调音台上面有一个这样的按钮。
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    好多朋友都不知道这是干啥用滴,点它一下,啥反应也木有,难道这按钮是TM没用滴?
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    那肯定不是啦,这个按钮的作用是把通道信号的相位反转180度,就是俗称的反相。我们经常需要用它来处理话筒的相位问题,但学习处理相位问题之前,我们先来了解一下相位和波形叠加的基础知识。

    我们平时听到的声音,大多数是复合声波,可以看作是由N个不同频率的正弦波组成的,正弦波就像是声音的细胞一样。然而复合声波太JB复杂了,而正弦波比较简单,所以下面的例子都以正弦波为例。

    简单来说,声波是由振动而产生滴,而且它本身也在一刻不停地振动,不断地经历波峰(振幅最大的位置)和波谷(振幅最小的位置)。我们先看第一张图,图中的竖轴为振幅,横轴为时间。

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    振动我们分正负方向,以喇叭单元振动为例,假如我们确定喇叭往前运动时是正方向,那这时的喇叭就在正区间运动,当喇叭单元往后拉的时候就是在负区间运动了。当喇叭往前运动到最极限的位置就是波峰了,往后拉到最极限的位置也就是波谷了。

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    我们再看下面这个动图,我们想象图中的黑点就是喇叭单元,当它往上移动到最顶点时候,就是波峰了。移动到最下面的时候就是波谷了。图中蓝色的波形,就是喇叭单元随着时间变化而得到的运动轨迹,也就是波形了。

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    设定下图中0的位置为起始点,当它经历完一次波峰和波谷后,再一次回到0的位置,它就经历一个周期了。当然,我们可以把起始点设定在任何一个位置,但必须经历一次波峰和波谷再回到原来的位置,才算是一个周期。

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    这个概念非常重要,因为声波的生命就是不断地经历一个又一个周期,直到消失为止,如下图。
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    当然,周期也跟频率有关,频率意思就是一秒钟内振动的次数,单位是Hz。

    例如某个物体一秒钟震动了20次,那它的频率就是20Hz。那它的周期是多长?很简单一秒钟震动20次,振动一次所花的时间就是一个周期,那一个周期的长度就是1/20秒了。

    所以周期和频率是互为倒数,我们知道周期就知道了频率,知道了频率就知道周期。而且它们两个都与时间有关,频率越高,1秒内振动的次数就越多,周期的时间就越短。

    好了现在我们知道周期是代表了声波振动一次所花的时间,在这一个周期的时间之内,声波会经历一次波峰和一次波谷,最后又回到起点了。

    但实际上,刚刚我们看到的是声波经过数学换算而变成一条虫子的样子,现实中的声波是长啥样子的呢?我们是无法看到滴,但是我们可以脑补出来,学物理最TM重要就是会脑补。

    音箱的喇叭单元不是可以振动发声么?那我们就以喇叭单元为意淫对象,把声波想象成一串用空气喇叭做的羊肉串,当这串喇叭一起往前怼的时候,就是声波在正区间运动,当喇叭单元往前怼到极限的位置就是波峰了。

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    还有声波是连续的,而且传播方向与震动方向在同一条轴上(纵波)。综合上面讲的,你就可以想象一下声波,就是一条长长的羊肉串,由无数只空气喇叭组成,这些空气喇叭一直前后地怼,并且往怼的方向传播。
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    脑补出来木有?脑补出来就好办了,现在再来说说相位,我们知道这条羊肉串里面的空气喇叭单元一直往前怼往后拉,怼一次拉一次就经历一次波峰和波谷,也就是一个周期,那相位是神马呢?

    相位是周期上面的刻度,是把周期按照等分划分的单位。也是声波的进程,告诉你声波振动进行到什么程度。

    把我们最开始的波形图的横轴单位,由时间换成相位,只要我们在图中读出横轴上的相位参数,那就可以知道声波什么时候是波峰(90°),什么时候是波谷(270°)。

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    但为神马图中相位的单位是度(°)?波形跟角度有鸟关系啊?
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    这就得从周期说起了,其实周期还可以用一个圈圈来表示滴,周期周期,周而复始嘛。无论声波传播到哪里,它还是在振动,还是在不断地经历波峰和波谷,然后又回到起始位置。就跟一个人绕着球场跑步一样,永远都在圈圈里面跑,所以上面那张正弦波图还可以变成下面酱紫。

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    那我们说相位是周期上的刻度,是声波的进程肿么理解?很简单啊,你肿么才能把一个圆圈(周期)等分划分?

    按照角度啊!转一圈不就是360度么?

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    所以相位就是把周期按照角度分成了360份,每一度相位角就代表1/360周期。现在我们可以用角度的变化来表述波形的进程了,看下面的动图。

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    但是不是所有声波的进程都是同步滴,经常会有出现两个同频率的声波不同步的情况,如下图中蓝色跟红色波形。
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    这两个声波在周期里面的进程是不一样滴,当蓝色声波达到波峰的时候,红色声波却刚好在波谷。就好像下图的羊肉串A往前怼的时候,羊肉串B又刚好往后拉。

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    这时它们之间存在了相位差,相位差的意思就是把两者的相位相减而得到的差值,有了这个差值就能得到它们“进程”之间的差别了。

    要得到图中两者相位差的方法也很简单,以红色波形在正区间波峰的参数(270°),减去蓝波形在正区间波峰的参数(90°),得到的就是相位差了。

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    图中的两个波形相位差是180°,这TM就是所谓的反相了,假如这两个声波叠加在一起,就会刚好会抵消掉,叠加之后就木有声音了。

    当然不一样的相位差,两个声波叠加出来的结果是不一样滴。

    下面的来自Bob大法师的《音响系统设计与优化》里面的引用。图里说明了两个频率和振幅相同的波形,在不同相位差下叠加,得到了不一样的结果。
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    图中可以看出,当相位差为0度时,两个波形叠加会得到最大的振幅提升+6dB。当相位差为90度时,叠加也会有+3dB的提升。

    但是当相位差为120度时,叠加后振幅不变。当相位差等于180度时,叠加后振幅衰减-100dB,TM完全抵消了。

    所以我们可以得出结论,这两个同频率同振幅的波形,相位差小于120度的叠加可以提升振幅。但当相位差大于120度的叠加振幅会衰减,当相位差达到180度时,叠加后衰减最厉害。

    喔,原来两个声波的叠加,振幅除了会提升,还TM会衰减啊。但那讲这么久,这尼玛关调音台鸟事啊?
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    肯定有鸟事啊,因为我们在调音台上,经常会遇到两个信号存在相位差的情况。不但在台子上调音会遇到相位差,甚至你的大脑无时无刻都在处理各种相位差。是因为你的大脑告诉你声音来自右边,这是大脑根据声音的相位差而得出的结果。妹纸在你的右边,她的声音会先传到你的右耳,然后再传到左耳,这声波一前一后地进去到你的耳朵,肯定不是在同一个相位上的。
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    大脑就分析两者之间的相位差是多少,确认声音的位置,告诉你该转头看哪里。所以人能听声辨位靠的就是相位差,而且你还可以发现相位差其实就是时间差了。(所以做系统调试时,会测各种相位差,然后换算成时间,再给某个音箱加延时)

    假如把我们的耳朵换成话筒,那这两只话筒接收到的妹纸声音,是不是也存在一个相位差?所以当这两个话筒信号混合之后,就会出现某些频率抵消或者增强的现象。

    为什么会酱紫?

    还记得上面Bob大法师的引用么,当两个频率振幅相同的信号,如果存在相位差,叠加后就会产生振幅增强或者抵消的现象。那这两个话筒收到的信号,都是来自于妹纸的嘴巴,分别经过了两个话筒的吸收后转化成电信号。这两个电信号都来自同一个母声音,虽然可能有话筒频率响应的差别,但大致上这两个电信号的振幅和频率成分都差不多。所以当这两个信号存在时间差,也就是相位差的时候,再叠加在一起肯定会出现某些频率增强或者抵消的现象。

    (人声属于复合信号,包含多种频率,每个频率的周期时间长度不一样,所以相位这进程的速度也不一样。存在了时间差之后,各个频率之间的相位差也不是一样的。不过这一段看不懂没关系,你就当信号是正弦波就可以了)

    这就是我们在调音时经常会遇到的情况,你只要是使用多只话筒来收取同一个声音的时候,就有可能存在相位差。导致混合后的信号某些频率被抵消或增强,如果声音叠加后发散或者变虚了,这就是我们说的相位问题了。

    例如架子鼓就是用多只话筒来拾音,那肯定会有相位问题,最常见的就是吊顶话筒(Overhead)与近场话筒(Close mic)产生的相位问题。
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    如上图,夹在军鼓边上的近场话筒距离军鼓比较近,而吊顶话筒比较远,所以近场话筒会先收到军鼓的声音,吊顶话筒后收到军鼓的声音,一前一后的两个军鼓声音信号,那是不是又存在相位问题了?又有可能某些频率抵消或者增强了。

    所以我们经常会对两只吊顶话筒做相位检查,相位检查听起来很高大上,其实就是点一下吊顶话筒通道的反相按钮,听一下整套鼓的声音会不会变得更加清晰有力而已。当然你也可以调整吊顶话筒的高度,也可以达到改变相位的效果。

    除了吊顶话筒,我们的军鼓也是使用两只话筒收音,由于话筒收音位置关系,还必然导致声音反相。
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    这是因为两只话筒的收音方向是一上一下收,刚好鼓皮振动的方向也是上下振动。假如上面话筒收到的波形是在正区间开始的,那下面那只话筒收到的波形就变成从负区间开始的。刚好一正一负,所以两者又TM反相了。

    当我们混合这两个军鼓信号的时候,你会发现军鼓的低频和打击力度都被抵消掉了,军鼓声音变得非常单薄。所以我们又得用调音台上面的反相按钮了,把其中一只话筒做反相后,军鼓的声音又变正常了。

    大家可以听下音频,三轨音频分别是上军鼓话筒、下军鼓话筒、反相后的下军鼓话筒。它们梅花间竹排列,你会听到第一下军鼓有相位问题(单薄的),第二下正常(有力的),如此类推。(记得戴耳机听!)
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    当然除了军鼓用两路拾音外,在高逼格的演出,连电吉他也会使用两路拾音。他们会用一只电容话筒和一只动圈话筒一起收电吉他音箱,有时候由于摆放位置问题(例如前后摆),这两只话筒也可能会有相位问题,导致两只话筒信号混合后声音发散,某些频段被抵消了。处理方法很简单,也只需要把其中一只话筒进行反相,那相位问题又TM解决了。(当然有些时候相位差不一定要处理,好多人喜欢利用这个相位差来调整音色)

    当你使用多只话筒去收同一个音源的时候,就有可能出现上面说的相位问题了,但有木有情况是明明没有用多只话筒收同一个音源,但是又产生了相位问题呢?

    这还真TM有,你有没有试过在那种自然混响很大的场馆做演出?例如体育馆、报告厅、展馆之类,当两只话筒稍微靠近一点,立刻就会引起啸叫了,这是为神马呢?
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    还是因为相位差!

    这种两只话筒靠近就啸叫的情况,一般是在那些自然混响很大的场地才会有的。这是因为这种场馆四面密封,声音的能量扩散不出去,而且场地内的装修又全TM是铁皮、玻璃、瓷砖等等表面是硬反射的材料。所以这种场地就会一直有一个很臭很长的自然混响,这个自然混响声就TM像雾霾一样,一直弥漫在舞台上。

    酱紫话筒在舞台上就会一直接收到这个自然混响声,当两只话筒位置越来越靠近的时候,这两只话筒接收到的自然混响声就越来越趋向一致了,也就是说这两只话筒又TM收到了同一个声音。而且两只话筒收到的混响声又TM存在相位差。所以当这些混响声叠加之后,就可能出现某些频率增强了,然后引发啸叫。

    处理方法也非常简单,还是用调音台上面的反相按钮,把其中一只话筒做反相就可以了。

    楼主以前就遇到过这种情况,男女歌手搞对唱,结果这两货彩排的时候,只要他们一靠近话筒就立刻啸叫,女歌手问我,她是不是不能跟男歌手在一起了?

    把女歌手的话筒做反相,啸叫就消失了,顺带把两个话筒的声音都变干净了。就是这么简单,但为什么把其中一只话筒反相,就不啸叫声音还变干净?

    道理很简单,我们对其中一个话筒做反相,其实对于男女歌手的声音来说,是不会有任何影响,因为输入到调音台的男歌手和女歌手的信号都是单独一路的信号,我们把女歌手的信号反相,也不会有其它的信号会跟女歌手的信号产生抵消。

    女歌手的信号反相后不是会跟男歌手的信号抵消么?
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    假如你问出了这样的问题,请你回到文章第一段,然后拿出纸笔把本篇文章从到尾抄写10遍。女歌手反相关男歌手啥事啊?女歌手的信号跟男歌手是同一个信号么?那肯定不是啦,既然不是同一个信号,反相后怎么可能抵消?

    但是为什么可以避免啸叫?

    很简单啊,话筒的相位问题,一般是多只话筒接收到同一个声音才会出现。这两只歌手话筒共同接收到的声音是神马?

    是自然混响声!所以这个相位问题是自然混响声的相位问题,当我们把女歌手话筒做反相了,不就是把女歌手话筒收到的自然混响声也反相了?那这个反相后的自然混响声,跟男歌手话筒的自然混响声一叠加,这两个混响声不就刚好反相抵消了?

    所以我们只要把其中一个话筒反相,自然混响声就会反相抵消掉,不但可以解决啸叫,还顺带把话筒声音变干净,一射二鸟。

    好了,说了那么多,大家应该都明白什么叫做相位差,什么情况可能出现话筒相位问题,肿么利用反相按钮来处理相位问题。但是有些情况,尽管出现了相位差,却不能用反相按钮来处理滴。

    例如用两只演讲话筒来收音,这肯定是存在相位差的,因为是用两只话筒去收一个领导的声音嘛,但是这个时候你千万不要把其中一只话筒做反相!因为酱紫两个话筒的声音肯定会抵消掉滴,你想死就试试吧。

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    而且好多时候相位差不一定是坏事,例如现在录音就特么喜欢用来两只话筒来录音,还必须是一电容一动圈酱紫来录,录音师就是喜欢利用这个相位差来调整两只话筒的音量比例,调出不一样的音色。

    所以相位差不一定都是坏滴,好多时候我们还可以利用这个相位差来达到我们想要目的。本篇文章比较烧脑,估计看到一半好多人都歇逼了,但如果你能真正读懂的话,那你对音响的理解层次会拔高很多个档次,因为好多人对于相位压根就不懂或者是假懂。

    记住,相位差就是时间差。