声学测试：有关高端扬声器系统的客观测试（上）

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纵观整个高端音频设备市场，能发现各种各样的产品，有设计精良技术**的**音频设备，也有使用**秘技，作用难以客观评估的小部件。后者并不在今天的探讨范围，我们只讨论那些基于严谨音频工程流程设计的音频设备与系统。

ART DCO ACOUSTICS 公司的监听音箱 M15

尽管少数广受赞誉的大企业拥有高端音频产品生产线，但大部分高端音频产品公司规模都较小且雇员有限。这样导致的结果就是，一个人经常要担负多项技术职责，比如研发，采购，来料检测，组装，成品测试甚至品控，维护和服务。

此外，小微公司一般只有有限的测试资源，如声学优化测试设备。解决此问题的一种方式就是，用感性的而非技术层面的方式描述一个高端音频系统性能，使用多彩而朦胧的广告词。毕竟，高端音频系统是一种生活方式。

然而，声品质是可以通过合适的客观测量方法评价的。今天我们就带大家看看客观测量高端音频设备的**实践范例。我们尝试从两个视角探讨测量应用：

第一  是介绍对不同设备在信号链上的测量，从信号源，到功放，经缆线至扬声器，以及安装系统的房间。重点是要在整个信号链上创造出线性，低噪声和低失真的信号。

第二  是对不同设备在不同生命周期进行测量，包括研发，来料检测，成品品控，系统安装，服务和维护等。

研发是高品质产品的基石。任何在产品开发早期未能解决或控制的问题都会传递到所有之后的环节。这也涉及到产品覆盖的整个信号链。

0x01.1 电信号通道

任何在功放之前或经功放后的不理想信号成分都会*终到达扬声器并变得可听。因此，从信号链源头就保持信号的纯净至关重要。

失真  在多数系统中，失真都是**烦，值得不惜一切去避免，因为它能明显影响声音品质。我们需要认识到，一般当系统达到其操作电平上限时失真比较严重。因此，测试也应在该电平范围内进行。失真可用 THD（总谐波失真）评价，亦可通过单个谐波失真值。

一些电子管功放会产生明显的偶次谐波成分（k2, k4, k6）。而这些产品的推销人员可能告诉你，这样发出的声音更加美妙。

哼声和噪声  噪声或哼声（电流声）的存在可能会掩盖原声的细节。因而，在研发阶段做出低噪声电路设计非常重要。不管怎样，都要认识到功放会将信号和噪声同时放大。正因如此，我们需要得到较高的 SNR（信噪比）。当使用平衡模拟音频线路时，还要测量 CMRR（共模抑制比），这个参数确定了系统消除缆线感应噪声或哼声的能力。噪声，尤其是哼声，还会由电源产生。推荐在不同的电源或设置下进行这些测量。

带宽  带宽通过频率响应测量。测得值在所有特定频率范围都必须不超出限值。现代音频系统的带宽甚至能到达超声频率。

线性度  所有之前提到的测量都会受输入信号幅度和输出信号的功率影响。验证系统性能的合理方式应该是在系统输入端输入一个扫幅信号。信号幅度从零到*大允许输入电平。测量输出信号电平和失真，在整个输入信号范围内，结果都必须符合要求。

通道平衡与分离度  听众的空间感来自多处音源，如立体声。所以，各个信号通道的性能要尽可能一致。系统各通道的各个测量结果都应该比对。

而且，某通道对另一通道的影响，可能由电磁感应或电容耦合造成，也必须检查。这可以通过串扰测量来实现。

0x01.2 声信号通道

在研发阶段，开发人员还要跟扬声器单元和扬声器系统打交道。除了声学参数，电学参数也不能忽略。不过，在认为任何结果可靠之前，全新的低音和中音扬声器需要运行特定时长以使悬浮材料达到其*终性能。

低音和中音单元调节  在一些扬声器单元煲机流程中可以使用的测试信号包括噪声或音乐。ART DCO ACOUSTICS 公司的实践经验表明，使用低频正弦波信号能得到令人满意的结果。这时，扬声器悬浮材料以可控且可预测的方式位移，但不会发出烦人的噪声。

信号频率应该较低，让单元悬浮材料能正确位移。另外，该频率还需与自由场谐振频率有足够大的差异，这样，发生器才能正确控制单元。

中音扬声器  f_burn-in = f₀ * 0.50

    f_burn-in 煲机信号频率 [Hz]

以可控的方式激活扬声器得到理想的  值所需的功率可用以下公式计算：

煲机的目的是获得稳固的机械状态。对不同型号的扬声器来说，要达到这种状态的时间也不同，因此要区别对待。一个实践方法是，应用煲机信号，测量 f₀ 自由场谐振频率和 R₀ 自由场谐振阻抗，每两小时一次直到结果稳定。为了避免扬声器发热的干扰，建议每次测量 f₀ 和 R₀ 前先等扬声器冷却。

自由场谐振频率 vs. 时间

自由场谐振阻抗 vs. 时间

取决于扬声器型号，低音扬声器的煲机时间一般为 6 至 36 小时，中音扬声器一般为6 至24 小时。

扬声器测量  研发阶段需要测量所有典型扬声器参数。低音，中音和高音单元都要评价电学和声学性能。T/S 参数用于确定和优化扬声器外壳规格等。系统声学性能展现的是所有独立部件的相互作用。测量包括频率响应，失真和灵敏度。完整系统的指向性也可在研发阶段测量和优化。

所有声学测量都必须在特定且可再现的声学环境下执行。推荐使用经校准的麦克风。麦克风至扬声器的距离与相对位置也必须保持固定。为了避免由测试环境缺陷造成的频响波动，可以应用一个平滑滤波器（如 1/3 倍频程带宽）。

0x02.1 电子器件

若电子器件在信号通道中扮演重要角色，就需要对其进行 IQC 来料检测，且框限要小。通常，这些部件用在扬声器交叉网络中，如：

取决于长期经验和重要性，可以使用抽检（某批次的部分器件）或全检的方式。

0x02.2 声学器件

在不太敏感的用户群体中，扬声器系统终归会在正常使用下达到其*终特性，但这不适用于高端音频制造商。因此，必须按前文描述的煲机流程对所有全新低音和中音扬声器执行严格的初始化程序。

扬声器配对  煲机测试得到的稳定结果可用于将拥有相似性能的扬声器分组。这对一套音箱中使用多个同型号单元或组建左右扬声器配对来说非常重要。同一组 f₀ 和 R₀ 可接受的偏差取决于安装该扬声器的附件：

    f₀            2 Hz 之内

    f₀           10 Hz 之内

今天的内容先到这里，下期我们一起看看生产品控的细节，以及安装维护的注意事项。