Teoрия семплироваания

Appearance

Глава 7. Фаза ​

«Два одинаковых сигнала могут полностью уничтожить друг друга. Причина — не громкость, а их взаимное положение во времени.»

🎯 После этой главы вы сможете ​

  • понять, что такое фаза;
  • разобраться, почему возникает фазовое вычитание;
  • понять, что такое конструктивная и деструктивная интерференция;
  • узнать, что такое comb filtering;
  • понять, почему фаза критически важна при записи и сведении.

Что такое фаза? ​

До этого момента мы рассматривали звук как волну.

Но у каждой волны есть ещё одно важное свойство —

её положение внутри одного периода.

Это и называется фазой.

Представьте колесо ​

Вообразите стрелку часов.

Она делает полный оборот.

Полный круг —

text
360°

Точно так же можно представить один период синусоиды.

Начало волны

text
0°

Половина периода

text
180°

Полный цикл

text
360°

После этого всё повторяется снова.

Две одинаковые синусоиды ​

Представим два одинаковых сигнала.

text
      /‾‾\      /‾‾\
_____/    \____/    \____

      /‾‾\      /‾‾\
_____/    \____/    \____

Они полностью совпадают.

Говорят,

что они находятся в фазе.

Что произойдёт? ​

Если сложить два одинаковых сигнала,

получится более громкий сигнал.

text
Амплитуда ↑

+

Амплитуда ↑

=

Большая амплитуда

Это называется

Конструктивная интерференция. ​

Теперь сдвинем один сигнал ​

Например,

на половину периода.

text
      /‾‾\      /‾‾\
_____/    \____/    \____

_____\    /____\    /____
      \__/      \__/

Теперь пики одного сигнала совпадают с впадинами другого.

Что произойдёт теперь? ​

При сложении

получим почти тишину.

text
+

=

────────────

Это называется

Деструктивная интерференция. ​

Почему так происходит? ​

Компьютер просто складывает значения семплов.

Например

text
0.50

+

-0.50

=

0

или

text
0.30

+

-0.30

=

0

Получается взаимная компенсация.

Фаза измеряется не только в градусах ​

Иногда удобнее говорить

о задержке.

Например

text
0.1 ms

или

text
25 samples

Для DSP это одно и то же явление.

Любая задержка означает изменение фазы.

Что такое Comb Filtering? ​

Представьте,

что один и тот же сигнал звучит дважды.

Второй сигнал задержан всего на

text
2 ms

При сложении

одни частоты усиливаются,

а другие ослабляются.

Спектр становится похожим на расчёску.

text
████

██

████

██

████

Именно поэтому эффект называется

Comb Filter.

Где встречается Comb Filtering? ​

Очень часто.

Например:

  • два микрофона записывают один источник;
  • двойная запись вокала;
  • отражение от стены;
  • стереопара;
  • неправильно выставленная задержка.

Почему эквалайзеры тоже влияют на фазу? ​

Большинство цифровых фильтров

не только изменяют уровень частот,

но и изменяют их фазу.

Именно поэтому существуют:

  • Minimum Phase EQ;
  • Linear Phase EQ.

Мы подробно разберём это позже.

Как увидеть фазовые проблемы? ​

Можно использовать:

  • корреляционный метр;
  • осциллограф;
  • анализатор стерео;
  • прослушивание микса в моно.

Если при переключении в моно звук становится заметно хуже,

стоит проверить фазовые соотношения.

Практический эксперимент ​

Создайте синусоиду.

Скопируйте дорожку.

На второй дорожке включите задержку

примерно на

text
1–3 ms

Теперь слушайте сумму.

Вы услышите,

как меняется тембр.

Это и есть влияние фазового сдвига.

Что должен понять продюсер ​

Фаза сама по себе не является "хорошей" или "плохой".

Она описывает взаимное положение волн.

Проблемы появляются тогда,

когда несколько похожих сигналов складываются между собой.

Именно тогда возникают взаимные усиления и ослабления отдельных частот.

Итоги главы ​

✅ Фаза показывает положение сигнала внутри периода.

✅ Два сигнала могут усиливать друг друга.

✅ Или почти полностью компенсировать.

✅ Даже небольшая задержка изменяет фазовые отношения.

✅ Comb Filtering возникает из-за сложения похожих сигналов с небольшой задержкой.

✅ Проверка микса в моно помогает обнаружить фазовые проблемы.

Что дальше? ​

Теперь, когда мы понимаем частоты, спектр, гармоники и фазу,

мы готовы перейти к одной из самых важных тем DSP —

цифровым фильтрам.

Именно они лежат в основе:

  • эквалайзеров;
  • кроссоверов;
  • анализаторов;
  • компрессоров;
  • синтезаторов.

После следующей главы станет понятно, что на самом деле происходит, когда вы двигаете ручку эквалайзера.