相位一直是很多朋友搞不懂的问题,今天楼主要挑战一下,把它给科了个普。要理解相位得先从两位吃饱奶撑着的小屁孩开始。

    这里有两堵墙,两堵墙之间距离10米。小屁孩A从左边的墙跑到右边的墙,然后又跑回来左边,在两堵墙之间来回跑动,反正吃奶撑着。如下图。

    1.jpg
    另外一个小屁孩B也闲得蛋疼以同样的速度,从右边的墙跑到左边的墙,然后又返回到右边,也是不停地在两堵墙之间跑动,如下图。
    2.jpg
    已经知道两个家伙的速度都是1米/秒。问他们神马时候回相遇呢?神马时候相距最远?

    那很简单嘛,小数学题,速度我们都知道,距离我们也知道,那口算也能算出他们在会在5秒,15秒,25秒,35秒……相遇,但是他们都是一刻不停地来回跑动,所以他们相遇的时间有N个!

    最远的距离这个问题也是一样,他们在0秒,10秒,20秒,30秒…….距离最远,但是也因为他们一刻不停地来回跑动,所以我们也只能得到N个不同的数值。

    酱紫计算他们之间的关系太麻烦了,没有一个不变的数值来表示两者之间的关系,那肿么办呢?

    很简单!我们把两堵墙之间的距离画上刻度不就行了呗?

    假如小孩从左边的墙跑到右边的墙要180步,那我们按照步数给左墙到右墙之间路程刻上刻度,0-180步,如下图。
    3.jpg
    接着把右墙跑回到左墙的路程,也刻上刻度,180-360步。
    4.jpg
    酱紫我们用地上的刻度就很容易表示两屁孩的关系,他们永远是在90步(270步)时候相遇滴。

    5.jpg
    在0步(360步)或者180步的时候距离最远。酱紫通过地上的刻度,我们就能很容易就表现了他们之间的关系。
    6.jpg
    那问题来了,这跟相位有毛关系啊?

    还没明白么?地上的刻度就是相位!

    两个小孩我们可以看作是两个相同频率的波形,拿小屁孩A为例,他从左墙出发跑到右墙,再回到左墙这不就是经历了一个周期?
    7.jpg
    从左边墙到右边墙的路程可以看作是波形的正区间,右墙到左墙是负区间,两个加起来刚好一个周期。
    8.jpg
    周期是神马?周期就是振动频率的倒数,就是拿一秒钟时间除以振动次数(频率),得到的就是每一次振动所花的时间(周期)。

    那为什么相位的单位是角度?很简单,还是从周期入手,大家翻开中华字典,找到“周”字,周表示周而复始,也表示一个圆圈的意思。

    是个圆我们就能用角度去划分了,一个圆圈就是360度嘛!例如我凌空转身360度甩你一巴掌,就是跳起来转一圈抽你丫一大嘴巴的意思。

    抽一巴掌你就明白了吧?周期是可以用角度来表示的,我们把周期拆成360份,每一份就一度的相位角。酱紫我们也可以用角度来表示相位了。

    接着还是回到两堵墙之间的刻度(相位),为什么要用360步去表示这两堵墙之间的距离呢?

    其实我们刻上360步其实重点不为了表示两堵墙之间的距离有多长,而是为了更方便的描述和比较多个小屁孩(声波),这种不断做往复运动的家伙。

    还是两个小屁孩为例,假如两个小屁孩都是从左墙出发跑到右墙去,再返回来,但是屁孩A先跑,跑出90步以后,屁孩B再跑。假如你没有地上步数的刻度(相位),你很难预测这两个屁孩之间的关系,因为他们都在一刻不停地来回移动(振动)。
    1.jpg
    这个问题就像是全频音箱和超低音箱的关系,假如超低音箱比较靠前,那肯定是超低音箱的声音先到达观众,而全频音箱声音比超低声音晚。

    酱紫声音就失去了焦距了有木有?本来两个应该重叠的声波却先后到达人耳,就好像你拿个望远镜去偷看对面楼的美女洗澡,却怎么都不能对准焦那种痛心疾首感觉。

    虽然两个屁孩都在不停移动,但是有了地上的刻度(相位),我们就可以计算出他们之间的步数差(相位差),而且这个步数差是永远不变的。知道两个屁孩之间的步数差是90步后,让本来先跑得屁孩等待90步后再跑,使得两个屁孩同时跑,酱紫不就搞定了这个失焦(相位)的问题?如下图。
    2.jpg
    相位就是这个地面上的刻度,利用刻度我们可以算出步数差(相位差),根据相位差我们可以对声波进行预测和计算,非常方便我们对多个声波进行处理。

    那现在我们明白了啥叫相位,相位肿么来的(把周期分成360份)。你们会发现单纯的相位是没啥用,只有两个声波之间的相位差才有实际的计算意义,所以我们做全频音箱和超低音箱相位耦合,超心型超低等等都需要测量相位差。

    那么相位就只能在测量中应用么?人耳听不出相位么?

    肯定不是滴,每个人天生就能听出相位差!例如,在你右手边有一人唱歌,那声波就会先到达你的右耳,然后再传到你的左耳。
    3.jpg
    你的脑袋就根据两个耳朵听到声音的相位差,计算出右耳先听到声音,判断出傻逼在你右手边。你的脑袋就会告诉你,在你的右手边有个傻逼在唱歌。

    神奇吧?还不止呢,有没有发现当你使用两只话筒去同时收一个领导讲话时候,声音出来有点别扭?这是由于角度和距离的问题,两只话筒的信号有相位问题,所以抵消或者增强某些频率,而你的耳朵听出来了。

    又或者你还可以去做一个实验,拿两只话筒讲话,把其中一只话筒做180度极性翻转。你会发现两只话筒同时靠近你嘴巴讲话,声音都特么被抵消了,只剩下一点高频,但是只用其中一只话筒的声音又是正常的。

    这些例子都证明了,人耳是可以听出相位问题的。在演出中,调音师要处理的相位问题,通常是使用N个话筒去接收同一个音源的相位问题。例如,架子鼓中最典型的军鼓上下两只话筒问题,下图是用两只话筒收军鼓的示意图。

    4.jpg
    你很容易发现,由于摆放位置的问题,上下两只话筒接收到的信号会有相位问题。当上下两只没有做处理的军鼓话筒信号混合后,军鼓音色会明显音色变单薄,低频力度减弱的情况出现。但是我们把其中某一只话筒反相180度后,音色又变得有力了。

    下面的音频,第一声是两只军鼓话筒原始音频混合后的声音,第二声是把下面的话筒音频作180度反相后混合的声音。两者声音交替出现,你会发现军鼓音色变化非常明显。
    5.jpg
    发现木有,虽然人耳不能听出准确的数值,但是在感觉上是完全能听出存在的相位问题滴。

    那相位差只有坏处么?那也不是,还是以架子鼓为例,吊顶话筒(overhead)和军鼓话筒都接收到军鼓声音,但是两者接受的军鼓声音是不是存在一个相位差?如下图。
    1.jpg

    由于位置问题,肯定是军鼓话筒先接收到军鼓声音,而吊顶话筒因为距离比较远,接收的声音比较迟。但是正是因为这种相位差,这种时间的延迟才能给吊顶话筒空间感觉的表现,所以两者混合后的信号才会空间感,当然类似这样的例子还有很多。

    很多时候我们的工作是消除相位差,使得声波重叠在一起,但是又有些时候我们必须借助相位差去达到我们的目的。

    好了看完全文你应该明白了,相位就是把周期分成360份而得到的。有了相位后,我们可以利用相位差更方便计算声波之间的关系。相位每时每刻都存在我们的生活中,在演出现场你还得处理话筒之间的相位问题,相位跟每个做音响的苦逼都密切相关。