Поставил новые мидбасы, включил любимый трек, а бас стал тоньше, чем был на штатных динамиках. Провода проверил, усилитель в порядке, громкость та же. Очень часто виновата не мощность и не железо, а фаза: два динамика играют одну ноту, но в разные моменты, и частично гасят друг друга.
Фаза на пальцах: качели во дворе
Представь двое качелей рядом. Если дети раскачиваются синхронно, оба одновременно наверху и одновременно внизу, это «в фазе», сдвиг 0°. Если один наверху, когда второй внизу, это противофаза, сдвиг 180°. А если один проходит нижнюю точку, пока второй уже в верхней, между ними 90°, четверть цикла.
Со звуком то же самое. Диффузор динамика качается вперёд-назад, давление воздуха то растёт, то падает. Пока два источника «качаются» вместе, их давление складывается. Когда вразнобой, одно давление частично съедает другое.
На графике два одинаковых сигнала 100 Гц. В фазе сумма вдвое больше, это +6 дБ. При сдвиге 90° получается +3 дБ. В противофазе сумма падает до нуля, звука на этой частоте нет совсем. Громкость каждого динамика при этом не менялась.
Откуда в машине берётся сдвиг фазы?
Причин три, и все они в салоне встречаются постоянно.
- Разное расстояние. Звук идёт примерно 34 см за миллисекунду (см. скорость звука). Если правый динамик дальше левого на 30 см, его волна приходит позже почти на 0,9 мс. Для 100 Гц это около 31°, для 500 Гц уже 157°.
- Фильтры кроссовера. Любой фильтр сдвигает фазу около частоты среза. Поэтому мидбас и СЧ динамик на стыке полос могут складываться, а могут и спорить.
- Отражения. Звук от двери отражается от стекла, торпеды, ног. Прямая волна и отражённая приходят в разное время, и на одних частотах усиливают друг друга, а на других гасят. Так получаются частые провалы и горбы, этот эффект называют гребенчатым фильтром.
Посчитать сдвиг просто: фаза в градусах = 360 × частота × задержка. На 1 кГц миллисекунда задержки даёт целый цикл, 360°, и на этой частоте сигналы снова совпадут. А на 500 Гц та же миллисекунда даёт 180°, то есть провал.
Фаза и полярность: не одно и то же
Их путают постоянно. Полярность - это плюс и минус на клеммах. Перепутал провода, и диффузор на всех частотах двигается наоборот. Фаза же зависит от частоты: задержка в 0,5 мс на 1 кГц даёт 180°, а на 100 Гц всего 18°. Кнопка «180°» в процессоре на самом деле переворачивает полярность, а не «исправляет фазу» на всех частотах сразу.
Как фаза звучит в машине?
На басу: «тонкий» бас при двух мидбасах, провал в районе 80–150 Гц, который не лечится эквалайзером. В салоне часто есть зона 65–90 Гц, где из-за торпеды и тоннеля фаза переворачивается. У меня в Mark X это тоже есть. Лечится разворотом мидбасов или другим местом установки, но не эквалайзером.
На СЧ и ВЧ: вокал «плывёт» и не стоит по центру, сцена размазана. Здесь фаза тесно связана с фантомным центром: он собирается, только если левый и правый каналы приходят к тебе одновременно и синфазно.
Посмотреть фазу можно на ФЧХ: это график сдвига фазы по частотам, его снимают тем же замером, что и АЧХ.
На чём горят новички с фазой
- Лечить провал от противофазы эквалайзером. Поднимаешь частоту на +6 дБ, а провал остаётся: оба динамика стали громче и продолжают гасить друг друга.
- Путать фазу с полярностью и щёлкать «180°» наугад.
- Выставлять задержки рулеткой и ни разу не проверить стык полос.
- Оценивать бас снаружи машины, с открытой дверью. Фаза в салоне и на улице разная.
Короткие ответы про градусы и миллисекунды
Сдвиг фазы в градусах равен 360 × частота × задержка в секундах. Задержка 1 мс на 250 Гц даёт 90°, на 500 Гц 180°, на 1 кГц полный цикл 360°. Одна и та же задержка поэтому даёт разный сдвиг фазы на разных частотах, и выровнять её одной кнопкой полярности нельзя.
Задержка сдвигает весь сигнал во времени одинаково на всех частотах, а сдвиг фазы в градусах от этой задержки растёт с частотой. Фильтры кроссовера дают другой сдвиг: он зависит от частоты и сильнее всего около частоты среза. Поэтому задержкой выравнивают расстояния, а стык полос после фильтров проверяют замером.
Сам по себе плавный сдвиг фазы в одном канале на слух почти незаметен: работа Lipshitz, Pocock и Vanderkooy 1982 года показала, что фазовые искажения в среднем диапазоне слышны лишь в особых условиях. Слышно другое: когда два динамика с разной фазой играют одну частоту, появляются провалы, плывёт центр и тоньше становится бас.
Частично да. В процессоре фазу между динамиками правят задержками, переворотом полярности и всепропускающими фильтрами, которые крутят фазу без изменения АЧХ, подробнее в статье «Фазовыравниватель». Провал от отражений в салоне так не лечится: его убирают местом и разворотом динамика.
Проверка на слух: включи моно-трек с плотным басом, слушай с места водителя и переверни полярность одного мидбаса в процессоре. Вариант, при котором бас плотнее и собран по центру, ближе к правильному. Такой способ даёт ориентир, а точный стык с сабвуфером и СЧ всё равно сводят по замеру АЧХ и ФЧХ.
Фаза, задержки и полярность проходят через весь путь к хорошему SQ (Sound Quality): от выбора мест установки до финальной настройки процессора. Базу удобно подтянуть в шаге «Изучаем теорию», а к практике вернуться, когда дойдёшь до замеров.
Есть провал на басу, который не берёт ни эквалайзер, ни гейн? Скинь замер или опиши, где стоят динамики, в чат EBAEVSQ, посмотрим, похоже ли это на фазу.
Источники
- S. P. Lipshitz, M. Pocock, J. Vanderkooy, «On the Audibility of Midrange Phase Distortion in Audio Systems», JAES, 1982
- S. Linkwitz, «Active Crossover Networks for Noncoincident Drivers», JAES, 1976
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
См. также: ФЧХ, Полярность, Фазовая когерентность, Delay, Выравнивание по фазе.