Измерение громкоговорителя - Loudspeaker measurement

Выходная диаграмма промышленного громкоговорителя, показанная с использованием сферических полярных диаграмм, снятых на шести частотах

Измерение громкоговорителей - это практика определения поведения громкоговорителей путем измерения различных аспектов производительности. Это измерение особенно важно, потому что громкоговорители, являющиеся преобразователями , имеют более высокий уровень искажений, чем другие компоненты аудиосистемы, используемые для воспроизведения или усиления звука.

Безэховое измерение

Измерение громкоговорителя в безэховой камере с акустически прозрачной напольной решеткой

Один из способов проверить громкоговоритель - это безэховая камера с акустически прозрачной решеткой в ​​полу. Измерительный микрофон обычно устанавливается на незаметной штанге (чтобы избежать отражений) и размещается на расстоянии 1 метра перед приводами на оси с высокочастотным драйвером. Хотя это может дать воспроизводимые результаты, такое измерение «свободного пространства» не является репрезентативным для производительности в комнате, особенно в маленькой комнате. Для получения достоверных результатов на низких частотах необходима очень большая безэховая камера с большими абсорбирующими клиньями со всех сторон. Большинство безэховых камер не предназначены для точных измерений на частотах ниже 20 Гц, и большинство из них не способны выполнять измерения ниже 80 Гц.

Тетраэдрическая камера

Тетраэдрическая испытательная камера

Тетраэдрическая камера способна измерять низкочастотный предел динамика без большой занимаемой площади, необходимой для безэховой камеры. Эта компактная система измерения для драйверов громкоговорителей определена в стандартах IEC 60268-21: 2018, IEC 60268-22: 2020 и AES73id-2019.

Измерение полупространства

В качестве альтернативы можно просто положить динамик на спину, указывая на небо на открытой траве. Отражение от земли по-прежнему будет мешать, но будет значительно уменьшено в среднем диапазоне, потому что большинство громкоговорителей являются направленными и излучают только очень низкие частоты в обратном направлении. Помещение абсорбирующего материала вокруг динамика уменьшит пульсацию в средних частотах за счет поглощения излучения сзади. На низких частотах отражение от земли всегда синфазно, так что измеренный отклик будет иметь усиленные басы, но это то, что обычно происходит в комнате, где задняя стена и пол обеспечивают аналогичный эффект. Следовательно, есть хороший случай использовать такие измерения полупространства и стремиться к плоской характеристике полупространства. Громкоговорители, уравновешенные для обеспечения ровного отклика в свободном пространстве, всегда будут звучать в помещении с очень тяжелыми басами, поэтому мониторные динамики, как правило, включают настройки полупространства и четверти пространства (для использования в углу), которые обеспечивают ослабление ниже примерно 400 Гц.

Выкопав яму и закопав динамик заподлицо с землей, можно получить гораздо более точное измерение полупространства, создав громкоговоритель, эквивалентный микрофону с граничным эффектом (все отражения точно совпадают по фазе), но любой задний порт должен оставаться разблокированным, а любой задний порт усилитель должен пропускать охлаждающий воздух. Дифракция от краев корпуса уменьшается, создавая воспроизводимую и точную, но не очень репрезентативную кривую отклика.

Размеры помещения

На низких частотах в большинстве комнат есть резонансы на серии частот, где размер комнаты соответствует кратной половине длины волны. Звук распространяется со скоростью примерно 1 фут в миллисекунду (1100 футов / с), поэтому комната длиной 20 футов (6,1 м) будет иметь резонансы от 25 Гц и выше. Эти резонансные режимы вызывают большие пики и провалы в уровне звука постоянного сигнала, поскольку частота этого сигнала изменяется от низкой до высокой.

Кроме того, отражения, дисперсия, поглощение и т. Д. - все это сильно изменяет воспринимаемый звук, хотя это не обязательно сознательно заметно ни для музыки, ни для речи, на частотах выше тех, которые преобладают в комнатных режимах. Эти изменения зависят от расположения громкоговорителей относительно отражающих, рассеивающих или поглощающих поверхностей (включая изменения в ориентации громкоговорителей) и от положения слушателя. В неудачных ситуациях небольшое движение любого из них или слушателя может вызвать значительные различия. Сложные эффекты, такие как стереофоническая (или многоканальная) звуковая интеграция в единую воспринимаемую «звуковую сцену», могут быть легко потеряны.

Существует ограниченное понимание того, как ухо и мозг обрабатывают звук, чтобы произвести такое восприятие, и поэтому никакое измерение или комбинация измерений не может гарантировать успешное восприятие, например, эффекта «звуковой сцены». Таким образом, не существует гарантированной процедуры, которая максимизирует производительность динамика в любом пространстве для прослушивания (за исключением акустически неприятной безэховой камеры). Некоторые параметры, такие как время реверберации (в любом случае, действительно применимо только к большим объемам) и общую «частотную характеристику» комнаты, можно в некоторой степени отрегулировать путем добавления или вычитания отражающих, рассеивающих или поглощающих элементов, но, хотя это может быть замечательно эффективный (с правильными добавлениями, вычитаниями и размещениями), он остается чем-то вроде искусства и предметом опыта. В некоторых случаях такая комбинация модификаций оказалась не очень успешной.

Расположение микрофона

Все громкоговорители с несколькими драйверами (если они не коаксиальные ) трудно измерить правильно, если измерительный микрофон расположен близко к громкоговорителю и немного выше или ниже оптимальной оси, потому что разная длина пути от двух драйверов, производящих одинаковую частоту, приводит к фазовому подавлению . Полезно помнить, что, как показывает опыт, 1 кГц соответствует длине волны 1 фут (0,30 м) в воздухе, а 10 кГц - длине волны всего 1 дюйм (25 мм). Опубликованные результаты часто действительны только для очень точного позиционирования микрофона с точностью до сантиметра или двух.

Измерения, выполненные на расстоянии 2 или 3 м в фактической позиции прослушивания между двумя динамиками, могут показать кое-что из того, что на самом деле происходит в комнате для прослушивания. Хотя полученная кривая в целом кажется ужасной (по сравнению с другим оборудованием), она дает основу для экспериментов с абсорбирующими панелями. Рекомендуется использовать оба динамика, так как это репрезентативно стимулирует низкочастотные режимы комнаты. Это означает, что микрофон должен быть расположен точно на одинаковом расстоянии от двух динамиков, чтобы избежать эффектов «гребенчатого фильтра» (чередование пиков и провалов в измеренной характеристике помещения в этой точке). Позиционирование лучше всего производить, перемещая микрофон из стороны в сторону для получения максимального отклика на тон 1 кГц, затем на тон 3 кГц, затем на тон 10 кГц. В то время как самые лучшие современные колонки могут воспроизводить плоскую частотную характеристику до ± 1 дБ в диапазоне от 40 Гц до 20 кГц в безэховых условиях, измерения на расстоянии 2 м в реальной комнате для прослушивания обычно считаются хорошими, если они находятся в пределах ± 12 дБ.

Измерения ближнего поля

Акустика помещения оказывает гораздо меньшее влияние на измерения ближнего поля, поэтому они могут быть уместны, когда анализ безэховой камеры не может быть выполнен. Измерения следует проводить на гораздо более коротких расстояниях от динамика, чем общий диаметр динамика (или источника звука, например рупора, вентиляционного отверстия), где половина длины волны звука меньше, чем общий диаметр динамика. Эти измерения дают прямую эффективность динамика или среднюю чувствительность без информации о направлении. Для акустической системы с несколькими источниками звука измерения должны проводиться для всех источников звука (низкочастотный динамик, фазоинвертор, среднечастотный динамик, высокочастотный динамик ...). Эти измерения легко выполнить, они могут быть выполнены практически в любой комнате, более точны, чем измерения в коробке, и позволяют прогнозировать измерения в полупространстве, но без информации о направленности.

Измерение частотной характеристики

Измерения частотной характеристики имеют смысл, только если они показаны в виде графика или указаны в пределах ± 3 дБ (или других пределов). Слабость большинства цитируемых цифр - это неспособность указать максимальный доступный уровень звукового давления , особенно на низких частотах. Полоса пропускание мощности измерение, таким образом, наиболее полезно, в дополнении к частотной характеристике, это является графиком максимального SPL за заданное искажение фигуры через слышимый диапазон частот.

Измерение искажений

Измерения искажений на громкоговорителях могут быть такими же низкими, как искажения самого измерительного микрофона , конечно, на протестированном уровне. В идеале микрофон должен иметь уровень ограничения от 120 до 140 дБ SPL, если необходимо измерить искажения высокого уровня. Типичный динамик верхнего уровня, управляемый типичным усилителем мощности 100 Вт , не может производить пиковые уровни намного выше 105 дБ SPL на расстоянии 1 м (что примерно соответствует 105 дБ в месте прослушивания от пары динамиков в типичной комнате для прослушивания). Для достижения действительно реалистичного воспроизведения требуются громкоговорители, способные работать с гораздо более высокими уровнями, в идеале около 130 дБ SPL. Даже несмотря на то, что уровень живой музыки, измеренный на измерителе уровня звука (медленно реагирующий и показывающий среднеквадратичное значение), может быть в районе 100 дБ SPL, пики программного уровня при перкуссии будут намного превышать это значение. Большинство динамиков дают около 3% искажений, измеренных по 468-взвешенному «остатку искажений», немного уменьшаясь на низких уровнях. Электростатические динамики могут иметь более низкие гармонические искажения, но более высокие интермодуляционные искажения. Остаток искажений 3% соответствует общему гармоническому искажению 1 или 2% . Профессиональные мониторы могут поддерживать умеренные искажения примерно до 110 дБ SPL на расстоянии 1 м, но почти все домашние акустические системы сильно искажают уровень звукового давления выше 100 дБ.

Цветовой анализ

Громкоговорители отличаются от большинства другого аудиооборудования «окраской». Это относится к тенденции различных частей динамика: диффузора, его окружения, корпуса, замкнутого пространства - продолжать движение после прекращения сигнала. Все формы резонанса вызывают это, накапливая энергию, и особенно слышны резонансы с высокой добротностью . Большая часть работы, которая была направлена ​​на улучшение динамиков в последние годы, была связана с уменьшением окраски, и было введено измерительное оборудование с быстрым преобразованием Фурье или БПФ, чтобы измерить задержанный выходной сигнал из динамиков и отобразить его в виде водопада зависимости времени от частоты. график или график спектрограммы . Первоначально анализ проводился с использованием тестирования импульсной характеристики , но этот «всплеск» страдает из-за очень низкого содержания энергии, если стимул должен оставаться в пределах максимальной способности говорящего. В более позднем оборудовании используется корреляция с другими стимулами, такими как анализатор последовательности максимальной длины или MLSSA . Используя несколько тонов синусоидальной волны в качестве стимулирующего сигнала и анализируя результирующий выходной сигнал, тестирование спектрального загрязнения позволяет измерить компонент искажения «собственного шума» громкоговорителей. Этот тип сигнала «частокол» может быть оптимизирован для любого частотного диапазона, и результаты исключительно хорошо коррелируют с тестами прослушивания качества звука.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ МЭК 60268-21: 2018 https://webstore.iec.ch/publication/28687
  2. ^ МЭК 60268-22: 2020 https://webstore.iec.ch/publication/60560
  3. ^ AES73id-2019 https://www.aes.org/publications/standards/search.cfm?docID=109
  4. ↑ DB Keele, Jr : Оценка низкочастотных громкоговорителей путем измерения звукового давления в ближнем поле, JAES, том 22, выпуск 3, стр. 154–162; Апрель 1974 г .; https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=2774

внешняя ссылка