空間中的Crossover:針對不同頻率進行相位對準和相位抵消的檢查

空間中的Crossover:針對不同頻率進行相位對準和相位抵消的檢查

我想音樂圈中的大多數人都聽說過electronic crossover。這個我們熟知的概念隸屬於電子領域(也可以是digital領域),它涉及到了揚聲器系統的頻率響應問題。

不同的揚聲器負責產生不同的特定頻率的訊號,在crossover處,一個揚聲器所產生的聲音訊率會與另一個揚聲器所產生的聲音訊率存在一定的重疊,而超過了crossover,則一個揚聲器會停止工作,另一個揚聲器則會接手。其中頻率重疊的範圍大小是由斜率和crossover型別共同作用的結果。

然而,還有一種較少被我們提及的crossover型別叫做acoustic crossover。它是指在空間內部的某一個點,來自不同聲源的兩個訊號以相同的水平進行組合。在這篇文章裡我們討論的是在地球空間中的點,聲音在外太空中的傳播不做討論(聲音需要空氣才能傳播)。

不同的結果

根據不同頻率的相位關係,在該點處的每個頻率的振幅(相加或者相減)將會產生不同的結果。在我們搭建和設定音響系統時,一個重要的步驟是將主揚聲器的訊號與(至少一個)超低音揚聲器的訊號進行相位對齊/相位對準。在這個過程中我們所做的工作就是處理主揚聲器所發出的聲音中擁有較低頻率的訊號,和超低音揚聲器發出的聲音中擁有較高頻率的訊號之間的相互關係。

我們肯定不希望看到兩者的訊號在某個頻率範圍內產生相位抵消,因為沒人想要在整個系統的頻率響應曲線中看到突然的下探。相位對準的現象會發生在一個空間中的某幾個不同的位置。

然而我們並不需要去找到這個幾個“相位對準”點的準確位置,這純粹是在浪費時間,因為即使我們能夠(在可以接受的時間內)找到這些點,在實際的混音過程中能使用到這些點的可能性非常的小。

音訊技術人員和音訊工程師們通常都能夠透過某些方法來解決這個問題,並且能夠在選定的位置創造出一個可以預測的響應。其中一個方法是物理位移。要對相位對齊的crossover進行測量,核實並記錄,移動揚聲器的位置,然後再次進行檢查。這個過程非常麻煩,但是在沒有效果處理器和數字調音臺的情況下,這個過程是必須的。

另一種方法是控制主揚聲器訊號和低頻揚聲器訊號的聲壓級,此時想要讓acoustic crossover處的頻率響應達到預想值的方法是,在其中一個音源中引入延遲。但是這樣做會帶來一些副作用,尤其是對較大的大空間來說。就用我自己的錄音工作室來舉例,整個音響系統的響應需要在某個特定的點達到最好,我把這個點叫做混合位置。

我繼續使用我的錄音工作室作為例子,來觀察當我們為揚聲器引入延遲時所發生的情況。為了進行這次模擬,我重新調整了一些東西的比例值,並且使用了不同的揚聲器,但是在下面的聲壓級圖中,我依然使用了實際的測量結果。

角落裡有兩個主揚聲器和一個超低音揚聲器。圖1提供了從上往下看的俯檢視(即“平面檢視”)。在我進行每一次的調整時,請注意檢視“混合位置”並觀察此時聲壓級的顏色。聲壓級的數值每增加3 dB,顏色就會發生變化。

空間中的Crossover:針對不同頻率進行相位對準和相位抵消的檢查

圖1

圖2描繪了90赫茲時的顏色。這是我想要在電子分頻區域中所關注的頻率中心點。我還會測試80赫茲到100赫茲時的情況。聲壓級圖中,紅色的曲線代表超低音揚聲器,紫色的曲線代表主揚聲器。在混合位置,聲壓級的水平(在此圖片中只顯示了主揚聲器)顯示為鮮紅色。

空間中的Crossover:針對不同頻率進行相位對準和相位抵消的檢查

圖2

在圖3中的混合位置(此時只顯示了超低音揚聲器),聲壓級落在了第二個橙色級別。當訊號混合時,聲壓級落在第一個橙色(圖4)。不幸的是,正如我們所看到的,橙色所代表的聲壓級級別低於主揚聲器的紅色(仍然是90 Hz),這說明此時是有一些相位抵消產生的。綠色顯示的是所有揚聲器開啟,並且低於90 Hz時的情況。

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圖3

空間中的Crossover:針對不同頻率進行相位對準和相位抵消的檢查

圖4

發揮作用

為了解決這個問題,我們需要增加延遲以便讓相位對齊並且控制聲壓級,在混合位置進行組合(80赫茲到100赫茲)。實際上,我們並不需要對超低音揚聲器進行相位翻轉,因為兩個揚聲器的位置太遠了。我看了一下對主揚聲器引入延遲的結果,最後還是翻轉了超低音揚聲器的極性,並給它增加了延遲。(圖5中顯示的是對齊前的情況,而圖6顯示的是對齊後的情況。)

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圖5

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圖6

在90 Hz時,新的相位關係圖如圖6所示。現在我們可以看到混合位置呈現的是深紅色。這說明在此處產生了訊號的正向疊加,所以這個位置的聲壓級比單獨的主揚聲器和單獨的超低音揚聲器在此處產生的聲壓級都要高。

圖7中提供了頻率響應圖。我們的測量值(藍色曲線)顯示出訊號在70赫茲到100赫茲時都產生了訊號的正向疊加,聲壓級圖顯示訊號產生正向疊加的位置在混合位置從左側1英尺(0。304米)處,到混合位置的右側3英尺(0。914米)處,從混合位置的前方7英尺(2。13米)處,延伸到混合位置後方的區域。

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圖7

如果我們使用了兩個超低音揚聲器,在房間的每個角落各放置一個,結果會更加的對稱。此外,聲波在後牆附近的情況也非常的好,因此如果我們需要在這個位置為樂隊或者製作人放置沙發,那麼他們一定會滿意的。

我們現在只在只能在2D的圖中觀察所發生的情況,但是如果我們能夠從側面,背面或者前面觀察聲壓級圖,結果會是類似的。而且這種分析方法在3D模式下依然有效。

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