什么是相位濾波？相位濾波有什么作用？

文章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(gè)音響系統中承擔著(zhù)怎樣的重要作用。在文末，我們將以一個(gè)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(lái)說(shuō)，這是一個(gè)既熟悉又陌生的名詞。在專(zhuān)業(yè)音響擴聲領(lǐng)域里，相位濾波的重要性很多時(shí)候被忽略，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(shuō)起。

什么是相位：

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：

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。我們在了解這一原理以后可再進(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，我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)聲源靠得能夠近到其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)。