重低音喇叭的相位調整


為了要得到您重低音喇叭的最大輸出,如何與其他喇叭系統正確整合至關重要。對任何形式的喇叭而言,相位調整是整合的一個重要面向,它非常重要。例如,與密閉式前置喇叭整合,它非常簡單,但,如果是開孔式前置喇叭,它就有一點點困難。然而,在本篇文章裡我們會介紹一個相位調整的方法,它是相當簡單。

相位與延遲

相位和延遲這兩個概念是彼此相關的。一個完整的音波週期定義為360度,它們相位遞增(遞減)的方式類似於時鐘。如果旋轉了一圈(360度),它就相當於回到0度。濾波器理論專家發現,使用於重低音喇叭的低通濾波器,在分頻點(用於重低音與前置喇叭的整合)的相位落後,非常類似於信號的延遲。在數學理論上,低通相位的落後量會與頻率大概成正比關係,可用延遲(D)=(延遲)/頻率來計算。如果把它設計得愈線性,我們會發現,它在輸出的波形上對所有頻率都會有一個固定的延遲,這就是所謂的“線性相位”濾波器。

另一方面,使用於前置喇叭的高通濾波器(與重低音喇叭整合的分頻點)在相位上可是超前的(或可解釋成逆時鐘旋轉),這和低通濾波器相位落後正好相反。我們可以想像相位落後是順時鐘旋轉,而相位超前是逆時鐘旋轉。跟時鐘一樣,時鐘臂順時鐘旋轉x小時與逆時鐘旋轉y小時,如果x+y=12*m(m是整數),它們就會重疊。相位也是一樣,公式為x+y=360*m(m是整數)。

如何調整家庭劇院接收器

最簡單的方法是透過距離調整設定來彌補。在家庭劇院接收器的重低音管理(bass management)設定裡,有各個聲道的距離調整設定。如果您把重低音的距離加大並遠離與其他喇叭的位置,家庭劇院接收器會將重低音的訊號(比其他聲道)超前x/1000秒。這實際上會在重低音產生負延遲,也就是減少相位的延遲,可減少重低音喇叭與前置喇叭之間的相位差異。

這種利用距離調整的技巧可以當作是重低音喇叭與前置喇叭之間相位調整的工具。因為它是恆量延遲調整,所以對所有的頻率不是固定的,但與頻率成比例變化。當我們選擇使用分頻點來做相位調整時,並不會影響其他頻率調整的正確性。

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林奎茨萊利濾波器(Linkwitz Riley filters, 簡稱L-R濾波器)

今日家庭劇院接收器的濾波器設計是以林奎茨萊利濾波器為基礎。在1980年代,L-R在AES上發表了一篇有關於分音濾波器的論文,說明如何達到高通濾波器和低通濾波器之間最佳的相對相位。他們發現,如果使用一個由兩個二階低通巴特沃斯(butterworth)濾波器(q = 0.7 )所組成的四階低通電路,和由兩個二階高通巴特沃斯濾波器(q = 0.7 )組成的四階高通電路,這兩者在所有頻率的相位是完全相同。 他們在研究上最重要的貢獻是在很寬的頻帶上如何調整相位的理論,特別是在低頻,而不僅僅是關於振幅響應。為了實作L-R濾波器,家庭劇院接收器會使用一個二階高通濾波器( 12db/octave ),和一個四階( 24db/octave )低通濾波器。高通濾波器切除低於一個選定衰減頻率的頻率,而低通濾波器則切除高於選定以上的頻率。

您可能會注意到它們不是對稱的。另外,我們還必須考慮主喇叭的聲音衰減。在這種情況下,如果主喇叭是密封式的,會有一個二階的衰減;如果主喇叭是開孔式,衰減將有一個非常陡的四階斜率。為了達成正確的整合,一旦分頻濾波器加入後,主喇叭與重低音喇叭的衰減總和應該是對稱的。

舉一個80赫茲(Hz)分頻點的例子。如果主喇叭是密閉式的,它會有一個二階的衰減,在80赫茲(Hz)時衰減3分貝(db)。當家庭劇院接收器將主喇叭設定為「小型(small)」時,它在80赫茲(Hz)分頻點會有一個二階的高通濾波。兩者總和就會得到一個四階高通濾波。這時,重低音喇叭應該將分頻點設定在80赫茲,並使用四階低通濾波。這樣才能產生正確的四階分頻。在80赫茲(Hz),主喇叭與重低音喇叭的頻率響應會各為-6分貝(db)。

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