從上世紀(jì)80年代早期開始，“時(shí)間對(duì)齊”這個(gè)詞就被翻來覆去地拿來討論，但是人們對(duì)它的理解一直不甚精確。

　　其實(shí)，人們?cè)缇妥⒁獾竭@個(gè)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(chǎng)景中，從高頻號(hào)筒和從折疊號(hào)筒低頻單元傳出的踏步聲有不同的到達(dá)時(shí)間。

　　從此，設(shè)計(jì)師竭盡全力對(duì)音箱進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊。“時(shí)間對(duì)齊”(time alignment)是E. M. Long公司的商標(biāo)，為了方便討論，我們將使用通用術(shù)語“信號(hào)對(duì)齊”(signal alignment)，來避免一直使用 ^® 和™等標(biāo)志。

　　很多人認(rèn)為，對(duì)音箱內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行信號(hào)對(duì)齊，其實(shí)就是測(cè)量出各個(gè)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器添加相應(yīng)的延時(shí)，這樣所有驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)就能正確對(duì)齊了。

　　然而，這并不準(zhǔn)確!要對(duì)齊高頻和低頻驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)，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(dāng)于一個(gè)波長(zhǎng)，波長(zhǎng)可以通過距離或時(shí)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(shí)長(zhǎng)的信號(hào)延時(shí)表示。

　　比如，1000 Hz表示每秒循環(huán)1000個(gè)周期，所以一個(gè)波長(zhǎng)(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(dāng)于1毫秒延時(shí)，180度相位轉(zhuǎn)移(1/2波長(zhǎng))相當(dāng)于0.5毫秒延時(shí)，90度(1/4波長(zhǎng))相當(dāng)于0.25毫秒延時(shí)。而對(duì)于2 kHz，由于一個(gè)周期的波長(zhǎng)只有1 kHz的一半，因此相位轉(zhuǎn)移的延時(shí)時(shí)間也是1 kHz的一半。以此計(jì)算， 20 Hz的180度相位轉(zhuǎn)移(1/2波長(zhǎng))相當(dāng)于25毫秒延時(shí)或28.25英尺(以音速計(jì)算)。

　　實(shí)際應(yīng)用

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

　　所以，要對(duì)齊低音單元和號(hào)筒驅(qū)動(dòng)器(或高音單元)的信號(hào)，我們不僅要補(bǔ)償各個(gè)驅(qū)動(dòng)器到箱體前部的物理距離差，還要補(bǔ)償分頻器、每個(gè)驅(qū)動(dòng)器獨(dú)有的分頻后均衡濾波器以及作為聲學(xué)濾波器的音箱所造成的濾波器相位轉(zhuǎn)移延時(shí)。分頻前均衡濾波器不考慮在內(nèi)，因?yàn)樗鼈兘o兩種驅(qū)動(dòng)器造成同樣的延時(shí)。

　　現(xiàn)在，讓我們將新學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際工作中，對(duì)一個(gè)兩分頻音箱系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)對(duì)齊。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)12英寸的低音單元(低頻部分)和一個(gè)90°x 40°的號(hào)筒/壓縮驅(qū)動(dòng)器(高頻部分)。

　　開始之前，請(qǐng)確保兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的極性絕對(duì)一致，或至少相關(guān)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(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)器使用極性檢查器;(3)利用測(cè)量系統(tǒng)檢查首次正向震動(dòng)的脈沖響應(yīng)。

　　圖1  展示了低頻和高頻部分的單獨(dú)頻率響應(yīng)。測(cè)量Mic放置在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的中心，距離為低音單元直徑的五倍。請(qǐng)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(gè)部分頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)得比較平滑，在分頻點(diǎn)頻率也是這樣。

　　表1：使用24 dB/倍頻程Linkwitz-Riley分頻濾波器的獨(dú)立低頻&高頻響應(yīng)，分頻點(diǎn)為1 kHz

　　我發(fā)現(xiàn)首先通過每個(gè)驅(qū)動(dòng)器特有的分頻后濾波器，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行均衡處理，可在高、低頻響應(yīng)合并時(shí)，為分頻區(qū)域提供最平滑的頻率響應(yīng)。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(qǐng)注意，頻響曲線相交之處即聲學(xué)分頻頻率，為了進(jìn)行信號(hào)對(duì)齊，若使用的是4階濾波器，交匯點(diǎn)應(yīng)該在-6 dB處。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須保證每個(gè)驅(qū)動(dòng)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(xué)結(jié)果。

　　本例中，我希望獲得1 kHz分頻點(diǎn)。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，最終兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電子分頻頻率為950 Hz。請(qǐng)記住，電子分頻頻率與均衡濾波器和聲學(xué)濾波器(即音箱)密切相關(guān)并受到它們的影響，均衡濾波器和聲學(xué)濾波器才能產(chǎn)生真正有用的聲學(xué)結(jié)果。

　　圖2  展示了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的組合頻響曲線，它疊置于低頻&高頻的獨(dú)立頻響曲線上。請(qǐng)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(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行信號(hào)對(duì)齊，因?yàn)樗鼈儺a(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(bǔ)，因?yàn)樗鼘⑼瑫r(shí)影響兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器，同樣還會(huì)出現(xiàn)抵消。

　　圖2：兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(qǐng)注意相位曲線分頻處斜度的突然變化。這也表示，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)不對(duì)齊造成了頻響曲線的波谷。

　　圖3：從帶相位曲線的驅(qū)動(dòng)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(dòng)器信號(hào)為對(duì)齊

　　在這個(gè)階段，大部分執(zhí)行信號(hào)對(duì)齊操作的工程師，將開始對(duì)最接近箱體前部的驅(qū)動(dòng)器添加延時(shí)，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(shí)時(shí)分析器(RTA)無法測(cè)量相位，那就太不幸了。這也會(huì)是一項(xiàng)非常乏味的任務(wù)，因?yàn)樽詈髱讉€(gè)延時(shí)步驟，對(duì)于相位對(duì)齊優(yōu)化的每一邊，看起來幾乎都一樣。

　　這對(duì)頻率響應(yīng)而言可能無關(guān)緊要，但是這里的信號(hào)對(duì)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(cè)量Mic所在的位置，獲得最佳對(duì)齊設(shè)置。

　　要找到最精確的對(duì)齊設(shè)置，最簡(jiǎn)便的方法可能是使用實(shí)時(shí)分析器。

　　反轉(zhuǎn)高頻驅(qū)動(dòng)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(dòng)器增加延時(shí)——本例中，最接近箱體的驅(qū)動(dòng)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(gè)方法能輕松決定最大抵消處的延時(shí)步進(jìn)。波谷可能有30至40 dB深，這個(gè)波谷即便在最佳延時(shí)的一步進(jìn)之上或之下，都將小幾個(gè)dB。

　　圖4  對(duì)比了高頻反轉(zhuǎn)極性前后的組合響應(yīng)曲線。很幸運(yùn)，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(hào)處理)出現(xiàn)之前，人們確實(shí)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(dòng)器極性相同的組合頻響曲線(波谷)與高頻驅(qū)動(dòng)器極性反轉(zhuǎn)的組合頻響曲線(平坦)

　　2階分頻器在分頻點(diǎn)產(chǎn)生3 dB衰減，驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)的。

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

　　所以，除非你聽的只是長(zhǎng)笛獨(dú)奏，否則你可能需要利用現(xiàn)代DSP功能，為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(yīng)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(duì)齊。

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

　　圖6 展示了高頻驅(qū)動(dòng)器極性反轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)為0.417毫秒。請(qǐng)注意，它比最接近的0.396毫秒延時(shí)步進(jìn)深10 dB。

　　圖6：高頻驅(qū)動(dòng)器極性反轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)器極性反轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生最深抵消的延時(shí)步進(jìn)，只需將高頻驅(qū)動(dòng)器的極性再次反轉(zhuǎn)即可。你的系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)信號(hào)對(duì)齊。

　　圖8 是最終結(jié)果。與圖5反轉(zhuǎn)高頻的響應(yīng)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(yīng)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(hào)對(duì)齊

　　如果你擁有測(cè)量相位的測(cè)量系統(tǒng)，請(qǐng)確認(rèn)最終的相位斜度是一條直線。這是為了防止對(duì)錯(cuò)誤的驅(qū)動(dòng)器增加延時(shí)，或在短波長(zhǎng)的分頻頻率處對(duì)正確的驅(qū)動(dòng)器360度延時(shí)太多或太少，而造成前后偏離一個(gè)頻率周期。最終的頻率響應(yīng)可能看起來是一樣的。如果使用的實(shí)時(shí)分析器不帶相位測(cè)量功能，需特別注意這一點(diǎn)。