從上世紀80年代早期開始，“時間對齊”這個詞就被翻來覆去地拿來討論，但是人們對它的理解一直不甚精確。

　　其實，人們早就注意到這個概念了。為首部有聲電影《爵士歌手》(The Jazz Singer)提供音箱的工程師，發(fā)現(xiàn)在踢踏舞場景中，從高頻號筒和從折疊號筒低頻單元傳出的踏步聲有不同的到達時間。

　　從此，設計師竭盡全力對音箱進行時間對齊。“時間對齊”(time alignment)是E. M. Long公司的商標，為了方便討論，我們將使用通用術語“信號對齊”(signal alignment)，來避免一直使用 ^® 和™等標志。

　　很多人認為，對音箱內(nèi)部的驅(qū)動器進行信號對齊，其實就是測量出各個驅(qū)動器的音圈到箱體前部的距離差，然后為最靠近箱體前部的驅(qū)動器添加相應的延時，這樣所有驅(qū)動器的信號就能正確對齊了。

　　然而，這并不準確!要對齊高頻和低頻驅(qū)動器的信號，我們必須首先理解濾波器和相位。

　　所有濾波器都“旋轉(zhuǎn)”相位，使通過濾波器的頻率發(fā)生正向“相位轉(zhuǎn)移”。由于360度相位轉(zhuǎn)移相當于一個波長，波長可以通過距離或時間描述，因此特定頻率的任何相位轉(zhuǎn)移都可以通過一定時長的信號延時表示。

　　比如，1000 Hz表示每秒循環(huán)1000個周期，所以一個波長(或周期)就是一秒的千分之一，即1毫秒(ms)。因此，1 kHz處的360度相位轉(zhuǎn)移相當于1毫秒延時，180度相位轉(zhuǎn)移(1/2波長)相當于0.5毫秒延時，90度(1/4波長)相當于0.25毫秒延時。而對于2 kHz，由于一個周期的波長只有1 kHz的一半，因此相位轉(zhuǎn)移的延時時間也是1 kHz的一半。以此計算， 20 Hz的180度相位轉(zhuǎn)移(1/2波長)相當于25毫秒延時或28.25英尺(以音速計算)。

　　實際應用

　　這跟我討論的話題有什么關系呢?所有的分頻器和均衡濾波器都是電子濾波器，會使通過的信號發(fā)生相位轉(zhuǎn)移/延時。同樣地，所有的音箱都是聲學濾波器，也會造成信號延時。

　　所以，要對齊低音單元和號筒驅(qū)動器(或高音單元)的信號，我們不僅要補償各個驅(qū)動器到箱體前部的物理距離差，還要補償分頻器、每個驅(qū)動器獨有的分頻后均衡濾波器以及作為聲學濾波器的音箱所造成的濾波器相位轉(zhuǎn)移延時。分頻前均衡濾波器不考慮在內(nèi)，因為它們給兩種驅(qū)動器造成同樣的延時。

　　現(xiàn)在，讓我們將新學的知識運用到實際工作中，對一個兩分頻音箱系統(tǒng)進行信號對齊。這個系統(tǒng)包括一個12英寸的低音單元(低頻部分)和一個90°x 40°的號筒/壓縮驅(qū)動器(高頻部分)。

　　開始之前，請確保兩個驅(qū)動器的極性絕對一致，或至少相關聯(lián)的極性必須一致?？赏ㄟ^多種方式檢查極性：(1)檢查接線;(2)在未啟用均衡器或分頻濾波器的情況下，對每個驅(qū)動器使用極性檢查器;(3)利用測量系統(tǒng)檢查首次正向震動的脈沖響應。

　　圖1  展示了低頻和高頻部分的單獨頻率響應。測量Mic放置在兩個驅(qū)動器的中心，距離為低音單元直徑的五倍。請注意，在添加24 dB/倍頻程(4階)Linkwitz-Riley分頻濾波器之前，我已經(jīng)通過EQ把每個部分頻率響應調(diào)節(jié)得比較平滑，在分頻點頻率也是這樣。

　　表1：使用24 dB/倍頻程Linkwitz-Riley分頻濾波器的獨立低頻&高頻響應，分頻點為1 kHz

　　我發(fā)現(xiàn)首先通過每個驅(qū)動器特有的分頻后濾波器，對驅(qū)動器進行均衡處理，可在高、低頻響應合并時，為分頻區(qū)域提供最平滑的頻率響應。這也可以讓分頻濾波器以更接近理論的理想方式合并在一起。

　　請注意，頻響曲線相交之處即聲學分頻頻率，為了進行信號對齊，若使用的是4階濾波器，交匯點應該在-6 dB處。要實現(xiàn)這個目標，必須保證每個驅(qū)動器的電平是一致的，然后調(diào)整電子分頻器的頻率，直至獲得所需的聲學結果。

　　本例中，我希望獲得1 kHz分頻點。為達到這個目標，最終兩個驅(qū)動器的電子分頻頻率為950 Hz。請記住，電子分頻頻率與均衡濾波器和聲學濾波器(即音箱)密切相關并受到它們的影響，均衡濾波器和聲學濾波器才能產(chǎn)生真正有用的聲學結果。

　　圖2  展示了兩個驅(qū)動器的組合頻響曲線，它疊置于低頻&高頻的獨立頻響曲線上。請注意分頻處的抵消和600Hz附近的小提升。11 dB的波谷表示需要對驅(qū)動器進行信號對齊，因為它們產(chǎn)生了異相的相同頻率，抵消了彼此的輸出。這無法通過均衡修補，因為它將同時影響兩個驅(qū)動器，同樣還會出現(xiàn)抵消。

　　圖2：兩個驅(qū)動器的組合頻率在分頻處由11 dB的波谷

　　圖3  增加了組合頻響的相位曲線。請注意相位曲線分頻處斜度的突然變化。這也表示，驅(qū)動器信號不對齊造成了頻響曲線的波谷。

　　圖3：從帶相位曲線的驅(qū)動器組合頻響圖中，可看到分頻處斜度的突然變化，顯示驅(qū)動器信號為對齊

　　在這個階段，大部分執(zhí)行信號對齊操作的工程師，將開始對最接近箱體前部的驅(qū)動器添加延時，并觀察相位曲線直至坡度變得盡可能直(“直”而不是“平”)。如果你的實時分析器(RTA)無法測量相位，那就太不幸了。這也會是一項非常乏味的任務，因為最后幾個延時步驟，對于相位對齊優(yōu)化的每一邊，看起來幾乎都一樣。

　　這對頻率響應而言可能無關緊要，但是這里的信號對齊還決定了分頻頻率處，軸上波瓣的指向。要使波瓣垂直于箱體正面，最好在測量Mic所在的位置，獲得最佳對齊設置。

　　要找到最精確的對齊設置，最簡便的方法可能是使用實時分析器。

　　反轉(zhuǎn)高頻驅(qū)動器的極性(“極性 ”，而不是“相位 ”)。然后開始為最接近箱體的驅(qū)動器增加延時——本例中，最接近箱體的驅(qū)動器是低音單元。

　　找到分頻處最大的抵消。不像前面將相位坡度弄直的方法，這個方法能輕松決定最大抵消處的延時步進。波谷可能有30至40 dB深，這個波谷即便在最佳延時的一步進之上或之下，都將小幾個dB。

　　圖4  對比了高頻反轉(zhuǎn)極性前后的組合響應曲線。很幸運，反轉(zhuǎn)極性的頻響曲線看起來非常平坦。

　　很多人到這里就止步，開始使用系統(tǒng)了。在DSP(數(shù)字信號處理)出現(xiàn)之前，人們確實經(jīng)常這么做。音箱系統(tǒng)內(nèi)置的無源分頻系統(tǒng)經(jīng)常是10dB/倍頻程(2階)分頻器。

　　圖4：驅(qū)動器極性相同的組合頻響曲線(波谷)與高頻驅(qū)動器極性反轉(zhuǎn)的組合頻響曲線(平坦)

　　2階分頻器在分頻點產(chǎn)生3 dB衰減，驅(qū)動器之間相位相差180度。反轉(zhuǎn)高頻部分的相位讓它們相位一致，在分頻處獲得3 dB的提升。很多帶無源分頻器的音箱都是這樣設計的。

　　這時，一個重要的問題是：你能聽出絕對極性和反轉(zhuǎn)極性信號之間的差別嗎?簡短的回答是：如果信號是非常不對稱的波形，你可以聽出差別;如果信號是非常對稱的波形，你無法聽出。

　　所以，除非你聽的只是長笛獨奏，否則你可能需要利用現(xiàn)代DSP功能，為兩個驅(qū)動器提供優(yōu)化的分頻，讓它們的極性保持一致。從圖5 可以看出，在高頻極性反轉(zhuǎn)的組合響應中，分頻頻率處的相位坡度稍有轉(zhuǎn)折，表示存在某種程度的不對齊。

　　圖5：高頻極性反轉(zhuǎn)的組合響應曲線。請注意分頻處相位曲線的小轉(zhuǎn)折

　　圖6 展示了高頻驅(qū)動器極性反轉(zhuǎn)時，找到分頻處抵消的過程。分頻處的波谷深37 dB，最佳低頻延時為0.417毫秒。請注意，它比最接近的0.396毫秒延時步進深10 dB。

　　圖6：高頻驅(qū)動器極性反轉(zhuǎn)時，找到最深的抵消

　　圖7  描述了最深抵消的相位曲線。這是一條完全垂直的直線，表示剛好處于180度異相。

　　圖7：最深抵消的相位坡度是一條垂直的直線，表示剛好處于180度異相

　　一旦找到高頻驅(qū)動器極性反轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生最深抵消的延時步進，只需將高頻驅(qū)動器的極性再次反轉(zhuǎn)即可。你的系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)信號對齊。

　　圖8 是最終結果。與圖5反轉(zhuǎn)高頻的響應曲線相比，本圖在分頻區(qū)域的相位曲線斜度更加直緩，低音單元在600Hz附近的響應曲線也沒有高頻抵消波谷。

　　圖8：高頻相位再次翻轉(zhuǎn)后的最終信號對齊

　　如果你擁有測量相位的測量系統(tǒng)，請確認最終的相位斜度是一條直線。這是為了防止對錯誤的驅(qū)動器增加延時，或在短波長的分頻頻率處對正確的驅(qū)動器360度延時太多或太少，而造成前后偏離一個頻率周期。最終的頻率響應可能看起來是一樣的。如果使用的實時分析器不帶相位測量功能，需特別注意這一點。