阻抗与相关参数
一个扬声器底架或系统的阻抗曲线所提供重要参数特性将响应于低频时。这些参数包含了质量因子(Quality factor)Qt,共振频率(Resonance frequency)f和等体积(equivalent volume)Veq。在本文所使用的方程序将与DIN IEC 268,part5一致。
测试装置
为了量测扬声器数组(Array)或系统阻抗(复数)的值,下图连接到产生端(+和-)的XLR输出Channel 2以及在产生端输出量测电压差V1。
开放电路产生器电压Vq为已知,可得下列电压比
因为复数阻抗,上式无法解出阻抗Z,但是产生端可使用电流源求得|Z|
如此可得下列式子:
为了扬声器的阻抗,产生器之阻抗为600Ω,需满足|Z|
直流阻抗
为了计算质量因子(Q Factor)需要直流阻抗RDC。此量测可完成直流方程序。为了设定一个补偿,几乎所有产生器的讯号皆使用直流讯号,而且交流讯号位准设定为零。并且为了补偿方程成为主动,其低失真产生器需关闭。一交流电压,如6.0V产生一个10mA的电流。
阻抗之频率响应
为了证明和决定随后全部的参数需要阻抗频率响应,根据DIN IEC 268,决定阻抗频率响应的频率范围至少要在20Hz到20KHz。为了量测此响应可选择对数频率扫描或使用(线性)快速傅立叶变换噪声,其结果需要以对数方式呈现在任何情况下。若没有特殊理由选择快速傅立叶变换噪声(例如on-line response),频率扫描应优先给量测最小数目的点,因对数排列和噪声讯号的不确定性经常出现在高频率时。此外,为了搜寻程序扫描最小数目的点,将会降低程序运行时间。因此为了得到最大量测速度,必须关闭频率量测。
《图三 阻抗特性及多路径扬声器之计算(B轨迹表现为参考标准单位之阻抗特性) 》 |
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共振频率和共振阻抗
共振阻抗Zr为阻抗曲线在共振频率fr第一个主要的最大值。此二值可由图形的帮助下直接从阻抗曲线里读取,并在程序中得知。
调谐频率是在阻抗曲线表现为第一时最小的频率值,其值在共振频率之后为增加的频率。并且可由阻抗曲线直接读取。
质量因子
质量因子Qt是由阻抗曲线根据以下公式所得出:
其中:
质量因子Qt是由阻抗曲线根据以下公式所得出:
调谐阻抗与调谐频率。
R0=共振阻抗标准化R,R0=。
R1=阻抗标准化R与和之间,R1=SQR(R0)。
F1=此频率位于共振频率在阻抗之下。
F2=此频率位于共振频率在阻抗之上。
体积量(Equivalent Volume)
扬声器数组的等量Veq定义为风量(air volume),其量相等于扬声器之数组。
第一阻抗量测完成于扬声器数组开?时,扬声器可容纳在较小及坚固的外罩,开始于而不会有任何额外的信道和绝缘图。再次决定共振频率等体积量时,参考值便可由下列公式得出。
其中:为扬声器外罩的内部体积小于扬声器数组体积
音压之量测(Sound Pressure Measurements)
音压变动程度对于频率之结论可绘制成扬声器的音调质量图。当没有上述信息时将无法得知分频组件大小。此外,一个系统的音压特性所提供的信息,在扬声器系统可能的反极化效应中提供一个正确极化参考系统的音压曲线。
一扬声器的最大音压(在一般功率下)、灵敏度(在1W时)与音压在一个固定频率量测时,可量测距离最远为1公尺。其量测灵敏度(单位为dBspl其功率为1W及与麦克风距离1公尺)可储存在量测频率响应时的参考值。音压量测表为灵敏度的量测和音压频率之响应。
测试装置
一扬声器的最大音压(在一般功率下)、灵敏度(在1W时)与音压在一个固定频率量测时,可量测距离最远为1公尺。其量测灵敏度(单位为dBspl其功率为1W及与麦克风距离1公尺)可储存在量测频率响应时的参考值。音压量测表为灵敏度的量测和音压频率之响应。
音压量测测试配置
- 音压量测时应处于量测时没有间接噪声的无回声实验室。若无此类型的实验室,在量测时会经由墙面,地板或天花板造成许多反射讯号放大或者是特定频率衰减声音位准。当同相或相差90度时在最强的放大量或衰减量会产生讯号迭加。此影响无法完全避免,但是可以下列方式减少迭加效应:
- 缩减麦克风之最小距离,并且增加直接讯号量在与回音量的关系式中;
- 以最适合的位置来摆放标准麦克风和扬声器以增加回音之最大路径。以此方式可减低回音量并扩大一个无回音量测之周期。在理想的情况下,尤其是在高频时可获得麦克风在回音到达之前端点的量测;
- 使用噪声或突波讯号替代连续的正弦讯号。如此一来可精确地量测回音量影响电流的量测。
音压量测可在近场,远场和结合近场/远场的量测上实行。
近场量测(Near-Field Measurements)
为了量测近场量测,麦克风需尽可能靠近扬声器。如此一来,便可得到极高的信号位准以及在许多情况中可忽略的反射讯号。麦克风与扬声器需位于虚拟球体之中心并且其表面靠在最接近的墙面。近场量测可在非完全声音吸收(sound-absorbing)之房间内执行。然而,其结果仅成立在低频时。其方程序为:
结果为一频率限制:
r为扬声器之半径距离
远场量测(Far-Field Measurements)
为了远场量测,麦克风与扬声器之间距离至少要三倍于扬声器的大小。实际上,此距离一般为1公尺。麦克风和扬声器需置于椭面中心处并且其表面靠在最接近的墙面。因为远场量测对于回响(Echoes)是非常敏感的,所以执行回响时必须在一open field或是一无响室(Anechoic room)中进行。
各种音压单位
线性参考单位
- μBar:参考值 = 灵敏度 + 增益值(20dB)
- Pascal:参考值 = 灵敏度 + 增益值
对数参考单位
- dBspl:参考值 = 灵敏度 + 增益值(94dB)
- 0 dBspl(sound pressure level)定义为0.0002μBar(= 20μPascal);
- 20×lg(0.00002)dB = -93.98dB
- SENSITIV:参考值 = 储存扬声器之灵敏度
- dBr:参考在dBV
- REF SPK:参考标准组件(Golden unit)的频率响应
标准麦克风的灵敏度单位为dBV/Pa和量测放大器的增益值。
相位与相关参数
需要音频组件的相位其重要性在过去数年呈现线性增加,并且也应用在一些扬声器厂商为了避免相位位移而使用的无分频组件单一系统上。通常来说,相位之非线性由一线性频率扫描便可检测得知。其相位延迟在一固定频率提供相关信息于扬声器数组或系统中。
测试配置
测试配置与音压量测相同,但没有必要使用功率放大器。在配置中没有功率放大器,并且产生器输出端与扬声器平行连接。
相位之频率响应
相位线性应在其相位位于扬声器输入端与产生声音波形之间量测的线性频率扫描中检查,在线性相位响应的情形,此线段为一负斜率。为了得到无360度位移的连续相位响应,其扫描点范围应介于0与360度之间。此应用软件的算法需要另外的相位值,在二个邻近扫描点间量测变化小于180度。在定义麦克风距离的讯号传送时间为:
需要条件为:
产生频率增加量为:
或讯号传送开始时间之后