超低频音箱与全频音箱的相位耦合

超低音箱与全频音箱的相位耦合

介绍

在固定安装及流动演出中，我们常常需要对音频系统进行相位耦合，因为不同的场合需要不同的调整。基于快速傅里叶变换（FFT）的声场测量系统使相位耦合成为可能。今天我们所使用的音频系统中，全频音箱常常被高高吊挂起来，而超低频音箱则摆放于地面，这会在听众位置产生非常明显的相位差，这种情况下对系统进行相位耦合显得尤为重要。笔者对此课题深感兴趣，并且意识到相位耦合对于改善音响系统的显著意义，因此认为写一篇文章来说明测量过程的具体步骤是一个绝好的想法。当然，首先我们要了解一下相位的概念。

极性与相位

极性只有两个值：正和负。极性不会随频率而改变，但有时会因为接错音箱线而被意外改变，当然也有可能是在焊接信号线时将端子2和端子3接反，又或者是在信号处理器中错误地将某一频段的信号极性设置反了。也有一些时候，极性可能会被故意改变，例如当我们使用被动分频滤波器的时候。

相位则可以是以度为单位的任何值——连续的值。要知道某只音箱的相位响应，我们需要进行相位测量。

本文中的测量都是使用SATLive进行的。每张图的下半部显示的是相位曲线，上半部则显示幅频响应曲线。图1中的蓝线显示的是一个典型的超低音箱的相位响应，绿线是改变其极性之后的相位响应，可以很清楚的看到所有频率处都有180°的相位差。

图1 极性相反的两条相位曲线的对比

对音响系统进行相位测量，并将测量结果保存作为参考，这样做有利于安装系统后的极性校正工作。由于我们只是为了对比，所以测量位置只要是可重复的就可以了。例如可将麦克风置于音箱中心正前方贴近面网的位置。这是一个易于重复的测量位置，而且测量结果不易受环境噪声的污染。

是什么改变相位？

1）对于一个音响系统，其幅频响应的任何改变都会对相位响应产生影响。例如，在系统中加入均衡时，相位曲线也会随之改变。图2 反映的是在处理器中对高频段加入一个贝尔型滤波器的结果。滤波器的中心频率为5.4kHz，带宽为0.42 Oct，增益为+10dB。由此导致相位曲线的改变为中心频率之前上升，在此之后下降。

图2 图中绿色曲线显示了贝尔型滤波器对相位响应的影响

由于均衡会影响相位响应，所以一旦相位耦合完成之后，就不要再对处理器的输出通道加入均衡，尤其是在分频点附近。否则我们要在均衡之后重新进行相位测量，进而调整（超低音箱和全频音箱的）相位响应之间的关系，这也是我们加入延时所要达到的目的。而对输入信号进行均衡（如在处理器上调整或调整图示均衡器或在使用调音台上的均衡）则不会影响到相位耦合，因为这些都是在分频之前进行的。

2）在处理器中给某个通道加入延时，或者将音箱往后移动（比如将超低音箱移到离测量麦克风更远的位置）会对相位响应造成同样的影响。图3显示的是给全频音箱加入延时对其相位响应造成的影响。蓝色线表示加入延时之前的响应，绿色线是加入0.0313ms（Δτφ=0.0313ms）延时之后得到的结果。相位的增量（Δφ°）可以应用公式Δφ°=360f*Δτφ计算得到。

可以很清楚地看到，相位是随着频率而改变的并且是延时值的函数。由于是对整个频段加入延时，所以频率越高，或者说周期越小，相位的增量就越大，图3中显示了相位差随着频率的升高而增大。

图3 加入延时后，高频的相位响应受到了较大的影响，因为相对于低频来说，同样的延时值对于高频造成的相位偏移的度数更大。

同样的情况也会发生在超低音箱上。图4中蓝色线表示一个双18”超低音箱的相位响应，绿色线反映了将音箱向后移动1.7米（约5.6英尺）所造成的影响。延时（此例中为物理延时）增加了通带内相位曲线的斜率。同样，频率越高影响越大。

图4 和加入延时一样，音箱物理位置的移动也会影响相位。蓝色线是音箱在初始位置时的响应，绿色线是将超低音箱向后移动1.7米之后的相位曲线。

3）分频滤波器的类型改变也会对相位造成影响。因为不同的滤波器类型，以及各自选定的斜率不同，都会对相位产生不一样的影响。图5分别显示了Linkwitz-Riley和Bessel高通滤波器的相位响应，两个滤波器斜率都设为24dB且低切频率也相同。