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[音箱] 分享音箱/扬声器检查测量方法(第一部分)

发表于 2022-08-12 10:06 17553 1 来源:影院音频> 音箱 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |

大雁南飞 帖主

2022-8-12 10:06

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了解扬声器审查测量

近几年,在Audioholics对扬声器作出评测时,其中包含了一些测量图表,这些图表引起了许多影音发烧友对其中所显示信息的意义和重要性的质疑。
一些发烧友发现其中的信息令人困惑,这当然是我们的错,因为我们没有意识到这种展现形式对普通读者来说是多么的神秘。

当某位发烧友花了这么多时间研究扬声器行为的细节时,很容易把这些数据可视化视为理所当然,这有时会导致我们代替读者假设了太多的知识,特别是发烧新手。我们确实有一些文章来解释我们一些图表中所显示的信息,但我们决定做一些更简单的东西来帮助那些初学者,因为以前处理这个问题的文章是相当有技术性的。由于扬声器的测量是一个固有的技术问题,因此用更简单的术语陈述这些概念可能会有些挑战,但我们仍会尝试。

频率响应
让我们从扬声器行为的最基本图表开始解释:频率响应,有时这也被称为振幅响应。 频响是衡量一个扬声器在整个声音频谱上对相同放大量的反应。频响图的X轴代表频率,或是我们听到的音调,图的Y轴代表振幅,或我们听到的响度。一个恰当的比喻是,用同样的力量敲击钢琴上的琴键,声音有多大。类似于钢琴键盘上的音高从左到右向上移动,频率响应图通常从图的左边的低频声音开始,当它向右移动时,音高会上升到更高的频率。理想情况下,当用同样的力量敲击琴键时,钢琴会以同样的响度演奏所有这些音符。同样地,一个表现完美的扬声器在给所有频率以相同的放大量时,在整个频谱上会有一个完全均匀的响应。我们称这种完美的响应为 "平坦",因为在频率响应图上,它在所有频率上都显示为一条平坦的线。一个具有完美频率响应的扬声器在现实中是不可能实现的,但许多扬声器制造商试图在合理的范围内尽可能地接近它。
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轴上频率响应
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轴上频率响应(有时称为直轴频率响应,但此后我将称之为轴上频率响应)是声音在扬声器正前方的频率响应,因此它是扬声器在其指向的方向上的响应,即扬声器的'目标'。它被认为是扬声器行为的主要衡量标准。如果扬声器直接对准听众,它可以说是最重要的单一响应测量,因为在所有扬声器辐射的声音中,首先到达的是听众。声音的第一到达是决定扬声器对听众特性的一个主要因素。然而,扬声器并不总是直接指向听众;听众经常在不同的角度聆听扬声器。扬声器频率响应的每一个其他角度都被称为离轴频率响应。

如上所述,最理想的轴上频率响应测量是完全平坦的,但同样,这在现实世界并不存在,所以要寻找的是尽可能平坦的响应曲线--至少如果你对准确性感兴趣的话。一个理论上具有完全平坦的轴上频率响应的扬声器将表明它能够完美地再现源内容,至少在它正前方的位置能做到。频响曲线偏离平坦形状越远,扬声器的精确度就越低。

离轴频率响应
如果扬声器没有直接对准你,你就会以离轴的角度来聆听它,它的频率响应形状通常与在轴频率响应不同。为了准确起见,离轴响应自然也应该保持平坦的形状,但是,与轴上频率响应一样,这也是不可能的,所以扬声器设计者通常试图拥有一个与轴上频率响应紧密相关的平滑响应。这有两个主要原因。首先,很多时候,听众不会以正前方的角度来聆听扬声器,所以扬声器应尽量在其他合理的角度上发出好声音。其次,我们在室内听到的大部分是来自扬声器的反射声,而不仅仅是直接从扬声器传到听众耳朵的声音。因此,即使轴上的声音是完全准确的,如果在其他角度发出的声音有很差的频率响应,扬声器仍然可能听起来很糟糕。现在让我们看看一些涉及轴上和轴外响应的图表...


聆听窗口
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一般来说,扬声器保持良好响应的最关键的是那些接近轴上角度的离轴角度,而这些接近角度中最重要的是那些与轴上角度在一个水平面上的角度。这些角度是最重要的,因为大多数人不会在太大的角度听他们的扬声器,他们倾向于在略有不同的横向角度听他们的扬声器,但垂直角度的变化不大。例如,常见的聆听区可能是由一个宽大的沙发或板凳组成的,所以它在水平方向上将是一个宽阔的区域,但人们很少以明显更高或更低的角度聆听他们的扬声器,所以常见的聆听位置往往是一个狭窄的垂直区域。

对发生在轴上响应和它附近的响应的单一测量被称为 "聆听窗口"。聆听窗口曲线是水平轴上+/-10、20和30度,以及垂直轴上+/-10度的水平响应的平均值。它包含了听众通常会听的大部分区域。聆听窗口响应的意义在于,它类似于首先到达听众耳朵的响应,因为大多数人将在这个角度内聆听扬声器。换句话说,只要听众处于扬声器向前覆盖的合理区域内,也就是在扬声器前面60度的角度内,扬声器第一次到达的声音的响应应该与聆听窗口曲线相似。正如我们之前所说,声音的第一到达是决定扬声器对听者特性的主要因素。

早期反射
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我们之前提到,我们从一个典型的家庭音响系统中听到的大部分声音不是来自扬声器本身的直达声音,而是来自房间里的表面,如墙壁、桌子、地板和几乎所有固体物体的反射声音。这些反射中最强的是早期反射,它们在到达预测的聆听位置之前,只从房间的表面 "反弹 "了一次。这些早期反射很重要,因为如果它们的累积响应与扬声器的直达声音响应相比非常不均匀,它们会损害系统的整体声音质量。早期反射在低频和中频的室内频率响应中是一个主导因素。它们在决定一个典型的家庭音响设置中扬声器的音调平衡方面有很大的差异。

这些早期反射有一个显示其整体行为的测量:"早期反射 "响应。大部分构成早期反射的声音主要来自扬声器的前半部分,因此早期反射曲线是来自扬声器前半球的大部分垂直和所有水平轴向响应的平均值。早期反射曲线的振幅几乎总是比聆听窗口响应曲线或轴上频率响应曲线要低一些,因为早期反射响应包含了来自远离轴角度的响应,正常的扬声器投射的声能远不及它前面的区域多。这通常会导致响应在频率上升时向下倾斜。在这个指标中,一个高度精确的扬声器应该有一条稳定的线作为曲线,类似于其轴上响应。这样的曲线将意味着在扬声器周围大多数角度产生的声音与轴上响应和聆听窗口响应有很好的相关性。如果早期反射响应中存在非常大的深谷或峰值,那会使声音的音调不平衡。

声功率
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声功率曲线并不是声音质量的一个很好的指南...

扬声器在各个角度产生的声音可以用 "声功率 "曲线来概括。声功率响应是扬声器从各个方向辐射出的所有声能的频率响应。就其本身而言,它并不是一个很好的音质指南,因为它所包含的许多信息并不十分重要,例如在扬声器后面的离轴角度,通常不会有太多的输出,因此对听众的影响不大。如果这条曲线非常颠簸,那可能表明有些问题,但建议读者不要对这个反应看得太重。对于普通的家庭音响用户来说,它只能作为中低频和高低频段的室内响应的预测器而使用。它作为一个数据更有参考意义,我们可以从中得出下面讨论的指向性指数。


声功率指向性指数
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声功率指向性指数并不代表传统的频率响应,它只是显示扬声器在频率上的振幅。相反,它代表了扬声器在前进方向上投射的声能与在所有方向上辐射的能量之比。换句话说,声功率指向性指数(通常只称为 "DI "或 "指向性指数",我们将在下文中这样称呼它)是衡量扬声器声音发射的方向性。一个高指向性的扬声器是指声音的发射包含在一个狭窄的波束中。它以一个非常狭窄的角度向外投射声音,所以任何不在扬声器轴线角度附近的人都不会受到扬声器的直达声音影响。一个高度无指向性的扬声器会在一个非常大的角度上均匀地投射声音。举一些假设的例子,一个完全定向的扬声器会像激光束一样将所有的声能发射到一个方向上,而一个完全无定向的扬声器会像球形灯泡一样向所有方向平均地发射声音(这将是真正全极性扬声器的理想状态)。
指向性指数的结果曲线向我们展示了扬声器有多少前向偏压。

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指向性指数是通过从聆听窗口响应中减去声功率响应而建立的,由此产生的曲线向我们显示了扬声器有多少前向偏压,或者说它的前向能量与每个频率的全向能量的比率。在这个指标中,一个完全没有方向性的扬声器在其整个频率响应中的数值为零分贝,因为从任何特定方向投射的能量都没有差别。换句话说,在聆听窗口响应中测得的振幅与声功率响应中的振幅没有区别;这两个响应会有相同的曲线,所以它们会被抵消。另一方面,一个高度定向的扬声器,将其所有的能量向前方辐射,其指向性指数将非常高,并且在振幅和形状上与聆听窗口曲线几乎相同。因此,当一个指向性指数在某个频段有较高的振幅水平时,它在该频段的指向性更强,在单一方向上投射的声音更多,而不是宽方向的角度。

那么,就音质而言,指向性指数曲线意味着什么?指向性指数的一个理想特征是,它应该在振幅上没有太大的波动。一个非常不稳定的指向性指数表明,不同的频段有很大的分散角度,或者,换一种说法,一些声音范围的离轴能量比其他的要大得多。正如我们之前所说的,由于我们在室内听到的大部分声音都是离轴声能的反射,一个不稳定的指向性指数会使声音特性不均匀。除了有一个半平坦的指向性指数外,所需的指向性水平还涉及到更多的情景应用。一个较低的指向性水平可能是一个优势,例如,在聆听区域非常广泛的情况下,扬声器需要提供一个广泛的覆盖角度,以便每个人都能听到完整的声音。在其他情况下,高指向性指数可以是一个优势,在这种情况下,一个狭窄的扩散模式是有用的,例如需要对声音路径进行更多的控制的情况。高指向性可以成为一个优势的例子是在比较大的和声学上更活跃的房间里。

至于高指向性扬声器和非指向性扬声器之间的质量差异,加拿大国家研究委员会(又称NRC)所做的研究表明,大多数人似乎更喜欢宽扩散扬声器的声音,因为侧壁反射增加了宽敞的感觉和更宽的声场。归根结底,这似乎是一个个人偏好的问题;那些想要更大空间感的人应该寻找低指向性指数的扬声器,而那些想要更精确成像的人应该寻找高指向性指数。在这一点上应该指出,房间声学和扬声器位置对这些品质也有重要作用。根据我自己的经验,我发现宽扩散扬声器和窄扩散扬声器都可以有很好的成像,以及宽敞的空间感和氛围。


早期反射的指向性指数
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对于传统的扬声器,可能比声功率指向性指数更重要、更有意义的是 "早期反射指向性指数"(或早期反射DI)。早期反射指向性指数是一条曲线,显示了扬声器的声能在会产生第一反射的角度中的指向性。它是早期反射测量中具有方向性的能量的比率。它是通过从聆听窗口响应中减去早期反射响应来计算的。声功率指向性指数的一个缺点是它考虑了大量的数据,而这些数据在标准扬声器中是相对不重要的,即从扬声器的后半部分发出的声能。然而,大多数扬声器都是向前发射的设计,这意味着它们将大部分声音投射到一个单一的、向前的方向(这些经常被误称为 "单极 "扬声器,但单极更确切地说,是一个向所有方向平等辐射的点源,这并不是向前发射的扬声器的这种行为方式)。

与声功率指向性指数一样,在早期反射指向性指数中需要寻找的特征是一条平滑的曲线,没有任何大的不规则或不是非常 "肿块 "和不均匀。与声功率指向性指数类似,早期反射指向性指数越高,表明扬声器的方向性越强,扩散越窄,早期反射指向性指数越低,表明扬声器的扩散越宽。

ANSI/CTA-2034-A标准,也被称为 "Spin-O-Rama"。

扬声器测量以上讨论的六项测量作为一组显示,被称为'Spin-O-Rama'测量集,由哈曼国际开发。它被称为Spin-O-Rama,因为它涉及到将扬声器在其垂直和水平轴上旋转360度,以获得必要的数据来开发测量集。在完整的垂直和水平轴上每10度进行一次频率响应测量,而Spin-O-Rama曲线是由所有这些测量结果计算出来的。用来建立这个测量集作为扬声器性能指南的科学已经被高度推崇,以至于美国国家标准协会(又称ANSI)和消费者技术协会(又称CTA)已经将它纳入他们测量家庭音频扬声器的标准。这个标准被称为ANSI/CTA-2034-A。

在解释这些测量时,有很多东西比这里写的要多,但希望这篇文章能给你一个好的开始,让你了解这组响应曲线的含义。如果你想了解更多,Audioholics还有别的文章。客观的扬声器测量来预测主观的偏好,这也涉及到了这些测量。其他一些学习Spin-O-Rama曲线的好资料是哈曼国际的这些白皮书。为艺术服务的音响科学和用于多声道音响再现的扬声器和房间,第二部分。要了解这些测量的意义,最好的参考是《声音再现》一书。扬声器和房间的心理声学,作者是Floyd Toole博士。《声音再现》是一个很好的教材,适用于任何刚开始接触音响的人,以及那些已经有几十年音响爱好者的人,作为一种爱好。

对于那些花时间了解Spin-O-Rama测量集的含义的人来说,这些知识对于识别一个设计良好的扬声器的特征有很大的帮助。这些知识对任何进入这个爱好的人来说都是非常有用的,因为有很多好的扬声器设计,可惜没有太多人可以在当地进行演示,所以这些测量可以表明扬声器的声音特征类型,而不必亲自去听。对于那些只想得到一个准确的扬声器而不是一个有 "个性 "的扬声器的人来说,这些测量值也是一个很好的指南。Audioholics在我们对书架式扬声器的评测中公布了这些测量结果,据我们所知,我们是唯一一家这样做的第三方媒体。希望其他媒体也能效仿我们的做法,这样音响消费者就能对扬声器的性能有更多的了解,从而挑选出合适的扬声器来使用。

文章转自:audioholics

延伸阅读:
分享音箱/扬声器检查测量方法(第二部分)
分享音箱/扬声器检查测量方法(第三部分)
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Natalieliang 2

2022-9-29 17:59

学习了,谢谢楼主分享
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