Для описания относительных временных свойств двух звуковых волн (или разных частей одной волны) вводится понятие фазы звуковой волны.
Фазы волны:
На первом графике показаны две волны, которые полностью совпадают друг с другом. В этом случае говорят, что волны находятся в фазе или "софазны".
На третьем графике в том месте, где у одной волны находится область высокой плотности, у другой - область низкой плотности. В этом случае говорят, что волны находятся в противофазе.
При этом, если волны одинаковые, происходит их взаимное уничтожение.
Средний график показывает некое промежуточное положение. В этом случае говорят, что фаза одной волны сдвинута относительно другой.
При обработке звука, фазовые искажения являются одним из ее важнейших инструментов.
Механизм пространственной локализации звука
Использование понятия фазы помогает понять механизм определения пространственного положения источника звука.
Установлено, что мозг реагирует не столько на относительную громкость, регистрируемую каждым ухом, сколько на фазу волны. По изменению фаз мы можем судить и о перемещении источника звука.
Если один и тот же сигнал подать одновременно в левое и правое ухо с разной громкостью, то мы услышим звук со стороны того уха, где он звучит громче. Этим приемом часто пользуются при панорамировании.
Теперь проведем эксперимент с фазой. Создадим в редакторе дорожку со звуком и продублируем ее. Первую спанорамируем влево, вторую — вправо, а громкость сделаем одинаковой. При воспроизведении мы услышим звук точно по центру. Так и должно быть.
А теперь во вторую дорожку введем очень короткую задержку. Для этого можно подвинуть объект вправо или воспользоваться специальным ползунком или полем для ввода чисел, который есть в некоторых редакторах. Пусть это будет 3 мс, 1 мс или даже меньше. Что произошло? Звук переместился влево!
Слуховая система определяет направление на источник звука не только по громкости. Если объект находится слева от нас, то до левого уха звук проходит меньшее расстояние, чем до правого. Значит, левое ухо этот звук услышит раньше, чем правое. И пусть вас не смущает то, что величина этой задержки ничтожно мала, нашей слуховой системе ее вполне хватает, чтобы правильно сориентироваться.
Как это происходит? Сигнал из левого и правого уха попадает в подсознание. Если упростить, то подсознание делает следующее: «ага, в левом и правом ухе звуки очень похожие, значит, это один и тот же звук; но в левое ухо звук пришел немного раньше, поэтому источник этого звука находится слева». В результате такой работы мы получаем информацию: слева что-то звучит.
Максимальная разница во времени прихода звука возникает тогда, когда источник звука находится точно слева или справа от нас. В этом случае звук, чтобы попасть во второе ухо, должен пройти расстояние, равное полукругу головы, в среднем это 26 см. Звук преодолевает этот путь примерно за 0,7 миллисекунды. Еще раз: максимальное время запаздывания между одним и другим ухом составляет всего 0,7 миллисекунды.
Если источник звука находится перед нами, но смещен с оси симметрии, то задержка будет гораздо меньше. Мы оперируем значениями в десятые и сотые доли миллисекунд.