简析扬声器系统声干涉

   2020-08-31 聪慧网sxxjymy500

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  慧聪音响灯光网报道,关于声干涉这个话题,在我前面所讲过的内容中已经提到过,其中提及声干涉分为:建设性声干涉和破坏性声干涉。这次我们应用所了解的声干涉知识,来审视一下现实中多数扬声器系统所出现的问题。

  

  图1 单个波源

  

  图2 两个波源间距等于工作频率的半波长

  

  图3 两个波源间距大于工作频率的半波长

  简析:当两个波源间距大于或等于工作频率的半波长时,发生破坏性干涉效应,即某些方向加强,某些方向减弱甚至抵消。

  下面我们用一个二分频扬声器系统示意图进行说明:

  

  图4 L1和L2聆听点与两只扬声器的声学路径

  假设高低音两只扬声器没有电学时间差,我们会发现聆听点L1与高低音扬声器的声学路径相等,当高低音扬声器重放相同声音信号时(分频点,即声学交叉频率点),相当于两个声源,在L1处呈现叠加状态(不受声中心间距D的影响)。而聆听点L2与高低音扬声器存在声学路径差,如果声学路径差等于分频点的半波长时,在L2处将呈现抵消状态(受声中心间距D的影响)。

  L1处通常是扬声器系统幅频响应特性的参考测量点,而现实中的安装位置(吊挂、壁挂、支撑、堆叠等等)往往使得听众位于以L2为代表的聆听点。

  

  图5 某二分频扬声器系统垂直轴向(类似L1测量点)幅频响应曲线

  

  图6 某二分频扬声器系统垂直偏轴向(类似L2测量点)幅频响应曲线

  简析:以图5为参照,图6中的幅频响应及相干性发生了明显的变化。

  (1)、高频段的幅频响应呈现衰减状态,是因为高频指向角较小,测量点偏离了垂直轴向。

  (2)、1.7KHz的幅频响应呈现凹谷状态,是因为测量点与高低音扬声器存在声学路径差,1.7KHz恰好是高低音扬声器共同重放的频率,且高低音扬声器声中心的间距大于了1.7KHz的半波长,这个声学路径差恰好又是1.7KHz的半波长,导致1.7KHz产生抵消。

  (3)、相干性可以理解为可信度、关联度,用百分比表示,相干性为100%表示所对应的幅频响应可信度高,反之则低。影响相干性的主要因素有:1、测量信号与参考信号具有时间差(包括:传输时间差;多个声源的直达声与直达声的时间差;直达声与反射声的时间差);2、测量信号与参考信号具有电平差。因此,图5和图6中的大约60Hz以下的超低频段相干性较低,属于第2种情况。图6中的1.7KHz附近相干性较低,属于第一种情况中的多个声源的直达声与直达声的时间差。

  如果是双低音二分频扬声器系统,例如市场上的双15寸二分频扬声器系统,仅两只15寸低音扬声器的间距至少有0.38米,那么就意味着在453Hz(即:344/0.76)以下相当于一只低音扬声器重放,即:建设性声干涉。在453Hz以上则会发生梳妆滤波效应,即:破坏性声干涉。这意味着发生破坏性干涉的不止是一个频率点,而是一个频率段。然而二分频器的分频点往往在1KHz~3KHz左右,在分频点处相当于三个声源,问题将会更为严重。

  从研发角度解决上述问题的方法是:减小扬声器声中心的间距,且小于分频点频率的半波长。可能需要减小扬声器外口径,或者选择同轴共点扬声器,否则选择三分频甚至四分频设计。

  从应用角度改善上述问题的方法是:选择电子分频的扬声器系统,以实际听音区域作为参考,调整各扬声器相对延时予以补偿。

  从安装角度改善上述问题的方法是:尽量使扬声器系统的垂直或水平轴向投向主要听音区域。

 
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