超低频音箱和全频音箱的相位耦合.doc

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1、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

2、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

3、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

4、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0.42Oct，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

5、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

6、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

7、。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。图5在处理器中改变滤波器类型，对幅频响应和相位响应都会产生影响。上图显示了一个24dB/octL-R高通滤波器（蓝色）和一个24dB/octBessel（绿色）高通滤波器的效果，

8、两个滤波器的低切频率一样（1410Hz）。相位耦合是什么？我们之所以进行相位耦合，是为了实现超低音箱和全频音箱之间的叠加以达到最大的声压级，或者说避免分频点附近的频率抵消（不论是部分抵消还是完全抵消）。为了达到这个目标，我们要将相位曲线调整到重叠。有时候相位曲线能达到完全的重叠，有时候却不能完全重叠——就像本文中的例子一样，但是相比未经相位调整的系统来说，总会有一定的改善。在所有的调整工作完成之后，我们需要做一个最终的频响测试，通过与相位耦合之前的曲线比较我们就能发现