В фазе или противофазе? Фаза звукового сигнала

Доброго всем времени суток!

Сегодня отчего-то захотелось поговорить о такой немаловажной штуке, как фаза аудио-сигнала. Так, освежим школьный курс физики применительно к нашим гитарным и, вообще, звуковым делам.


Если вспомнить школьный курс физики, а именно раздел, посвященный гармоническим колебаниям, то из глубин памяти можно выудить, что фаза – это аргумент периодической функции, который отвечает за то, какая будет амплитуда сигнала в определенный момент времени.

Что нам это дает с музыкальной точки зрения? И где же стоит искать проблемы с этой пресловутой фазой?

Допустим, мы записываем гитару, снимая звук с комбика двумя микрофонами, сигнал с которых микшируем, затем в один канал. Вот тут, при суммировании двух сигналов и могут возникнуть проблемы с фазой.

Вариант первый. Сигналы приходят в фазе.

На экране осциллографа это будет выглядеть примерно так.



Видно, что сигналы идеально повторяют друг друга, т.е. «пики и впадины» амплитуд двух сигналов идут синхронно во времени. Это и означает, что сигналы «в фазе». С практической точки зрения это будет означать, что сигналы будут усиливать друг друга. И в идеальном случае амплитуда результирующего сигнала будет представлять собой сумму амплитуд каждого из них.



Такой случай нам, собственно, ничем не грозит, а даже наоборот – это то, к чему стоит стремиться в большинстве случаев.

Вариант второй. Сигналы в противофазе.

Этот случай прямо противоположенный первому.



Видно, что там, где «пик» первого сигнала, там же и «впадина» у второго. Не трудно догадаться, что результатом сложения таких колебаний в идеальном случае будет полный ноль, т.е. взаимное подавление обоих сигналов.



Случай, надо сказать, самый поганый, и которого, стоит избегать.

Вариант третий. Фазовый сдвиг.

Так говорят, когда первый сигнал запаздывает по времени относительно второго.



Еще говорят, что сигналы «частично не в фазе». В случае двух гармонических колебаний одной частоты (на практике, это примерно, как сферический конь в вакууме), сдвиг фаз будет приводить к частичному ослаблению сигнала. А то, насколько ослабится результирующий сигнал, как раз будет зависеть от этого самого сдвига фаз. В предельном случае (см. Вариант 2), на выходе будет полный ноль.



Все эти картинки имеют лишь отдаленное отношение к практике, т.к. обычно мы имеем дело не с одночастотным сигналом. В звуке гитары (да и любого другого инструмента) довольно много гармоник (читай частот) и обертонов (тоже читай частот). Поэтому при частичном сдвиге фаз некоторые частоты будут ослабляться больше, чем другие, а иные могут быть даже усилены. Как не трудно догадаться все зависит от сдвига фаз (разности фаз) между конкретными гармониками.

Кстати, именно на этом принципе – усиление одних частот и ослабление других, основан всем нам известный гитарный эффект – фэйзер (phaser). Конечно, схему сдабривают частотными фильтрами, цепями обратной связи и смешиванием обработанного и не обработанного сигнала, но основной принцип именно тот – сдвиг фаз.

Вообще, фазовые дела могут доставить довольно много неприятностей. Это хорошо если у вас всего два микрофона, в этом случае можно просто поиграть расстоянием от источника звука до миков и найти те положения при которых сигналы от них приходят в фазе. А представьте, что вам надо подзвучить сцену? Или барабаны на реп. точке?

Кстати, на многих преампах для микрофонов есть переключатель полярности сигналов. По физическим принципам к фазе это никакого отношения не имеет, но вот эффект может дать точно такой же, как в вариантах 1 и 2. Только совпадение или несовпадение «пиков» и «впадин» сигналов будет зависеть не от их разности фаз, а от полярности сигналов. Однако, раз эффект это дает такой же, поэтому инвертирование сигналов можно использовать при проблемах с фазой. Другое дело, что это может помочь, а может и не помочь.

Еще одним решением проблемы может стать коррекция фазы уже записанного сигнала в любимой программе звукозаписи, благо сейчас цифровая обработка позволяет творить чудеса.

На слух фазовое несовпадение сигналов можно определить по характерной потере яркости звука, его «истощению». Если чувствуете, что со звуком твориться что-то не то и симптому совпадают с вышеперечисленными, то можно попробовать поиграть с фазой.

Фазовые проблемы могут возникнуть не только при снятии звука микрофонами. Вот человек включает фэйзер в параллельный разрыв на комбике и что? Судя по симптомам, имеет фазовые проблемы, т.к. фэйзер сам по себе сдвигает фазу исходного сигнала, а потом смешивает ее с необработанным, плюс еще параллельная петля… Итог закономерен – звучит хреново.

Надеюсь, что доступно объяснил, что такое фаза сигнала и, с чем ее едят? =)