为了使扬声器的频率响应测量有意义,扬声器的响应必须在自由场中测量 : 一个没有反射面的环境。在这个环境中,声音可以自由地向各个方向发射。一些工程师很幸运,能够进入一个消声室,这是一个特殊的房间,六个内表面都能深层次吸收声音。但消声室非常昂贵,并非每个需要测试扬声器的人都能使用。幸运的是,APx500软件中的声学响应测量提供了一个解决方案。由于它能够将反射波排除在测量窗口外,它可以在普通的半混响室内进行“准消声”测量。根据扬声器的大小和房间的大小,可以在几百赫兹及更高的频率下进行测量。
时间选择性或准消声技术的工作原理是,在对脉冲响应应用傅里叶变换以获得频率响应之前,用加窗的方式先从脉冲响应中剔除反射信号。有关这些技术背后的一些理论的讨论,请参阅我们关于扬声器电声测量的应用说明。
房间的环境噪声应在感兴趣的频率范围内保持较低水平,并且空间与扬声器的尺寸相比应非常大。要了解为什么它应该很大,请考虑图1中的草图。测量麦克风位于距离扬声器d的轴上。麦克风应该在扬声器的“远场”中——离扬声器足够远,以便声场稳定并以可预测的方式工作。一个经验法则是,声源的远场开始于距离声源最大尺寸的三倍(如图1中的M所示)。一些专家认为它应该是最大维度的十倍。因此,扬声器越大,所需的空间就越大。
图1。扬声器同轴测量示意图,显示直接声路和最近反射声路。
在图1中,直达声从被测设备传播到麦克风的距离d,但也有一个从最近的表面(地板、天花板或墙壁)反射的距离2dR。直达声和最近的反射在到达时间上的差异是
T=(2dR–d)/c,其中c是空气中的声速(室温下约344 m/s)。对于天花板高度为2.4到3.0米的典型房间中的小型扬声器,时间T通常约为5到6毫秒。
图2。扬声器测量的脉冲响应,时间窗光标位于主脉冲后T=5ms处。
反射是在主脉冲之后的某个时间发生的小脉冲。它们通常很难在脉冲响应中看到(图2),但在能量-时间曲线中非常突出(图3)。能量-时间曲线表示脉冲响应中包含的能量包络,其大小用分贝表示。例如,在图3中,在主脉冲后约6 ms处有几个小的二次峰值,它们表示反射。
图3。能量-时间曲线结果。
在图2和图3中,时间窗口光标(垂直虚线)位于5 ms处,光标右侧的区域呈灰色阴影。每当时间窗口光标移到新位置(或输入新的时间窗口值)时,APx软件会重新计算RMS电平的结果。
图4显示了在消声室中测试的扬声器的RMS电平结果,时间窗设置为5 ms(蓝色记录道)和1.0 s(洋红色记录道)。图4中的时间窗口光标和阴影对应于T=5ms或1/T=200hz。阴影的目的是表示低于频率1/T(本例中为200hz)的RMS水平结果是不准确的。但请注意,这只是一个近似值。如图所示,窗口响应在200赫兹处偏离约2分贝,并且它已经非常接近400赫兹及以上的真实响应。此外,加窗的平滑效果可以扩展到更高的频率——高达1千赫左右。
图4。主脉冲后1.0s和5ms时间窗对应曲线的均方根水平结果。
尽管存在这种低频限制,准消声测量还是非常有用的,因为它们速度快,能够在普通房间的大部分可听频率范围内进行基本自由场测量。
设置扬声器测量值时的其他提示如下:
• 大多数房间都是长方形的。将扬声器和麦克风放置在房间的对角线上,而不是平行于墙壁,以进一步降低墙壁反射的强度。
• 对于2向和3向扬声器系统,除非指定测量基准轴,否则将麦克风指向高音扬声器,因为高频比低频更有方向性。
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