【专题】CEDIA/CTA-RP22沉浸式音频设计推荐规范要点分析3：家庭影院音频系统设计相关标准要点（连载4）

RP22沉浸式音频设计推荐规范，扬声器选择

扬声器性能

在RP22推荐规范关于“音频性能目标和等级”的章节之中，指出大多数的音频系统性能表现都会受到扬声器，包括低音炮的选择所影响。因此，在选择扬声器时，应该考虑下列的性能参数。

●扬声器频率响应

●扬声器指向指数

●扬声器声功率

●扬声器声扩散

●扬声器聆听覆盖范围

●扬声器之间的音色、频谱和相位精度

●扬声器和低音炮输出声压级能力

考虑到系统整体性能要求，还需要了解和使用以下的数据：

●ANSI/CTA-2034-A(Spinorama扬声器轴向测量体系)

●扬声器声扩散热图

●扬声器短期和长期最大声压等级范围

Spinorama扬声器轴向测量体系

目前关于家用扬声器频率响应、极性辐射、指向性和最大输出声压级方面的相关标准有很多，其中一种近年来越来越受到关注与重视的标准是ANSI/CTA-2034-A，简称为“Spinorama” 扬声器轴向测量体系。ANSI/CTA-2034-A标准是基于Floyd E. Toole博士早年所进行的研究成果，被广泛认为是一种准确的测试方法，用于预测扬声器在典型家用房间环境下的整体性能表现。

Spinorama扬声器轴向测量系统

“Spinorama” 扬声器轴向测量体系是在垂直和水平方向，以10°增量的位置在扬声器周围设置70个麦克风，并以1/20倍频程精度的方式测量扬声器。需要注意的是，测量出来的原始数据将会转换成多个不同的曲线来揭示在家用聆听环境下，聆听位置所接收到的直达声与反射声的本质。

在对测量数据进行收集和汇总后，Spinorama测量数据具体以下列6个指标图形化曲线表示扬声器性能，具体如下。

1. 轴向频率响应。使用1/20倍频程精度测量扬声器在人耳聆听频率范围内的幅度响应。这部分主要反映关于坐在轴向方位聆听者所听到的最先到达人耳的直达声。

2. 倾听窗口。这里主要是关于9个幅度响应的声场空间均匀度的数据，麦克风在扬声器垂直±10°和水平±30°角之间测量。这个曲线反映的是多个座位聆听者所接收到的平均直达声。它可以像是在消声室中所测量出来的单一轴向曲线，消除某些能够听得到的的声学干扰。

3. 早期反射声。这个数据反映的是在典型房间中到达参考倾听位置的所有一次反射声的估量值。这些通常是到达聆听位置第二响的声音(直接声最响)。因此对这条曲线做出贡献的非轴向声就非常重要了，是声音品质预测的重要组成部分。早期反射声曲线在500Hz以上是稳态房间曲线的良好预测指标，尽管仅凭这条曲线本身并不一定是可靠的声音品质指标。

4. 声功率。这个数据是以频率响应方式呈现，指的是扬声器辐射的声音总功率，包括从各个不同方向达到聆听者位置的声音，是使用70个麦克风测量值所计算出来的。每个麦克风测量值都进行加权估计，扬声器球形范围内的不同区域的声音能量。声功率是“空间均衡”的最终表达方式。因此，声功率是识别扬声器中可能存在共振的一个重要因素。如果Spinorama频率响应曲线中存在明显的峰值，则表示异常。

5. 声功率指向指数(SPDI)。倾听窗口和声功率曲线之间的差值。SPDI值越高，扬声器的指向性越强。

6. 早期声反射指向指数(ERDI)。倾听窗口和早期反射曲线之间的差值。小房间声学的特性和声反射之间的相互关系，对判断声音品质有很大影响。ERDI曲线的平滑度是衡量扬声器声音品质的一个重要指标。

Spinorama测量数据示例

扬声器声音扩散热图

关于扬声器的扩散性和指向性测试图形，也就是俗称的热图，有时也被称为“指向性坐标图”或“指向性地图”。之所以称为热图，是因为它的颜色类似于温度测试图。其中较暖的颜色表示较高的振幅。这对于预测扬声器的听众覆盖范围以及所有座位位置的频率响应的一致性(±3db, ±6db等)非常有用。

热图也可以用于确定是否需要将扬声器指向聆听区域。这主要是针对无法进行指向性安装的扬声器，其中以平面安装的增宽扬声器和增高扬声器就是例子。

需要注意，试图通过应用电子均衡处理的方式，来补偿离轴辐射的扬声器所减少声压级，可能会对音质产生不良影响。

某扬声器关于水平与垂直指向性热图

扬声器间极性不匹配

由极性引起的扬声器间的极性不匹配，即扬声器接线出现问题，正极连接到放大器负极接口，负极连接到正极接口，会导致该扬声器完全失去与任何其他正确连接的扬声器所形成声像的能力。

扬声器间相位不匹配

两个同相扬声器所发出的相同声波会合成为一个特定的振幅，但如果在任何给定频率下，扬声器间存在相位不匹配,则会导致两个峰值之间的振幅损失。振幅损失量与相位偏移的程度相对应，45°≈1.4dB损失，60°≈2.5dB损失，90°≈6dB损失。90°相位移位时，开始出现聆听方面问题，随着相位接近180°，问题将愈发严重。

在有限的频率范围内，所产生的扬声器间相位不匹配，可能在整个房间内都是可以听到的。在参考聆听位置，它可能会带来明显的不适感。当采用不同结构与特点扬声器组建系统时，在某些频段可能会发生这种相位不匹配。例如:

●混合使用3路分频扬声器和2路分频扬声器

●外形相近但采用不同分频电路的扬声器

●同一制造商但不同型号的扬声器

●垂直朝向的扬声器与建议水平放置使用的扬声器

●相同型号但性能一致性较差的扬声器

扬声器群间组延迟不匹配

扬声器群组延迟是衡量不同频率下声相的变化速度以及这些频率下声波延迟的测量。影响因素包括驱动器类型、高通和低通滤波器。虽然群组延迟作为扬声器特性是一般认为主要影响低频部分，但具有不同群组延迟特征的扬声器会导致基于时间频段的偏移。这成为群组延迟不匹配，它会导致声像模糊并且产生音色方面的变化。例如屏幕扬声器采用的高音单元扩散结构与环绕扬声器的并不相同，而导致高音方面的两者不匹配。

扬声器间相位不匹配与群组延迟不匹配相关联。例如，200Hz处的0.1ms延迟对应7°的偏移。当不同的扬声器在一起使用时，扬声器间相位不匹配总是存在。

扬声器最大声压级范围

扬声器和放大器的规格可用于粗略预测安装后系统的短期和长期声压级容量，误差在±3 dB目标水平内。通过相关的评估，就可以了解系统的声压级容量能否满足电影大动态范围音效的长时间播放要求。

SMPTE(美国电影电视工程师协会)关于商业电影标准中，规定了放映厅长度方向2/3处获得85dB经校准的测量声压级，而屏幕扬声器峰值声压级需要达到105dBC，其余所有扬声器的最大声压级需要达到102dBC。LFE通道的最大声压级需要达到115dBC，相比屏幕扬声器高出10dB。

扬声器声源类型和传播损失

聆听区域中任何位置的座位都会受到扬声器声源特性，以及随着不同声音传播距离变化而产生声音的传播损失。在实际音频系统设计环节，往往都会采用平方反比定律来预测传播损耗，假设扬声器处于自由声场的空间之中。

扬声器可以概括为两种声源类型:

●线声源——产生圆柱波扩散，在自由声场中每增加1倍距离仅衰减3dB。但是，在实践应用之中，这类扬声器在体积大小与硬件功能上可能会令声波传播产生变化，具有一定的垂直扩散特性，这会导致距离加倍时，损失在3dB和6dB之间。线源扬声器通常仅适用于听众层。

●点声源——在自由场中产生球面波扩散，每增加1倍距离衰减6dB。实际上，声音传播的方向性通常随频率的增加而增加。但是，扬声器制造商可以通过使用特定的驱动器(或可能是多个驱动器)、波导和分频器来调整声音传播方向性特性。点源扬声器适用于沉浸式音频系统的听众层和上层。

在一个实际的视听室房间之中，由于墙面与天花反射声的作用，测量出来的稳态最大声压级可能会更高。对于扬声器传播损失的预估，可以通过麦克风测量聆听位置的直达声，以及扬声器到聆听位置的直线距离来获得相应的数据。

家用空间环境中声压级动态范围的性能水平参数，具体包括屏幕扬声器到参考聆听位置的声压级范围、非屏幕扬声器到参考聆听位置的声压级范围、LFE声压级范围

连载完

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