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监听音响中的时域响应- 音频技术

环宇声光网 | 时间 : 2019-08-14 08:25:40 511人已浏览

导语:大多数实用的扬声器系统没有表现出最小的相位性能。相反,我们可能将其响应视为理想系统的组合,其理想系统的性能是最小相位,与全通(无衰减)网络串联操作,提供系统响应中观察到的相位误差。

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我们希望最小化这个相位误差。只要任何扬声器的行为类似于带通滤波器,它就会表现出与其幅度响应相关的独特相位响应。如果扬声器是理想的,那么相位响应将表现出与平坦相位响应的最小可能偏差 - 因此称为最小相位。

检查相同现象的更方便的方法是通过系统的群延迟响应。群延迟定义为减去相位(φ)相对于频率(ω)的变化率:

方程

通过取观察到的相位响应相对于频率的斜率来绘制。

设计最小相位多路系统并不容易,必须小心控制三个因素:

  1. 挡板上传感器和组件的物理对齐。声学中心的对准对于仅一个支承角度可以是正确的。
  2. 固有的传感器响应。在其自然截止点区域中使用驱动器和组件使设计复杂化。
  3. 划分网络特征。从驱动器保护的观点来看,某些电路配置可能是理想的,可能与最小相位概念不兼容。

处理这三个变量很棘手,在优化时域响应的过程中,设计工程师可能无法适当关注所涉及的所有权衡。例如,几年前在消费者系统设计中流行的许多阶梯式挡板布置提供了基本上最小的相位响应,但是以复杂的挡板边界处的麻烦的衍射和反射为代价。

可听阈值

虽然最小相位系统从理论上来说是正确的; 必须提出的问题是,它们对于表现出一些残余误差的系统具有可听见的优越性。西德的Blauert和Laws 1进行了1978年发表的实验。在这些实验中,他们确定了几种不同频率的可听阈值,以及不同的全通时间延迟量。对于测试,Blauert和Laws使用静电耳机,表现出非最小相位响应的低值。一般来说,Blauert和Laws确定叠加在耳机上的群延迟误差最好用在无回声条件下呈现的冲动声音来检测。

该信号输入条件的灵敏度阈值如图1所示。在同一图表上绘制了三个监测系统的相对群延迟特性:Altec 604由UREI“时间对齐”; JBL 4331; 和新的JBL 4430 Biradial系统。请注意,所有三个系统都远低于Blauert和Laws标准,以确定延迟效应的可听性。

由于Blauert和Laws研究是基于无回声播放的脉冲信号,因此可以假设“在典型的听音室中播放的音乐信号在所需的时域精度方面不那么严格。无论如何,图1中描述的三个监视器系统满足比通常要求更严格的标准。

图1旋转和裁剪499px

仔细研究图1,我们可以评论系统之间的差异。4430的群延迟曲线表明高频声学中心位于系统的LF部分前面约500微秒。在4331的情况下,11.5英寸2312高频喇叭将高频驱动器的声学中心放置在低频驱动器后面约350微秒。1500 Hz处的曲线中的凸起是由于不规则的幅度响应和网络特性造成的。

对于经过时间补偿的Altec 604,我们注意到高频和低频部分的声学中心是精确对齐的。500 Hz和略高于2000 Hz的小凸起可能是由于这些区域的不规则振幅响应。低于250 Hz,所有群延迟曲线显示延迟显着增加。这是由于系统固有的低频滚降。

图2旋转和裁剪500px

在JBL 4430(和4435)的设计中,群延迟曲线中的步骤被用于优势:它使位于法线轴上或上方的听众的垂直轴外响应的优化成为可能。图2显示了这种偏移的细节,图3中得到了归一化的响应曲线。由于这些系统不是同轴的,因此必然存在某些垂直的轴外角度,这将表现出相位抵消。如图3中的10°和20°向上的曲线所示,由于时间偏移,可以在宽的垂直区域内保持平滑的响应。

如果接受Blauert和Laws数据,则时域对齐在一般设计方程中取代其作为平衡的变量以及平坦的轴向响应,平滑的功率响应以及对正确的驱动器保护的关注。

参考

1)。J. Blauert P. Laws,“电声系统中的群延迟失真”,美国声学学会杂志,Vol。63,pp.1478-1483(1978年5月)。

图3旋转和裁剪750px

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