扬声器的传统谐波失真测量不仅可以揭示其非线性症状还包含了声场辐射和传播、声学环境(如房间)以及传感器(如麦克风、激光)属性等线性传递特性影响。比如房间,它就像一个线性后置滤波器,在房间谐振频率fr处会增强所有的信号分量,使得声压响应的基波分量在fr处产生一个峰值,而相应的n阶绝对谐波失真分量则在fr/n频率处产生峰值。
而相对谐波失真会更加复杂,如下图(同样,左边表示自由空间中的测量结果,右图为听音室的结果),房间谐振频率导致n阶谐波失真分量在fr处增加一个谷值,因为基波分量大小在此频率处增大了,且绝对谐波失真是恒定的。
这个例子说明声学环境的线性传递特性增加了谐波响应解读的复杂性,使得扬声器本身的谐波失真特性与房间后期整形的失真特性很难区分出来。
主要的非线性特性比如磁力因数Bl(x)、电感L(x)和机械悬挂刚性Kms(x)都集中在换能单元的电气域和机械域。如下图所示,这些非线性特性可以通过在非线性系统输入信号u(t)增加一个失真信号d(t)并产生失真输入信号u’(t)来进行模拟。这个失真信号u’(t)通过传递函数为H(f,ri)的线性系统(后期整形)传输到了测量点 ri 处的声压输出p(ri)。虽然扬声器非线性产生的失真是由单个源产生的,但测量的谐波失真取决于测量的位置。
等效输入谐波失真(EIHD: Equivalent Input Harmonic Distortion)则是从测量中移除线性后期整形,来简化谐波失真的解读。可以通过在测量的声压信号p(ri)上加一个逆传递函数的线性滤波器,从而又得到扬声器非线性产生的失真信号u’(t)。EIHD则可以通过失真信号u’(t)的频谱分析来确定。
因此,EIHD描述了非线性系统输出端的失真信号,可以解释扬声器的主导非线性,并且与测量位置、声学环境、麦克风属性等后期整形无关,明显简化解读的难易度。
EIHD指标的测量在IEC60268-21标准有相关描述:
Klippel针对该测量提供了测试模板,详细步骤可以参考应用笔记AN20。
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