Типичная картина при стыковке сабвуфера и мидбаса: по отдельности оба канала ровные, вместе на 70–90 Гц яма. Задержкой двигаешь, яма переезжает, но вылезает новая на другой частоте. Полярность перевернул, стало хуже в другом месте. Вот здесь многие впервые открывают вкладку All-Pass и не понимают, что в ней крутить.
Передаточная функция: H(s) = (1 − s/ω0) / (1 + s/ω0). Модуль равен единице на любой частоте, поэтому уровень не меняется вообще. Фаза φ(f) = −2·arctg(f/f0).
Чем фазовый фильтр отличается от задержки?
Задержка сдвигает фазу пропорционально частоте: 1 мс даёт −28,8° на 80 Гц, −360° на 1 кГц и −3600° на 10 кГц. Она работает на весь канал одинаково по времени.
All-Pass 1 крутит фазу только в районе своей частоты, а дальше фаза упирается в −180° и не растёт. Групповая задержка у него максимальна на низах и равна 2/ω0. Для f0 = 80 Гц это около 4,0 мс ниже частоты фильтра и около 2,0 мс на самих 80 Гц. Выше она быстро падает к нулю.
| Частота | Задержка 1 мс | All-Pass 1 на 80 Гц |
|---|---|---|
| 40 Гц | −14,4° | −53° |
| 80 Гц | −28,8° | −90° |
| 160 Гц | −57,6° | −127° |
| 1 кГц | −360° | −171° |
Получается инструмент, который меняет фазовое соотношение двух каналов в узкой зоне стыка, не трогая остальное.
Разбор случая: стык саба и мидбаса
В большинстве салонов в районе 65–90 Гц происходит фазовый переворот: торпеда, тоннель, пороги дают свои отражения. Я с этим сталкивался и в Mark X. Обычно лечат разворотом мидбасов или отдельными фронтальными динамиками. А вот что может сделать All-Pass, когда железо уже стоит.
- Снимаешь АЧХ и фазу саба и левого мидбаса по отдельности в точке прослушивания, с одной опорой по времени.
- Смотришь разницу фаз в зоне раздела, например 80 Гц. Допустим, мидбас опережает саб примерно на 90° и в сумме получается спад.
- Ставишь на мидбас All-Pass 1 с частотой около 80 Гц: он добавит −90° как раз там и меньше по краям.
- Снимаешь сумму. Яма должна уменьшиться, а выше 300–400 Гц мидбас останется как был, фильтр там почти не влияет на стык.
- Подгоняешь частоту фильтра по замеру суммы, шаг 5–10 Гц.
Задержкой этого не добиться: чтобы сдвинуть 80 Гц на 90°, нужна задержка 3,1 мс, а она заодно уведёт мидбас по времени относительно СЧ динамика и развалит сцену выше.
Что уточняют, когда доходит до цифр на стыке
Частоту All-Pass 1 считают по формуле f0 = f / tg(φ/2), где f - частота стыка, φ - нужный сдвиг фазы. Для стыка 80 Гц: сдвиг 90° даёт f0 = 80 Гц, 60° около 139 Гц, 45° около 193 Гц, а 120° около 46 Гц. Это стартовая точка, дальше частоту фильтра подгоняют по замеру суммы шагом 5–10 Гц.
Инверсия полярности переворачивает фазу на 180° сразу на всех частотах, а All-Pass 1 сдвигает её плавно: от 0° на низах через −90° на своей частоте к −180° на верхах. Поэтому полярность - грубый переключатель, а фазовый фильтр - тонкая подстройка в зоне стыка. На практике сначала выбирают полярность, потом добивают стык All-Pass.
All-Pass 1 ставят на тот канал, который опережает по фазе в зоне стыка, потому что фильтр только запаздывает фазу. Если мидбас опережает саб, фильтр идёт на мидбас, если впереди саб, то на саб. На сабвуфере это ещё и безопаснее для сцены: групповая задержка фильтра ложится на канал, который и так играет только низ.
Сам по себе All-Pass 1 на одном канале почти не слышен. АЧХ остаётся прежней, групповая задержка фильтра на 80 Гц не больше 4 мс, и сосредоточена она на низах. Исследования Липшица и соавторов (1982) показывают, что фазовые искажения заметны только в отдельных условиях. Слышен результат на стыке: яма уходит, бас собирается и встаёт спереди.
Частые ошибки
- Ставить All-Pass «на слух» без замера фазы. Можно улучшить сумму на одной частоте и получить новую яму на октаву выше.
- Путать All-Pass 1 и 2. Второй порядок крутит фазу на 360° и управляется ещё и добротностью, об этом в статье про All-Pass 2.
- Навешивать несколько фазовых фильтров подряд на канал «для надёжности». Каждый добавляет групповую задержку, и импульс мидбаса размывается.
В некоторых звуковых процессорах такой инструмент называется фазовыравнивателем. Смысл тот же.
Что спросить у установщика
- Стоят ли в системе фазовые фильтры и на каких каналах?
- Есть ли замер суммы саба и мидбаса до и после фильтра?
- Проверяли ли стык с инверсией полярности одного канала?
Если стык собран, при инверсии мидбаса на частоте раздела должна появиться глубокая яма. Нет ямы, значит, фазы каналов всё ещё расходятся.
Стык саба и мидбаса: одно из мест, где решается, будет ли бас «спереди» или улетит в багажник. На оценке SQ это слышно по локализации баса и по цельности ударных. Как собирать низ по шагам, рассказано в разделе «Настройка системы»; про фазу в целом читай статью о ФЧХ.
Сняли фазу саба и мидбаса, а они никак не сходятся? Пришли оба графика в чат EBAEVSQ.
Источники
- R. Bristow-Johnson, Audio EQ Cookbook (W3C)
- S. Linkwitz, «Active Crossover Networks for Noncoincident Drivers», JAES, 1976
- S. P. Lipshitz, M. Pocock, J. Vanderkooy, «On the Audibility of Midrange Phase Distortion in Audio Systems», JAES, 1982
См. также: Фазовая когерентность, Полярность, IIR-фильтры, Мидбас.