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音箱频响测量的窗口参数设定

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发表于 2018-4-30 21:47:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 e3po 于 2018-5-2 02:55 编辑

无论什么测量系统,只要是应用窗口技术,都会得到脉冲曲线。为脉冲设置合适的窗口参数,脉冲曲线经快速傅里叶变换得到频响曲线。

JustMLS脉冲曲线在时域窗口
LoudspeakerLAB在LLP窗口
REW在Impulse敞口

本贴以REW软件为例


脉冲曲线
先看一下脉冲曲线

快照01.jpg

第一个脉冲
可以看作是时标,代表声音发出的时刻,这一点作为时间零点
可能有人会注意到它并不在零点时刻,有点滞后。不用理,声卡等存在延时是正常现象,好声卡都不会延时太多,可以近似的认为它就在零点。

第二个脉冲
这个脉冲的信号幅度最大,这是话筒收到的从喇叭发出的信号。因为本例中话筒位于喇叭前方1032mm处,由于声速的存在,1032/344=3(ms),说明直达声需经历约3ms时间才能到达话筒,脉冲曲线也体现了收到的信号位于3ms处。
那么,3ms这点就作为窗口时间参考点,即窗口的0时间点,此处的脉冲就是主脉冲。

第三个脉冲
这个脉冲特点是幅度小,形状与主脉冲近乎一样。
它的出现源于反射,本例是地面反射造成的,见下图蓝色路径:

脉冲窗口贴附件.jpg

喇叭轴线距地面1248mm,计算可知地面反射路径长度为1350.5*2=2701(mm),
2701/344=7.852(ms),地面反射声延迟7.85ms到达话筒。

第四个脉冲
墙壁反射。由于距离更远,路径更长,信号衰减很大,脉冲幅度更小
反射脉冲间还会夹杂着非墙壁的小面积杂乱反射、之后还会有幅度更小的反射脉冲、多次反射脉冲,延迟更长没必要再讲了








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辅助设计, 音箱, 测量, RTA, 曲线, 频谱分析, 房间, room, acoustics, 声学, 话筒, 校准, EQ, Thiele/Small, 参数, 分频器, cross-over

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发表于 2018-9-16 21:33:39 | 显示全部楼层
ILXTF 发表于 2018-9-16 15:08
可以的了,时间窗可以包含障板效应,直接分频了事了,不用再合成

1.JPG 2.JPG

基于你给的结果,凑合试试吧,你那个高音应该比较小,受不了低的分频点,希望你的低音可以顶住。
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 楼主| 发表于 2018-5-3 01:42:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 AudioCAT 于 2018-5-3 01:50 编辑
ppt44 发表于 2018-5-2 10:41
那就是说,如果起始点设置不当,会导致声音到达时经过了一段时间,所以导致不同频率间有了相位差别?

...


为了测量到真实的喇叭频响,话筒必须拉开一定距离比如1M,但这个距离带来的延时会使计算出来的相位过于密集很难用视觉分析,而这个相位并不是错的,还是对的,只是包含了延时。只要所有喇叭测量时保持话筒位置不变,并不会影响分频器仿真。但密集的曲线确实无法观看,这给分频器仿真时精确对齐相位带来麻烦。
要想把相位曲线横向尽量展宽,只能采用0距离测量,杜绝传输距离带来的附加延迟,但频响就不是真实的远场曲线了。
频响曲线的相位是相对的,必须有个参考点,我们谈论相位都以发声的起始点为参照。那么JustMLS的参考点就是时域曲线下面那条的小脉冲,即声卡发声点。为保证远场数据又要希望是相当于0距离的测量效果,JustMLS采用人为平移脉冲曲线的方法,把测得的脉冲向前平移到与0点发声时标脉冲对齐,等同于消除了测量距离,移动距离恰好等于测量距离带来的延迟时间,因此叫距离补偿。
专业软件的相位计算以窗口起点作为参考点,只需在脉冲曲线加上合适的窗口即可。但专业软件为保证频响曲线的精确性,窗口起点有时必须提前,以保证脉冲前沿不被切除,这样参考点也会超前于脉冲。相位曲线本来就是相对的,单一的相位曲线对分频器仿真没有任何用处,两个单元相对相位准确才有用。
REW这方面做得比较好,REW增加了左窗口,脉冲前沿由左窗口来保证,参考起点可以精确的与脉冲对齐,这样对相位的控制就随心所欲

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 楼主| 发表于 2018-4-30 22:02:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 AudioCAT 于 2018-5-2 02:41 编辑

现在不用窗口,但软件无法取消窗口,那我们就让窗口全开,相当于无限大的窗口,等同于无,所有信号畅通无阻的通过。
对上面的脉冲曲线进行快速傅里叶变换会得到频响曲线,如下图

快照2.jpg

频响曲线得到了,而且是真实的响应曲线,但包含所有反射声。
因为计算机可不管你什么信号的时序先后,只要是进来的信号都被计算,然后在相应的频率位置绘制出来,这就会使反射声与直达声叠加在一起。而反射面很多,许多条反射路径很复杂,直达声曲线完全淹没在杂乱的反射信号中,根本看不到频响曲线是什么样。

前面知道了杂乱的曲线是由反射造成的,而我们要的是喇叭自身曲线,只需要直达声,那么反射声必须想办法去除。以往的办法倒是简单,直接而粗暴的解决。修建个无响室,完全靠吸声的办法让声音有去无回,这需要财大气粗才能实现,不是谁都能做到的。
计算机的普及让廉价解决反射问题变得简单,窗口技术就是其中一种。

什么是窗口技术?
就是相当于话筒前有一堵墙,正对话筒位置设置一个可开闭的小窗,小窗平时是关闭的,什么声音都关在窗外,话筒收不到声音。
在喇叭直达声到来前迅速把小窗打开,过一会反射声快到来前再迅速把小窗关闭,那么话筒就只收到直达声,任凭之后的反射声如何杂乱都进不来。

实际上并不需要像上面说的那么复杂,根本不需要有小窗的一堵墙,用电窗口,一个可切断话筒信号的开关就可以替代这个小窗。
可是这样却很麻烦,设定完一个窗口测完发现不合适就要重测,要反复的更改窗口反复的多次测量。因此实际应用中并不把窗口设在话筒信号通路,而是让话筒始终工作,把所有信号都拾取进来,在后期信号处理时再应用窗口,可以有选择有针对性的决定分析计算哪一段,这对于计算机来说很简单。关键是这样做会更方便,可以先测量,测完后再研究窗口开多大好,开在何处合理,结果会直观看到,不合理再改,无需重新测量。


好了,现在我们来应用窗口,看看会生成什么样的频响曲线。

从脉冲曲线上看,直达声出现在3ms处,为保证直达声无损通过,窗口应该在3ms之前打开。
因为脉冲包含的信息量很大,要保证脉冲前沿也通过,窗口起点定为提前0.3ms,即2.7ms处。
第一个反射脉冲出现在7.85ms,这是不需要的干扰信号,都应该知道了,窗口在此之前必须关闭,反射脉冲和之后的所有杂乱反射都拒之窗外。
要保证窗口尽量大的同时又不能让反射进来,实际关窗点设在7.7ms,刚好在反射之前,窗口设置见下图

(窗口参数以脉冲为参考0点)
快照3.jpg

下图脉冲曲线中可以形象的看到窗口形状、起点、终点时间(橙色)

快照4.jpg

上图中窗口分两部分,其中左窗口0.3ms,右窗口4.7ms(以脉冲为参考0点,红虚线)


切换回SPL曲线图
这就是经过窗口后生成的频响曲线,一款高音喇叭,真实面目已经显现,不再有反射干扰
快照5.jpg

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 楼主| 发表于 2018-4-30 22:02:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 AudioCAT 于 2018-5-1 15:22 编辑

楼上频响曲线已经出来了,一般来说也就大功告成了。
对于JustMLS来说也确实是大功告成,因为测量频响曲线这个“重要”任务完成了
那我为啥又占一楼?
好吧,继续

许多人都知道JustMLS把低频测准很难,原因是采用的窗口太简单,最简单的矩形窗口,上面的例子用的就是矩形窗口。

说到这个问题就得在扯点前面没解释的,为什么窗口要尽量长

因为窗口技术虽然看似解决了反射干扰问题,实质上并不完美。因为低频的波长很长,比如50Hz的频率,一个周期的波形长度就达到6.88米,这里只谈实例,实例测的是高音,只要求到下限300Hz即可。那么300Hz频率一个完整波形长度是1.147米,计算可知需要3.3ms时间才能完整通过,理论上3.33ms的窗口即可测量到300Hz的有效下限,但实际总会比理想化的理论复杂,要至少2个完整波形,本例中300Hz电平已经很低,更需要保证两个完整波形,那么想变换到300Hz还要有一定精度,窗口应尽量长。另一方面,脉冲的后沿特性在一定时间内都体现在频响中,过小的窗口也会切掉应有的细节,使变换后的频响曲线应有的细节波动消失,像是被平滑过。

实际中影响窗口长度的因素是反射距离,反射距离越大,反射脉冲来的就越晚,窗口就可以开的更大。
但现代测量设备都为普通室内开发,目的是抛弃造价昂贵的消声室。而普通室内尺度有限,窗口不可能开太大,好在一般的应用并不需要测到很低的频率,能达到最近1.72M的反射面距离即可有效测到200Hz的低频下限。

下面我们做个实验,无视反射,适当开大窗口,看低频段是否有改善
设置如下
左窗提前到0.5ms,右窗开到5.8ms,窗口总长6.3ms
快照6.jpg

快照7.jpg

切换回SPL曲线图
很惨!
因为首次反射信号进来了,直达声与反射声两个信号比较好理解,他们传播路径长度不一样,有相移,叠加后就是典型的梳状滤波器样子

快照8.jpg

简易窗口直接开大是不行的,可是别忘了现在用的是REW。
专业测量系统都有很多窗口类型可选,REW也一样,我们选汉宁窗,只换成高级窗口,窗口参数不变。
快照9.jpg

汉宁窗的形状
快照10.jpg

经过汉宁窗的脉冲曲线
快照11.jpg
脉冲已经很干净,类似在无响室的测量结果

虽然还保持6.3ms的大窗口,反射脉冲同样能进来,但脉冲幅度已经很小,小到不再影响直达声的频响,而可用下限却更低。
原因是汉宁窗口的形状,不再是简单开闭的矩形,而是逐渐收缩缓慢关闭,有害反射虽然能进来但被压缩,因此这种窗口在必要时可以把结束点设在反射脉冲之后,使窗户口尽可能宽,对改善低频段有利。

应用汉宁窗的频响曲线
快照12.jpg

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发表于 2018-4-30 23:28:53 | 显示全部楼层
学习中         
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发表于 2018-5-1 02:02:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 ILXTF 于 2018-5-1 02:18 编辑

老师的意思是?  时间窗的长度必须小于第一个大型反射面带来反射的时间?。。。。话筒和被测扬声器的距离还必须小于第一个大型反射路径的距离?具体小于多少还得受到低频波长的制约?。。。。 老师这个图的测量距离应该最小的吧,即使把比例等比缩放,音箱架高到2米,越低频好像波长的长度通过都要好多的MS。。。好像对开大窗口也没有什么实质性的提升。。。。 用JUSTMLS测量大致音箱到麦克风的距离1032MM,扬声器中心架高到1.7米,应用8MS的时间窗进行测量是比较常用的测量手段?  这个看来那图画错了,拾音器的距离应该往前挪动 99999.png

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 楼主| 发表于 2018-5-1 05:11:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 AudioCAT 于 2018-5-1 05:14 编辑
ILXTF 发表于 2018-5-1 02:02
老师的意思是?  时间窗的长度必须小于第一个大型反射面带来反射的时间?。。。。话筒和被测扬声器的距离还 ...


声源、话筒,距任何方向最近的反射面都要保证不小于1.7M
条件受限时,话同距背墙、声源距后墙可以近一点
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发表于 2018-5-1 11:56:00 | 显示全部楼层
1.JPG

我加码一个问题,这是我对障板测试的一个脉冲结果。高度1.05米,距离约1米。板宽0.3米。反射部分在大概7ms后到达没啥问题。

但是背后绕过前方产生干涉的声音,应该是哪一段?

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发表于 2018-5-1 14:03:42 | 显示全部楼层
ILXTF 发表于 2018-5-1 02:02
老师的意思是?  时间窗的长度必须小于第一个大型反射面带来反射的时间?。。。。话筒和被测扬声器的距离还 ...

第一个问题应该是是对矩形窗口而言!,对汉宁窗口可以大于。。。,老师讲的很清楚!

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 楼主| 发表于 2018-5-1 15:19:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 AudioCAT 于 2018-5-1 15:33 编辑
ppt44 发表于 2018-5-1 11:56
我加码一个问题,这是我对障板测试的一个脉冲结果。高度1.05米,距离约1米。板宽0.3米。反射部分在大概 ...


前后影响的声音都是波长大于喇叭中线距障板边缘距离的频率,大于这个尺寸的频率,障板已不是障碍,可轻易穿过,就像没有障板。小于这个尺寸波长的频率会绕射,还有边缘衍射影响和墙壁反射。但是绕射幅度并不大没什么大影响,但可以肯定超前于首次反射
障板的直达声频响是很难测的,绕射路径太短
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 楼主| 发表于 2018-5-1 15:31:34 | 显示全部楼层
joy_peacock 发表于 2018-5-1 14:03
第一个问题应该是是对矩形窗口而言!,对汉宁窗口可以大于。。。,老师讲的很清楚!

他提问时我的帖子只发了1/3
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发表于 2018-5-1 21:58:15 | 显示全部楼层
这就冷下来了?好像还不完全啊。再以问答的形式扩展一点吧。

相信很多同学在测量时都会遇到相位曲线问题,比如我手里就有过如此一个相位曲线:

1.JPG

单看响应,算是比较像模像样的,但是在1000-5000这一段的相位曲线,很奇怪的和别的频率相差了一大截。对分频器模拟造成了巨大的影响。

那么造成这种相位曲线形状的原因又是什么呢?
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发表于 2018-5-1 23:22:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 ILXTF 于 2018-5-1 23:55 编辑

还没到这种程度啊,我正在JUSTMLS对其脉冲中。我测的JUSTMLS的脉冲形状怎么和教程里面的图好像反过来的
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 楼主| 发表于 2018-5-2 02:33:07 | 显示全部楼层
ppt44 发表于 2018-5-1 21:58
这就冷下来了?好像还不完全啊。再以问答的形式扩展一点吧。

相信很多同学在测量时都会遇到相位曲线问题 ...

这相位曲线没什么问题呀,变成水平直线才好呢,不过那是不可能的,频率越高相移越大
至于你说的那段形状完全由你控制,窗口起点别太超前就行,对于JustMLS来说就是相位对齐的问题,脉冲位置稍动一下再看看
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 楼主| 发表于 2018-5-2 02:56:06 | 显示全部楼层
ppt44 发表于 2018-5-1 11:56
我加码一个问题,这是我对障板测试的一个脉冲结果。高度1.05米,距离约1米。板宽0.3米。反射部分在大概 ...

随便加,这个帖子就是大家交流测量技术的
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 楼主| 发表于 2018-5-2 02:58:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 AudioCAT 于 2018-5-2 03:00 编辑
ILXTF 发表于 2018-5-1 23:22
还没到这种程度啊,我正在JUSTMLS对其脉冲中。我测的JUSTMLS的脉冲形状怎么和教程里面的图好像反过来的


是脉冲上下颠倒了吧,没问题,不用管它,什么都不影响
原因是测量电路到声卡间肯定某处有反相的,看着不顺眼就把喇叭反接,不过真没必要
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