徐晓轶
中国传媒大学 北京100024
【摘要】本文从声波叠加原理出发，分别讨论梳状滤波效应在录音领域的规避与应用。
【关键词】梳状滤波效应；相干波；不相干波；镶边
一、声波的叠加
声音是大自然中存在的一种自然现象，在大多数情况下，会同时存在不止一个声源，这些声源可能来自不同的乐器，来自不同的人，也可能来自房间里的多个反射面，这就会产生声波的叠加。声波的叠加分为两大类：即相干声源的叠加和非相干声源的叠加。在产生相干声源叠加的情况时，声音是来自相关联的几个声源，即这几列声波的频率、振动方向是相同的，并且具有恒定的相位差。例如由声源附近的反射面反射产生的相干性，当延迟较短时，反射声就同原声非常近似，从而与原声产生很强的相干性。再比如由多个扬声器重放而产生的相干性。由于扬声器被馈给同一个信号源，并且扬声器互相在空间上存在一定的距离，因此可以认为由多只扬声器重放出的声音信号是具有相干性的。此时信号是简单的标量相加。在产生非相干声源叠加的情况时，声音是来自不相关联的几个声源，也就是说由这几个声源产生的声波在频率上有所不同，或者没有固定相位差。例如声音来自不同人、不同的乐器，或者来自同一声源但由于反射产生的延时足够长，使得第二个声源的音调、大小和波形等基本性质都与原声源不再相同，两个声音则不再具有相关性。此时的信号以RMS（均方根）值合成。
在这里我们主要讨论相干波叠加而形成的梳状滤波效应。
二、梳状滤波效应
如果有多个相关声源发生叠加，那么叠加各波的相位关系将决定叠加后的总声压。由于直达声和反射声到达振膜的距离不同，时间也就不同，从而产生了相位上的差异，当直达声与被反射面反射的反射声叠加后，其频率特性会被一个均匀出现峰谷的滤波器过滤，其实就是声波之间相互干涉所造成的振幅失真现象，这就是所谓的梳状滤波效应。
举个例子来说，我们假定滞后时间为1ms,1KHz声波有360度的相位差，
直达声与反射声是同相的，声压因二者叠加而加倍；500Hz声波有180度
相位差，此时输出由于直达声与反射声恰好反相抵消而为零。以此类推，振
膜的声压频率特性曲线会出现峰谷相间的像梳齿一样的形状，即出现了梳状
滤波效应。
在AB拾音制式中，两传声器的摆放有一定间隔，所以信号到达两传声器就会存在一定的由时间差导致的相位差，这也是帮助我们进行立体声重放声像定位的信息之一。但如果用AB拾音制式录制的立体声做单声道重放（通常是将左右信号进行简单叠加从而混合成为一个声道），往往会因为两个信号之间有相位差而导致我们不希望出现的梳状滤波效应。AB拾音制式的主要缺点之一就是梳状滤波效应使得其立体声/单声道的兼容性较差。
三、梳状滤波效应的规避
在会议桌面上或者舞台演出的拾音时，我们经常可以看到界面传声器，也把它叫做平板传声器。这种传声器的振膜靠近一块特制的声反射板，是一小型无指向性电容传声器。其振膜处于压力区域，即反射声与直达声相位几乎相同的区域，经反射板反射的反射声与直达声几乎同时到达传声器振膜，相位抵消现象可能被移到工作频段外，从而得到我们想要的平直频响，因此界面传声器在使用时是不存在梳状滤波效应的。同时，因为直达声与反射声的叠加且二者到达振膜的路程相等，界面传声器的灵敏度与普通传声器相比提高了6dB。另外，界面传声器不仅对反射面上各方向声波的灵敏度相同，而且音质不受声源移动的影响。
当传声器置于桌面上使用时，采用的如果不是界面传声器进行拾音，那就有可能产生梳状滤波效应。要减小这种效应带来的不良影响，可采取在桌面上铺上绒布以减少反射声或者让反射面与传声器拾音轴向偏开一定角度的方法，尽量减少对反射声的拾取。同样，监听扬声器在房间中的摆位问题是非常值得注意的，当直达声与经界面反射的反射声混合在一起，有可能也会出现我们不希望听到的变质的声音。例如，当扬声器距离监听者越远，它们距离侧墙及后墙也就会越近，从而会产生更多的梳状滤波效应。
当使用两只传声器拾取点声源时，应使两传声器的间距远小于传声器到声源的距离，或者将两传声器放在与声源相等距离的位置。在多声源、多传声器的情况下，我们应注意遵守3:1原则：为使各声源到达其他传声器的信号小于到达最近传声器的信号强度，规定各传声器之间的距离应至少等于各声源到最近传声器距离的3倍，以减少相互干涉。
四、梳状滤波效应的应用
我们不一定要在任何情况下都去规避梳状滤波这种效应，梳状滤波作为一种自然的声学现象，在音频领域有相当多的应用。我们知道，人耳对于不同的延时时间所感受到的效果是不一样的，当延时时间非常短时，就会产生基于梳状滤波效应的镶边效果。当我们把延时器的延时量控制在0．05～10 ms的范围内，并将延时信号与干信号进行等比例电平混合时，就会在某些频率上产生信号抵消的现象，产生梳状滤波器效应，并同时让延时时间上下波动，从而产生扫频的效果。镶边可以分为正向镶边和反向镶边，正向镶边就是延时信号与直达声信号的极性相同，反向镶边就是二者极性不同。经常采用镶边效果的声源有很多，比如吉他和镲等乐器经过镶边处理的声音有回旋、缥缈和游移的感觉。披头士的作品当中很多都用到了镶边效果，最早在歌曲中运用镶边效果的可以追溯到1958年Toni Fisher推出的歌单《The Big Hurt》，在这首歌曲中可以明显的听到用镶边效果做成的背景声，让整体多了些飘忽不定、迷幻的感觉。在科幻类的影片中，因为需要做出现实当中没有的想象出来的声音，经常会用到镶边效果。比如飞船经过的声音，这是现实当中没有的，需要创作者们想象并模拟出来的声音，不能直接运用现实当中已经存在的声音，这时就可以通过录制现实中飞机或汽车经过的声音然后再用镶边效果器使其具有特殊听感的这种方式制作出来，这样不仅具有较自然的运动感，而且还不容易被观众识别出来。
五、总结
无论是在生活中还是在录音专业领域，梳状滤波效应都是一种常见现象，正所谓所有的事物都有两面性，当我们对它有了充分认识后，我们对其不理想的一面进行规避，并对其独有特点进行挖掘利用，从而创造并掌握一种新的技巧。艺术本就是来源于生活又高于生活的，录音不仅仅是声音再现的手段，更是听觉艺术创作过程中至关重要的环节，了解并掌握基本声学现象，并对其合理规避和利用，相信一定能够创造出高水准的艺术作品。
参考文献：
【1】朱伟. 录音技术 [M] . 中国传媒大学出版社，2017.
【2】David M.Howard，Jamie Angus. 音乐声学与心理声学(第三版) [M] . 陈小平，译. 北京：人民邮电出版社，2010.
【3】Roey Izhaki. 混音指南 [M] .雷伟，译. 北京：人民邮电出版社，2010.