Измерение громкоговорителя

Выходная диаграмма промышленного громкоговорителя показана с использованием сферических полярных графиков, снятых на шести частотах.

Измерение громкоговорителей — это практика определения поведения громкоговорителей путем измерения различных аспектов их производительности. Это измерение особенно важно, поскольку громкоговорители, будучи преобразователями , имеют более высокий уровень искажений, чем другие компоненты аудиосистемы, используемые при воспроизведении или усилении звука.

Безэховое измерение

Измерение громкоговорителя в безэховой камере с акустически прозрачной напольной решеткой

Один из способов тестирования громкоговорителя требует использования безэховой камеры с акустически прозрачной напольной решеткой. Измерительный микрофон обычно крепится на малозаметной штанге (во избежание отражений) и располагается на расстоянии 1 метра перед приводами на оси с ВЧ-драйвером. Хотя это может дать повторяемые результаты, такое измерение «свободного пространства» не отражает производительность в помещении, особенно в небольшом помещении. Для достоверных результатов на низких частотах необходима очень большая безэховая камера с большими поглощающими клиньями со всех сторон. Большинство безэховых камер не предназначены для точных измерений до 20 Гц, а большинство из них не способны проводить измерения ниже 80 Гц.

Тетраэдрическая камера

Тетраэдрическая испытательная камера

Тетраэдрическая камера способна измерять нижний предел частоты динамика, не занимая при этом большую площадь, необходимую для безэховой камеры. Эта компактная система измерения для динамиков громкоговорителей определена в стандарте IEC 60268-21:2018. МЭК 60268-22:2020 и AES73id-2019.

Измерение полупространства

Альтернативный вариант — просто положить колонку на спину, направив ее в небо, на открытую траву. Отражение от земли по-прежнему будет мешать, но будет значительно уменьшено в среднем диапазоне, поскольку большинство динамиков являются направленными и излучают только очень низкие частоты назад. Помещение вокруг динамика поглощающего материала уменьшит пульсацию среднего диапазона за счет поглощения тылового излучения. На низких частотах отражение от земли всегда синфазно, поэтому измеренный отклик будет иметь повышенный бас, но именно это обычно и происходит в комнате, где задняя стена и пол обеспечивают одинаковый эффект. Таким образом, есть хороший случай использовать такие измерения полупространства и стремиться к плоскому отклику полупространства. Динамики, эквалайзер которых обеспечивает ровный отклик в свободном пространстве, в помещении всегда будут звучать с очень тяжелыми басами, поэтому мониторные динамики имеют тенденцию включать настройки полупространства и четверти пространства (для использования в углу), которые приводят к затуханию ниже примерно 400 Гц.

Выкопав яму и закопав динамик заподлицо с землей, можно гораздо точнее измерить полупространство, создав громкоговоритель, эквивалентный микрофону с граничным эффектом (все отражения точно синфазны), но любой задний порт должен оставаться незаблокированным, а любой задний порт должен оставаться незаблокированным. Усилитель должен иметь возможность охлаждать воздухом. Дифракция от краев корпуса уменьшается, создавая повторяемую и точную, но не очень репрезентативную кривую отклика.

Размеры помещения

На низких частотах большинство комнат имеют резонансы на ряде частот, где размер комнаты соответствует кратному половине длины волны. Звук распространяется со скоростью около 1100 футов в секунду (340 м/с), поэтому в комнате длиной 20 футов (6,1 м) будут резонансы от 27,5 Гц и выше. Эти резонансные режимы вызывают большие пики и провалы уровня звука постоянного сигнала, поскольку частота этого сигнала меняется от низкой к высокой.

Кроме того, отражения, дисперсия, поглощение и т. д. сильно изменяют воспринимаемый звук, хотя это не обязательно заметно сознательно ни для музыки, ни для речи, на частотах выше тех, в которых преобладают комнатные моды. Эти изменения зависят от расположения динамиков относительно отражающих, рассеивающих или поглощающих поверхностей (включая изменения в ориентации динамиков), а также от положения прослушивания. В неудачных ситуациях небольшое движение любого из них или слушателя может вызвать значительные различия. Сложные эффекты, такие как интеграция стереофонического (или многоканального) звука в единую воспринимаемую «звуковую сцену», могут быть легко потеряны.

Существует ограниченное понимание того, как ухо и мозг обрабатывают звук для создания такого восприятия, поэтому никакое измерение или комбинация измерений не могут гарантировать успешное восприятие, например, эффекта «звуковой сцены». Таким образом, не существует гарантированной процедуры, которая бы максимизировала качество звука динамика в любом помещении для прослушивания (за исключением акустически неприятной безэховой камеры). Некоторые параметры, такие как время реверберации (во всяком случае, действительно применимо только к большим объемам) и общая «частотная характеристика» помещения, могут быть несколько скорректированы путем добавления или вычитания отражающих, рассеивающих или поглощающих элементов, но, хотя это и можно чрезвычайно эффективный (с правильными добавлениями, вычитаниями и расстановками), он остается чем-то вроде искусства и делом опыта. В некоторых случаях такое сочетание модификаций не оказалось очень успешным.

Расположение микрофона

Все громкоговорители с несколькими динамиками (если они не коаксиальные ) трудно правильно измерить, если измерительный микрофон расположен близко к громкоговорителю и немного выше или ниже оптимальной оси, поскольку разная длина пути от двух динамиков, создающих одинаковую частоту, приводит к подавлению фазы. . Полезно помнить, что, как правило, 1 кГц соответствует длине волны в 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, сделанные на расстоянии 2 или 3 м в реальной позиции прослушивания между двумя динамиками, могут показать, что на самом деле происходит в комнате для прослушивания. Хотя полученная кривая в целом выглядит ужасающей (по сравнению с другим оборудованием), она дает основу для экспериментов с впитывающими панелями. Рекомендуется использовать оба динамика, поскольку это репрезентативно стимулирует низкочастотные «режимы» помещения. Это означает, что микрофон должен быть расположен точно на равном расстоянии от двух динамиков, чтобы избежать эффектов «гребенчатого фильтра» (чередующиеся пики и провалы измеренного отклика помещения в этой точке). Позиционирование лучше всего осуществлять путем перемещения микрофона из стороны в сторону для получения максимального отклика на тон 1 кГц, затем на тон 3 кГц, а затем на тон 10 кГц. Хотя самые лучшие современные динамики могут воспроизводить частотную характеристику с точностью 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 в ближнем поле, поэтому их можно использовать, 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 полуволна звука меньше общего диаметра динамика. Эти измерения дают прямую эффективность динамика или среднюю чувствительность без информации о направлении. В акустической системе с несколькими источниками звука измерения следует проводить для всех источников звука (низкочастотный динамик, фазоинвертор, среднечастотный динамик, высокочастотный динамик...).Эти измерения легко выполнять, их можно проводить практически в любом помещении, они более пунктуальны, чем измерения в коробке, и позволяют прогнозировать измерения в полупространстве, но без информации о направленности.

Измерение частотной характеристики

Измерения частотной характеристики имеют смысл только в том случае, если они показаны в виде графика или указаны в пределах ±3 дБ (или других пределах). Слабым местом большинства приведенных цифр является отсутствие указания максимального доступного уровня звукового давления , особенно на низких частотах. частот . Таким образом, помимо частотной характеристики наиболее полезным является измерение полосы мощности, поскольку оно представляет собой график максимального выходного звукового давления для заданного показателя искажений во всем слышимом диапазоне

Измерение искажений

Измерения искажений на громкоговорителях могут быть такими же низкими, как и искажения самого измерительного микрофона , конечно, на проверенном уровне. В идеале микрофон должен иметь уровень ограничения звукового давления от 120 до 140 дБ, если необходимо измерить искажения высокого уровня. Типичный громкоговоритель высшего класса, работающий от обычного 100-ваттного усилителя мощности , не может воспроизводить пиковые уровни, намного превышающие 105 дБ SPL на расстоянии 1 м (что примерно соответствует 105 дБ в позиции прослушивания от пары динамиков в типичной комнате для прослушивания). Для достижения по-настоящему реалистичного воспроизведения требуются динамики, способные воспроизводить гораздо более высокие уровни, в идеале около 130 дБ SPL. Даже несмотря на то, что уровень живой музыки, измеренный шумомером (с медленным откликом и среднеквадратичным показанием), может находиться в районе 100 дБ SPL, пиковые уровни программного уровня на перкуссии будут намного превышать это значение. Большинство динамиков дают около 3% искажений, измеренных по 468-взвешенному «остатку искажений», слегка уменьшающемуся на низких уровнях. Электростатические динамики могут иметь меньшие гармонические искажения, но более высокие интермодуляционные искажения. Остаток искажений 3% соответствует 1 или 2% полное гармоническое искажение . Профессиональные мониторы могут выдерживать умеренные искажения примерно до 110 дБ УЗД на расстоянии 1 м, но почти все бытовые акустические системы сильно искажают звук выше 100 дБ УЗД.

Анализ цвета

Громкоговорители отличаются от большинства других предметов аудиооборудования наличием окраски , тенденцией различных частей динамика — диффузора, его окружения, корпуса, замкнутого пространства — продолжать движение при прекращении сигнала. Все формы резонанса вызывают это, сохраняя энергию, и резонансы с высокой добротностью особенно слышны . Большая часть работы, направленной на улучшение динамиков в последние годы, была направлена ​​на уменьшение окраски, и было внедрено измерительное оборудование для быстрого преобразования Фурье, или БПФ, для измерения задержанного выходного сигнала динамиков и отображения его в виде водопада зависимости времени от частоты. график или график спектрограммы . Первоначально анализ проводился с использованием тестирования импульсной реакции , но этот «всплеск» страдает от очень низкого содержания энергии, если стимул должен оставаться в пределах пиковых возможностей говорящего. Более позднее оборудование использует корреляцию с другими стимулами, например, последовательностей максимальной длины анализатор системы ( MLSSA ). Используя несколько синусоидальных тонов в качестве стимулирующего сигнала и анализируя полученный результат, тестирование спектрального загрязнения позволяет измерить компонент искажения «собственного шума» громкоговорителей. Этот тип сигнала «штакетник» можно оптимизировать для любого частотного диапазона, и результаты исключительно хорошо коррелируют с тестами качества звука на прослушивание.

См. также

• Звуковая мощность
• Измерение аудиошума
• Измерение качества звука
• Расширение полосы пропускания
• Направленный звук
• Изобарный громкоговоритель
• Акустика громкоговорителей
• Параболический громкоговоритель
• Драйвер динамика
• Сферическая система координат
• Студийный монитор

Внешние ссылки

• Сайт MLSSA
• Система измерения громкоговорителей Praxis
• Система измерения и коррекции громкоговорителей CONEQ
• Тетраэдрические испытательные камеры TTC
• Международная компания Audio & Loudspeaker Technologies (ALTI)