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[声学基础] IEC60268-21中的声学标准测量条件

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发表于 2024-5-20 13:36 | 显示全部楼层 |阅读模式

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音频设备测试的理想声学条件是自由场远场测量,如消声室中足够远的距离处,这样测量的数据可以揭示无房间影响的扬声器特性,并具备可比性。"远场"定义了被测设备(DUT)和麦克风之间的距离,根据IEC60268-21标准,远场条件需满足:
1)距离r远大于DUT的几何尺寸d
2)距离r远大于波长λ
3)距离r与尺寸d之比远大于尺寸d与波长λ之比(r/d>>d/λ)
条件1)下可以假设测量点到DUT各点的距离几乎相同,条件2)和3)分别定义了测量的下限和上限频率。

在声源的远场,声压满足1/r法则,即距离每增加一倍,声压级下降6dB。运用这个法则,可以将测得声压外推到更远的距离上。

"自由场"定义了声学测量的测试环境,根据IEC60268-21标准9.1章节:充分接近自由场声学条件的测量环境,需要反射声被充分抑制,以确保在规定频率下测量的声压振幅和相位值分别达到±0.5dB和±10°的精度。如果声学环境在测量的额定频率范围内(例如消声室的低频下限)不满足这些自由场条件,制造商应说明有效的频率范围。对于某些应用,如测量线阵列、超低音等大型扬声器系统,若需在消声环境中进行自由场远场测量,则需投资大型消声室,吸引不足也会在低频产生墙壁反射和驻波。
IEC60268-21标准9.3章节定义了模拟自由场条件:在非消声环境下进行声学测试,需要使用脉冲响应门控、声波分离或声学全息等测量技术将DUT辐射的直达声与房间反射分离。同样,这些测量技术应确保在规定频率下测量的声压振幅和相位值的精度分别达到±0.5dB和10°。频率分辨率Δf=1/T,其中T是满足模拟自由场条件的脉冲响应的有效长度或截断长度,损害测量结果的任何其他限制应予以说明。
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使用门控/加窗脉冲响应技术可以在较高频率处良好地抑制房间反射,从而将直达声与房间反射分离开。然而低频数据会受房间尺寸的影响,如果DUT与边界的距离较短,需要短时窗T才能将直达声与反射声分开;短时窗T导致Δf增大,频率分辨率下降,可能会引起低频段的显著错误。

KLIPPEL的近场扫描仪系统(NFS:Near Field Scanner)采用标准中提及的声学全息测量技术,在非消声环境下进行近场声学扫描,并对测量的全息数据进行处理(波形展开,直达声分离),然后进行远场外推。这样,即使在普通房间测量的数据,也可以达到模拟自由场远场的标准声学条件。

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