看不見的威脅 – 相位(Phase)問題

有個關於聲音的物理現象,我們可能想都沒有想過它會造成什麼問題,但它的破壞力的確是不可小覷!

什麼是相位?

我們知道,聲音是一種縱波、利用空氣傳遞。傳遞時會使介質有相對的位移,這就是波的「相位」(Phase)。而所謂相位造成的問題就是:當兩個波合成在一起時,彼此的相位會相互疊加或者抵消、因而產生音量上的變化。

若我們改用橫波的形式來說明,當兩個頻率相同的波要合成一個波時,有幾種情況:

  • 兩個波在每一點的相位都完全相同,此時合成後的波震幅會大一倍(音量變大),這種情況稱為 In Phase,指彼此的相位完全相符。如下圖第一種情況
  • 兩個波在每一點的相位完全相反,所以兩個波的相位會完全相互抵消、合成後波就消失了(Mute),這種情況稱為Out of phase,指彼此相位完全相反。如下圖第二種情況
  • 最後、也是最常見的則是,以上兩種情況以外的情況:相位並非完全相同也並非完全相反。此時兩個波合成後會部分被抵消(音量變小),這種情況成為 Partial phase cancellation,指相位不完相同而有部分抵消。如下圖第三種情況

    04_phase_cancellation
    圖:College of Santa Fe Auditory Theory – Lecture 3

為何會有相位問題?

相位問題都是起因於波的「合成」,因此當同樣當兩個以上的訊號相遇時,就會有以上所說的三種情形發生,而我們特別在意的是任何相位不同而造成的抵消。其中有幾個常見的原因造成相位不相同:

  • 兩個聲音的源頭與某一點的距離不相同導致兩訊號有時間差:比如兩支監聽喇叭與左耳的距離不相等、立體聲收音、鼓組錄音時,小鼓的聲音同時被好幾隻距離不相同的麥克風收進去…
  • Chorus效果、Reverb效果
  • 收音方向相反:當小鼓上下都有麥克風收音時,通常兩個麥克風收到的訊號相位會幾乎相反
  • 接線的正負極相反、麥克風前級的設定問題:通常是會造成相位完全相反(out of phase)

距離不相同或者Chorus效果的delay通常都在25ms以下,因此受到最多影響的便是低頻,他們的波長較長,而25ms以下的delay剛好足以造成相位的差距。在實際的情況中,相位抵消聽起來就像是聲音變薄了,正因為部分低頻被抵消。

該如何處理相位問題?

如果是起因於訊號有時間差,則我們可以在DAW上面,“參考”顯示的波型,來進行調整、對準。又或者已經消除時間的差距,訊號的相位還是不相同,我們可以再試試使用Plugin將訊號的相位180度翻轉(Polarity flip)。而市面上也有plugin是專門處理相位問題,在上面可以同時調整時間差與相位翻轉。雖然我們不可能讓聲音完全in phase、也不容易判斷是否完全In phase,但可以依據聽起來如何來判斷是否需要修正相位的問題及如何修正,最後,下面是一個簡單的例子:經過修正的Snare聲音,明顯變得比較厚。

Snare 相位翻轉前:Snare的聲音稍薄


Snare 經相位翻轉後:Snare的聲音變厚

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