(jù)聲壓級LP=20log (PE/P0)的疊加公式，當聲壓加倍時，聲壓級增加6dB(注意：不同單元之間的疊加不能簡單地與功率加倍相混淆)。因此，在不考慮相位因素的前提下，最合理的做法是將子帶的交叉頻率點設(shè)置在- 6dB左右，這樣耦合輸出的頻率響應就可以最大限度地與其他頻段相平衡。

那么我們?nèi)绾味x一個有效的耦合區(qū)域呢？換句話說，哪些頻帶需要校準？根據(jù)9dB以上的聲壓級差不再構(gòu)成疊加的原則，我們認為-9dB以內(nèi)的區(qū)域為有效調(diào)試區(qū)域(在上圖的垂直紅線內(nèi))。確保了該區(qū)域的校準耦合，也就是說，這兩個頻帶的連接做得很好。

然而，僅從光譜來看，它似乎是有聯(lián)系的，但它真的有聯(lián)系嗎？只需測量整體的頻率響應。可能出現(xiàn)在分頻點的凹槽深度和影響帶寬呈現(xiàn)的可能性是多種多樣的。這表明在有效區(qū)域存在相位抵消現(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變換界面，我們可以直觀地記錄下通過測試麥克風位置采集到的聲學信號的相關(guān)曲線。分別記錄全頻和低頻的相位曲線，并進行比較，可以發(fā)現(xiàn)兩個有效疊加區(qū)域之間的相位關(guān)系往往不重合。除了時差之外，還有函數(shù)的不同線性位置(通俗地說，兩條曲線的斜率是不同的)，這就提出了一個棘手的問題。如果相位濾波器沒有調(diào)試設(shè)備，工程師只能通過延時方法進行調(diào)整。最后，由于非平行相位關(guān)系，兩個相交區(qū)域只能在某一點上耦合，而不能在整個截面上耦合。即使調(diào)試沒有延遲設(shè)備的系統(tǒng)，工程師也只能通過改變物理揚聲器之間的前后關(guān)系結(jié)構(gòu)來調(diào)整這種相位關(guān)系。

我不推薦用延遲法校準的原因是簡單的分頻系統(tǒng)可能是可行的，但它似乎改變了整個聲源到達時間的客觀規(guī)律；然而，在更復雜的分頻系統(tǒng)、多源擴聲系統(tǒng)以及多頻分頻和多源擴聲方案中，延遲方法似乎不切實際。因此，相位濾波器是一種非常有用的濾波功能。它可以在不改變頻率響應的情況下，通過在需要調(diào)整相位的頻率點設(shè)置濾波器來打破原來的線性相位曲線，并在工程師給定的頻帶內(nèi)反轉(zhuǎn)頻帶的相位函數(shù)。通過對Q值的調(diào)整，我們可以發(fā)現(xiàn)原來的線性相位曲線在測試軟件中是分離的，并不時發(fā)生變化，其斜率和帶寬更接近于參考對比度曲線。經(jīng)過仔細調(diào)試，它與有效區(qū)域的原始對比度曲線完全一致。(通常選擇相位斜率較慢的曲線來校正校準，校準參考曲線以較陡的曲線為標準基準)。

因此，無論擴聲系統(tǒng)是否經(jīng)過校準，每個頻段的聲音信號都可以按照自己的方式為人耳服務。然而，從聽覺上來說，它們是否能整合成一個整體，是否能滿足設(shè)計者方案理念的要求，是否能更真實地還原聲源信號。這個程度取決于我們是否這樣做，我們是否用正確的科學方法去做，以及我們必須用什么樣的利器去做。

來源：馮耀宗博客，歡迎分享這篇文章！

總結(jié)

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