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音频设备的指向性测试方案

2年前浏览1377
扬声器与其声学环境交互的方式高度依赖于指向性,并直接影响聆听体验。从扬声器设计师的角度来看,从音盆材料、系统设计到使用数字信号处理的有源控制,有无数种选择可以使扬声器具有指向性或全向性。然而,在三维空间中进行准确的声学测量仍然是一个挑战。

传统测量技术

传统指向性测试是需要在自由场中的远场进行的,这就需要室内温湿度可控、边界覆盖吸声材料的全消声室或者半消声室,利用Klippel的极平面远场测量POL(Polar Far-Field Measurement)模,全自动控制被测声源在φ和θ轴上旋转并测量其声压频响。

硬件上有不同的设置方法,一种是只用一个转台进行的一维极坐标测量:

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将测量数据通过可视化软件的处理,就可以得到声功率、指向性指数、等高线图(contour plot)以及极坐标图(polar plot)等结果。

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另一种测试设置是利用两个转台进行的二维极坐标测量,可以得到额外的3D辐射特性气球图(Balloon plot):

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还有一种替代旋转转台的方案就是利用麦克风阵列,硬件设置如下:

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以上这些传统远场测量方法有诸多的缺点:
  • 消声室浪费空间、费钱、不机动,试想若要迁址,消声室怎么带走?

  • 低频吸声不够,往往100Hz以下测得的响应数据不可信

  • 对于大型扬声器系统来说,满足远场的第一个条件就是测试距离要大于扬声器系统的尺寸。而温湿度在传播路径上的变化会影响相位响应,使得最后的方向性不准,举个例子:5m测试距离时,2℃的温度偏差在5kHz处产生90°的相位误差。

  • 要得到3D数据,要让DUT在多个轴上转动,对于重型DUT来说不能保证其定位精度

  • 要得到1°角分辨率的数据往往不现实,一般都高于2°, 且需要假设一个或两个平面是对称的以减少测量时间

  • 只有远场数据可用,近场声场不准确,而近场声场对于评估当今便携式设备、监听音响应用很重要

近场全息测量技术

近场声学全息技术(NAH: Nearfield Acoustical Holography)的中心思想就是用一系列球面波来近似扬声器在近场的辐射声场,再通过外推计算确定其在远场中任意一点的声场情况。可概括为以下三步:

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第一步是测量,在声源近场定义的两个扫描面上进行扫描;

第二步为全息数据处理,用球面波函数进行级数对声场中测量的声压进行拟合,确定展开阶数,得到能描述特定声源特征的系数。

第三步进行声场外推,计算得到声源扫描面外(包括近场和远场)任意一点的三维声场及指向特征。

基于该全息技术,Klippel目前提供两个方案:一种就是近场扫描仪NFS(Near Field Scanner)

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应用Klippel的专利技术声场识别(Sound Separation)提取直达声,适用于任何房间的测试,因此无需消声室!测试过程中,声源固定在扫描机器人平台上,软件控制麦克风移动定位进行扫描测量,因此非消声环境中的反射是保持一致的,通过分析软件可以完全补偿房间反射。

NFS扫描仪方案适用于多种类型声源的指向性测量,包括专业扬声器系统、阵列、喇叭单体、耳机、智能手机、智能音箱等等。

另一个方案是SCN NF附加组件(SCN Near Field Add-on),专门针对喇叭单体、小型智能音箱或入墙式扬声器的半空间指向性测量。因为是SCN系统的扩展,对于已经拥有SCN系统又想测试指向性的客户而言,就很实惠方便了。

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经过扩展过后的系统就拥有了多重功能,变成了一个多功能扫描工作台(Multi-Scanning Workbench),可以执行由电气域、磁场域、机械域到声学域的测量!

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消费电子声学
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首次发布时间:2022-03-10
最近编辑:2年前
KLIPPEL_China
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