什么是相位濾波？相位濾波有什么作用？

2016-10-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

作者:AVMedia 技術(shù)中心茍麒

本文主要以介紹什么是相位,相位給我們什么啟示?以及什么是相位濾波,和相位濾波在整個音響系統(tǒng)中承擔著怎樣的重要作用。在文末,我們將以一個典型的相位濾波調(diào)試案例與朋友們一同分享,在分頻系統(tǒng)中相位均衡調(diào)試的重要性。

談到相位濾波,對于多數(shù)朋友們來說,這是一個既熟悉又陌生的名詞。在專業(yè)音響擴聲領(lǐng)域里,相位濾波的重要性很多時候被忽略,有時候又會因為一些呼聲把它提到一個很重要的位置。那么到底什么是相位濾波呢?我們得先從什么是相位說起。

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;而頻率越低,波長則越長。波長又是什么呢?它是指一個正弦波頻率完成一個周期所需要經(jīng)歷的(由0度開始—正半軸90度—180度—負半軸90度—回歸到0度)的過程。因此,新的問題出現(xiàn)了:不同頻率因波長不同,在相同的參考測試點得到的函數(shù)情況可能是千奇百怪的,但它們通常又會因為頻率變化的連續(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)變計算圖示能夠幫助我們更直觀地(像認識頻譜曲線一樣的)認識相位曲線圖。

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,它同時也受著相位曲線的影響。然而單點聲源的相位(單一的相位關(guān)系)由于其沒有相互作用力,因此對擴聲是不會造成影響的,反之多聲源擴聲系統(tǒng)、或者多分頻擴聲系統(tǒng)中,由于距離與時間差的關(guān)系,多聲源相位因素相互作用的影響其實是相當大的。

這也就解釋了為什么線陣列揚聲器的垂直指向夾角很窄的原因:因為高頻波長較短,陣列模塊與模塊間距產(chǎn)生的時間差會導(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)。所以陣列揚聲器的高頻是分離開來,根據(jù)高頻定位原理獨立計算覆蓋的。我們在了解這一原理以后可再進而演化推理:為什么兩個音箱高音單元不能放太近,為什么全頻音箱不能夠靠側(cè)墻太近安裝其實就很清楚了,原理也是以一得三的。

一個有趣的物理現(xiàn)象產(chǎn)生了,我們在對低頻段部分做相位規(guī)劃的時候,恰恰和高頻段的分離法相反。線陣列揚聲器為什么能夠集中聲能投射得更遠?最為簡單且通俗易懂的解釋就是:負責聲壓級表達的低頻部分,因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?這也和頻率與波長的關(guān)系密不可分。當?shù)皖l段聲源靠得越近時,因為波長更長的緣故,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波長以外的遠距離所帶來的差異。

這就恰巧與高頻的分離原理完全相反,因為高頻波長過短,我們沒辦法將兩個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、覆蓋角度越窄、波長越短的客觀規(guī)律,我們建議將高頻盡可能地遠離。

再來看看超低頻的相位規(guī)劃,通常我們習慣將超低頻配合全頻揚聲器組的L、R聲道來進行布置,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)。因此,我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;甚至應(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)計方案來,一個場地的相位規(guī)劃也在一定程度上決定了項目擴聲方案的成功與否。這些遵循客觀原理的物理規(guī)劃能夠為現(xiàn)場調(diào)試給出可靠的指導(dǎo)意見,因而在調(diào)試方面需要怎么實現(xiàn)設(shè)計規(guī)劃,我們在下一期內(nèi)容中為朋友們提供方案。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才