WinISD入门之曲线图的含义

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Transfer function magnitude,传递函数

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该图显示了与扬声器极限效率n0相关的增益(dB)。理论上它在无限频率下达到,这是最的基本图形。显示了频率和增益的关系。

百度百科:传递函数是描述线性系统动态特性的基本数学工具之一,经典控制理论的主要研究方法——频率响应法和根轨迹法——都是建立在传递函数的基础之上。


SPL,频率响应

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SPL图显示了在指定功率水平下,辐射到半(2pi)空间的指定距离处的声压级。要获得全空间值,请从读数中减去6 dB。由于扬声器的效率与环境条件有关,例如改变温度,将改变计算的SPL水平。


Maximum SPL,最大声压级频率响应

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Maximum SPL图是SPL图和最大功率图的组合。考虑到Xmax和Pe的限制,它告诉特定设计可以产生多大的声压。如果计算出的达到Xmax的功率大于Pe,则将Pe作为驱动器的输入功率。有了这个,你可以很容易地将特定设计的潜力可视化。请注意,它不适用于房间或车内环境,这可能会改变很多参数。它作为一种比较工具很有用,例如在密闭或开口的箱体中比较相同的扬声器。另请参见下面的Maximum Power最大功率。


Transfer function phase,传递函数相位

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相位表示电输入信号和声输出信号之间的相位差。请参见下图:

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这里,蓝色的图是零相位信号,即基准(总是需要一个参考来定义相移)。现在,如果我们加上+45度的相移,我们得到了用绿色绘制的图。所以它有点“超前”于输入信号。有人说它有“45度的相位超前”。另一方面,如果我们使相移为负,我们得到红色的图。在那里,相移是-90度。因此,说存在“90度的相位滞后”。

现在,你可能想知道这与WinISD向你展示的相位图有什么关系。你可以把放大器输入扬声器的信号作为蓝色参考。相位图告诉你输出的声音信号和输入信号之间会有多少以度为单位的相移。


Group delay,群延时

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群延迟(群延时)描述了频谱非常窄的正弦脉冲信号通过扬声器的声学“滤波器”所需的时间。群延迟越平缓越好。这个值本身并不是非常重要,只是如果延迟变得太大,那么可能很难将设计与其他可能具有较少群延迟的扬声器相匹配。当瞬态信号被施加到系统时,大的群延迟变化通常意味着大的拖尾。从数学上讲,它是负相位对频率的导数,单位为弧度/秒。因此,当相位相对于频率线性变化时,群延迟具有恒定值。如果这很难理解,那么可以这样想:以一些人为例,每个人代表一个特定的频率。现在,将它们同时发送到特定目标。如果它们同时到达目标,那么群延迟是平坦的。他们都需要同样的时间才能达到目标。现在,如果其中一些人的状况比其他人差,他们会比其他人晚到达。现在,群延迟不是恒定的,不同的频率将在不同的时间到达。这就是群延迟。如果你想知道为什么开口箱的组延迟在WinISD 0.43及以下版本有很大不同,原因是它计算错误。当前版本产生的是正确结果。


Cone Excursion (driver/passive radiator),振膜位移(扬声器/被动盆)

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振膜位移显示了在选定的功率电平下,扬声器锥体在正弦激励下移动了多少。功率在“信号”选项卡中进行控制。施加的功率可以与激励电压相关,关系如下:Eg=sqrt(P·Re),或P=Eg²/Re,其中Eg是施加到扬声器端子的RMS电压,P是以瓦特为单位的输入功率,Re是音圈的直流电阻。请注意,有几种不同的方式来表达这个值。WinISD可以配置为显示锥体位移的RMS、Peak、Peak-to-Peak(p-p)值。RMS值被定义为任何正弦波形的RMS值。峰值是正弦波形的零和最大值之间的差值。总振幅是峰值的两倍,即波形的最小点和最大点之间的差值。峰值可能是一个最实用的表达式,因为扬声器参数Xmax指示了锥盆在任意方向上可以从其静止位置线性位移多少。

如果想最大限度地提高任何音箱的功率处理能力,请调整音箱参数,使锥盆位移保持在尽可能小的值。当然,传递函数幅值图也应该考虑在内。在密闭箱中,当箱体尽可能小时,可获得最小位移。这基本上适用于开口箱,但在风管调谐频率处有一个局部最小值。

在比较程序之间的曲线图时,请注意,在我看来,许多程序给出的RMS偏移是“错误的”。我看过一些程序,其中计算的偏移是RMS值,极限显示为峰值。这给人一种过于乐观的可控印象。还请注意,这张图没有考虑非线性。但当非线性变得太大时,它会提示你。


Air velocity - front/rear port,风速(前/后开口)

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风速图显示了空气质量在风管中的传播速度。为了保持较低的隆隆声(风噪),你应该将峰值速度限制在声速的5%,即约17 m/s。与振膜位移图一样,所需功率电平也通过相同的功率设置进行设置。请注意,如果空气速度峰值超过前面提到的水平。该图也可以配置为显示RMS、峰值或总振幅值。有关RMS、峰值和总振幅值,请参阅振膜位移图说明。


Gain - front/rear port,增益(前/后开口)

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该图显示了前开口或后开口的n0(扬声器参考效率)相对输出量。在传统的开口箱中,该图显示风管口的相对输出声压。


Maximum power,最大功率

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最大功率表示扬声器在每个频率下可处理的最大功率是多少。它显示了Pe,这是基于可处理热功率的最大电输入功率。或者,如果它更小,那么它显示了扬声器锥体达到最大位移Xmax需要多少功率。同样,您可以通过方程Eg=sqrt(P·Re)获得所需的驱动电压,其中Eg是扬声器的RMS下输入电压,P是输入功率,Re是扬声器音圈的直流电阻。另请参见上面的MaxSPL。


Impedance/impedance phase,阻抗/阻抗相位

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阻抗图显示了放大器将连接到什么样的阻抗负载。如果有许多扬声器或存在复合配置,所示的阻抗是每个扬声器的阻抗。阻抗读数越低,放大器上的负载就越高。阻抗图实际上显示了复阻抗的模量,相位角(阻抗相位)图显示了负载是电阻(相位约为0度)、电感(相位正)还是电容(相位负)。无功负载实际上并不消耗任何功率,但它并没有消耗功率,而是将功率返回到功率放大器。在经典的线性放大器中,这种功率被浪费了。D类放大器利用该能量并将该能量返回到电源。高电容负载对于任何反馈放大器来说都是困难的,因为它会消耗放大器的相位余量,并可能导致放大器开始自激。该阻抗仅给出正弦信号的稳态阻抗。对于更复杂的输入信号,由于阻抗的能量存储,从放大器汲取的电流可能大于用该图计算的电流,尽管这对于正常音频信号来说可能非常罕见。以上来自Matti Otala和Pertti Huttunen撰写了一篇AES论文。

  • 本文由 发表于 2023年4月21日
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