Измерение громкоговорителей — это практика определения поведения громкоговорителей путем измерения различных аспектов производительности. Это измерение особенно важно, поскольку громкоговорители, являясь преобразователями , имеют более высокий уровень искажений, чем другие компоненты аудиосистемы, используемые при воспроизведении или усилении звука.
Один из способов проверки громкоговорителя требует безэховой камеры с акустически прозрачной напольной сеткой. Измерительный микрофон обычно устанавливается на незаметной стреле (чтобы избежать отражений) и располагается на расстоянии 1 метра перед приводными блоками на оси с высокочастотным драйвером. Хотя это может давать повторяемые результаты, такое измерение «в свободном пространстве» не является репрезентативным для производительности в помещении, особенно небольшом помещении. Для получения достоверных результатов на низких частотах необходима очень большая безэховая камера с большими поглощающими клиньями со всех сторон. Большинство безэховых камер не рассчитаны на точное измерение до 20 Гц, и большинство из них не способны измерять ниже 80 Гц.
Тетраэдрическая камера способна измерять нижний предел частоты драйвера без большой площади, требуемой безэховой камерой. Эта компактная измерительная система для драйверов громкоговорителей определена в IEC 60268-21:2018, [1] IEC 60268-22:2020 [2] и AES73id-2019. [3]
Альтернативой является простое размещение динамика на его задней стороне, направленной в небо, на открытой траве. Отражение от земли все еще будет мешать, но будет значительно уменьшено в среднем диапазоне, поскольку большинство динамиков являются направленными и излучают только очень низкие частоты назад. Размещение поглощающего материала вокруг динамика уменьшит пульсацию в среднем диапазоне за счет поглощения заднего излучения. На низких частотах отражение от земли всегда синфазно, так что измеренный отклик будет иметь повышенный бас, но это то, что обычно происходит в комнате в любом случае, где задняя стена и пол обеспечивают аналогичный эффект. Поэтому есть хороший случай, используя такие измерения полупространства и стремясь к плоскому отклику полупространства. Динамики, которые эквализированы для получения плоского отклика свободного пространства, всегда будут звучать очень басово-тяжело в помещении, поэтому мониторные динамики, как правило, включают настройки полупространства и четверти пространства (для использования в углу), которые вносят затухание ниже примерно 400 Гц.
Выкапывание ямы и закапывание динамика вровень с землей позволяет добиться гораздо более точного измерения полупространства, создавая эквивалент громкоговорителя микрофона с граничным эффектом (все отражения точно синфазны), но любой задний порт должен оставаться незаблокированным, а любой установленный сзади усилитель должен иметь возможность охлаждать воздух. Дифракция от краев корпуса уменьшается, создавая повторяемую и точную, но не очень представительную, кривую отклика.
На низких частотах большинство помещений имеют резонансы на ряде частот, где размер помещения соответствует кратности половины длины волны. Звук распространяется со скоростью около 1100 футов в секунду (340 м/с), поэтому в помещении длиной 20 футов (6,1 м) будут резонансы от 27,5 Гц и выше. Эти резонансные моды вызывают большие пики и провалы в уровне звука постоянного сигнала, поскольку частота этого сигнала меняется от низкой до высокой.
Кроме того, отражения, дисперсия, поглощение и т. д. сильно изменяют воспринимаемый звук, хотя это не обязательно сознательно заметно для музыки или речи, на частотах выше тех, которые доминируют в модах помещения. Эти изменения зависят от расположения динамика относительно отражающих, рассеивающих или поглощающих поверхностей (включая изменения в ориентации динамика) и от положения слушателя. В неудачных ситуациях небольшое движение любого из них или слушателя может вызвать значительные различия. Сложные эффекты, такие как стерео (или многоканальная) акустическая интеграция в единую воспринимаемую «звуковую сцену», могут быть легко потеряны.
Существует ограниченное понимание того, как ухо и мозг обрабатывают звук, чтобы производить такие восприятия, и поэтому никакое измерение или комбинация измерений не может гарантировать успешное восприятие, например, эффекта «звуковой сцены». Таким образом, не существует гарантированной процедуры, которая максимизирует производительность динамика в любом пространстве для прослушивания (за исключением акустически неприятной безэховой камеры). Некоторые параметры, такие как время реверберации (в любом случае, действительно применимое только к большим объемам) и общая «частотная характеристика» комнаты, могут быть в некоторой степени скорректированы путем добавления или вычитания отражающих, рассеивающих или поглощающих элементов, но, хотя это может быть в высшей степени эффективно (при правильных добавлениях или вычитаниях и размещениях), это остается чем-то вроде искусства и вопросом опыта. В некоторых случаях ни одна такая комбинация модификаций не оказалась очень успешной.
Все многодрайверные динамики (если они не коаксиальные ) трудно измерить правильно, если измерительный микрофон расположен близко к громкоговорителю и немного выше или ниже оптимальной оси, поскольку разная длина пути от двух динамиков, создающих одну и ту же частоту, приводит к фазовой нейтрализации. Полезно помнить, что, как правило, 1 кГц имеет длину волны 1 фут (0,30 м) в воздухе, а 10 кГц — длину волны всего 1 дюйм (25 мм). Опубликованные результаты часто действительны только для очень точного позиционирования микрофона с точностью до сантиметра или двух.
Измерения, выполненные на расстоянии 2 или 3 м в фактическом положении прослушивания между двумя динамиками, могут показать что-то из того, что на самом деле происходит в комнате для прослушивания. Хотя полученная кривая обычно выглядит ужасающей (по сравнению с другим оборудованием), она дает основу для экспериментов с поглощающими панелями. Рекомендуется использовать оба динамика, так как это стимулирует низкочастотные «моды» комнаты репрезентативным образом. Это означает, что микрофон должен быть расположен точно на равном расстоянии от двух динамиков, если необходимо избежать эффектов «гребенчатого фильтра» (попеременные пики и провалы в измеренном отклике комнаты в этой точке). Позиционирование лучше всего осуществлять, перемещая микрофон из стороны в сторону для максимального отклика на тон 1 кГц, затем на тон 3 кГц, затем на тон 10 кГц. Хотя самые лучшие современные динамики могут воспроизводить частотную характеристику с точностью до ±1 дБ в диапазоне от 40 Гц до 20 кГц в безэховых условиях, измерения на расстоянии 2 м в реальной комнате для прослушивания обычно считаются хорошими, если они находятся в пределах ±12 дБ.
Акустика помещения оказывает гораздо меньшее влияние на измерения ближнего поля, поэтому они могут быть уместны, когда анализ безэховой камеры не может быть выполнен. Измерения должны проводиться на гораздо более коротких расстояниях от динамика, чем общий диаметр динамика (или источника звука, например, рупора, вентиляционного отверстия), где длина половины волны звука меньше общего диаметра динамика. Эти измерения дают прямую эффективность динамика или среднюю чувствительность без информации о направлении. Для акустической системы с несколькими источниками звука измерение должно проводиться для всех источников звука (низкочастотный динамик, вентиляционное отверстие с фазоинвертором, среднечастотный динамик, твитер...). Эти измерения легко выполнить, их можно выполнять практически в любой комнате, они более точны, чем измерения в коробке, и предсказывают измерения полупространства, но без информации о направленности. [4]
Измерения частотной характеристики имеют смысл только в том случае, если они показаны в виде графика или указаны в пределах ±3 дБ (или других пределах). Недостатком большинства приведенных цифр является отсутствие указания максимально доступного SPL , особенно на низких частотах. Поэтому измерение полосы пропускания мощности является наиболее полезным в дополнение к частотной характеристике, поскольку это график максимального SPL для заданного показателя искажения в диапазоне слышимых частот.
Измерения искажений на громкоговорителях могут быть такими же низкими, как искажения самого измерительного микрофона , конечно, на уровне тестирования. В идеале микрофон должен иметь уровень отсечения от 120 до 140 дБ SPL, если необходимо измерить искажения высокого уровня. Типичный топовый громкоговоритель, работающий от типичного усилителя мощности 100 Вт , не может производить пиковые уровни намного выше 105 дБ SPL на расстоянии 1 м (что примерно соответствует 105 дБ в точке прослушивания от пары громкоговорителей в типичной комнате для прослушивания). Для достижения действительно реалистичного воспроизведения требуются громкоговорители, способные на гораздо более высокие уровни, в идеале около 130 дБ SPL. Несмотря на то, что уровень живой музыки, измеренный на измерителе уровня звука (медленно реагирующем и со среднеквадратичным показанием) , может быть в районе 100 дБ SPL, пики уровня программы на ударных инструментах будут намного превышать это. Большинство громкоговорителей дают около 3% искажений, измеренных с помощью 468-взвешенного «остатка искажения», слегка уменьшающегося на низких уровнях. Электростатические динамики могут иметь более низкие гармонические искажения, но страдать от более высоких интермодуляционных искажений. 3% остатка искажений соответствуют 1 или 2% общего гармонического искажения . Профессиональные мониторы могут поддерживать умеренные искажения до примерно 110 дБ SPL на расстоянии 1 м, но почти все бытовые акустические системы сильно искажают звук выше 100 дБ SPL.
Громкоговорители отличаются от большинства других видов аудиооборудования тем, что страдают от окрашивания , тенденции различных частей динамика — конуса, его окружения, корпуса, замкнутого пространства — продолжать движение, когда сигнал прекращается. Все формы резонанса вызывают это, сохраняя энергию, и резонансы с высоким Q-фактором особенно слышны. Большая часть работы, которая была проделана для улучшения динамиков в последние годы, была направлена на уменьшение окрашивания, и было введено измерительное оборудование с быстрым преобразованием Фурье, или БПФ, для измерения задержанного выходного сигнала динамиков и отображения его в виде каскадной диаграммы времени и частоты или спектрограммы . Первоначально анализ проводился с использованием тестирования импульсного отклика , но этот «всплеск» страдает от очень низкого содержания энергии, если стимул должен оставаться в пределах пиковой способности динамика. Более позднее оборудование использует корреляцию с другим стимулом, таким как системный анализатор последовательности максимальной длины ( MLSSA ). [5] Используя несколько тонов синусоидальной волны в качестве стимулирующего сигнала и анализируя полученный выходной сигнал, тестирование спектрального загрязнения обеспечивает измерение компонента искажения «собственного шума» громкоговорителей. Этот тип сигнала «частокола» может быть оптимизирован для любого частотного диапазона, и результаты исключительно хорошо коррелируют с тестами качества прослушивания звука.