什么是音频中的相位?了解基础知识

什么是音频中的相位?了解基础知识 什么是音频中的相位?了解基础知识

并非所有声波都是相同的,即使是两个相似的信号,在响度和音调上也会有细微差别。然而,有些声波是相同的(或几乎相同),当它们叠加在一起时,就会出现音频相位。但究竟什么是音频相位呢?

音频相位是一种很难理解的现象。不过,一旦你掌握了它,就能将你的制作提升到一个全新的水平。在本文中,我们将介绍音频相位的基础知识、其重要性以及如何解决制作中的相位问题。

什么是音频中的 "相位"?

什么是音频中的相位

音频相位表示特定声波中的一个时间点。声波由三个主要部分组成:振幅、波长和频率:

声相

振幅指的是声波在特定时间点的响度;对于完全对称和重复的声波(如上图所示的正弦波),波长测量的是沿周期两个相等振幅之间的距离;频率(又称 "音高")是声波沿周期每秒重复的次数。

声波的相位会告诉我们在这个周期中的具体位置。在音频制作中,两个或多个波形之间的关系才是真正重要的;单一声波的绝对相位并不重要,原因我们将在下文讨论。

为什么分阶段很重要?

音频混音的关键在于将各不相同但又具有凝聚力的元素结合在一起,使每个组成部分都能按照艺术家、制作人和工程师的意图进行混音。因此,你需要处理无数的声波,这些声波在频率、振幅、谐波泛音等方面各不相同。

必然会发生的情况是,一些波在不同的时间点上会相位相冲。当两个信号 "同相 "时,它们的振幅(即波峰和波谷)会重合。了解相位对于优化混音至关重要。相位问题是许多混音问题的根源,对整体音效有重大影响。

当波浪碰撞

简单来说,想象两个完全对称且重复的正弦波,一个在左声道,一个在右声道。当两半波完全对齐时,它们的振幅在时间上是相同的,也就是说,你在两边听到的声音是一样的。

相位音频

将这些声道组合在一起同时播放,就会产生所谓的 "建设性干扰",因为这些同相波的组合会使振幅加倍。相反,如果这些声道完全 "不同相位"(即一个声道波的最低振幅发生在另一个声道波最响亮的时候),它们的波峰和波谷就会相互抵消。这就是所谓的 "破坏性干扰 "或 "相位抵消"。

音频中的相位如何在实际中发挥作用

上面描述的确切情况在现实世界中并不常见,因为您要处理的并不是这些完美的基本声波,但理论仍然适用。无论您是使用单个麦克风录制单个乐器还是多个麦克风录制多个乐器,相位都是一个不容忽视的因素。

在原声鼓上叠加采样、在相似音轨上使用不同插件、应用并行处理等情况下,相位交互也会发挥作用。

简单地说,音频相位是两个或更多信号组合时的一个因素,这些信号的关联性越强,相位就越重要。

如果使用两个独立的麦克风对乐器进行录音(立体声录音),则输入的基频(即演奏的音符)在每个声道中都是相同的。

然而,由于每个麦克风的空间位置不同,不同的泛音会在不同的时间进入每个麦克风。因此,每个声道的声波在某些方面是相似的,但在另一些方面是不同的。

根据两个通道之间的相位关系,不同的频率可能会被增强、减弱或几乎抵消。可以想象,如果再引入一个或多个麦克风,情况就会变得更加复杂,出现相位问题的几率也会增加。

如果两个麦克风朝向相反,其中一个必须反相,以消除音频抵消(即静音)。

鼓的困境

相位声

在录制鼓声时,相位问题往往很严重。毕竟,大多数现代鼓声录音都需要至少 5 支麦克风(或多达 20 支)来捕捉每个组件、整个套件和房间反射。

此外,铙钹的共振频率较高,小军鼓踢踏鼓通常需要两个麦克风来捕捉其较低和较高的频率,这也是没有用的。如果您对话筒的位置/配置缺乏战略性,您的初始鼓组录音就会变得一团糟,几乎无法混音。

幸运的是,在录音过程中,无论您是在跟踪鼓声、原声吉他还是其他乐器,一些现代麦克风上配备的便捷式 "相位翻转"(极性反转)开关都能快速解决相位抵消问题。

阶段反思

立体声录音并不是造成相位问题的唯一原因。即使你只对一个声道录音,也会遇到相位问题,特别是如果你的录音空间没有经过适当处理。声波很容易从声学反射表面反弹回来。这些混响本质上是对初始声音的复制,在一定时间后会传回另一个更安静、音调更独特的版本,这取决于您与表面的距离、房间的大小和形状等。

如果这些反射的时间恰到好处,麦克风捕捉时就会产生破坏性或建设性干扰,从而改变音调和音量。故意使用延迟和混响效果也会造成相位问题。

更复杂的情况是,即使录音本身没有相位问题,您也可能在重放录音时听到相位问题。如果扬声器本身 "失相",即极性接线不当,就会出现这种问题。

如何查找音频相位问题

音频相位

随着耳朵的发育,您将能够听到相位发生时的声音。当然,仅靠人耳并不能轻易识别所有的相位问题,因此其他工具和技术就派上了用场。

用单声道而非立体声聆听混音(和特定音轨)可以发现某些相位问题。如果将混音压缩成单声道后,您发现声音变得更加沉闷或单薄,那么您可能遇到了相位抵消问题。

同样,在单声道混音时,如果信号从中间消失,但仍在左右声道,则很可能是音频相位失调。您还可以使用专为相位设计的可视化插件来识别音频相位问题(我们将在下一节详细介绍这些插件)。

如何修复或预防阶段性问题

相位问题的潜在根源如此之多,因此用知识、技巧和工具武装自己,帮助自己预防和解决这些问题至关重要。

了解麦克风放置的 3:1 比例

此方法适用于使用两个麦克风时;第二个麦克风应放置在距离初始麦克风三倍远的地方,即初始麦克风距离录音音源三倍远的地方。如果一个麦克风距离吉他音孔六英寸,那么第二个麦克风就应该距离另一个麦克风 18 英寸(1.5 英尺)。

这个技巧并不总能奏效,可能还需要进行一些调整,但这是一个很好的起点,可以在使用两个麦克风录音时尽量减少相位问题。

中间/两侧录音技术旨在最大限度地减少潜在的相位问题。

单声道混合

考虑到大多数音轨都将以立体声聆听,以单声道混音似乎有违直觉。不过,如上所述,有些相位抵消的情况在回听立体声时可能会被忽视--在混音时将音轨以不同的间隔带入单声道,可以发现你可能忽略的相位问题。

简而言之,单声道混音可以帮助你进一步了解混音的整体背景,并帮助你在返回立体声之前清除混音中的任何杂音。

使用音频相位插件

除了正确放置麦克风和进行单声道混音外,您还可以使用各种插件来解决相位干扰问题,并轻松直观地看到这些时刻发生了什么。

幸运的是,现在有很多相位修正工具可供使用。一些典型的例子包括 Waves 的 InPhase 插件、Little Labs 的 In-Between Phase 和 Eventide Precision Time Align。

如果你的耳朵能够很好地识别相位问题,只需将音轨向左或向右移动一点点,也能解决相位问题。这一招并不总能奏效,尤其是在音轨严格按照网格排列的情况下。

移动波形

解决相位问题的最基本方法可能就是简单地将相似的波形移动到合适的位置。如果两个类似信号的波形没有对齐,必然会出现相位问题,因此只需在时间轴上将其中一个波形向左或向右移动即可快速解决。

Sound Radix 的 Auto-Align 插件和 Melda Productions 的 MAutioAlign 是两种常用的对齐方式。

利用相位优势

反相音频

到目前为止,我们主要将相位干扰作为需要解决的问题来讨论。事实上,相位抵消本质上并不是一件坏事,而只是一种声学假象,您可以通过多种方式加以处理。当然,避开或纠正相位抵消是解决这一现象的一种方法。

不过,如果你知道自己在做什么,想要从混音中得到什么,就可以将相位消除作为另一种混音工具。

例如,操纵吉他音轨之间的相位关系可以让你塑造出音轨的音色(任何乐器或人声的音色也是如此),类似于滤波器均衡器。特定的设备(如 Neve Portico 5016 和 Radial 的 Phazer)包含移相电路,让你可以选择你想要提升的某些频率,同时还能抵消这些频率,从而实现独特的音调塑造可能性。

总结:这只是一个阶段

我们每个人都会经历相位,每个声波也是如此。因此,相位问题会出现在您的任何作品中。重要的是了解为什么会出现这些干扰以及如何解决。

对音频相位了解得越多,关注得越多,混音效果就会越好,将立体声音轨转换成单声道时遇到的意外也会越少。因此,请提高警惕,利用现有的知识和工具,尽量不要被相位所困扰。

阶段常见问题

对音频相位还有疑问?让我们来回答一些常见问题。

什么是相位音乐?

相位音乐有意利用相位的特性作为作曲工具。相位音乐通常将简约、相似的声音(即音符)与频率、音调和/或节奏的细微变化结合在一起,以产生回声、延迟、镶边、相位等效果。

什么是混合中的分阶段?

在混音过程中,当相同或相关的信号之间存在轻微的时间延迟时,就会出现相位差。这种相位可能会导致音调和音量发生不想要的变化,但也可以创造性地加以利用。

如何诊断相位问题?

您可以通过培养自己的听力、单声道混音以及使用专为捕捉相位而设计的插件来识别音乐中的相位问题。

什么是梳状过滤器?

梳状滤波是一种相位差,当信号在短时间内与自身相加时,会产生建设性和破坏性干扰--通常是由于室内反射和/或立体声录音时产生的。这种现象的名称来源于它与梳子的相似之处。

人耳能听到相位吗?

虽然人耳无法辨别波形的绝对相位,但有时对相对相位很敏感。例如,当两个相同的正弦波组合在一起时(因为这会产生更大的噪音),或者在信号中加入相位效果时,很多人都会注意到声音的偏移。

如何知道两个波是否同相?

从视觉上看,当两个波形的振幅(波峰和波谷)在时间轴上排成一行时,它们就是同相的。

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