无论是简单的单音谐波失真测量还是基于能量的多音失真测量评估的是常规非线性失真。虽然与激励信号不相干,但是具有确定性,重复测量可得到相同的症状。这部分失真一般与扬声器系统中的几何形状、材料和其他设计标准有关,是可接受的。但是扬声器系统还可能产生一种失真信号,它与设计目标无关,与扬声器缺陷引起的不可预测的非线性动力源相关。这部分失真与激励信号不相干,失真能量也往往比常规非线性失真小得多,并且不能通过建模实现,因为大多数的缺陷都具有随机性。
下图列出了一些典型扬声器缺陷,包括音圈打底、松动部件、音圈擦圈、漏气和松散微粒。
对于音圈打底,根本原因可能是音圈静止位置发生偏移、音圈行程过大、或是悬挂系统的硬限制等,产生确定性失真,其症状可重现、与激励相关、具有脉冲性,通过频谱分析,其高次谐波具有确定的幅值和相位。
另一种扬声器缺陷——松散微粒被音盆位移加速,任何时候的弹跳都会产生小的咔哒声,产生的失真信号完全随机,与激励不同步,高峰值SPL但输出能量低,具有脉冲性。
还有一类扬声器缺陷产生的失真信号具有(半)随机性,例如音圈擦圈,根本原因在于质量、劲度、电力耦合因子Bl分布不均衡,音圈高位移时发生摇摆模式,在特定位置使线圈擦圈,因此会在特定位置(时刻)产生脉冲噪声猝发失真,但是失真的精细结构不同且随机,通过频谱分析,呈现出密集谱覆盖音频带及之上。
上述扬声器缺陷造成的不规则失真有一个独特症状:脉冲性,它的波峰系数要比常规非线性失真高得多,但是能量低(接近噪声级),很容易被基波及低次谐波掩蔽。脉冲失真作为高频分量反映在再现音频信号的频谱中,使用低频信号进行激励,就很容易被听到,将显著降低再现声音质,因此很有必要通过测量技术确定此部分失真的根本原因,并加以改善。
标准中使用的激励信号是chirp信号,可以激发所有频率,并且电压应该足够高,以产生足够高的位移、速度或加速度以激活扬声器缺陷症状。然后采用灵敏的麦克风在靠近声源的位置(近场)拾取信号。接下来对该时域信号作FFT换算到频域,频域中使用可变截止频率fc的跟踪滤波器将高频失真成分提取出来,再结合相位信息进行时域分析,这样处理后得到时域信号dh(t)一般具有较高的峰值,可以将较短的脉冲型缺陷也检测出来。
在chirp信号的一个周期T=1/f(t)内,对时域信号dh(t)进行峰值计算得到脉冲失真级ID:
脉冲失真级ID对大多数不规则缺陷(如异音“Rub&Buzz”、松散微粒)来说是一个非常灵敏的测量项目。标准中定义了一个与它相关的单值特征值——最大脉冲失真比IDR,描述的是指定频率范围内最大脉冲失真级ID和基波平均SPL之前的差异:
对时域信号dh(t)在chirp信号的一个周期T=1/f(t)内进行RMS值计算,可得到平均脉冲失真级MID:
ID和MID之间的电平差就是脉冲失真波峰系数CID:
常规扬声器失真、电子和麦克风噪声的波峰系数都较低,而大多数扬声器缺陷产生的脉冲失真有较高的波峰系数。显著的扬声器缺陷有两个特征:
以下是在普通办公室内近场测量的一款蓝牙音箱的示例,该音箱的主动保护系统(DSP)产生了瑕疵。
从结果可以看出:总谐波失真THD主要集中在低频,低次谐波失真为主导;高次谐波失真HOHD很低,几乎淹没在噪声中;脉冲失真级ID在120Hz处有明显的尖峰,且比HOHD高大概30dB;最大脉冲失真比IDR在120Hz时超出-40dB,高通滤波信号的波峰系数CID在该频率处也超过12dB,这两个症状有力地说明了该蓝牙音箱产生了显著的脉冲失真。