音频信号失真简要概述
使用系统的方法来研究扬声器声音再现的影响,需要在输入端馈入激励信号,可以是人工测试信号,也可以是普通的音频信号;输出端使用麦克风在评估点处测量信号并进行分析。我们会发现,评估点处的再现声与输入信号不同,下图显示了这个黑匣子模型,可以解释输出信号中产生的额外失真成分。
【线性失真】
线性子系统产生线性失真分量,代表了输出信号与输入信号在小振幅情况下的时不变差异,由驱动单元与箱体谐振、房间影响、以及DSP(对齐、均衡器、分频器)等原因造成。这些线性失真可以通过等效电路和使用集总参数(TS)、模态参数以及几何和材料信息的数值模拟(FEA、BEA)来预测。【时变失真】
时变子系统产生与激励信号相干但是随时间变化的失真信号,不包含新的频谱成分,往往由换能器特性(线圈发热、老化、疲劳)、声学环境的变化以及音频DSP软件(压缩器、限幅器、机械/热保护系统)引起。在评估线性时变失真时,可以采用热参数模型进行建模预测,也可以测量特定激励信号产生的独特症状。【常规非线性失真】
非线性系统产生非线性失真信号,该分量与激励信号不相干,但是具有确定性,重复测量步骤可以得到相同的症状。该失真分量还取决于激励信号的幅值大小,如果幅值足够小,这部分失真可忽略不计。常规非线性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。通常,我们可以利用扬声器的非线性参数(Bl(x)、Kms(x)、L(x)、L(i)等)模型建模进行评估,也可以直接测量输出信号,分析特定症状,如谐波/互调分量、频率响应的变化等。【不规则失真】
最后一个子系统产生的失真信号与设计目标无关,但与扬声器缺陷引起的不可预测的非线性动力源相关。这些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。然而,这类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。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。以上对音频系统中各失真信号进行了简要概述,接下来我们将根据IEC 60268-21标准逐渐更新介绍各失真成分的测量技术和评估,敬请期待!推荐大家观看【KLIPPEL LIVE】系列 1:该系列总共有15个课题,介绍了如何使用IEC 60268-21声学测量标准来快速准确地测试现代音频设备(扬声器、耳机等)。