什么是什濾濾波（什么是相位濾波）
文章主要以介紹什么是相(xiang)位，相位給我們什么啟示？相位以及什么是相位濾波，和相位濾波在整個(gè)音響系統中承擔著(zhù)怎樣的濾波??重要作用。在文末，什濾我們將以一個(gè)典型的相位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濾波重要性。
談到相位濾波，什濾對于多數朋友們來(lái)說(shuō)，相位這是濾波一個(gè)既熟悉又陌生的名詞。在專(zhuān)??業(yè)音響擴聲領(lǐng)域里，(′ω｀)什濾相位濾波的相位重要性很多時(shí)候(hou)被忽略，有時(shí)候又會(huì )因為一些呼聲把它提到一個(gè)很重要(?_?;)的濾波位置。那么到底什么是(shi)什濾相位濾波呢？我們得先從什么是相位說(shuō)起。
由于（人耳聽(tīng)覺(jué)范圍內20Hz—20KHz）的聲音由從低到高不同的頻率組合而成，眾所周知的濾波是：頻率越高、波長(cháng)越短；而??頻率越低，波長(cháng)則越長(cháng)。波長(cháng)又是什(shen)么呢？它是指一個(gè)正弦波頻率完成一個(gè)周期所需要經(jīng)歷的（由0度開(kāi)始—正半軸90度??—180度—負半軸90度—回歸到0度）的過(guò)程。因此，新的問(wèn)題出現了：不同頻率因波長(cháng)不同，??在相同的參考測試點(diǎn)得(de)到的函數情況可能是千奇百怪的，但它們通常又會(huì )因為頻率變化的連續性而得到線(xiàn)性的關(guān)聯(lián)。我們把ヾ(′ω｀)?這種關(guān)系稱(chēng)之為相位。
一(′?｀)幅關(guān)于頻響與波長(cháng)相位關(guān)系的傅立葉轉變計算圖示能夠幫助我們更直觀(guān)地（像認識頻譜曲線(xiàn)一樣的）認識相位曲線(xiàn)圖。
相位給我們帶來(lái)的啟示：
我們所聽(tīng)到的聲音除了受頻響曲線(xiàn)(′_｀)的影響，它同時(shí)也受著(zhù)相位曲線(xiàn)的影響。然而單點(diǎn)聲源的相位（單一的相位關(guān)系）由于其沒(méi)有相互作用力，因此對擴聲是不會(huì )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(shí)間差的關(guān)系，多聲源相位因素相互 作用的影響其實(shí)是相當大的。
這也就解釋了為什么線(xiàn)陣列揚聲器的垂直指向夾角很窄的原因：因為
高頻波長(cháng)較短，陣列模塊與模塊間距產(chǎn)生的時(shí)間??差會(huì )導致不同中高頻頻率的相位疊加與抵消（也稱(chēng)相長(cháng)與相消），從而產(chǎn)生梳妝濾波的效應。所以陣列揚聲器的高頻是分離開(kāi)來(lái)，根據高頻定位原理獨立計算覆蓋的。我們在了解這??(zhe)一原理以(yi)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)有趣的物理現象產(chǎn)生了(°o°)，我(wo)們在對低頻段部分做相位規劃的時(shí)候，恰恰和高頻段的分離法相反。線(xiàn)陣列揚聲器為什么能夠??集中聲能投射得更遠？最為簡(jiǎn)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(huì )干涉，而(er)低頻距離靠近了會(huì )耦合呢？這也和頻率與波長(cháng)的關(guān)系密不可分。當低頻段聲源靠得越近時(shí)，因為波長(cháng)更長(cháng)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?xún)鹊南嗖疃伎梢援a(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(cháng)以外的遠距離所帶來(lái)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(cháng)過(guò)短，我們沒(méi)辦法將兩個(gè)(ge)聲源靠得能(neng)夠近到其1／4波長(cháng)以?xún)鹊木嚯x，所以也根據頻率越高、覆??蓋角度越窄、波長(cháng)越短的客觀(guān)規律，我們建議將高??頻盡可能地遠離。
再來(lái)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(lái)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，其間距顯然更容易在前文所提到的1／4波長(cháng)以外，將產(chǎn)生相消的低頻部分，可能會(huì )造成超低音之間出現類(lèi)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┐(′ー｀)┌地將超低頻部分放置在一起，使得聲能疊加；甚至應用科學(xué)的相位技術(shù)手段，以超低陣列的方式來(lái)控制超低頻的指向特性也是沒(méi)有問(wèn)題的。
所以在了解相位對音頻擴聲的作用以后，就可以指導我們ヾ(′▽?zhuān)??做出一些科學(xué)合理的判斷和設??計方案來(lái)，一個(gè)場(chǎng)地的相位規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(guān)原理的物理規劃能夠為現場(chǎng)調試給出可靠的指導意見(jiàn)。
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(cháng)受到距離的影響，到達同一測點(diǎn)（聆聽(tīng)位）時(shí)間各不相同，??所帶來(lái)的相位函數也各不相同(╬?益?)。如果不進(jìn)行相位校準，就有可能產(chǎn)生某些頻率被抵消的現象，梳妝濾波因此而產(chǎn)生。
在一套科學(xué)合理的擴聲設計中，通常我們需要應用一定的調試手段來(lái)使得同一聽(tīng)音區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。而整個(gè)行業(yè)大多數工ヾ(′?｀)?程師都能夠清楚地意識到這項工作的重要性。傳統的辦??法則是進(jìn)行延遲時(shí)間補償法來(lái)完成校準工作。
一個(gè)典型的分頻系統相位校準（如上圖快速傅里葉轉換所示），其頻段疊加部(T_T)分函數情況往往不僅是因為時(shí)間差而存在的?；叵胍幌?，多少人誤傳著(zhù)高頻比低頻跑得快，需要給高頻做延遲來(lái)對齊相位的說(shuō)法。而我們知道聲音在空氣中的速度是多少呢？33(╬?益?)1.5 m/s+0.6T，這是一個(gè)常量，從來(lái)沒(méi)有過(guò)高頻的聲速，低頻的聲速的說(shuō)法，因此應用延時(shí)對齊法，看似對齊了相位時(shí)間差，實(shí)際上卻使得不同頻段到達人耳的時(shí)間發(fā)生了先后的改變，尤其在多分頻擴聲系統中。甚至在很多時(shí)候延時(shí)法是無(wú)法完全對齊不同聲源疊加部分的相位的，上圖也即是( ?ヮ?)一個(gè)典型的案例。
調試案例：
當我們遇到一個(gè)分頻揚聲器系統調試工作時(shí)，無(wú)論是外置兩分頻、??三ヾ(′▽?zhuān)??分頻、四分頻，乃至更多的分頻方案，在根據揚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對齊工作。要使(shi)得每個(gè)頻段最終聯(lián)系成一條平滑的響應曲線(xiàn)，相位效準必不可少。
這項工作除了存在于全頻與低音炮間，更存在于外置分頻揚聲器系統、陣列揚聲器系統、超低頻陣┐(′?｀)┌列系統等等，多種擴聲系統均可能涉及。以最常見(jiàn)的全頻與低音炮間的效準為例，我們似乎進(jìn)行了有效的頻段分配來(lái)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(lái)重放初始聲源么？
為了讓一個(gè)初始聲源信號在擴聲方案中得到最真實(shí)的還原，而不受(shou)到交ヽ(′ー｀)ノ叉頻段的干涉或缺失或突兀，需要假設的是，這套分頻系統的相位是得到了有效銜接的。根據聲壓級疊加公式Lp＝20log（pe／ｐ0）可知當聲壓增加1倍時(shí)，聲壓級增加6dB（注意：不同單元間的疊加不能簡(jiǎn)單與功率加倍混為一談）。因此，在暫不考慮相位(wei)因素的前提下，分頻段的交叉頻點(diǎn)應設置在－6dB位置(°ロ°) !左右最為合理，這樣耦合出來(lái)的頻響才會(huì )在最大程度上與其余頻段???保持均衡。
那么我們怎么去定義有效的耦合區域呢？也就是說(shuō)，哪些頻率段需要做這項??校準工作呢？根據聲壓級相差9dB以上不再構成疊加的原理，我們考慮-9dB以?xún)鹊膮^域作為有效調試區域（上圖縱向紅??線(xiàn)以?xún)确秶?。保證了該區域內的校準耦合，也即是做好了這兩個(gè)分頻??頻段的銜接工作。
然而(er)單從頻譜圖看來(lái)，表面上銜接了，實(shí)際上銜接么？測一測整體的頻ヾ(?■_■)ノ率響應就知道了。在分頻點(diǎn)可能會(huì )出現的凹槽，其深淺程度、影響帶寬的呈現的可能性千奇百怪。這就說(shuō)明有效區域里，存在相位抵消的現象，這并不難發(fā)現，通過(guò)常用的Smaart音頻測試軟件傅立葉轉換界面中，我們(╯°□°）╯︵ ┻━┻能夠很直(zhi)觀(guān)地記錄下一個(gè)聲信號通過(guò)測試麥克風(fēng)位置所收集回來(lái)的相關(guān)曲線(xiàn)圖。在分別紀錄下全頻與低頻的相位曲線(xiàn)后，將其對比起來(lái)看，會(huì )發(fā)現兩個(gè)有效的疊加區域相位關(guān)系往往是不重合的，除了時(shí)間距離差以外，還有函數線(xiàn)性位置不同（通俗地說(shuō)就是兩條曲線(xiàn)說(shuō)斜率不同），這就出現了一個(gè)棘手的問(wèn)題，如果沒(méi)有相位濾波器的調試設備，工程師可能只能夠通過(guò)延遲法來(lái)調整，最終因為不平行的相位關(guān)系，兩交匯區域也只能做到某點(diǎn)耦合，不能整段耦合，甚至于連延時(shí)(′?｀*)器都(dou)沒(méi)有的調(diao)試系統，工程??師也許只能通過(guò)改變物理的音箱間前后關(guān)系結構來(lái)調整這個(gè)相位關(guān)系了。
筆者自身不太建議應用延遲法進(jìn)行效準工作的原因在于，簡(jiǎn)單的分頻系統也許可行，但這似乎已經(jīng)改變了一個(gè)整體聲源的到達時(shí)間這樣一個(gè)客觀(guān)規律；而更復雜的分頻系統、(′?_?`)多聲源的擴聲系統(tong)，多分頻與多聲源系統兼( ?ヮ?)有的擴聲方案中，延遲法似乎早已不切實(shí)際。所(suo)以相位濾波器是一個(gè)??非常有用的濾波功能類(lèi)型，它可以通過(guò)在需要調節相位的頻點(diǎn)設置濾波，在不改變頻??響的??情況下，打斷原有的線(xiàn)性相位曲線(xiàn)，在工程師給出的既定頻帶范圍內反轉該頻段相位函數。通過(guò)Q值的調解，我們可以在測試軟件中時(shí)時(shí)地發(fā)現原始線(xiàn)性的相位曲線(xiàn)發(fā)生著(zhù)分離和變化，其斜率與帶寬更加地接近參考的對比曲線(xiàn)，經(jīng)過(guò)精細地調試，最終與原對比曲線(xiàn)在有效區域范圍內做到完全重合。（通常選用相位斜率較緩的曲線(xiàn)進(jìn)行修正效準，效準參考曲線(xiàn)以較陡的(de)一(′▽?zhuān)?)方作為標準依據）。
所以，一套擴聲系統無(wú)論是否經(jīng)過(guò)效準，各頻段聲信號ヽ(′?｀)ノ都能夠各(′；д；`)(ge)行其道，都能夠服務(wù)于人耳，但是于聽(tīng)感上，它們能不能融匯成一個(gè)整體，能不能根據設計師的方案理念實(shí)現需求，能不能更真實(shí)地還原(yuan)音源信號呢，這個(gè)程度的多少，取決于我們是否去做(zuo)這件事(shi)，是否用對了科學(xué)的辦法去做，同時(shí)還取決于我們有什么樣的利器去做這件事。