Zniekształcenia fazowe

Grafika poniżej ilustruje przesunięcie fazy dwu sinusoid.

Do określenia przesunięcia faz używa się miary kątowej. 

Zniekształcenia fazy są w obszarze sprzętu odtwarzającego dźwięk powodem dużego zamieszania. Dotyczy to rzekomej wrażliwości słuchu na takie zniekształcenia. Nawet istnieje firma produkująca sprzęt, który ma charakteryzować minimalne zaburzenia fazy przetwarzanego sygnału.

Niewrażliwość słuchu na przesunięcie czy zniekształcenie fazy można sprawdzić w prosty sposób używając programowego jej przesuwania. Czyli wystarczy włączyć program, który wprowadzi w kontrolowany sposób przesunięcia fazy do sygnału i można stwierdzić, że się tego nie daje usłyszeć.

Nie może być inaczej niż właśnie tak, że słuch jest zupełnie głuchy na przesunięcia fazy sygnału.

Powyższy schemat pokazuje co się stanie, jeśli doda się dwie sinusoidy, które są względem siebie przesunięte w fazie. W przykładzie są dwie składowe o identycznej częstotliwości, z których druga jest przesunięta względem pierwszej. Po zsumowaniu otrzymuje się sinusoidę o większej amplitudzie i innej fazie niż dwie składowe.

Jest to jedna z wielu opcji. W ogólności może dojść do trzech rodzajów zdarzeń. Jeśli sinusoidy są zgodne w fazie będą się dodawały bez przesunięcia fazy lub znosiły do zera, jeśli będą mieć odwrotną polaryzację. Trzeci przypadek gdy składowe są przesunięte zawsze dojdzie do przesunięcia fazy w sygnale sumy.

W praktyce oznacza to, że słuchając muzyki w pomieszczeniu dochodzi do nieustannej zmiany fazy w słyszanym dźwięku. Nie chodzi tu nawet o to, że źródłem dźwięku jest sprzęt audio. Nawet dźwięk mowy lub instrumentu na żywo będzie słyszany z permanentnymi zniekształceniami fazowymi.

W pomieszczeniach mamy do czynienia z odbiciami. Wobec tego jeśli odbicie nakłada się na dźwięk bezpośredni, dochodzi do zmiany fazy sumy. Jak już zostało powiedziane nie dojdzie do przesunięcia tylko wtedy, kiedy składowe są zgodne w fazie, czyli w znikomym odsetku przypadków. W związku z tym jeśli weźmiemy odbicia zawierające się w przedziale czasu określonym przez RT60, czyli tych odbić może być kilkaset, przesunięcie fazy słyszanego dźwięku, np. pojedynczej nuty, będzie mieć miejsce właśnie kilkaset razy w czasie jej trwania.

Można powiedzieć, że do zniekształceń fazy nie dojdzie tylko wtedy, gdy występuje dźwięk bezpośredni, a więc w początkowym ułamku sekundy. Wobec tego dociera do nas niezniekształcony dźwięk bezpośredni. Niestety tak nie jest.

Gdyby muzyka składała się z pojedynczych dźwięków, przy czym każdy następny byłby zagrany dopiero wtedy, gdy wybrzmi poprzedni i na dodatek mógłby grać tylko jeden instrument i tylko pojedynczą nutę, nigdy akord, a wokalista mógłby śpiewać tylko wtedy, gdy nie gra żaden instrument, można by mówić o niezniekształconym dźwięku bezpośrednim. Skoro jednak muzyka to dźwięki grane akordami przez wiele instrumentów równocześnie nigdy nie będzie w praktyce takiej sytuacji, że jakiś dźwięk dotrze do słuchacza w postaci czystej. Zawsze będzie się nakładał na inne dźwięki, które istnieją w otoczeniu. A skoro tak, zawsze dojdzie do przesunięcia fazy.

Przesunięcie fazy zachodzi wtedy, kiedy nakładają się na siebie dwie lub więcej fal o jednakowej częstotliwości. Jeśli częstotliwości są inne zsumowanie sygnału nie spowoduje przesunięcia faz składowych i suma będzie miała fazę niezmienioną. Ponadto w momencie nałożenia się fal o różnych fazach dochodzi do miany częstotliwości, jednak tylko w jednym cyklu, czyli częstotliwość na jeden okres się zwiększy lub zmniejszy.

Skoro do przesunięcia fazy dochodzi nawet kilkaset razy w czasie trwania dźwięku, w sensie poszczególnej nuty, a ponadto za każdym razem zmienia się na jeden cykl częstotliwość, to te zmiany nie mogą być słyszane, bo wprowadziłyby ogromne zmieszanie. Zupełnie jak to, że nie możemy być wrażliwi na fluktuacje amplitudy. A zamiana amplitudy jest najważniejszym aspektem nakładania się na siebie fal o różnej fazie. Zmiana amplitudy jest zjawiskiem najprostszym do zmierzenia. Zmiana częstotliwości i zmiana fazy jest trudniejsza do pomiaru, ale jak najbardziej możliwa.

Zmiany fazy a także częstotliwości i zwłaszcza głośności są możliwe do wykazania w pomiarze, ale raczej tylko dla sygnałów testowych, czyli sinusoid. W sygnale kompleksowym a zwłaszcza muzycznym pomiar będzie trudny albo nawet niemożliwy. Natomiast usłyszenie tych zmian czy nawet sama chęć ich usłyszenia nie ma sensu.