что такое фаза в музыке
Что такое фаза звука
Фаза звука – это положение звуковой волны относительно нулевого уровня (оси) в выбранный момент времени.
Для того чтобы понять, что такое фаза звука рассмотрим несколько примеров.
Возьмём две синусоидальных волны одинаковой частоты (два одинаковых аудиосигнала). Если эти сигналы будут звучать одновременно, то можно говорить о том, что они будут:
1.) В одной фазе;
2.) В противофазе;
3.) Один сигнал будет смещён относительно другого
Рассмотрим эти три случая.
Сигналы в фазе
Как Вы знаете, звуковая волна имеет подъёмы и спады. Так вот, если подъёмы и спады волны одного сигнала совпадают с подъёмами и спадами другого, то в таком случае говорят, что сигналы находятся в одной фазе.
В случае если два идентичных сигнала находятся в фазе, то громкость суммы этих сигналов увеличивается вдвое.
Сигналы в противофазе
В том случае если подъёмы и спады одного сигнала противоположны подъёмам и спадам другого, то говорят, что сигналы находятся в противофазе.
Противофаза – это явление когда подъём волны одного сигнала соответствует спаду волны другого сигнала.
Если два идентичных сигнала находятся в противофазе, то их суммарная громкость будет равна нулю.
Смещение фазы
Если подъёмы и спады волны одного сигнала немного смещены во времени относительно другого, то в этом случае говорят, что фазы двух сигналов смещены или имеют сдвиг по фазе.
Смещение фазы сигнала широко используется в синтезе. Однако не забывайте, что необходимо быть очень осторожным при сведении и следить за смещением фазы и противофазными явлениями. Особенно это касается низких частот, так как они имеют большую длину волны. Несовпадение фаз двух низкочастотных сигналов может вызвать искажение формы волны, что повлечёт за собой изменение тембра звука, его громкости и других негативных явлений. Именно по этой простой причине в танцевальной музыке широко применяется эффект «сайдчейн». Он позволяет избежать одновременного звучания двух низкочастотных сигналов (баса и бочки).
Фазовый сдвиг. Фаза сигнала.
Фазовый сдвиг – что это? А фаза звукового сигнала? Попробуем немного разобраться в этом вопросе. Не факт, что смогу ясно разъяснить этот вопрос, но примерное понятие должно получиться.
Пролог
Музыканты, меломаны, а так же, любители “хай-эндовского” звука, в разговорах между собой, часто используют, вроде бы всем понятные термины – спектр, фаза, частота, меандр, глубина и локализация сцены, и прочие узкозначимые слова. Но зачастую, даже некоторые из “знатоков”, до конца не могут понять, что же это на самом деле такое.
Такие понятия как – “Фазовый сдвиг” очень часто упоминаются при проектировании кроссоверов для акустики. Подробно про кроссоверы мы уже поговорили чуть ранее.
При наличии интернета выяснить тот или иной вопрос не составляет проблем. В отсутствии такового – можно сходить в библиотеку, найти пару реально научных книжек и почитать саму теорию. Но все нынче стали на столько занятые, что даже выуживать информацию из интернета – времени нет. Попробуем найти простое объяснение – что же такое “фазовый сдвиг”?
Что означают эти термины на самом деле? Можно ли “пощупать” их истинное значение? Да, однозначно, можно. Сейчас мы попробуем разобраться в вопросе – “Что такое – фазовый сдвиг?”
Фаза сигнала
Для начала порассуждаем, что такое – “фаза сигнала”. Фаза сигнала никогда не существует сама по себе. Это виртуальное понятие. Вообще, можно сказать так: Фаза – это уровень сигнала в текущий момент времени, или иначе, – это уровень звукового давления в текущий момент времени в измеряемой точке пространства (к примеру, это место, где находится слушатель).
Вот картинка, изображающая звуковые волны в фазе. К примеру, звуковые сигналы двух каналов нашей акустики совпадают. В этом случае, музыка звучит чётко, без каких либо искажений. В музыкальном произведении можно услышать все задействованные инструменты, которые звукорежиссер слышал при записи. Имеется некая область звукового давления, где ощущается “эффект присутствия” – это то, о чем спорят меломаны и аудиофилы. Иными словами – получаем ожидаемый звук и впечатления.
На следующей картинке ниже, фаза смещена на 90 градусов, или на четверть фазы. Этот эффект можно услышать в виде небольшого эха. Это может и не связано с оборудованием самой комнаты. Эффект звуковой задержки с небольшим смещением фазы вносит некую сумятицу в музыку, теряется “картинка”, исполнители “уходят в разные стороны”, появляется ощущение, что находишься в огромном зале с каменными стенами. Звуки становятся не естественными, искаженными.
Далее, мы наблюдаем смещение фаз на 180 градусов. То есть, акустика в этом случае играет в противофазе. Чуть ниже подробно об этом. В данном случае, общая “звуковая картина” на столько становится не понятной, что слушать музыку становится просто не интересно и противно. Звуки становятся “ватные”, многие часты просто могут отсутствовать, хотя они и воспроизводятся колонками. Может сложиться такое впечатление, что слушаешь музыку в завязанной шапке-ушанке.
Далее, немного теории без научных выкладок.
К примеру, слушая, сидя у себя дома, свои акустические системы, мы слышим, как они порождают в районе дивана те или иные переменные звуковые давления. Звуковые волны складываются друг с другом. Эти волны имеют разные частоты и амплитуду. Они то нарастают, то убывают.
Противофаза
А теперь предположим, что давления от обоих колонок (звуковые волны) изменяются одинаково, но имеют противоположную направленность. То есть, одна колонка излучает “плюсовые” волны, а другая колонка – “минусовые”. Это может случиться, когда слушатель, случайно, перепутал клеммы подключения одного из каналов (левый канал например).
Немного проще. Динамики правой колонки играют вперёд, а динамики в левой колонке играют назад, одновременно пытаясь воспроизводить одну и туже частоту. Одна колонка создаёт давление, скажем, 1 Паскаль, а другая – минус 1 Паскаль. Такой эффект называется – противофаза.
Общая громкость звука в том месте, где находится слушатель, теоретически, должна стремится к нулю, но это не означает, что какой либо звук вообще будет не слышно. В этом случае, может сильно поломаться “звуковая сцена”, “картинка” музыкального произведения, а в каком либо месте помещения звук реально будет затухать, но не совсем. Звук станет “смазанным” и исчезнут некоторые частотные составляющие из общего звукового сигнала.
Не будем вдаваться в непростую научную формулировку, приводя формулы. Можно сказать так, что из второй колонки звук доходит к слушателю, но с задержкой по времени (не забываем, что сигнал на колонки подаётся одинаковый!). И задержка в этом случае получается именно 180 градусов. Почему так? Попробуем разобраться на картинке, нагляднее – понятнее.
360 градусов – длина периода сигнала (Фаза), 180 градусов – половина периода сигнала.
Фазовый сдвиг
А теперь, мы дошли до момента, когда можно уже разобрать вопрос – “Что такое – фазовый сдвиг?”
Фаза — это временная связь двух сигналов. И в течении периода колебания меняется от 0 до 360 градусов. Потом опять – от 0 до 360, и так далее. Можно сказать, что это мгновенный уровень сигнала в определенной точке времени внутри периода. Саму фазу мы не слышим, но слышим фазовый сдвиг одного сигнала относительно другого.
Вики про это говорит так: Сдвиг фаз — это разность между начальными фазами двух переменных величин, изменяющихся во времени периодически с одинаковой частотой.
Фазовый сдвиг является безмерной величиной и измеряется в градусах или долях периода.
Вывод
Предположим, вы подключили два динамика к выходу усилителя (пусть физически это будут ваши акустические системы). Один динамик как положено – плюс на плюс, минус на минус. А второй, перепутали и он получился подключенным плюс на минус и минус на плюс. Включив усилитель, что мы услышим? Вероятнее всего – жалкое подобие звука. Один динамик будет как-бы гасить сигнал другого своими звуковыми волнами.
На картинках ниже будет нагляднее. Представим, что это мы видим на экране осциллографа, который измеряет сигналы левого и правого каналов вашего усилителя.
На первой картинке левый и правый канал – в фазе. Сигнал одинаков в обоих каналах. Линии идеально повторяют сигнал. У них синхронная амплитуда на всем протяжении. Тут можно сказать, что сигналы находятся «в фазе». Если практически, то суммирующий уровень сигнала будет усиливаться сигналами левого и правого каналов.
Вторая картинка демонстрирует осциллограмму полного не совпадения. “Горб” левого канала по времени совпадает с “ямой” правого. Чисто по школьной физике – в результате сложения таких колебаний, в идеале, получится ноль. Эти сигналы будут взаимно подавлять друг друга. Сигналы в противофазе.
Фазовый сдвиг подразумевает запаздывание первого сигнала по времени относительно второго.
При двух гармонических колебаниях одной частоты результатом сдвига фаз будет частичное ослабление сигнала. Степень ослабления результирующего сигнала будет зависеть как раз от этого самого сдвига фаз. В предельном случае (в противофазе), на выходе получится абсолютный ноль.
Все эти картинки и рассуждения, о физических свойствах звуковых волн, отдаленно относятся к практике, к реальности. Звуки любого музыкального инструмента нельзя назвать – “одночастотным сигналом” (как осциллограмма на картинках). Частичный сдвиг фаз может ослаблять одни частоты по сравнению с другими. А иногда, усиливать некоторые из них.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Противофаза звука. Фазовое смещение. Проблемы с фазой.
Что такое фаза?
Первоисточник и графика: Алексей Данилов
Часто нам приходится слышать такие выражения, как «фазовое сложение», «противофаза», «проблемы с фазой», но каждый ли новичок в вопросе сведения и записи музыки понимает, о чем идет речь? Нет. Но ведь проблемы с фазой — вещь достаточно неприятная, и нужно, во первых, научиться определять эти проблемы, во-вторых, научиться их устранять, ведь каждая проблема должна быть ликвидирована. Давайте разбираться.
Итак, давайте начнем с определения понятия фазы. Можно провести несколько аналогий с такими понятиями, как «фаза в личной жизни», «фаза луны», «фаза экономического цикла» — все эти термины означают динамику развития, а в отдельно взятый момент времени — стадию развития. Так же и звуковая волна, динамично развиваясь, формирует некоторую закономерность отклонений от нулевой оси, ведь, как нам известно, звуковая волна представляет собой гармоническое колебание. Фаза — это стадия волны относительно нулевой оси в данный момент времени.
Проблемы с фазой при сведении двух звуковых дорожек
Фаза, при которой происходит смена восходящего движения нисходящим, или наоборот, называется пиком. Следует помнить, что звук — явление физическое, и для него не существует отрицательных значений. Нижний пик, если так можно выразиться, — это такой же звук. Разнонаправленные пики, одинаковые по высоте, имеют одинаковую громкость сами по себе, но в момент сложения двух сигналов с разнонаправленными пиками их сложение дает не увеличение громкости, а наоборот. Такое явление называется противофазой, т.е. когда фаза первой волны противоположна фазе второй относительно нуля децибел.
В простейшем случае проблема с фазой решается одним нажатием кнопки, предусмотренной специально для таких случаев в большинстве современных секвенсоров. В данном случае противоположные фазы складываются и громкость увеличивается. Но это справедливо для примера, в котором протифоваза идет на протяжении всей длины. Особенно неприятны случаи, когда дорожки разнородны, то есть 10 секунд идет противофаза, а следующие 10 фазы складываются — такую задачу нажатием одной кнопки уже не решить. Именно с избавлением от таких проблем связано большинство рекомендаций по записи ритмической основы (бас, бочка, рабочий) в моно.
Примеры комбинаций фаз
Сложение фаз
На рисунке видно, что фазы направлены в одну сторону, а значит складываются. Это идеальная картина.
Противофаза
Те же самые волны, только по маркеру можно видеть, что пики у них разнонаправлены. Это называется противофаза. Каждая из этих дорожек по отдельности воспроизведет звук, вместе они не воспроизведут ничего. Мы будем слышать тишину в каждой точке волны.
Частичное сложение после параметрического эквалайзера
На рисунке также показана противофаза, но с одним отличием: нижний файл обработан параметрическим эквалайзером, соответственно его звучание изменилось. Вместе со звучанием изменилось графическое представление. Однако, пусть и видоизмененный, но это все также звук, похожий на волну верхней дорожки. Т.е. если сложить их, то полного вычитания не произойдет, как в случае строгой противофазы. При сложении мы все же получим какую-то часть звука, но это будет совершенно не то, что хотелось бы получить.
Инвертирование с использованием параметрического эквалайзера
При инвертировании второй дорожки наши сигналы сложатся, но с тембральным искажением, так как на второй дорожке использовался эквалайзер.
Фазовое смещение
Самый коварный случай. Данный случай фазовых неприятностей выявить сложнее всего. На первый взгляд, пики направлены в одну сторону, но если присмотреться к маркеру, то можно увидеть, что вершины пиков смещены. Это приводит к эффекту «фленджера», который дает замутненный сигнал. Эффект фленджера часто используется на гитарах, синтезаторе, даже голосе, но если эффект возник по недосмотру — это брак.
Первоисточник и графика: Алексей Данилов
В фазе или противофазе? Фаза звукового сигнала
Не хочешь смотреть рекламу? Зарегистрируйся!
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? =)
Не хочешь смотреть рекламу? Зарегистрируйся!
Фаза звукового сигнала — что это такое?
Звуковой сигнал можно изобразить в виде волны. В случае совпадения пиков и спадов двух волн говорят, что они в фазе. Пример, где в одной фазе четыре волны:
Несовпадение пиков и спадов волн называется фазовым сдвигом или смещением фазы:
На рисунке выше видно, как эти волны сдвинуты относительно друг друга. Это два сигнала, имеющие одинаковую частоту колебания, но сдвинутые по времени. Исправить данную проблему можно, сместив один сигнал к другому так, чтобы их фазы совпали.
Сигналы в фазе только тогда, когда фазы их обоих совпадают.
Существует еще одно явление, называемое противофазой, что подразумевает противоположность фазы одного сигнала фазе другого.
В одном и том же месте у одного сигнала на волновой форме находится пик, а у другого виден спад:
Фазовый сдвиг может появиться при записи одного источника звука с помощью двух микрофонов.
Сдвиг приведет к появлению в звучании характерных искажений и перепадов громкости, а сдвиг фазы на 180 градусов (противофаза) — к полному исчезновению звука при воспроизведении в моно.
Смещение фазы можно проверить с помощью воспроизведения строго по центру панорамы двух сигналов с одинаковой громкостью и последующего медленного повышения громкости одного из них.
Если при этом будет наблюдаться не нарастание общей громкости двух сигналов, а ее понижение, то можно с уверенностью говорить о сдвиге сигналов между собой по фазе.