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相位问题及各种形式的相位失真问题成为了影响扩音质素及听音室环境的重要关键。
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" Z# B1 u" r$ d" [+ y: p* j相位是音波推进的动态 / 时间特性。先用简单例子解释;两个人在同一起点向同一方向同一速度出发,他们的动态 / 时间特性是“同相”(严格地说要同时起同一只脚才算)。若一切条件不变,而出发方向不同,便产生“相位”偏差。方向相差 45 度,便有 45 度相位的差异,两人以相反方向出发,便出现 180 度相位差,构成「正相」与「反相」之分别了。音波的相位问题,比上述两个缺德鬼的关系错综复杂十万倍。音波是一群由 20 至 2 万赫之间基周 + 谐波的连锁反应。在演奏现场,我们听到由音乐台上传来的“直射波”与音乐厅四周反弹回来的“反射波”之混合体,其相位结构简直“错乱”到无法形容。但,我们的耳朵却最喜欢这种活生生的音响。
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用烛光实验解释相位
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4 h1 N# T7 k0 m) r9 K* u2 c为甚么会讲音乐厅的音响相位结构错乱?直射波与反射波在空中相冲的结果,会产生新的音波,这就是上期提及的“和差音”(Sum and Difference)。两个同相音波相遇,产生一个新音波,频率是两音波的总和:正 500Hz 与正 700Hz 相「加」,差生 1.2KHz 的和(Sum)音,反之,两个反相音波相遇,便产生一个频率为两音波差值的差(Difference)音。我们念小学上物理课时,一定亲自做过“烛光实验”;一块纸片在两枝燃点的蜡烛间移动,在一个中央点上,纸面的正反两面都看不见有烛光透过,这是证明光波相位作用的原始试验。光波射在纸片正反两面的亮度相等时,产生抵消作用。依此类推,两个同等强度,同样周率,但相位相反的音波,在空间相遇便互相抵消。“和差音”的反应,跟核爆的连锁反应有得比,所不同者,是音波连锁反应能量衰减程度很快。和差音的活动情况,绝非相差 180 度的正、负相位那末简单。因为,相位的差别由几度至几秒钟不等。在教堂里演奏音乐,直接音与反射音(是回音而非残响了)的混合,会是三秒钟以上的相位时间差异了。音乐演奏所产生的和差音和超低频(Sub-sonic),超高频(Ultra-sonic)音域范围,会由直流(0Hz)开始至十几万赫。算它是 1Hz 至 100,000Hz 吧,这超听频的音波结构形态,数十年来一直是电声学界相当所谓“音乐厅临场感”的来源。人耳听不到这些和差音,但却可以体验到它们的存在。Hi Fi 重播软件,例如 CD,却只带给我们 20KHz 上限。又怎会提供“音乐厅临场感”呢。 x G1 K+ C- {: o0 E0 B: i/ u
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Hi Fi 重播,起码要将在音乐厅现场所录到的 20 至 2 万赫相位形态原原本本从扬声器上交待出来。任何部份与原音有所出入,就叫做“相位失真”。
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几乎每一个 Hi Fi 组合的环节都有相位失真,唱头,讯号线,扩大电路,CD 机的解码器,音箱……上述各环中,CD 机和音箱一直是相位失真最攞命的东西。5 ^. p* r: |5 j8 q& F" v
" {* |' a' t: p2 Z! x音箱的相位失真,主要来自声盆响应之不够敏捷和分音器。分音器的结构,好比一道水闸,把由水管(音箱线)导入的“水”分高低闸开。若一组三路分音器是要经两道闸的话,第一道闸将高中音“留后”,先让低周通过。第二道闸再将高音“留后”,让中音通过。可见,高、中、低音进入各该单元的时间已有先后之分。: P9 t: Q |+ S+ y$ m8 a+ t
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此外,多单元体系每只单元本身的相位特性也不尽相同。犹如一队纪律不良的军队,士兵在踏步时步伐及速度不统一,自然阵容凌乱。 T6 Y: @' Q% D( a6 {* }
- X" \2 M& B( X. X& \相位失真与瞬态失真(Transient distortion)在技术上是两个题目。但本质上都是相位(响应时间)的失真。机械性的瞬态失真(唱头、音箱)通常较难对付。但 CD 解码器引起的相位/瞬态歧变,却是电子方面最令专家头痛的失真。
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