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扩声系统的相位问题

发布日期:2018-09-10 浏览量:522次
      在扩声系统中,由于话筒信号输出线或音箱功率信号输入线极性接反以及系统存在相位失真等原因,会造成各种各样的声音反相问题和相移问题。声音的相位关系正确与否(尤其是反相),将直接影响着声音还原质量,这是已经被现代音响技术所证实且毋庸质疑的事实。 
      但是,目前音响界似乎对系统反相问题和相移问题并没有给予高度重视,甚至很多人不知道音响系统还存在着各种各样的相位问题。 
      大多数音响工作者在将系统连接完毕后,根本不去考虑什么话筒和音箱的相位问题;再进行设备和系统调整时,也不考虑由于调整而有可能带来的一系列问题,这对于现代音响系统来说,无疑是个缺憾。 
      相位问题是音响系统中存在的一个普遍的的、不容忽视的问题,音响界理应对它予以高度地重视、是否将增加与高保真音质失之交臂的机会。文本将专门讨论音响系统存在的各种相位问题,分析相移对再现声音造成的诸方面影响以及检查和解决反相情况的具体办法,希望通过此文章,使大家能够对音响系统的相位问题有一个充分而全面的认识。 
      音响系统的反相包含有两方面,一是对于音频信号来说,两个同一声音信号相位差为180度的情况;另一个是对于话筒和音箱来说,在同一声音的策动下,各音箱振膜之间、话筒之间或音箱与话筒振膜之间震动方向相反的情况。相位的概念从文字上可能不太好理解,但通过在实际应用中反相情况的实例,就能够很清楚的了解反相到底是怎么一回事,以及反相到底对声音会产生什么影响。归结起来,扩声系统中的反相类型一共有5种,即左右声道音箱间反相、真实相位反相、话筒间反相、多只音箱组成的阵中部分音箱反相以及一只音箱中不同扬声器反相等。 
      相移或相位失真是一种两个声波之间相位差不等于180度的情况,任何一个音响系统都有可能出现相移或相位失真现象,只是相移和相位失真现象,只是相移和相位失真的程度不同罢了,它与音响设备本身的相频特性和音响系统调整有一定关系。 
      左右声道音箱反相 
      为了再现立体声效果,使放送的声音具有良好的展开感.保证声场均匀等,现在音响均采用双声道系统放音。在左右声道音响同时放音时,如果给左右音响送入同一个推动信号,其扬声器的纸盆(振膜)的振动方向应该完全相同,即同时同步向外或向内运动;如果振膜的振动方向正好相反,其发出声波的振动方向必然相反,相当于左右两音箱发出的声波之间永远存在一个180度的相位差,这种状态被称为左右声道音箱反相。左右声道音箱反相会产生两方面影响: 
      (1)使左右两组音箱发出的声音在声场中的振动方向正好相反,彼此之间声音能量在声场中相互抵消,出现声短路现象,导致重放声音的音量达不到应有的音量、声音的力度变差、低音浑浊等。 
      (2)由于左右声道声音存在180度的相位差,致使重放立体声音乐时的声像无法定位。这是因为立体声的声像定位在很大程度上是依靠左右声道之间的相位差来完成的。立体声理论告诉人们,当左右声道之间存在180度相位差时,听音者会感觉到立体声像跑到了两音箱的外侧,声源的位置飘忽不定、模糊且混乱、立体声所特有的临场感、空间感和包围感效果遭到破坏。 
音箱系统在安装连接时极容易出现反相情况,为了防止发生这种现象,一些音箱的信号输入端子(接线柱)和功放的输出端子(接线柱)用红和黑两种颜色标明极性。 
      一般来说,只要用音箱线将功放的红端与音箱的红端相连接、功放的黑端与音箱的黑端相连接就不会出现反相情况,但是,有时即使这样接了也还会有可能出现反相情况。这是因为在音箱的生产过程中不能排除将信号线接错这种情况,有些音箱的接线断子在出厂时其本身极性就已经颠倒了;还有一种原因可能导致音箱反相情况的增加。现代的专业音箱和功放已经能够普遍采用Neutrik插头(4针锁定式功放音箱插头)作为音频功率信号传输接口,这种接口在连接时不太容易判别极性,稍一疏忽就有可能将导线极性接反。  
      由于连接错误而使音箱设备达不到应有的声音效果是非常可惜的,音箱反相是影响系统中一个不容忽视的问题,接好设备后,一定通过各种方法来确认一下自己的音箱是否存在反相。如果发现却有反相情况,要及时纠正过来。其纠正的方法十分简单,只要将反相音箱的两音箱线对调即可。 
      用试听法检查音箱是否存在反相情况是一种简便易行的方法,在没有专用相位测量设备(如相位仪)时可以采用此方法。 
      目前,市场上专用的CD试音盘,录有左右声道同相和反相两种声音,播放一个声音前会事先告诉听音者即将要播放的声音是左右声道相同的,还是反相的,用这种CD盘检查音箱的相位非常方便。听音者只要将同相和反相的声音进行比较即可。如果同相的声音优于反相,则说明左右声道音箱是同相的;反之,则说明音箱接反了。没有专用试音盘时用质量好些的音乐节目源也可以通过声音对比来检查左右声道音箱是否存在反相情况。听音时仔细观察两种接法在声音的立体感、力度、动态和低音等方面的变化,就可以进行判别,优者为同相,劣者为反相。 
      真实相位 
      真实相位是指音响系统声音或信号输入与输出之间的相位关系。正常的相位状态应该符合两个条件:一是音箱放送话筒拾取声音时,话筒振膜的振动方向一致;二是用音源设备(如卡座、CD机等)向系统用输入的音频信号时,输入信号必须要与输出信号的相位(即极性)相同。如果不能达到上述两个条件,就是真实相位反相。真实相位往往被人们所忽视,很多人不知道系统的输入与输出之间必须要保持同相关系,至使音箱效果不堪设想。 
      当使用话筒演唱时,如果话筒振膜的振动方向与音箱振膜的振动方向相反,就会出现演唱者直接发出声音与音响发出的演唱声在声场中相互抵消,或者音箱发出的声音传到话筒后对话筒的振膜产生反作用力这两种现象。在话筒的拾音区域与音箱的放音区域混杂在一起的扩声场合(如卡拉OK包房等),话筒与音箱之间的真实相位反相现象回显得格外突出,使得音箱发出的演唱声总是不能达到应有的音量,音量开大时,还容易出现声反馈啸叫。在话筒的拾音区域与音箱的方音区域完全隔开的场合,真实相位反相也会由于音箱发出的声音与实际的声音存在180度的相位差而影响保真度。 
有些人认为,用音源设备放送声音(如用CD机播放音乐)时,真实相位即使反相也不会对原音质量造成什么影响,其实这种观点是错误的。任何声音都有其自己本身原有的相位状态,重放时,音箱发出的声音必须真实的反映原来声音的本来面目,当然也包括原有的相位状态,即信号处于正极性时,扬声器纸盆向外运动;负极性时扬声器纸盆向里运动。如果正好相反,再现声音与原来的声音之间相当于存在一个180度的相位失真,这个失真肯定会对声音造成影响。研究表明,真实相位反相会使中音略感不足,声音明亮度欠佳。  
      检查真实相位是否反相方法很简单,但必须在将左右声道音箱的相位矫正成同相后进行。话筒与音箱之间的相位关系可采用下述办法:给话筒送入声音,将左右声道两个音箱的连接线或话筒的2、3端同时对调,在不改变功率放大器音量的前提下,比较对调前后的声音,话筒音量相对较小的就是真实相位反相连接的情况,较大的就是同相连接。如果用音源放松音乐声音,可仔细品位音乐中的中低音成分,在不改变功率放大器音量的前提下,比较音量连接线同时对比前后的声音,中音略优者为真实相位同相。 
      话筒间相位 
      话筒间相位是指用多只话筒拾取同一声音时,所有话筒输出的音频信号应该极性相同;如果极性相反,各个话筒的信号在经过调音台等设备混合后就会出现反相抵消现象,导致多只话筒共同拾音时,系统输出信号反而减少、音箱发出的声音音量随声源音量增加而增加的量不明显、音质不甚理想等一系列情况。[fenye] 
      可以做这样一个实验,将两只话筒虱音头紧靠在一起,对着两个话筒中间喊"喂",如果音箱音量明显增加,说明两只话筒相反。话筒相位问题也可以用调音台的PPM表观察,显示明显增加着为相同不明显增加者为反相。 
      多只话筒之间出现反相后,会使他们一起拾音时的效果不堪设想,导致话筒路声音音质不良,尤其是听起来声音发闷,动态不足,有压抑之感。在听音区有时还会发现同时听两只话筒拾取声音时,会感到一个声音向前振动,两个声音振动的运动方向正好相反,声音听起来不舒服,有紊乱之感;几只同一型号话筒分别试音时,如果彼此之间的音色和音质出现明显差异,也有可能是由于话筒相位不一致所致。 
      出现反相后,要对话筒间相位做同一校正,使所有的话筒间输出信号相位保持同相状态。校正方法是:在多只话筒中,首先确定一只真实相位相同的话筒,将这只话筒作为基准话筒,一般来说,在所有音箱之间为同相关系的情况下,同一型号话筒中拾音效果相对最好的那只话筒肯定是真实相位同相。确定了真实相位同相后,将被检查话筒与基准话筒的头部紧靠在一起,用话筒拾取同一声音,输出音量岁声源音量增加而增加的为同相,否则被检查话筒为反相,重复以上步骤,就可以检查出所有的反相话筒。 
      话筒相位反相的主要原因一般是话筒线插头焊掉了,当然也有可能是话筒平衡卡侬输出本身就是颠倒的。对于反相话筒,可以采取两种方法将相位调过来:一是打开反相话筒线卡侬插头,将卡侬插头的2、3端对调;二是如果调音台设有倒相键,可将反相话筒信号输入路的倒相键按下,相位就调换过来了。以上两种方法中,第一种方法需要用电烙铁重新焊接卡侬插头,对调后的卡侬插头一定要与反相话筒配合,最好做一个标记,否则接到别的话筒上仍有可能造成反相;第二种方法简便易行,但重新将话筒与调音台连接后,还需要重新进行相位统一校正。 
多只音箱组成的阵中部分音箱相位 
      在大型文化娱乐场所或体育场馆中,经常要使用多只音箱组合成阵,用多组音箱阵进行放音,以达到声场均匀、声音良好覆盖和提高声音远射能力等目的。一般来说,在某一组音箱阵中,其所有音箱得到的音频功率信号均应该是完全一样的,这就要求发声时,任何一组音箱阵中的所有扬声器振膜的振动方向必须完全一致,如果一只或几只音箱与其它音箱相位相反,就会对放送声音产生一系列的不良影响。 
      音箱系列结构中的每个音箱必须要互相紧紧地靠在一起,以使音箱之间产生声音干涉,形成类似平行波的平行波阵面,而恰恰由于音箱之间彼此距离很近,一旦出现一只或多只音箱反相情况,其破坏作用和影响会变得格外地大,声短路现象也会十分严重。与其他类型的音箱反相情况相比,它主要对声场产生影响,会导致放音效果不佳,如响度不足、声场不均匀和音色欠佳等。所以,音箱阵列摆放计算机辅助设计的一个最起码的前提就是在所有音箱中不能有任何一只音箱反相,否则设计结果将出现很大偏差,甚至放送的声音与应该达到的效果面目全非。 
      在采用音箱阵放送声音时,由于音箱阵中的音箱排列比较密集,音箱阵一般做得又高又大,且视听位置与印象阵之间也经常距离较远,故用听音的方法检查到底哪只音箱出现了反相确有一定困难。大家可能经常会遇到这样的情况,即确实发现有音箱反相情况,但也无法判断到底是哪只音箱相位接反了,此时最好用相位仪对所有音箱逐个进行相位检查,查出反相音箱后,只要将他的信号输入线对调就行了。 
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