什麼是音響工程測試?如何測試音響、揚聲器的性能以及評估方法


如何定義「好」的聲音?

一般而言,我們會將「好」的聲音定義為令人愉悅和吸引人的聲音。從統計學角度來看,一個「好」的聲音具有以下特徵:

  • 頻率範圍介於18到46赫茲之間,聲音的音調較低。人類的耳朵通常會將這個範圍內的聲音視為溫暖和穩定的聲音。
  • 在頻率46到200赫茲之間,聲音被視為更有結構和明確性。
  • 頻率進入200到2千赫茲時,其密度變高,聲音更加清晰。
  • 超過2千赫茲的聲音具有亮度感。
  • 聲音的整體平衡和解析度也是評估「好」聲音的重要指標之一。

音響喇叭參數測試和性能評估的方法

音響喇叭的測試是衡量喇叭在不同空間條件下的表現的方法。與音響相關產品的製造商,通常使用音響測試來了解產品的聲音在所需環境中的表現。從音響測試收集的數據有助於製造商設計符合音響要求並最適合目標環境的產品。


音響基礎知識:在深入了解音響測試之前,必須學習的8個重點

  1. 聲音:聲音可以分為三類:音頻、超音波和次音波。音頻是人耳可以聽到的聲音,通常在20赫茲到20千赫茲之間。超音波是超出人耳聽覺範圍的高音頻。次音波是低於20赫茲的頻率。
  2. 噪音:噪音是任何令人不愉快的聲音。噪音可以是安靜的也可以是大聲的,只要它具有干擾性。
  3. 分貝(dB):分貝(縮寫為dB)是聲音的測量單位,它測量聲音的強度(音量)。當兩個聲音的分貝比較時,較大的分貝表示所測聲音更強(更大聲)。相反,較小的分貝表示所測聲音更安靜。
  4. 頻率(赫茲):頻率是在一秒內重複事件的週期數。它的表達方式是赫茲(Hz),其中一個赫茲等於一秒內的週期數。不同的頻率將表達不同的音調。高頻率聲音將以高音調表達。不同物種的可聽頻率範圍不同。通常,人耳的可聽頻率範圍在20赫茲到20千赫茲之間。
  5. A權重(A-weighting):A權重測量可聽頻率以及人耳對它們的反應。儘管人耳可以聽到20赫茲到20千赫茲之間的頻率,但對這個範圍內所有頻率的敏感度並不相同。當兩個聲音在相同的音量(分貝)但不同的頻率(赫茲)下比較時,人耳會感知它們的音量(分貝)不同。A權重可以幫助音響設備製造商更好地了解哪個音頻對人耳更為突出。
  6. 振動:聲音是由振動結構產生的,比如音叉。從一個結構振動產生的聲波可以誘導另一個結構開始振動。了解振動可以幫助減少喇叭產生的不需要的噪音。
  7. 反射:反射是指聲音從表面反射回來的現象。聲音反射的多少取決於表面的材質。例如,硬質的非多孔表面會比軟質多孔表面反射更多聲音。
  8. 混響:混響是聲音在產生後持續存在的現象。混響是由一個特定聲音的多次反射引起的。環境因素在決定是否消除或增強混響時至關重要。例如,會議室希望混響時間較短,以更好地聽清所說的話語。


音響喇叭測試的8個關鍵參數

  1. 軸向頻率響應:軸向頻率響應是聽眾偏好的主要指標,因為它指的是直接對著你的喇叭所發出的聲音。
  2. 非軸向頻率響應:非軸向頻率響應是當你在一個弧形方向遠離直對著你的喇叭時,聲音的變化。例如,當你向左移動20度時,會發生非軸向頻率響應。製造商希望他們的喇叭在各種角度下都具有非軸向響應,以確保聲音保持與軸向時相同。
  3. 極向圖案/接收圖案:極向圖案定義了不同球形方向的麥克風將捕捉到多少信號。
  4. 脈沖響應:脈沖響應測量脈沖信號在短時間內如何以直接和反射的方式到達測量位置。
  5. 累積頻譜衰減:累積頻譜衰減(CSD)是分析脈沖響應的工具。它測量了喇叭在輸入信號關閉後多快停止產生聲音。
  6. 步響應:步響應是脈沖響應的時間積分,它是一個信號,從零瞬間升到一個固定水平。了解聲音系統的步響應對於組件和整體系統的穩定性提供了更多信息。
  7. 阻抗:阻抗也被稱為喇叭驅動器的Thiele/Small參數。它是兩個聲學流動的對抗。它也被定義為聲壓。阻抗的差異不僅會影響聲音傳播的速度,還會影響聲音的產生。
  8. 動態:動態是聲音中高峰和低峰的差異。


如何評估喇叭性能?用於喇叭性能評估的2個國際標準

IEC60268

IEC60268被分為幾個部分,但第3、4和5部分與評估喇叭性能最相關:

第3部分:關於模擬和數字放大器的標準,規定了專業或家用應用中音響系統放大器的特性。

第4部分:關於使用阻抗、靈敏度、極向圖案、動態等測量麥克風的標準。

第5部分:關於不帶內置放大器的喇叭的標準。此標準的目的是定義喇叭的特性,使用了先前提到的測量參數,如頻率響應和脈沖響應。

EN50332

EN50332分為兩個部分:

第1部分:當播放標準音軌時,喇叭的輸出聲壓應低於100分貝。這需要使用「頭部和軀幹模擬器(HATS)」來評估。

第2部分:如果喇叭使用電池作為供電,其最高輸出電壓應低於150毫伏。


在評估喇叭性能時要注意什麼?

音調一致性:音色在頻譜範圍內的均勻性,從低音到高音。

低音擴展:音響範圍在20至40赫茲之間的聲音。

空間特性:喇叭在實際環境中產生的聲音的寬敞度和深度。

動態線性:在整個頻譜範圍內產生聲音時的最小可聽變形。


Jazz Hipster的喇叭測試

在對Jazz Hipster的喇叭進行測試時,使用了多種設備:頻率測試儀、B&K 2012音頻分析儀、高斯計、CLIO 12電氣和聲學測試以及Klippel測量系統。Klippel測量系統包含4個測試模塊,通常在測試時使用:

  1. LPM(線性參數測量):識別換能器的Thiele/Small參數。這個測量有助於避免信噪比不佳和換能器或放大器故障。
  2. LSI(大信號識別):測量線性和非線性失真的來源以及它們對輻射聲音的影響。
  3. DIS(3D失真測量):訪問聲學信號,測量音圈溫度,檢測關鍵失真。它有助於調整換能器端子上的電壓,以保護換能器免受熱過載。
  4. TRF(也稱為Rub&Buzz):Rub&Buzz效應是由於換能器運行過程中的結構或材料缺陷而導致的不需要的干擾噪音。TRF模塊可以檢測和分析這些效應。

為了測量低於截止頻率(125赫茲)的頻率,需要使用消音室進行麥克風和換能器的測試。消音室是一個所有表面都有厚聲音吸收材料的房間。消音室符合ISO3745標準,其內部尺寸為250厘米250厘米205厘米,背景噪音為11分貝,隔音水平為NIC79。

在低頻範圍(低音)中,Qms/Qts值高於6表示聲音特性更強大和清晰。然而,如果Qms/Qts值高於15,低頻聲音將被認為缺乏溫暖感。如果Qms/Qts值低於6,聲音將較弱。在中高頻範圍(高音)中,較大的Γ值是最理想的,這將使聲音更加清晰,並有更好的動態控制。

音響測試對喇叭的設計和製造至關重要,因為不同的喇叭設計會產生不同的音響聲音和噪音。允許製造商了解他們的產品在實際條件下的表現。根據測試結果,喇叭製造商可以預測用戶體驗並調整其產品設計。

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