揚(yáng)聲器與其聲學(xué)環(huán)境交互的方式高度依賴于指向性，并直接影響聆聽體驗(yàn)。從揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)師的角度來(lái)看，從音盆材料、系統(tǒng)設(shè)計(jì)到使用數(shù)字信號(hào)處理的有源控制，有無(wú)數(shù)種選擇可以使揚(yáng)聲器具有指向性或全向性。然而，在三維空間中進(jìn)行準(zhǔn)確的聲學(xué)測(cè)量仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)
傳統(tǒng)指向性測(cè)試是需要在自由場(chǎng)中的遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行的，這就需要室內(nèi)溫濕度可控、邊界覆蓋吸聲材料的全消聲室或者半消聲室，利用Klippel的極平面遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量POL（Polar Far-Field Measurement）模塊，全自動(dòng)控制被測(cè)聲源在φ和θ軸上旋轉(zhuǎn)并測(cè)量其聲壓頻響。
硬件上有不同的設(shè)置方法，一種是只用一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行的一維極坐標(biāo)測(cè)量：
將測(cè)量數(shù)據(jù)通過可視化軟件的處理，就可以得到聲功率、指向性指數(shù)、等高線圖（contour plot）以及極坐標(biāo)圖（polar plot）等結(jié)果。
另一種測(cè)試設(shè)置是利用兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行的二維極坐標(biāo)測(cè)量，可以得到額外的3D輻射特性氣球圖（Balloon plot）：
還有一種替代旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的方案就是利用麥克風(fēng)陣列，硬件設(shè)置如下：
以上這些傳統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方法有諸多的缺點(diǎn)：
消聲室浪費(fèi)空間、費(fèi)錢、不機(jī)動(dòng)，試想若要遷址，消聲室怎么帶走？
低頻吸聲不夠，往往100Hz以下測(cè)得的響應(yīng)數(shù)據(jù)不可信
對(duì)于大型揚(yáng)聲器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，滿足遠(yuǎn)場(chǎng)的第一個(gè)條件就是測(cè)試距離要大于揚(yáng)聲器系統(tǒng)的尺寸。而溫濕度在傳播路徑上的變化會(huì)影響相位響應(yīng)，使得最后的方向性不準(zhǔn)，舉個(gè)例子：5m測(cè)試距離時(shí)，2℃的溫度偏差在5kHz處產(chǎn)生90°的相位誤差。
要得到3D數(shù)據(jù)，要讓DUT在多個(gè)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于重型DUT來(lái)說(shuō)不能保證其定位精度
要得到1°角分辨率的數(shù)據(jù)往往不現(xiàn)實(shí)，一般都高于2°， 且需要假設(shè)一個(gè)或兩個(gè)平面是對(duì)稱的以減少測(cè)量時(shí)間
只有遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可用，近場(chǎng)聲場(chǎng)不準(zhǔn)確，而近場(chǎng)聲場(chǎng)對(duì)于評(píng)估當(dāng)今便攜式設(shè)備、監(jiān)聽音響應(yīng)用很重要
近場(chǎng)全息測(cè)量技術(shù)
近場(chǎng)聲學(xué)全息技術(shù)（NAH: Nearfield Acoustical Holography）的中心思想就是用一系列球面波來(lái)近似揚(yáng)聲器在近場(chǎng)的輻射聲場(chǎng)，再通過外推計(jì)算確定其在遠(yuǎn)場(chǎng)中任意一點(diǎn)的聲場(chǎng)情況。可概括為以下三步：
第一步是測(cè)量，在聲源近場(chǎng)定義的兩個(gè)掃描面上進(jìn)行掃描；
第二步為全息數(shù)據(jù)處理，用球面波函數(shù)進(jìn)行級(jí)數(shù)對(duì)聲場(chǎng)中測(cè)量的聲壓進(jìn)行擬合，確定展開階數(shù)，得到能描述特定聲源特征的系數(shù)。
第三步進(jìn)行聲場(chǎng)外推，計(jì)算得到聲源掃描面外（包括近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)）任意一點(diǎn)的三維聲場(chǎng)及指向特征。
基于該全息技術(shù)，Klippel目前提供兩個(gè)方案：一種就是近場(chǎng)掃描儀NFS（Near Field Scanner）。
應(yīng)用Klippel的專利技術(shù)聲場(chǎng)識(shí)別（Sound Separation）提取直達(dá)聲，適用于任何房間的測(cè)試，因此無(wú)需消聲室！測(cè)試過程中，聲源固定在掃描機(jī)器人平臺(tái)上，軟件控制麥克風(fēng)移動(dòng)定位進(jìn)行掃描測(cè)量，因此非消聲環(huán)境中的反射是保持一致的，通過分析軟件可以完全補(bǔ)償房間反射。
NFS掃描儀方案適用于多種類型聲源的指向性測(cè)量，包括專業(yè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)、陣列、喇叭單體、耳機(jī)、智能手機(jī)、智能音箱等等，請(qǐng)觀看以下視頻：
另一個(gè)方案是SCN NF附加組件（SCN Near Field Add-on），專門針對(duì)喇叭單體、小型智能音箱或入墻式揚(yáng)聲器的半空間指向性測(cè)量。因?yàn)槭荢CN系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)于已經(jīng)擁有SCN系統(tǒng)又想測(cè)試指向性的客戶而言，就很實(shí)惠方便了。
經(jīng)過擴(kuò)展過后的系統(tǒng)就擁有了多重功能，變成了一個(gè)多功能掃描工作臺(tái)（Multi-Scanning Workbench），可以執(zhí)行由電氣域、磁場(chǎng)域、機(jī)械域到聲學(xué)域的測(cè)量！
|
