前文回顧：AP應用文檔——提升揚聲器異音檢測標準（一）

異音結果

基于 Farina 對數正弦掃頻（或 Chirp）測量法于2006 年首次推出，可用于電子音頻測試的連續掃描測量（Continuous Sweep），是 APx500 軟件平臺的一大標志性方法。除了是一種極快的頻率響應測量方法外，該方法還可同時測量總諧波失真 vs 頻率，以及每次諧波（至多 20次）對總諧波失真的貢獻。聲學響應測量（Acoustic Response）是該測量方法的另一個版本，能夠在揚聲器和麥克風準消聲測試中移除脈沖響應的反射。該版本于 2009 年增至 APx 產品中。2013 年，聲學響應測量（Acoustic Response）中增添了專門針對揚聲器異音檢測的測量結果。

聲學響應原始異音算法的運作方式如圖 3 所示。生成 Chirp 信號，并通過功率放大器傳遞至揚聲器（待測設備）。測量麥克風捕獲揚聲器的聲學輸出，并將其發送至常規 Chirp 處理（用于確定頻率響應和總諧波失真等）。為幫助檢測異音，同時也通過一個高通跟蹤濾波器處理麥克風信號。濾波器的拐點高通頻率是基本頻率的倍數（“高通系數為 5 或更高”）。這意味著，高通濾波器可過濾掉基本正弦頻率和前四次諧波（甚至更多，取決于特定的高通系數）。濾波器的輸出稱為“殘留信號”。將兩個Detector 按周期依次用于殘留信號，一個用于測量殘留峰值，而另一個用于測量殘留均方根。將第三個 Detector 用于測量主麥克風信號，以便按周期確定該信號的均方根幅度。以上三個 Detector 得出了兩種結果：殘余峰值系數（殘余峰值與殘余均方根之比）以及峰比率（殘余峰值與主均方根之比）。利用上述結果的原因在于：當組件相互撞擊或摩擦發出嗡嗡聲時，異音缺陷通常會造成較高“尖峰”的噪聲信號。在特定頻率范圍內，如果殘余峰值系數和峰比率都很高，這通常表明存在缺陷。

圖3.聲學響應測量中異音檢測示意圖。

圖4顯示一臺 4-?英寸（115 mm）喇叭單元兩份樣本所測得的異音峰值系數和峰比率，其中一份為正常樣本，而另一份具有嚴重的異音缺陷。請注意在 50-70Hz 以及 80-180Hz 范圍內，缺陷樣本的峰值系數和峰比率是如何評估的。

圖4.在 115mm 喇叭單元正常樣本及具有嚴重缺陷的樣本上測得的異音峰值系數（上）和峰比率（下）。

高次諧波失真（HOHD）結果

高次諧波失真檢測法是檢測異音的一種經典方法，已使用多年。這是一種模擬人類感知頻率掩蔽效應的粗略方法。這種方法簡單測量了諧波失真，但排除了低次諧波（例如，從 H2 至 H4 諧波或從 H2 至 H10 諧波等）。大多數異音機制可產生頻譜豐富的諧波含量。例如，圖 5顯示由 150Hz 正弦信號激勵的兩份喇叭單元樣本的快速傅立葉變換（FFT）頻譜——其中一臺為正常喇叭單元（對照樣品），而另一臺具有極其嚴重的缺陷（音圈撞擊背板）。在本圖中，頻率軸在線性刻度而非對數刻度上繪制，以確保諧波更易辨認。在對照樣本（綠色痕跡）中，基本諧波在大約第十次諧波后消失在噪聲中，而在缺陷樣品（紅色痕跡）中，諧波比背景噪聲高 20dB 以上，直至 20kHz（H133），甚至更高。

圖5.由 150Hz 正弦信號激勵的兩份喇叭單元樣本的快速傅立葉變換頻譜——其中一份為正常樣本（對照樣本），而另一份具有極其嚴重缺陷（背板干擾）。

Chirp 高次諧波失真測量法

自 2006 年起，APx500 軟件引入有限形式的高次諧波失真法，通過失真度百分比結果，允許得出多次諧波之和，例如 H10 至 H15（圖6）。

圖6.與圖4相同的喇叭單元樣本的失真度百分比（H10:H15）。

采用 Chirp 高次諧波失真測量法測得中的失真度百分比結果，只允許指定約 20 次諧波（H20），這是這一方法的不足之處。這是基于 Farina 對數正弦掃頻測量法的一個固有缺陷，其中，在脈沖響應結果中，諧波以主脈沖前的較小脈沖的形式顯示。然而，該解不足以得出約 20 次以上的諧波結果。

快速掃頻（Fast Sweep）激勵的高次諧波失真測量法

2021 年，APx500 在揚聲器生產測量（Loudspeaker Production Test）中加入了快速掃頻激勵（Fast Sweep），克服了上述限制。采用速度優化的特定類型步進掃頻，使步進之間的過渡變得順暢，從而減少需解決的瞬態效應。在掃頻范圍內，模擬輸入和輸出范圍是固定的，從而進一步避免瞬態效應。為此，總掃頻時間可以追上對數正弦掃頻 Chirp 速度。借助快速掃頻激勵（Fast Sweep），諧波僅從快速傅立葉變換分析得到，因此可包含極高次諧波（高達 H200）。例如，圖7顯示某一喇叭單元（帶有松散顆粒缺陷樣品及正常品）從100Hz 至 2.0kHz 的快速掃頻的高次諧波失真結果。請注意測試包括 H20 至 H200 的諧波，如下圖對照樣本所示。

圖7.揚聲器生產測試測量（Loudspeaker Production Test）的高次諧波失真結果可包含高次諧波（高達H200）。

SoneTrac 異音結果

SoneTrac 異音算法由Gerry Mariona of Bose Corporation 發明。盡管該算法獨立于Audio Precision 開發，但與用于在原始 APx 異音結果測量法中推導峰比率的方法存在許多共同點。兩種方法均采用對數正弦掃頻 Chirp 激勵、高通跟蹤濾波器，并分析了殘留信號（基本諧波和低次諧波移除后剩下的信號）中的能量。相比原始 APx 異音測量法，SoneTrac 測量法在多次改進后，降低了異音檢測的難度。圖8比較了 APx 異音峰比率和 SoneTrac 異音結果，其中，測量在針對一臺小型全頻喇叭單元（帶有松散顆粒缺陷樣品及正常品）的樣本上展開，測量結果在相同掃頻范圍（20Hz 至 2.0kHz）測得，掃頻時間為 4 秒。盡管這兩種方法均能夠清楚識別可能表明存在異音缺陷的兩份樣本之間存在的差異，但是 SoneTrac 算法在以下方面更勝一籌：

圖 8.針對帶有松散顆粒缺陷的喇叭單元樣本的測量：APx 原始異音峰比率結果（上）與 SoneTrac 異音結果（下）的比較。

SoneTrac 異音結果顯示了將每個頻率上殘留信號的能量水平標準化至所采集的整個 Chirp 波形的總均方根水平的數值。APx 峰比率結果也類似，但將每個頻率上的能量標準化至該頻率上所采集波形的均方根水平。為此，當喇叭單元的效率不高時，峰比率在低頻率上具有較高值。SoneTrac 結果能夠更容易識別兩次驅動裝置測量之間的差值。SoneTrac 方法允許將高通系數指定為一個低至 1.0的小數，而 APx 高通系數必須是一個大于或等于 5的整數值。SoneTrac 方法具有額外的高通和低通濾波器控制，以便指定應用于殘留信號的濾波。這些額外的濾波器可消除噪聲，以便更清楚地檢測異音偽影。SoneTrac 內置可選配的異音曲線抽取，至特定倍頻。如圖 8 所示，這可提供更平滑、更低噪音痕跡。這還可消除不必要的數據點。

SoneTrac 異音算法可提供殘留波形結果（圖9所示的為圖8所示測量的殘留波形結果），這是該算法的另一大改進。殘留波形是指過濾掉基波和前幾次諧波后采集的波形。APx 軟件可保存波形。有的用戶喜歡保存殘留波形和/或所采集的波形。這樣一來，他們可戴著耳機聽，幫助確定是否可能產生可聽見的異音缺陷。

圖9.針對圖8所示測量得出的 SoneTrac 殘留信號結果（上）和未經過濾采集的波形結果（下）。

下期將詳細討論異音響度結果、響度和響度級等，敬請關注。如需完整應用文檔，我們將在連載完成后提供下載。