一个DIY的误区。。关于解决声音相位问题。

zenglj · 发表于 2019-11-7 14:36

声学大师林克维茨，也就是发明LINKWITZ 分频器的大神，他生前创办的网站还在运行，每个作品页面的最下面有这么一行字：
An acoustic event has dimensions of Time, Tone, Loudness and Space
Have they been recorded and rendered sensibly?
他很多作品天马行空，后期很多理念匪夷所思。但是你发现他关注的主题一直都是：时间（不断改进的分频器）、音色（选择更合适的单元）和空间（声波辐射和反射的利用）。
他敏感于我们生活的世界不完美，而且一直致力于解决这种差距。他才是真正接近理解物质震动本质的人。
有空看看他的网站http://www.linkwitzlab.com/

zenglj · 发表于 2019-11-7 14:58

本帖最后由 zenglj 于 2019-11-7 15:01 编辑

jamesgjh 发表于 2019-11-7 12:18
“说一个简单的冲击信号，相当于无穷多的无头无尾的正玄波信号的叠加而已。所以这些频率分量的相位可以延 ...

这个就是一个非周期信号（单个矩形脉冲）的频谱。频谱在整个横轴上显示一个有主轴的余弦函数，频谱就是频率分量，也就是正玄波分量，固定频率的正玄波分量是没有开始，没有终结的一个震动能量。

为什么这些正玄波信号叠加后没有变成噪音？可以这样大致解释：因为这些分量有主轴，也有正负。主轴是正的（能量主要来源），两边是幅度渐小的分量，正的叠加，负的相减。最后叠加成为一个矩形信号，别无它物。
这就是一个时域变换成频域信号最普遍的例子。

zenglj · 发表于 2019-11-7 15:41

本帖最后由 zenglj 于 2019-11-7 17:20 编辑

renwoai 发表于 2019-11-5 23:39
换句话说，我想知道一个低频脉冲信号瞬间同时进入4阶高通和低通后，高通还是低通哪一个先输出这个脉冲信号 ...

一个脉冲信号（比如上图的单个矩形信号），经过4阶高通和低通，如果只讲信号的起始部分，高低通是一样的（秒进，秒出），但是波形是畸变的（这才是关键）。
只要是符合最小相位系统的滤波器（传统RLC滤波器或者运放电分RC滤波器），波形通过都无法保持原样。这个不是简单延迟的问题，是相位变化引起的波形畸变。没法简单对应比延迟了多少。
你可能想问的是，这个矩形脉冲通过高通后有没有被“超前”，或者说还没输入就自己跑出来一个低频信号来？因为上图的确显示，主分量是一个低频（含直流）的频谱，高通把它超前了会如何？
如果你注意到这个频率的分量有左右对称关系，你就知道了。是不是想到了什么，是的，左边对应就是时间反向流动的宇宙。
因为我们现实中只研究实部，也就是这个频谱的右半部分。但是左半部分的虚部（负频率分量），这些频率分量到底意味什么，其实目前数学界和物理界都没给出答案。有些专家叫暗物质宇宙。

任何分量的相位都可以被超前，但是假如分量含有对称的正频率（时间正向）和负频率（时间倒流），那么这个超前的能量不会出现在现实世界里。
或者说：在最小相位系统中，单个非周期信号的超前或者滞后没有物理意义

olivinelee · 发表于 2019-11-7 16:26

有作用，不必过后考虑，声波非常复杂，相位差那0.00X秒差异，相对于房间反射混响来说只是皮毛。

renwoai · 发表于 2019-11-7 20:24

zenglj 发表于 2019-11-7 11:28
没错，这个困惑我也曾经想不通。我看了一些关于“震动”的最初描述，我明白过来，现实中的信号这个“相 ...

周期性重复构成的相位差的问题容易理解，从示波器上就可以直接看出来。我主要想了解的问题是高通和低通的群延时问题，群延时曲线为什么显示都是低频段才有延时，高频段基本无延时？这里我只找到一张贝塞尔低通的群延时曲线，(实际上在其它仿真软件里显示，同阶同分频点的高通滤波器的群延时曲线和低通的是一模一样的)。如低通滤波器的低频段，可以认为没有任何的相位差，为什么那里还会产生一个约200多us的群延时。搞清楚这个问题，其实就明白分频点那里的时间衔接问题了。最近搞分频器，主要就是这里理解不透彻。其实按我理解，4阶分频，分频点处不仅有相位差，还有一个时间差，只是我搞不清楚这个时间差是啥关系。群延时上都显示高频段无延时。

zenglj · 发表于 2019-11-7 20:35

renwoai 发表于 2019-11-7 20:24
周期性重复构成的相位差的问题容易理解，从示波器上就可以直接看出来。我主要想了解的问题是高通和低通的 ...

这个特性就是“最小相位系统”的固有特性。对于低通，高频端产生”滞后“，所以一般叫‘群时延”。对于高通，低频端产生的是“超前”，你喜欢也可以叫“群超前”。
这个特性可以这样说，一个最小相位传输系统，如果对不同频率的信号发生幅度的调制，必然存在相移的调制。具体是时延还是超前，是和滤波器的特性相关的。低通产生时延，高通产生超前。

mufasa · 发表于 2019-11-7 20:42

顺便问下

我的分频器全部都是正接，然后我的各种喇叭音箱都是分体的（方便修改，方便搬动）

对于 -24db/oct LINKWITZ 电子分频器，相位延迟应该是360度？

那么是应该把高音往后，还是低音往后？

另外，人听音的位置距离高低音喇叭也有较大区别，是否需要考虑这种区别

zenglj · 发表于 2019-11-7 20:47

并且，相位的变化是否和时间延迟相关，这个是和输入信号有关的。对于周期重复信号，频率分量全部集中在函数的实轴，我们用频域方法进行分析可以得到完全对应的结果，滞后就是延迟。
但是非周期信号是没有对应关系的，因为没有物理意义。
好在我们的声音信号建模后基本近似于周期信号，所以这个延迟和超前可以认为和时间对应。但是你一微观分析，比如具体一个矩形脉冲波，这个对应关系就消失了。

renwoai · 发表于 2019-11-8 09:48

本帖最后由 renwoai 于 2019-11-8 09:51 编辑

zenglj 发表于 2019-11-7 20:35
这个特性就是“最小相位系统”的固有特性。对于低通，高频端产生”滞后“，所以一般叫‘群时延”。对于 ...

Bessel 2 ord 在2K处低通和在1K处高通，它们的Group Delay 都是显示是在低频段有延时。拿低通来说，低频段无相移，低频段按理是没有Delay才对，但是Group Delay 显示，低频段有接近140us的延时，所以感到十分疑惑。高通在低频段由于有相移，能产生延时有这种可能。低通就不明白为什么。

紫色的为Group Delay曲线。。图片一上传就模糊了，不知道为什么。

zenglj · 发表于 2019-11-8 10:16

renwoai 发表于 2019-11-7 20:24
周期性重复构成的相位差的问题容易理解，从示波器上就可以直接看出来。我主要想了解的问题是高通和低通的 ...

这个图不太清晰，看太清楚这个是一个相频曲线，还是群时延曲线图。
如果是相频曲线，这个就是正常的最小相位系统滤波器的相位曲线。看不出是高通还是低通。

zenglj · 发表于 2019-11-8 10:50

本帖最后由 zenglj 于 2019-11-8 10:59 编辑

renwoai 发表于 2019-11-8 09:48
Bessel 2 ord 在2K处低通和在1K处高通，它们的Group Delay 都是显示是在低频段有延时。拿低通来说，低 ...

你可能没有注意，两个图左边和右边坐标的数值方向。低通这个图我帮你修改了下，你看看。这样分频点2Khz处大约是-70us，意思就是高频在分频点处被延迟了70us

zenglj · 发表于 2019-11-8 10:55

renwoai 发表于 2019-11-8 09:48
Bessel 2 ord 在2K处低通和在1K处高通，它们的Group Delay 都是显示是在低频段有延时。拿低通来说，低 ...

相对来说，高通这个时延如果显示140us，可以理解为低频段的群时延“超前”了高频段140us。可能对应到时间上有点难以解释。但是这个是连续信号的响应，超前是可以理解的。

renwoai · 发表于 2019-11-8 11:14

绿色是相位曲线，紫色是群延时曲线。左边绿字是相位的另一种显示方式，右上方勾选"dgree

renwoai · 发表于 2019-11-8 11:15

renwoai 发表于 2019-11-8 11:14
绿色是相位曲线，紫色是群延时曲线。左边绿字是相位的另一种显示方式，右上方勾选"dgree

后，左侧显示就是度数了。稍后我再发图

zenglj · 发表于 2019-11-8 11:19

本帖最后由 zenglj 于 2019-11-8 11:25 编辑

renwoai 发表于 2019-11-8 11:15
后，左侧显示就是度数了。稍后我再发图

用角度还是弧度显示没有关系，我的意思是，低通这个图0度和0us这个是反相的，高通的是对齐的。所以我帮你把低通的图改了下右边的标尺，让0对齐了

liunine · 发表于 2019-11-8 13:11

同意楼主的观点，为什么夏普电视的喇叭既没有高音也没有低音，但我们没有觉得难听啊，关键是人家相位是正确的

renwoai · 发表于 2019-11-8 15:14

zenglj 发表于 2019-11-8 11:19
用角度还是弧度显示没有关系，我的意思是，低通这个图0度和0us这个是反相的，高通的是对齐的。所以我帮 ...

之前我也是和按你这样理解的。可是一直找不到相关证据来说明这图弄反了。不仅是这个软件件，还有Filter Lab这些也是这样显示，国外的资料上显示也是这样，不可能都错吧。之前自己也是理解成低通在高频处有delay，高通在低频处有delay。看了这些曲线完全不是这回事，糊涂了。按这曲线理解，高/低通都是在低频处有del。

zenglj · 发表于 2019-11-8 21:41

renwoai 发表于 2019-11-8 15:14
之前我也是和按你这样理解的。可是一直找不到相关证据来说明这图弄反了。不仅是这个软件件，还有Filter L ...

并不是图反了，图上标的很清楚。上面我给你把群时延坐标从+140～0换成0～-140，本质也没有区别。这两个个图也是说低通产生延迟，高通产生负延迟(超前)。我不知道你说的哪里有问题

zenglj · 发表于 2019-11-8 21:57

renwoai 发表于 2019-11-8 15:14
之前我也是和按你这样理解的。可是一直找不到相关证据来说明这图弄反了。不仅是这个软件件，还有Filter L ...

相位图和群时延图本来就是相关的，相位曲线的斜率就是群时延值。贝塞尔滤波器的在分频点附近相位曲线斜率稳定，所以得到前面那样平滑的群时延。巴特沃兹的滤波器在分频点附近呈现曲线形状，所以群时延不平坦。在电波信号传输领域，这个群时延就对应色散特性。你使用的工具是信号处理工程领域用的多。所以有这样的性质。

zenglj · 发表于 2019-11-9 08:45

如果把滤波器的群时延理解为色散这个也许更合适。所有滤波器(应该说所有最小相位系统滤波器)，都会产生色散，因为这些滤波器相位变化跟随幅度变化，反之亦然。要不产生色散，需要整个频谱相位保持一条直线，除了fir，其他滤波器都不行。使用减法分频过前后移动高音可以降低色散。但是也很有限

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