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声音进阶-声音的相位

ming8918
2023-10-15 / 0 评论 / 0 点赞 / 87 阅读 / 3987 字 / 正在检测是否收录...
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声音的相位

声波相位

正弦波的行程随时间推进,这里有一个参数:相位

相位的单位是度,⼀个理想正弦波在⼀个完整周期内,相位将从0度变化到360度,期间经历⼀个波峰和⼀个波⾕,最后回到原始位置,之后周⽽复始。

声音的相位:一个周期,即0-360度,π即为180度,或者1/2π、π、3/2π、2π为一个周期。

音箱相位响应

实际上音箱发声测量的相位曲线是不平的,电子设备响应是平的。但理论上如果扬声器同时产生所有频率,那这个相位响应也应该是平直的。

因为声波在空气中传播,每个频率的波长不同,并且音箱的重放品质(重放时间)、DSP的数字处理对相位也有很大的影响。所以相位曲线是一条不平的曲线,并且低音单元相对于中音单元是延迟的,而高音单元相对于中、低音单元是领先的。

实际上扬声器的自然重放,是一条随着频率增加而向下倾斜的相位响应线。

这个响应延时情况不是很好,范围很大。

所以一般是类似这样的

两个180度就是360度,这是视图的方式,也可以改成0-360度视图,在一个360度完成后,当然就重下一个0度开始,所以是一条连续的折线。

但对于 DSP 扬声器,这一情况就可以改善。因为可以使用 FIR 滤波器轻松且地应用与频率相关的延迟来平坦化相位响应,但代价是一些额外的延迟;可以接受的延迟越大,可以拉平的频率就越低。

在图示中,2ms 的延迟是将相位响应平坦化至约 300Hz 所付出的代价。至少需要 50 毫秒才能降低到 20Hz——这种延迟只适用于离线播放应用程序(例如听 CD),并且声音与视频图片相关时,相应的延迟也将是在显示中需要保持口型同步。

声音干涉

在同一媒介中,两列或多列频率相同、相位相同或相位差固定的声波,在重叠区域某些位置震动加强,另一些位置震动减弱的现象。

相位失真

当一个信号的所有频率成分经过一台处理器、扬声器或者在介质中(例如空气)进行传输后,它的不同频率分量会产生不同的延时,这些不同顷率分量在传输过程中所产生的延时体现了传输系统的群延时特性。

由于信号的各个频率分量没有得到相同的延时量,因此群延时会导致信号波形发生失真。它改变了信号波形的形状,我们称其为相位失真。

如采用数字FIR滤波器可实现线性相柆,避免相位失真,也可以用全通滤波器进行相位矫正。换言之相位失真,需要在产品设计时得到重视与考虑,使相位失真达到最小。

相位差

·相位差指的是两个同频率信号在其循环周期上的差值,是同频率的两

个信号之间的比较。

·相位差会决定2个同频率信号的干涉结果。

相位差的计算

可以根据距离或时间,就能换算成度就是我们平常说的相位多少度,它即时相位,同时也代表时间、距离(根据频率不同)。我们常用的音箱对齐,就是根据时间、相位、距离的关系来进行计算,

(1) 相位和距离的对应关系。声波的速度=波长×频率。比如80Hz信号,其波长等于速度/频率=340m/80Hz=4.25m。也就是说,当两个80Hz信号的行进距离相差一个波长4.25m,此时相位相差360度,如果距离相差2.125米,那么相位相差180度。

所以距离差与相位的关系:距离差=波长相位差/360=(声波速度/频率)(相位差/360)。

(2) 相位和时间的对应关系。相位就是周期信号时间特性的反映,所以相位差可以与时间差相互换算,相位在一个周期内会走过360度,那么相位差与360度的比例关系就等同于时间差与信号周期的比例,

所以时间差/周期=相位差/360,得出,时间差=相位差/(360*频率),以80HZ信号为例,假定相位差为30度,那么时间差=30/(360*80)*1000(毫秒)=1.04ms。

相位与增益

相位角度偏移dB计算excel 公式:=(10)*(LOG(0.0000000001+2*(1+COS(RADIANS(K5)))))

  • 180 o 的偏差产生最大的声音衰减(衰减-100dB)

  • 150o的偏差产生 6dB 的衰减(真实是-5.72dB)

  • 120o的偏差不产生衰减

  • 90o的偏差时产生 3dB 的提升

  • 38o或更小的偏差产生 6dB 的提升( 实际上在 0o偏差时, 有 6.02dB 的增益, 在38o差别时有 5.52dB 的增益, 但为了实际应用方便, 我们统称在 0-38o之间有 6dB的增益)。

相位差关系图:

多音箱不同相位的叠加,特别是低频部份,如果180度反相是无声音的

注:反相是自由声场无声音,但我们的声场是有反射声的,每个反射声时间都是不一样的,所以就算反相也是不可能没有声音的。

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