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:互聯網

作者:AVMedia 技術中心茍麒

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試案例與朋友們一同分享,在分頻系統中相位均衡調試的重要性。

談到相位濾波,對于多數朋友們來說,這是一個既熟悉又陌生的名詞。在專業音響擴聲領域里,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,新的問題出現了:不同頻率因波長不同,在相同的參考測試點得到的函數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性而得到線性的關聯。我們把這種關系稱之為相位。

一幅關于頻響與波長相位關系的傅立葉轉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、或者多分頻擴聲系統中,由于距離與時間差的關系,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生的時間差會導致不同中高頻頻率的相位疊加與抵消(也稱相長與相消),從而產生梳妝濾波的效應。所以陣列揚聲器的高頻是分離開來,根據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。

一個有趣的物理現象產生了,我們在對低頻段部分做相位規劃的時候,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系密不可分。當低頻段聲源靠得越近時,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度以內的相差都可以產生疊加,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波長以內的距離,所以也根據頻率越高、覆蓋角度越窄、波長越短的客觀規律,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,這樣做真的科學合理么?左右分置的超低頻系統,其間距顯然更容易在前文所提到的1/4波長以外,將產生相消的低頻部分,可能會造成超低音之間出現類似于高頻間的聲干涉那樣的梳狀效應。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;甚至應用科學的相位技術手段,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。