室内声学测量中扬声器瞬态响应的影响及消除

    室内声学测量技术是获得第一手室内声学参量的基本手段.早期人们一直以混响时间(T60)作为评价室内音质的主要参量,以室内扩散声场在声源切断后的衰减规律予以测定.1965年Schroeder提出了脉冲响应积分法测量混响时间的新方法[1].通过房间的脉冲响应函数不但可以方便而准确地求出室内的混响时间,而且还可以更细致地描述房间声场变化的规律,从而可以得出诸如明晰度C、清晰度D、相对强度G及早期侧向反射声能比LF等参量.目前,人们公认室内声学测量的主要任务之一就是得到房间的脉冲响应函数[2].测量房间的脉冲响应函数需要采用脉冲声源.传统的脉冲声源如气球爆裂声及电火花发声装置等所发的猝发声实际上是一系列尖脉冲组成的波包[2],其持续时间在有效测量范围内可达10~40ms,与理想要求的D脉冲有很大差距.这对于测量大厅内持续时间较长的混响时间尚不会产生严重影响,但对于测量与早期反射声密切相关的声学参量,声脉冲的持续时间会产生显著的不确定性,这时,采用传统的脉冲声源是不恰当的.近年来,随着计算机技术的迅猛发展,声学测量技术获得了突破性的进展[3].目前在室内声学测量中已广泛应用以微机控制的数字化声源[4].数字化声源的主要优越性在于它可以对测量进行精确的重复,是借助叠加技术、相关技术、卷积及反卷积技术等现代信息处理的成熟技术[5],对采集到的海量信息,可以全面而快速地提取出各种实际需要的声学参量.例如在声源中采用膺噪声信号[6]或调频信号[7]经相关分析处理后就可以获得近似理想的D脉冲信号,为进一步测量房间脉冲响应提供非常有利的条件.值得指出,采用数字化声源时,电声系统中扬声器瞬态响应特性的影响往往容易为人们所忽视.扬声器把输入的电信号转换为输出的声信号时,有明显的滞后现象,切断输入的电信号后,输出的声信号仍将持续一段时间,如果要对室内做较为精确的测量时,这种影响是不能忽略的.文中结合室内声学的具体要求,论述了扬声器响应的影响及其消除方法,采用线性调频的数字化球面声源,得到房间内实测声压信号与扬声器的激发电压信号间的互相关函数为扬声器与房间相应的脉冲响应函数的卷积.以正十二面体形状的扬声器系统作为典型的无指向性声源,阐明了扬声器脉冲响应函数在消声室与在现场条件下的扬声器响应函数的测量方法及其有关的一些技术性问题,从而可进一步借助反卷积技术消去扬声器响应的影响,获得精确的房间脉冲响应函数.

    1 理论基础

    1.1 扬声器脉冲响应函数

    扬声器在时域的瞬态响应特征可用单位脉冲响应函数来表征.设微机输出数字化电压信号,经D/A转换、功放后馈送至扬声器使它发射出声波.记扬声器输出的声压信号为pA(t),它可由输入的电压信号e0(t)与扬声器脉冲响应函数h1(t)的卷积决定.可得