揚聲器的傳統(tǒng)諧波失真測量不僅可以揭示其非線性癥狀還包含了聲場輻射和傳播、聲學環(huán)境(如房間)以及傳感器(如麥克風、激光)屬性等線性傳遞特性影響。比如房間,它就像一個線性后置濾波器,在房間諧振頻率fr處會增強所有的信號分量,使得聲壓響應(yīng)的基波分量在fr處產(chǎn)生一個峰值,而相應(yīng)的n階絕對諧波失真分量則在fr/n頻率處產(chǎn)生峰值。
而相對諧波失真會更加復(fù)雜,如下圖(同樣,左邊表示自由空間中的測量結(jié)果,右圖為聽音室的結(jié)果),房間諧振頻率導(dǎo)致n階諧波失真分量在fr處增加一個谷值,因為基波分量大小在此頻率處增大了,且絕對諧波失真是恒定的。
這個例子說明聲學環(huán)境的線性傳遞特性增加了諧波響應(yīng)解讀的復(fù)雜性,使得揚聲器本身的諧波失真特性與房間后期整形的失真特性很難區(qū)分出來。
主要的非線性特性比如磁力因數(shù)Bl(x)、電感L(x)和機械懸掛剛性Kms(x)都集中在換能單元的電氣域和機械域。如下圖所示,這些非線性特性可以通過在非線性系統(tǒng)輸入信號u(t)增加一個失真信號d(t)并產(chǎn)生失真輸入信號u’(t)來進行模擬。這個失真信號u’(t)通過傳遞函數(shù)為H(f,ri)的線性系統(tǒng)(后期整形)傳輸?shù)搅藴y量點 ri 處的聲壓輸出p(ri)。雖然揚聲器非線性產(chǎn)生的失真是由單個源產(chǎn)生的,但測量的諧波失真取決于測量的位置。
等效輸入諧波失真(EIHD: Equivalent Input Harmonic Distortion)則是從測量中移除線性后期整形,來簡化諧波失真的解讀?梢酝ㄟ^在測量的聲壓信號p(ri)上加一個逆?zhèn)鬟f函數(shù)的線性濾波器,從而又得到揚聲器非線性產(chǎn)生的失真信號u’(t)。EIHD則可以通過失真信號u’(t)的頻譜分析來確定。
因此,EIHD描述了非線性系統(tǒng)輸出端的失真信號,可以解釋揚聲器的主導(dǎo)非線性,并且與測量位置、聲學環(huán)境、麥克風屬性等后期整形無關(guān),明顯簡化解讀的難易度。
EIHD指標的測量在IEC60268-21標準有相關(guān)描述:
Klippel針對該測量提供了測試模板,詳細步驟可以參考應(yīng)用筆記AN20。