揚(yáng)聲器的傳統(tǒng)諧波失真測(cè)量不僅可以揭示其非線性癥狀還包含了聲場(chǎng)輻射和傳播、聲學(xué)環(huán)境(如房間)以及傳感器(如麥克風(fēng)、激光)屬性等線性傳遞特性影響。比如房間,它就像一個(gè)線性后置濾波器,在房間諧振頻率fr處會(huì)增強(qiáng)所有的信號(hào)分量,使得聲壓響應(yīng)的基波分量在fr處產(chǎn)生一個(gè)峰值,而相應(yīng)的n階絕對(duì)諧波失真分量則在fr/n頻率處產(chǎn)生峰值。
而相對(duì)諧波失真會(huì)更加復(fù)雜,如下圖(同樣,左邊表示自由空間中的測(cè)量結(jié)果,右圖為聽(tīng)音室的結(jié)果),房間諧振頻率導(dǎo)致n階諧波失真分量在fr處增加一個(gè)谷值,因?yàn)榛ǚ至看笮≡诖祟l率處增大了,且絕對(duì)諧波失真是恒定的。
這個(gè)例子說(shuō)明聲學(xué)環(huán)境的線性傳遞特性增加了諧波響應(yīng)解讀的復(fù)雜性,使得揚(yáng)聲器本身的諧波失真特性與房間后期整形的失真特性很難區(qū)分出來(lái)。
主要的非線性特性比如磁力因數(shù)Bl(x)、電感L(x)和機(jī)械懸掛剛性Kms(x)都集中在換能單元的電氣域和機(jī)械域。如下圖所示,這些非線性特性可以通過(guò)在非線性系統(tǒng)輸入信號(hào)u(t)增加一個(gè)失真信號(hào)d(t)并產(chǎn)生失真輸入信號(hào)u’(t)來(lái)進(jìn)行模擬。這個(gè)失真信號(hào)u’(t)通過(guò)傳遞函數(shù)為H(f,ri)的線性系統(tǒng)(后期整形)傳輸?shù)搅藴y(cè)量點(diǎn) ri 處的聲壓輸出p(ri)。雖然揚(yáng)聲器非線性產(chǎn)生的失真是由單個(gè)源產(chǎn)生的,但測(cè)量的諧波失真取決于測(cè)量的位置。
等效輸入諧波失真(EIHD: Equivalent Input Harmonic Distortion)則是從測(cè)量中移除線性后期整形,來(lái)簡(jiǎn)化諧波失真的解讀。可以通過(guò)在測(cè)量的聲壓信號(hào)p(ri)上加一個(gè)逆?zhèn)鬟f函數(shù)的線性濾波器,從而又得到揚(yáng)聲器非線性產(chǎn)生的失真信號(hào)u’(t)。EIHD則可以通過(guò)失真信號(hào)u’(t)的頻譜分析來(lái)確定。
因此,EIHD描述了非線性系統(tǒng)輸出端的失真信號(hào),可以解釋揚(yáng)聲器的主導(dǎo)非線性,并且與測(cè)量位置、聲學(xué)環(huán)境、麥克風(fēng)屬性等后期整形無(wú)關(guān),明顯簡(jiǎn)化解讀的難易度。
EIHD指標(biāo)的測(cè)量在IEC60268-21標(biāo)準(zhǔn)有相關(guān)描述:
Klippel針對(duì)該測(cè)量提供了測(cè)試模板,詳細(xì)步驟可以參考應(yīng)用筆記AN20。
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