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IEC60268-21声学标准测量条件之原位补偿

13天前浏览1198

本文摘要:(由ai生成)

本文讨论了在非消声环境下进行标准声学测量的方法,包括门控/加窗处理、全息测量技术和原位补偿功能。关键要点包括:门控/加窗处理:通过对测量的脉冲响应进行加窗处理,可以抑制房间反射,但在低频数据处理中可能会引入显著错误。全息测量技术:通过对 DUT 进行近场声学扫描,并处理测量的全息数据,可以排除房间模式在低频的影响,得到可信的低频数据。原位补偿功能:通过比较参考扬声器在自由场和原位测量位置上的幅值响应差异,得到实际的房间校正函数曲线,然后将该曲线运用于 DUT 的原位测量中,可以校正低频测量值。

测试音频设备的理想声学环境是自由场,例如消声室、开阔的旷野。要想在非消声环境下(原位)

完成标准声学测量,则需要使用一些特定技术进行处理,以达到模拟自由场。IEC60268-21标准中概括了三种方法,使得原位测量的结果满足模拟自由场条件。

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原位一词翻译自“In-situ”,指的是一般条件下的测量,如听音室、办公室、生产车间、目标应用等场景中,能展示出DUT与声学环境的交互。

门控/加窗处理

通过对所测量的脉冲响应进行加窗处理,可以在较高频率处良好地抑制房间反射,从而将直达声与房间反射分离开。然而低频数据会受房间尺寸的影响,如果DUT与边界的距离较短,需要短时窗T才能将直达声与反射声分开;短时窗T导致Δf增大(频率分辨率Δf=1/T),频率分辨率下降,可能会引起低频段的显著错误。

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全息测量技术

通过对DUT做近场声学扫描,并对测量的全息数据进行处理(波形展开,直达声分离),然后通过外推预测3D空间(近场和远场)中任一点的声压。利用KLIPPEL受专利保护的直达声分离技术,可排除房间模式在低频的影响,使得低频数据可信。

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原位补偿功能

虽然全息测量技术可以分离出直达声,但是需要进行近场扫描,且扫描时间取决于具体DUT的声学特性。如果需要对DUT做单点快速测量,则需要用到原位补偿功能,使得所测结果满足模拟自由场的标准声学条件。正如IEC60268-21标准19.5章节所述,当声学测试环境(房间墙壁、设备等)的低频吸收特性导致与自由场条件的偏差,从而在规定的额定频率范围内无法准确测量远场条件下的自由场响应时,可通过补偿的方式来校正低频测量值,19.5章节中描述了两种方法。
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第一种方法通过比较参考扬声器在自由场和原位相同测量位置上测得的幅值响应差异得到实际的房间校正函数曲线,然后将该曲线运用于DUT的原位测量中。但是该方法使用定义的时窗特性,仅用于校正低于500Hz的低频响应,且不能用于校正非线性失真测量结果。
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第二种方法利用复杂房间校正函数测得的声压信号进行滤波,该函数能在信号分析之前补偿任何相位和幅值失真,这对非线性失真的精确测量以及对DUT脉冲响应进行加窗后处理非常重要。
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针对标准中所述的房间校正功能,Klippel开发了原位补偿(ISC: In-Situ Compensation)模块,并在KLIPPEL LIVE网络研讨会的第4期内容中做了详细介绍和现场演示。
【KLIPPEL免费网络研讨会4  - 单个评估点处的模拟标准条件】
原位补偿功能的工作流程如下:
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  1. 测量测试点rT处的声压pIS(t,rT),计算非消声测试条件下无补偿滤波器时的传递函数HIS(f,rT)
  2. 提供在自由场条件下测量的准确参考响应HFF(f,rT)和HFF(f,rE)(例如,来自消声室或近场扫描仪 (NFS))
  3. 指定评估点rE和声学标准环境(半空间或全空间)
  4. 根据HIS(f,rT)HFF(f,rE)计算补偿函数HC(f)
  5. 创建通用房间校正曲线并将其应用于同类扬声器(无需参考信息)
  6. 用补偿函数HC(f)对测量的声压pIS(rT)进行滤波,生成模拟标准条件下的直达声pFF(t,rE)
  7. pFF(t,rE)进行任意分析,来测量模拟标准条件下的其他特性(例如THD)
  8. 检查反射声传递函数HREFL(f,rT) 以评估扬声器与房间的交互

进行原位补偿的时候,获取准确的参考响应非常重要,由于消声室的低频限制以及旷野测试中环境气候的影响,Klippel推荐使用全息近场扫描(NFS)方法获取参考数据,结合ISC提供三种不同的原位补偿方案生成模拟远场和自由场条件。
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原位补偿ISC模块可以将目标环境(普通房间、汽车等)测试点rT处总声音的非消声信号分解成直达声分量和代表房间反射的分量。
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虽然原位补偿功能需要参考数据,就NFS而言可能需要扫描数十分钟,但是我们只需要扫描一次,就可以在后续的非消声单点测量中使用该数据,得到符合标准的模拟自由场远场数据。此外,我们还可以生成对多个扬声器都有效的固定房间校正补偿曲线,这样可避免对每个扬声器进行参考测量扫描,但是,这些扬声器需要和房间产生类似的交互行为,并且他们需要有相似的近场特性或测试点需要处于远场并且相同(麦克风位置固定)。
消费电子声学R&D
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首次发布时间:2024-05-21
最近编辑:13天前
KLIPPEL_China
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