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[音响] 如何校准超低音音箱和全频音箱?

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发表于 2005-9-30 | |阅读模式
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如何校准超低音音箱和全频音箱?

    常常听人问起“如何对超低音音箱和全频音箱之间进行校准?”。就这个题目深入研究一下,看看能否得出一个满足的谜底。用超低音音箱来增补全频系统的低频下限,详细说来有3个方面的主要因素。

    1.超低音和全频系统的带宽关系(分频)

    2.超低音和全频系统的输出声压级关系(增益)

    3.超低音和全频系统的信号到达时间关系(延迟)

    最后一项可能是难度最大的,所以我们就先来研究一下。同时我们也要简朴了解一下分频方面的题目,解决了这两项,剩下的增益题目就简朴了。

    音箱本身是一种带通设备。因此,为了简化丈量且便于观察图像,笔者将采用高通和低通滤波器来代替实际的音箱。这样得到的结果也基本上贴合实际情况,只不外这样的仿真测试中无法加入实际的丈量发话器,因此也就无法仿真出发话器测试位置变化带来的影响。但是考虑到测试发话器位置改变造成的影响主要影响到的是音箱指向性比较显著的高频部门,而音箱在低频段表现出的基本上是全指向特性,测试发话器位置不同造成的影响不大,所以测试发话器位置的题目就不足为虑了。



    另外一个受测试发话器位置影响的因素是,不同发话器位置会导致两组待测音箱(低音和全频)的声音到达测试发话器的间隔发生改变。这样一来,在某些位置丈量的结果可能很好,但是换个丈量位置的话,假如刚好两音箱到发话器的间隔差相称于分频点四周频率的1.5倍波长时,则总体响应曲线上就会泛起凹谷(干涉抵消)。因此,在进行现场丈量的时候,建议将测试发话器放在听众区里那些振幅和时间差都具有代表性的位置上。

    我们假设有一个全频音箱系统,可以良好地重放60Hz-14kHz的声音。然后,在场地中另外一个位置再增加一只超低音音箱。超低音音箱的下限频率可以达到30Hz。

    因为超低音音箱在该分频点四周的响应曲线比较平直,所以我们可以直接给它加一个100Hz的4阶L-R低通滤波器。但是,鉴于全频音箱组的频响曲线在分频点四周已经泛起了衰减我们需要采用低于4阶的电子滤波器,从而使全频音箱组的声输出与4阶L-R滤波器的100Hz截止频率fc相匹配。

   为了达到该期望响应曲线的要求,可以全频音箱加了一个115Hz的3阶巴特沃斯高通滤波器。假如需要更加精确地匹配期望响应曲线,可以适当降低该巴特沃斯滤波器的截止频率,然后再增加个参量均衡器进行更精确的棱调。总之,要让响应曲线尽可能贴合我们的期望曲线。

    将高低音音箱输出合并后,此时总体幅频响应完全不符合要求。很显著其中存在抵消。我们知道两组音箱的L-R声学响应应当叠加自平直的响应曲线。但是这里没有,也就是说两组音箱在时域上存在校准不当的题目。

    通过观察通带内的能量包络曲线(ETC),可以确认两者之间的确存在不同步的题目。因此我们需要对全频音箱组进行延迟,但是延迟量要多大才合适呢?

    假如我们选择将全频的峰值到达时间和超低的峰值到达时间对齐,则需要将全频迟14.7ms。或者我们也可以让全频的到达时间贴近超低ETC曲线中的前沿部门。这样全频的延迟时间大概是10ms。


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 楼主| 发表于 2005-9-30 |
根本题目,在于我们目前只有超低音输出的低频部门数据。在公式△t=l/△f中,△t是时间分辨率,△f是频率分辨率:从中我们可以看出更高的频率分辨率(更小的△f值)会导致更低的时间分辨率(更大的△t值)。

    因此,我们需要让超低音输出更高频率的信号(相称于△f值更高,也就是让频率分辨率更低),来进步时间分辨率,从而更正确地判定出全频需要的延迟时间。可能的话,我们可以将超低的低通滤波器旁通,从而获得更多高频输出信号。这样有助于更精确地判定超低音的能量到达时间。假设我们现在无法旁通该滤波器,或者即使旁通之后仍旧无法得到足够精确的时间分辨率。

    此时,我们需要不借助高频信号,就能获得精确的时间信息。这看似一个不可能完成的任务。的确,单纯在时域内要做到这点是不可能的。但是在频域中,有一种方法可以让我们相称精确地获得时间信息,那就是群延迟。群延迟的数学定义是相位关于频率的负导数。

    τg=-dφ/dω

    不要被超低音曲线中的高频部门所困扰。那些起伏是由于丈量到的400Hz以上数据信噪比过低造成的。超低音音箱的输出在200Hz处下降了24dB,而且我们用的是4阶的滤波器,因此,到400Hz处音箱输出会低于-48dB且急速衰喊。这就难怪高频部门信噪比这么差了。

    我们可以看一下超低群延迟曲线上300Hz左右位置,得出其群延迟的高频时限。图中对应的大约是11.0ms。而全频音箱在这个频率上的群延迟大约是3.9ms。这跟全频音箱在高频上的3.3ms略有差异。这种差异是因为高通滤波器带来的相移、以及音箱本身的高通特性造成的。超低所用的滤波器也会带来类似的相移,假如我们有足够的丈量信噪比,也能测得出来。

    用11.0ms减去3.9ms,就得到了7.1ms的一个延迟值。按这个值给全频设置延迟,这基本上就是我们想要的效果了。

    还有一点我觉得会有助于了解貌似低通滤波器对到达时间的影响的因素。之所以说是“貌似”是由于这种情况只有在到达时间发生变化的时候才会泛起。

    这些滤波器曲线的真实到达时间都是5ms。图中一个具有5ms到达时间的互补型高通滤波器会和与之互补的低通滤波器相叠合。


    综上,我们已经看到了,一个电子滤波器的响应会与音箱的响应叠加,从而获得所期望的输出响应(校准)。我们也了解到为什么低通设备会使到速时间表现得比实际值要晚。我们还论证了如何利用群延迟来正确校准输出频率上限受限的设备的延迟时间。但愿上述内容能帮到大家。
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发表于 2005-10-5 |
不错啊,可以收藏学习了啊!~
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