[原创]剥去“相位”的遮羞布（适合初学者）.docVIP

综观现在一些帖子对“相位”这个概念比较模糊甚至误会。因此本帖希望能为初学者揭开疑惑，这里写毕竟仓促，老大哥们就不要背后笑了，直接扔点砖头过来： 有兴趣进一步可参考潘立超、翁泰来先生等发表的《音响系统的相位、群延时失真及测量》一文，相信会更深入地了解“相位”这个神话了的名词。下面我们一步步地剥去这个“相位”的遮羞布。 在一个理想的线性系统中，如果我们定义输出对输入信号没有发生任何形变及时间的延时，则这个系统的幅频和相频曲线都是平直的。具体表现为幅频曲线为（通过0dB的）水平直线，相频曲线为通过0度的水平直线。 实际中，先假设我们的扬声器或系统是这样一个理想系统，然而为了测量验证这个系统，我们需要捕捉声音，一般会把测量话筒放到轴向的某个距离处，因此捕捉的信号跟输入扬声器系统的信号相比，会存在一个绝对时间差，即声音跨越该测量距离引起的延时。假设测量距离为0.1米，则大概的延时为0.297mS。我们可以想象到其群延时对频率的曲线，是一条水平直线，任意频率下其延时都为0.297mS。如下图所示。 ?此主题相关图片如下： 根据这条延时与相位、频率的关系，可以转换出以下的相频曲线： 此主题相关图片如下： 乍一看，原来延时对频率是水平直线，怎么到相位这里却变成这样？首先由于测量延时，会在相频曲线中在原系统特性的基础上叠加了由于延时带来的线性相位移，这个相位的具体变化值视测量距离和声波波长而定。另一个原因造成了相频曲线看起来象锯齿一样：那就是这个相位图描绘的是相位的主值，其数值被限制在正180度到-180度之间，超出的自动减去或加上360度，因此很容易形成如图的锯齿形状。但我们可以根据相位的连续性来展开这个图，得到所谓的“绝对相位”图，此处略去。我们还可以验证一下，由于测量距离为0.1米，与此距离等长的声波频率为3440Hz，因此针对此频率的相位移刚好就是360度，其相位主值为360-360＝0度，因此上图的相位主值曲线中，第一个对应0度的频率就是3440Hz。 对于这样恒定延时的系统，无论你在系统中输入多个或者单个信号，也无论你的测量距离有多远，信号之间的相位关系其实都能保持不变。因此，在考虑信号波形还原的时候，能反映真实情况的是群延时曲线，而相位曲线由于通常会叠加了线性相位移而变得不那么直观。当然两者是息息相关的。 为了在相位曲线上更好地观察，需要对上面的进行线性相移修正，即减去群延时造成的相位偏移。下图是一个模拟的扬声器系统的测量结果，包括幅频和相频特性（相频的参考0度点是扬声器输入电压）。 ?此主题相关图片如下： 在这里我们可以看到，相位曲线中难于观测到真正存在的问题，进行线性相移修正后得到的相位曲线可称作相对相移曲线，如下图就是： 此主题相关图片如下： 此图能较地表达该扬声器系统内在的相位波动。在测量中，会因为施加了不同的线性相移修正（即不同的延时时间）而得到不同的结果，问题恰好就是现实测量中很难准确地获取真实的延时时间值－－首先我们无法很准确地测量出测量话筒和发声体声中心的真实距离；另一个问题是，就算我们有准确的距离，但由于气温随时波动而造成声速的波动，因此我们也无法准确测量出声波越过这段距离所需要的时间。由于上面的原因我们在观察相对相移曲线时就要特别小心，下面是对一个2分频系统的进行不同的线性相移修正后得到的频响和相对相移曲线： 此主题相关图片如下：未命名.gif?????????????????????????? 图1两个曲线在视觉上，特别是中高频部分的差异蛮大，因此需要细心地匹配延时时间，并对结果进行仔细的分析。怎么能获取更准确的延时时间呢？我们先从扬声器单元的测量所起：研究表明，在一般情况下，扬声器单元本身可以当作最小相位系统，（对于这个最小相位系统的理解可以参考《信号与系统》等其它书籍，这里不多作讨论）最小相位系统，其不带群延时的相频特性可以由其幅频经希伯特转换而得到。大家用过LMS测量系统就知道，其提供的相频曲线，其实就是经幅频曲线转换出来的。无论喇叭测量时是正接还是反接，在LMS中，如果幅频特性如下图2A，则经希伯特转转换出来的相频特性就如下图2A的虚线。 ?此主题相关图片如下： ?????????????????? 图2A为了更好地理解，这里的单元都是理想化了，因此没有实际单元那些波动的小峰谷。而实际单元幅频上的小峰谷，在相频上也有波动跟其对应。 当这个喇叭正接的时候，我们可以看到在100mm外测量到的相频曲线如下图2B， 此主题相关图片如下： ?????????????????? 图2B这样，如果按距离100mm进行线性相移修正，则得到图2A的曲线，如果这个单元是反接的，测量的实际结果如图2C：此主题相关图片如下：?????????????????? 图2C同样