Smaart (10) - 測量聲學脈衝響應

引言

您可以通過點擊一個按鈕在Smaart中進行衝擊響應測量。這個測量是否返回任何有用的信息取決於事先做出的決策。測量聲學衝擊響應的過程可以總結如下：

• 選擇測量技術和刺激類型。

• 選擇激發源和位置。

• 選擇測量位置。

• 估算混響時間和背景噪音。

• 選擇測量參數（測量時間/持續時間，激發水平）。

• 激發系統並記錄結果。

我們在測量什麼？為什麼？

在進行任何聲學測量之前，清晰地定義你的目標通常是很有幫助的。你所節省的返回測量現場的時間可能就是你自己的。顯然，我們想要為某個原因測量系統的聲學脈衝響應（SUT），但究竟什麼是“系統”？它是一個房間嗎？是一套聲音系統嗎？還是聲音系統和其聲學環境的結合？你想要了解系統的哪些信息？為了確保獲得所需的信息，需要使用哪些設備和測量方法？

如果您想測量安裝音響系統的房間的混響時間，您更感興趣的是房間還是系統？請考慮使用定向喇叭激發空間可能會影響與喇叭軸線相同位置的混響時間。同樣地，考慮到使用不同喇叭從房間不同位置進行測量時，任何顯著的喇叭之間的差異都會顯示在您的測量結果中。

舉例來說，如果房間是您研究的目標，與安裝的音響系統無關，最直接的方法可能是使用專門設計用於聲學測量的全向性喇叭。另一方面，如果您的目標是測量安裝在房間內的喇叭系統的性能，您可能更關心早期到後期能量比和語音辨識度指標，而不是單獨測量房間的混響時間。

直接間接IR測量

在Smaart中測量衝擊響應有兩種基本方式：直接或間接。或者您可以說有三種可能的方法，因為Smaart採用的間接IR測量方法可以用作確定性或非確定性的測量技術。讓我們從最簡單和最容易理解的方式開始 - 傳統的直接IR測量方式 - 然後逐步深入。這不應該被解釋為偏好的任何一種方式。實際上，我們從通常最不喜歡的方法開始，但它們都有自己的賣點。

直接IR測量使用及脈衝刺激

衡量系統脈衝響應最直觀的方法是使用某種脈衝性刺激，然後簡單地記錄發生的情況。事實上，人們幾十年來一直在做這件事。其優點是您不需要聲音系統，甚至不需要測量系統就可以進行測量。您真正需要的只是一種發出巨大聲響的方式以及一種記錄的方式。這種方法的主要問題之一（除了它不能告訴您有關已安裝的音響系統（如適用）的任何信息）是缺乏真正好的脈衝性刺激源。

理想的脈衝性刺激應該是一種完全瞬時、完全全方位的能量爆發，包含所有可聽頻率的等量能量。在時間域中，它應該呈現為一個單一的垂直尖峰，寬度不超過一個樣本。在頻率域中，它應該產生一個完全平坦的幅度和相位跟蹤。當評估您系統下的測試對這種理想刺激的響應時，您可以自信地假設，除了在IR中看到的不是瞬時尖峰的部分，或者在頻率域中不是一條平坦線的部分，其他都是您系統的響應。

如果您在之前的章節中加載了波形文件1samplePulse.wav來查看Smaart濾波器的頻率響應，您實際上是在使用理想脈衝對濾波器進行直接IR測量。不幸的是，像這樣的理想刺激信號在現實世界中並不存在。當我們需要直接測量聲學系統的脈衝響應時，我們最終會使用不太理想的刺激源。空心手槍和氣球爆破是常見的來源。信號炮，火花間隙，煙花甚至點焊機也曾被使用過。這些刺激源的問題在於它們的頻譜內容不均勻，包絡線不是瞬時的，它們可能並不真的像人們所想像的那樣是全向的，而且所有這些因素在一次測量和下一次測量之間都會有一定程度的變化。這從一開始就引入了不確定性，使得完成的測量中哪一部分是刺激，哪一部分是響應變得模糊。這也限制了測試結果的可重復性。因此，像Smaart這樣間接推斷系統對理想脈衝的響應的系統，在當今已經成為更受歡迎和可靠的工具。

非直接IR測量 - 引言

間接脈衝響應測量是使用雙通道測量技術進行的，它們通過連續或周期性的測試信號在數學上估算了系統下的響應。我們可以提到的四種間接IR測量方法中有三種需要特殊的測試信號，例如扫频信号（Time Delay Spectrometry和Direct Convolution）或特殊的噪声（Hadamard Transform/MLS）。

Smaart所使用的雙通道傳輸函數方法用於間接IR測量，最好使用週期匹配的測試信號，但與其他三種不同的是，它也可以使用隨機測試信號產生非常可接受的結果，前提是要捕獲到參考信號和測量信號。基於傳輸函數的IR測量系統通過計算系統下的系統（SUT）的頻域傳輸函數來工作。從兩個信號的傅里葉變換計算結果 - 進入系統的信號和系統響應此輸入的輸出 - 然後使用逆傅里葉變換（IFT）將結果轉換回時域。

當我們為了直接IR測量而悲嘆不存在的完美脈衝時，請記住這就是當你將兩個相同信號的傳輸函數的逆傅立葉變換時所獲得的結果。因此，當我們將一個刺激信號和系統下(SUT)對其的響應的傳輸函數時，理論上應該得到非常接近於理想脈衝響應的結果。實際上，當您使用週期匹配的激發信號時，這基本上就是實際發生的事情。當您使用這種技術進行有效的隨機信號時，您還會獲得大量額外的噪音，但重複進行幾次測量並將結果平均化通常可以解決這個問題，而且Smaart使這個過程變得非常簡單。

非直接IR測量 - Dual Channel IR Measurement Using Period-Matched Signals

對於許多DFT（或FFT）的應用來說，都是一個巧妙的數學技巧。傅立葉變換在理論上僅適用於無限長的信號，但DFT通過假設被分析的有限信號片段實際上只是一個無限重複的、與之完全相同的信號片段序列的一部分，來解決這個問題。

克服DFT/FFT分析中固有的循環性假設的最佳方法是給予DFT它真正想要的信號：一個完全符合測量時間窗口的測試信號，或者週期性與DFT時間常數長度相等的信號。符合這些標準的信號可以在比使用隨機信號獲得相似結果所需時間的一小部分時間內產生確定性高且高度可重復的測量結果。

使用匹配週期測試信號進行雙通道IR測量時：

• 不需要使用數據窗口。

• 延遲補償不是一個關鍵要求。

• 通常需要的平均值要少得多。

• 測量時間常數可以保持在合理的長度範圍內。

• 小的時間變化不再是一個問題。

• 在選擇測量參數方面的主觀性降低了。

• 測量系統不一定需要連接到正在測試的系統。

（使用已知的測試信號時，測量系統和被測系統可以從兩個不同的來源獲得刺激/參考信號，並且只要這兩個信號在後處理中能夠進行時間對齊，測量就仍然有效。如果不需要準確的傳播延遲時間，則不需要從用於激發被測系統的信號源獲取音頻饋入，但如果您真的不需要延遲時間，這可能是一個非常方便的選擇。）

圖143：同一個房間的三個間接IR測量，使用有效的隨機噪聲與週期匹配的偽隨機噪聲，從相同的麥克風位置進行測量。週期匹配噪聲測量（綠色）所需的時間與未平均的隨機測量（藍色）相同，但具有更好的動態範圍。通過重複隨機噪聲測量八次並平均結果（紅色測量），我們可以大大提高其信噪比，但測量所需時間增加了八倍。

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Logarithmic Sweeps

對數性掃描在Smaart中稱為Pink Sweeps（粉色掃描）。當您在信號發生器中選擇此信號類型時，Smaart會自動刪除IR數據窗口，而無需進行設置。（數據窗口與掃描信號結合時，會對其頻率內容進行帶通濾波，因為在測量期間，每個頻率只出現一次。）

扫频信号可以用作循环或非周期性信号源。如果在Smaart的信号發生器中啟用了“由脈衝響應觸發”的選項，那麼扫频信号會在啟動IR測量時觸發。當您啟動測量時，Smaart會在扫频之前插入一段短暫的靜音，以防錄音設備啟動時出現延遲，然後運行扫频，並在之後再次插入一段靜音，以便讓SUT自然衰減。如果取消了“由脈衝響應觸發”的選項，則在打開發生器時，扫频信號會持續運行。在這種情況下，您應該在開始測量之前啟動發生器，就像使用其他測試信號一樣。

使用對數掃描信號進行雙FFT IR測量的一個特點是，激發扬声器/SUT中的失真產生的“冲洗效应”會出現在IR中，呈現為“預到達”。由於DFT是一個循環函數，這些效應通常會被包裹到測量的開始位置之後，並在時間記錄的末端堆積。實際的影響是，您可能需要將測量時間窗口稍微放大，以確保這些類似噪聲的藝術品不會影響混響減弱斜率。

圖 144：使用對數掃描正弦信號（粉色掃描）測量的脈衝響應，顯示激發扬声器產生的諧波失真效應在時間記錄末端堆積。在這種情況下，用於激發房間的扬声器被過度驅動，失真成分相當顯著。

非直接IR測量 - Dual Channel IR Measurement Using Random Stimulus Signals

一個激發信號，如果不完全包含在內，或者如果是連續的，其週期性要與用於分析的離散傅立葉變換的時間常數完全匹配，那麼就對於 DFT 而言就是有效隨機的。在 Smaart 的信號發生器中，隨機粉色噪聲選項或任何偽隨機週期長度比使用的 FFT 大小長的選項都是有效隨機的 – 週期短於 FFT 大小的選項永遠不應該使用，因為它們不會在所有 FFT 頻率上包含能量。其他的隨機或有效隨機信號的例子包括音樂或來自 Smaart 以外的源具有任意長週期性的噪聲信號。

也許支持使用隨機信號進行 IR 測量的最好理由是，因為你可以這樣做。如果你想要用音樂而不是噪聲進行測量，你可以這樣做。如果通過混音器或處理器更容易生成粉色噪聲，而不是從 Smaart 注入測試信號到信號鏈中，那麼這種方法也可行。唯一的絕對要求是測量系統需要捕獲進入 SUT 的信號的精確副本，該信號必須在你感興趣的所有頻率上包含足夠的能量，以進行可靠的測量，如果是像偽隨機噪聲產生器（PRNG）輸出的循環周期信號，則週期長度必須大於或等於用於進行測量的 FFT 大小的時間常數。

相對於使用期望匹配信號進行測量，與隨機刺激信號相關的缺點包括較差的噪聲抑制和需要更長的測量時間才能獲得可比較的結果 - 需要進行更多的平均，這意味著你必須測量更長的時間。此外，操作者需要決定要使用多少平均或多長的時間窗口，而被測系統的實際動態範圍也不明確。

圖 145：使用隨機刺激信號進行的IR測量在平均作用下的效果。理論上，每倍增平均次數都會將信噪比提高3 dB。

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Reducing Noise in IR Measurements Made Using Random Stimulus Signals

使用隨機測試信號進行測量時，有三個基本方法可以提高測量的動態範圍。第一個方法是延遲參考信號以匹配測量信號的時間，使數據窗口對齊。當使用隨機信號進行測量時，您應該始終這樣做。第二個方法是通過增加DFT大小或平均多次測量（或兩者都進行）來延長系統的評估時間。第三個方法是簡單地提高測量音量，這也適用於確定性和直接的IR測量 - 在這種情況下，通過增加實際信號的水平，而不是統計上，來提高測量的信噪比。

平均化的作用是對IR中隨機成分（即噪聲部分）進行回歸到平均的處理。假設你拿一個信號 - 任何信號，也許是一個脈沖響應 - 然後將其與隨機噪聲混合。顯然，你會得到一個噪聲信號。單憑外觀無法判斷哪部分是信號，哪部分是噪聲。但是，如果你取幾份相同信號的拷貝，然後每份拷貝都與不同的噪聲混合，然後將所有拷貝加在一起進行平均；每個噪聲信號的噪聲部分（因為是隨機的，在每個情況下都是不同的）應該開始平均趨於零 - 隨機音頻噪聲的理論算術平均值 - 而信號部分（在每種情況下都相同）應該平均到其本身。

當然，所有這些都取決於一個假設，即信號的信號部分在每種情況下都是相同的。在室內工作時，這通常是一個安全的假設。畢竟，在一個相對受控的環境中，我們正在處理我們假設為線性、時不變系統的情況，最糟糕的情況可能只是來自暖通空調系統的一陣熱或冷氣流，造成聲速略微變化。如果你需要在風大的室外環境中進行IR測量，這可能是一個更大的問題。在任何可能在測量期間引起重大時間變化的情境下，你最好增加測量時間窗口和/或使用周期匹配的刺激信號，而不是增加平均次數。

理論上，將兩個IR測量平均或將用於單個IR測量的FFT大小加倍應該將測量的信噪比提高3 dB。請注意，這兩種方法都會使測量時間加倍，這實際上是整個過程的關鍵。每次額外加倍（2、4、8、16...）測量持續時間都應該在理論上獲得另外3 dB，但在實際應用中，可能會在某個時候達到收益遞減的點。

選擇激勵源來源及位置 - 引言

激勵源的位置應該是系統在使用時通常發出聲音的地方。如果您用來激勵房間的揚聲器是聲音通常來自的地方，那麼您已經涵蓋了這部分。否則，應在舞台、講台、講壇、講臺或其他最能模擬房間/系統正常使用的位置放置一個適當高度的全向聲源。

選擇激勵源來源及位置 - 指向性喇叭，早期衰減時間及殘響時間

針對混響和早期衰減時間（EDT）測量的具體目的，如果要使用已安裝的音響系統來激勵房間，可能會出現一個複雜的因素。使用定向揚聲器進行的脈衝響應測量在較高頻段上的直接/迴聲比率通常比其他方法的測量要高。ISO 3382-1明確指出“聲源應盡可能接近全向”，並提供評估潛在聲源全向性的標準。

ISO 3382-2規定了三個精度水平的混響時間測量程序：調查（快速且不精確）、工程（相當不錯）和精密（非常好）。對於精密方法，激勵源的要求與3382-1中指定的要求相同，但3382-2進一步指出“對於調查和工程測量，沒有對指向性的具體要求”。

很明顯，法規的精神是偏好於全向性源用於混響時間測量，然而，通常可以使用定向激勵源獲得可用的混響時間估計，方法可以是使用（默認）線性回歸方法（又稱“最小二乘法”）或通過手動對反時積分或直接對IR擬合一條直線 - Smaart支持這兩種方法。定向源對於最高八度頻段的EDT估計的影響可能會更加顯著，並且可能更加難以從房間的EDT中分離出來，排除激勵源的影響。

混響時間不提，值得一提的是，對於其他目的而言，使用安裝的聲音系統進行的IR測量可能更能代表您所測量空間中放大表演的實際使用情況，比起其他任何方法所進行的測量更為具有代表性。因此，我們在這裡也必須始終以問題開始，“我想要測量什麼，以及為什麼要測量？”

有可能在某些情況下，人們可能需要使用放置在舞台上的全向性聲源進行一組測量，另一組使用安裝的音響系統，甚至可能使用房內的呼叫系統進行第三組測量，以估算其可懂度。在其他情況下，僅使用安裝的音響系統作為您的激勵源可能已經滿足您的所有需求。當存在疑問時，多記錄一些氣球爆破聲通常不會有害，這可以提供另一個視角。

選擇測量位置 - 引言

第一個和最明顯的選擇測量位置的原則是，通常希望從在系統測試時預期會有聽眾的地方進行測量。如果樹在森林中倒下，沒有人在那裡聽見，那麼它是否發出聲音真的重要嗎？你可能還想特別關注任何可能存在問題的地方。除此之外，這有點像是進行民意調查。如果我們從單一位置進行測量，那麼我們對房間聲音的看法就是一個“意見”。如果我們從幾個不同的位置採樣，我們可能會合理地期望看到一些共識，即系統響應最常見的特徵，並且位置依賴性差異開始平均化。測量位置越多，理論上的誤差就越低，前提是這些位置被選擇為具有統計有效性。

The ISO 3382-2規範中的調查方法要求從至少兩個測量位置測量單一刺激源位置，提供八度頻帶的理論誤差為± 10％。工程方法要求至少兩個刺激源位置和六個獨立的源-麥克風組合，提供八度頻帶± 5％或1/3八度頻帶± 10％的類型準確度。精度方法要求使用至少兩個不同的刺激源位置和12個獨立的源-麥克風組合，將測量不確定性降低到八度頻帶不超過± 2.5％，1/3八度頻帶不超過± 5％。

ISO 3382-2規定所有測量位置應至少相隔半個波長，並且距離任何反射表面（包括地板）至少四分之一個波長。例如，如果我們想要測量低至125 Hz的八度帶，那麼下限約為90 Hz。在68°F（20°C）下，空氣中的音速為每秒1127.4英尺（343.6米），因此90 Hz的一個波長約為12.5英尺（3.8米）。基於此，我們可以得出結論，任何兩個麥克風位置不應該小於6.25英尺（1.9米），並且所有麥克風應該至少離地面3.13英尺（0.95米），並且距離牆壁或其他反射表面至少相同的距離。對於63 Hz帶，您需要將這些距離加倍。

Figure 146：從用於混響時間測量的激勵源（例如，喇叭）到任何測量位置的最小距離。最小距離是房間體積、估計的混響時間和音速的函數，如第185頁上的方程式所描述。此示例使用20°C（68°F）的音速；即343.6米/秒或1127.4英尺/秒。

ISO 3382-1確實專門用於測量房間的混響時間。那麼，針對其他目的進行的聲學測量呢？作為指導麥克風放置的另外兩個標準可以參考的標準是ANSI S1.2《評估房間噪音的標準》和SMPTE 202M，這是目前用於校準電影院聲音系統的標準。ANSI S1.2對測量位置有以下要求：

"根據此標準對房間噪音進行評分的聲音測量應在接近人耳平均正常站立或坐姿高度的位置進行：站立者為5英尺6英寸，坐著的成人為4英尺0英寸，站立的兒童為3英尺6英寸，坐著的兒童為2英尺6英寸。麥克風應距離任何聲音反射表面不近於2英尺0英寸，不近於兩個相交反射表面的交界處4英尺0英寸，或者不近於三個相交反射表面的交界處8英尺0英寸。”

SMPTE 202M 推薦麥克風要放置在 :

"在室內劇院中，應該在位置S（...）和位置R（...）進行測量，如果存在的話，以及足夠多的其他位置，以將測得的位置到位置響應的標準偏差降低至少3分貝，通常可以通過四個位置來實現。建議在正常坐姿耳朵高度1.0米到1.2米（3.3英尺到4.0英尺）之間進行測量，但距離座椅頂部不得近於150毫米（6英寸），距離任何牆壁不得近於1.5米（4.9英尺），距離揚聲器不得近於5.0米（16.4英尺）。"（位置“S”通常位於大廳主要地板的大致中心稍左或稍右位置。位置“R”用於包廂。）

"在室內劇院中，應該在位置S（...）和位置R（...）進行測量，如果存在的話，以及足夠多的其他位置，以將測得的位置到位置響應的標準偏差降低至少3分貝，通常可以通過四個位置來實現。建議在正常坐姿耳朵高度1.0米到1.2米（3.3英尺到4.0英尺）之間進行測量，但距離座椅頂部不得近於150毫米（6英寸），距離任何牆壁不得近於1.5米（4.9英尺），距離揚聲器不得近於5.0米（16.4英尺）。"（位置“S”通常位於大廳主要地板的大致中心稍左或稍右位置。位置“R”用於包廂。）

選擇測量位置 - 離聲源最小距離

房間脈衝響應（IR）測量所使用的測量位置的另一個一般要求是，它們需要距離用於激發房間的喇叭或其他聲源足夠遠，以確保測量不會過度被直接聲音所主導。 ISO 3382-2提供了計算任何測量位置距離激發源的最小距離（dmin）的公式，如下所示。 图146提供了這種關係的圖表。

選擇測量參數 - 引言

一旦完成確定源和測量位置以及找出要使用的測量技術的所有前期工作，涉及 Smaart 的測量程序實際上是相當簡單的。基本上，你只需要選擇你的測量參數，打開信號發生器（或其他刺激信號源）並啟動測量。那時你需要關心的兩件主要事情是刺激信號的水平和測量持續時間，這將是 FFT 大小和平均次數的某種組合

選擇測量參數 - 輸入來源

如果您已經配置了一個或多個轉移函數測量並且將使用其中之一來進行您的測量，請使用顯示的Group和TF Pair選擇器來選擇您想要的那個。要創建新的TF對，請點擊Group選擇器旁邊的小錘子和扳手按鈕以打開Measurement Config窗口，然後點擊New TF Measurement按鈕（有關詳細信息，請參見第63頁開始的Creating Spectrum and Transfer Function Measurements）。這將彈出另一個對話框，您可以在其中選擇要使用的輸入設備和通道，並為新的測量對命名。如果您不熟悉如何為轉移函數和雙通道測量設置您的測量系統，附錄E中有示例設置圖。

選擇測量參數 - Excitation Level

IR測量設置激勵水平的經驗法則是，您希望能夠比背景噪音水平高出至少40-50 dB。在混響時間測量中，我們評估混響衰減範圍從比直接聲音到達（通常是IR中最高峰）低5 dB開始，並從起始點向下延伸另外20或30 dB。

首選的範圍是30 dB，但如果無法達到30 dB，20 dB也可以接受。無論哪種情況，範圍的下限至少需要比IR測量的噪音水平高10 dB。當您把這些加起來時，對於30 dB的評估範圍，您需要至少45 dB的動態範圍，在20 dB範圍時至少需要35 dB——這是在理想情況下，在測量過程本身沒有噪音藝術品的情況下。在現實世界中，再增加5到10 dB肯定是一個非常好的選擇（當然，除非這會導致系統變形或者發生故障）。

要找出需要多大聲音才能進行測量，你可以簡單地測量背景噪音水平。我們只是在尋找相對關係，所以你甚至不需要進行SPL的校準（除非你打算進行STI測量）。只需將Smaart中的聲級計設置為Slow SPL，然後在沒有輸出信號運行的情況下觀察計量器十到二十秒，以獲得基準噪音水平的感覺，然後從低水平開始啟動信號發生器，逐漸增加增益，直到達到目標激發水平（或盡可能接近）。

選擇測量參數 - Input Levels

一旦確定了您的輸出水平，請通過任何可用的手段調整輸入水平，直到測量和參考信號的水平（在控制欄上標記為M和R）大致相等並保持在合理水平上運行。Smaart中的測量引擎控制塊中的米黃色段從-12 dB到-6 dB滿刻度，這通常是一個很好的目標區域，因為這些表是峰值讀數。對於正弦扫描信號，您可以稍微提高水平，由於信號的峰值因子較低，但要注意使用扫描時很容易測量得太高，無論信號類型如何，您通常都希望保持輸入水平不進入紅色區域。如果您正在進行單通道測量，可能需要在調整測量通道增益時浪費一些氣球或發射一些空彈殼，以獲得沒有在輸入水平計上出現截頭現象的穩定信號水平。

選擇測量參數 - Measurement Duration (Time Window)

對於雙通道IR測量，時間窗口是FFT大小的函數（見圖148）。如果您只關心測量延遲時間，那麼衡量測量需要多長時間的一個好的經驗法則是測量的時間應為您想要測量的最長延遲時間的3倍。如果您想要測量混響時間和早期到晚期能量比，那麼系統的60 dB衰減時間（RT60）是一個很好的目標。這在匹配周期的雙通道測量中是一個功能性要求，但無論您如何測量，這也是一個相當不錯的實際目標。理想情況下，您希望測量30 dB的混響衰減，並且評估範圍的下限應該至少高出噪音底板10 dB，因此這是40 dB，當然這是60的三分之二。當您考慮到傳播延遲、早期衰減以及可能足夠長的噪音尾部以查看測量的動態範圍時，很可能您已經吃掉了剩餘的三分之一。

當然，這兩個規則都要求在進行測量之前了解延遲時間或RT60。這通常意味著您必須猜測，然後進行測量，然後可能調整您的猜測並重新進行測量。對於延遲時間，您可以使用到源頭的距離除以聲速作為起點。對於“估算”的目的，您可以使用在典型室內溫度下每秒1130英尺或345米的聲速 - 聲速隨溫度升高而增加，因此如果您所處的地方非常炎熱，您可能會將您的估計略微向上調整，或者如果溫度很低則向下調整。

對於混響時間，一到兩秒應該至少能讓您在大多數劇院和禮堂的範圍內。室內體育館和其他大型結構的混響時間可能更長。測量時間過長永遠不會有害，因此您可能希望偏向長一點。如果您進行了初步測量並且對結果感到滿意，您甚至可能已經完成了。如果不滿意，您可以相應地進行調整並重新進行測量。請注意，作為一個規則，低頻通常比高頻衰減速度更慢，這意味著限制因素可能是您的激勵源能夠激發的最低八度音的混響時間。因此，在估算混響時間時，請務必檢查較低的頻段。

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FFT Size (Time window)

對於雙通道測量，測量持續時間由FFT時間常數決定 - 也就是在所選取的取樣率下，錄製足夠樣本以進行給定FFT大小的時間。在脈衝模式下，Smaart會給出時間常數（以毫秒為單位），以及每個可用FFT/DFT大小的樣本帧大小。

平均及重疊

平均化，正如我們在本章早些時候討論的，主要是在使用有效隨機刺激信號時需要考慮的事情。對於隨機或有效隨機的刺激信號，決定多少平均化足夠了有點主觀，但典型的設置通常在4到16的範圍內。在非常嘈雜的環境中，您可能需要使用更大的值和/或考慮使用匹配周期的信號。在使用匹配周期的噪聲或扫描信號進行測量時，平均化通常設置為“無”或2，但如果在極嘈雜的環境中進行測量，使用更高的設置可能會有所幫助。

另一個影響平均化工作方式的因素是在脈衝響應選項（選項菜單 > 脈衝響應）中找到的重疊設置。當重疊設置為0%時，每個FFT都是從獨特數據計算的，可以獲得在給定平均值下最大的降噪效果。當您將測量重疊設置為非零值時，連續的FFT會共享一些共同的數據（見第170頁的第136圖），請記住，測量重疊和頻譜圖重疊是兩個不同的事物，但原理是相同的。

如果將測量重疊設置為50%，記錄16個平均值所需的時間比在0%重疊下記錄8個平均值略長一些。在這種情況下，您不能完全獲得16個獨特FFT的所有平均效益，並且處理時間增加，但您應該至少會看到比使用8個平均值時更好一點的信噪比，並節省一些時間。

延遲補償

當使用隨機信號源進行脈衝響應(IR)測量時，通常可以獲得更好的結果，如果您通過待測系統進行延遲時間補償，特別是當來自源頭到麥克風的“飛行時間”是FFT時間常數的顯著部分時。因此，如果您不知道延遲時間，請計劃進行兩次測量；第一次用於找到延遲，第二次用於保留。在IR模式的測量引擎控制塊中（在實時傳遞函數測量中的延遲跟踪控制/指示器處），單擊延遲字段右側的圓形灰色按鈕可以將參考信號延遲設置為脈衝響應中的最高峰值。

請注意，將延遲設置為非零值不會影響生成的脈衝響應（IR）中的峰值位置。在進行IR測量時，Smaart會應用延遲補償，然後在完成後撤銷延遲時間，以確保直接聲音的飛行時間仍保留在時間記錄中。

按下按鈕及做出測量

已經確定了哪種測量技術能夠獲得所需的結果，選擇了你的激勵源和測量位置，設定了你的輸入和輸出水平，並選擇了你的FFT長度和平均數（如果適用），現在剩下的就是按下按鈕。對於雙通道測量，啟動你的激勵信號（除非你使用觸發扫描，否則當你啟動測量時，發生器將自動啟動），並點擊主窗口右側控制條上的開始（►）按鈕。Smaart會接管並在完成測量時顯示測量結果。

單通道（直接IR）測量中，點擊錄音（●）按鈕，然後點擊開始（►）按鈕，放鳴汽球或開槍（或任何其他方式），讓系統稍作響應，然後點擊停止（■）按鈕結束錄音並顯示結果。

儲存工作專案

當你進行新的IR測量時，Smaart不會自動假設你想要保存它。

有時候要幾次嘗試才能把一切弄對，如果每次都默認保存，早期迭代的資料就會快速累積起來。當你對測量結果感到滿意並準備保存它們供後人使用時，可以採取以下兩種方式之一。要么按下鍵盤上的空格鍵，要么點擊數據欄上的保存按鈕來保存頂部跟踪。

系統會提示你為新文件命名。在命名文件後，單擊保存跟踪對話框中的確定，新文件將立即出現在數據欄的數據庫窗格中的當前會話文件夾中。請注意，如果你使用了裁剪功能來裁剪文件以供顯示，那麼只有顯示的部分時間記錄才會被寫入文件。

在捕獲多個新測量值時，可以通過單擊數據欄上的全部保存按鈕（鍵盤快捷鍵為[Shift] + [空格鍵]）來一次保存所有顯示的新測量值。在這種情況下，系統會提示你輸入一個文件夾名稱，並將各個測量值寫入到指定文件夾中，文件夾的名稱是根據它們的測量引擎名稱命名的。

複習：雙通道IR測量常用設定

Intro

以下是在Smaart中用於IR測量的一些常見的“默認”設置，通常適用於各種目的。

Signal type

如果你能夠使用Smaart的信號發生器作為你的激勵信號源，那麼周期匹配的偽隨機噪聲是一個很好的全能選擇。要啟用此選項，打開信號發生器控制面板，選擇粉紅噪聲作為信號類型，然後勾選標有偽隨機和丟棄IR數據窗口的框。

Excitation Level

如果你需要測量混響時間，那麼你的激勵水平需要至少比背景噪聲水平高 45 分貝，以獲得 T30（首選），或者至少比 T20 高 35 分貝。對於大多數其他用途，任何舒適高於背景水平的激勵水平都應該是可以接受的。

FFT size and Averaging

128K 是 FFT 大小的一個良好的默認設置。以 48k 的取樣率來說，這給了你近 3 秒的時間窗口。一般來說，你可能需要在一個非常巨大的空間中進行測量才會需要更長的時間窗口，但對於較小的場地來說，這不算過長。在使用週期匹配噪聲時，平均值設置為 2 是一個良好的選擇。如果因某些原因你必須使用隨機信號源，則將平均值的數量增加到 8，或者如果你在一個噪音較大的環境中工作，則增加到 16。我們假設平均值的重疊率為 0%。

Input Levels

使用隨機或偽隨機噪聲信號時，在 Smaart 中進行任何類型的測量，包括 IR 測量，首選的輸入電平為大約 -12 到 -15 dB。-12 dB 是在 Smaart 中輸入電平變黃的點。

Delay Time

使用周期匹配的噪聲作為您的激發信號時，如果您還未為所選信號對設置延遲時間，則可以將延遲時間設置為 0。如果您已經設置了延遲時間，那麼沒有必要再次調整。如果您使用的是隨機噪聲源且還不知道信號對的延遲時間，可以先進行一次 IR 測量來查找它，然後點擊測量引擎控制塊中延遲字段右側的圓形灰色按鈕來設置它，然後再次運行測量。

為了語音清晰度分析測量脈衝響應

Smaart可以間接從一個脈衝響應（IR）測量中計算語音傳輸指數（STI），前提是滿足某些條件。一般來說，在執行STI或STIPA測量時，無論是使用任何方法（直接或間接），都需要牢記幾個“變動部分”。環境噪聲水平和系統操作語音水平始終是重要因素。對於包括現場麥克風作為輸入源的系統，語音麥克風及其聲學環境以及用於激發輸入麥克風的聲學輸入源（對話框或口型模擬器）的物理和聲學特性也可能是考慮因素。

對於特定的間接測量，還需要考慮非線性失真以及測量長度（時間常數）與頻率域分辨率之間的關係。此外，對於使用的測試信號和測量參數，還有特定的要求。

這份手冊不涵蓋STI測量方面的全面討論，因此我們將專注於使用Smaart從脈衝響應間接測量STI。我們鼓勵讀者查閱IEC 60268-16的相關部分，該文件名為《聲音系統設備－第16部分：通過語音傳輸指數客觀評估語音可辨識度》，版本為5.0 2020-09（我們將其稱為“STI的IEC標準”），以獲取有關STI測量的更多信息。

IR Measurement Length for STI

以下是對STI進行間接測量的IEC標準的規定：“所獲得的脈衝響應長度應至少為1.6秒，並且不應少於房間的混響時間的一半。”回想一下DFT頻率間隔（Δf）與時間常數（T）之間的關係“T = 1 / Δf”，我們預期在頻率域中，一個1.6秒的時間記錄將提供0.63 Hz的DFT頻率間隔（1 / 1.6 ≈ 0.63），這是用於STI的最低調製頻率。到目前為止，一切都很好，但有一個問題。

由於DFT/FFT中的頻率箱是線性間隔的，所以兩個最低的箱總是相距一個八度，而STI的調製頻率則以1/3八度間隔排列。因此，如果DFT的時間窗口為1.6秒，則兩個最低頻率箱的頻率將分別為0.63和1.25赫茲，而STI的前三個調製頻率分別為0.63、0.8和1.0赫茲。在下一個更高的八度中，我們會在1.25和2.5赫茲之間多出一個頻率箱，但我們仍然需要再多一個。

這可能合理地可能會以某種方式對缺失頻率點的值進行插值，但IEC的STI標準並未處理此問題。Smaart在計算STI時只是使用每個調變頻率的最近可用頻率點。這導致了一種“最近鄰”（階梯狀）的插值，其中在已知數據點相對於所需的調變頻率間距稀疏時，某些調變頻率的值會“重複使用”（即已知值被重用）。

因此，在理論上，通過增加時間窗口的長度以增加頻率分辨率，可以提高Smaart中STI測量的準確性。例如，將IR測量的長度增加到五秒將產生0.2 Hz的頻率分辨率，即使在最低的八度中也能提供非常接近所有STI調變頻率的頻率箱。由於一些巧合，Smaart確實提供了確切等於五秒（5000毫秒）的DFT大小，用於所有支持的採樣率≥ 44100樣本/秒的IR測量。（樣本中的DFT大小取決於所選擇的採樣率，例如，在48k採樣率下，5000毫秒的DFT大小為240,000樣本。）

Test Signals for Indirect STI Measurement

在Smaart中，可以使用匹配周期的偽隨機粉紅噪聲或對數正弦扫描（也具有“粉紅色”頻譜）進行無噪聲的間接STI測量。在存在噪聲的情況下進行的STI和STIPA測量（我們一會兒會談到），無論是直接還是間接的，都需要一種語音加權的測試信號。

IEC關於STI（60268-16）的標準明確指出，“MLS”和掃描正弦測試信號適用於“無噪聲”的間接測量技術，但也聲明，“理論上，其他數學上可預測的偽隨機（隨機相位）信號也可以使用。”我們注意到，在Smaart中，匹配周期的偽隨機噪聲信號符合該描述。

掃描和偽隨機噪聲信號各有其優點和注意事項。掃描信號在測量時間窗口內開始和結束的潛在問題之一是，在測量時間內的絕對聲音水平可能會模棱兩可。對於無噪聲的STI測量來說，這可能不是一個阻礙問題，但在存在噪聲的情況下進行測量時，必須知道絕對聲音水平。

掃描信號進行的IR測量可以在相同水平下比偽隨機信號獲得更好的信噪比，這是由於信號的低峰值因素造成的。這在困難情況下進行測量時可能是一個優勢。然而，在實際應用中，低峰值因素也使得很容易意外地超過被測系統（SUT）的驅動範圍。當SUT響應中存在顯著的諧波失真時，你會看到這些失真產生的產品堆積在結果IR測量的噪聲尾部，這些必須在計算STI之前進行窗口化或編輯，這增加了分析過程中的額外步驟。這在使用期望匹配噪聲時不是問題，但你仍然需要注意不要超過SUT的驅動範圍。

為了STI測量的目的，偽隨機噪聲和掃描信號都需要在供應測試信號到SUT的設備和用於記錄系統輸出的設備之間達到樣本準確度。如果無法使用同一物理設備完成這兩項任務，或者無法將輸出和輸入設備的主時鐘進行某種方式的同步，那麼直接的STI或STIPA測量技術可能比間接的STI測量更容忍樣本時鐘不匹配，可能是一個更好的選擇。

“Noiseless” vs Noise Present STI Measurement

在捕捉用於STI分析的IR時，另一個要考慮的因素是您是否將進行“無噪音”或在噪音存在下的測量。這個決定影響所使用的測試信號、IR測量參數、測量系統設置以及一般的測量程序要求，因此這將是您需要確定的首要事項之一。

用於無噪音STI分析的IR測量通常在環境噪音水平低的寧靜狀況下進行。它們需要分別測量操作語音和環境噪音水平以進行後期處理。IR是使用“粉紅”測試信號（即粉紅噪音或對數扫描）進行測量的。平均化可能用於幫助獲得每個用於STI評估的七個八度中所需的最低20 dB信噪比。被測系統也可以以高於正常水平運行，但我們希望不要太大聲以至於激起在正常運行中不存在的重要失真產品。對於IR測量部分，聲級校準是可選的，但操作語音水平和服務中的環境噪音水平必須參照SPL。

間接STI測量在存在噪音的情況下需要一個適合語音權重、周期匹配、偽隨機的測試信號以及聲級測量的校準。測量是在不進行平均化、在典型的服務中環境噪音水平下，以與被測系統的操作語音水平匹配的激發水平下進行的。在存在噪音的情況下，不需要進行後處理。

Operational Speech Level

系統的操作語音水平是一個統計數字，以A權重聲級表示，考慮到語音之間存在間隔的事實。一些聲級計可以使用統計測量技術直接估算這個數字。您也可以通過測量被測系統以其正常操作水平重現的至少40秒的語音的A權重Leq，然後將結果加3 dB，得到一個非常合理的估算值。

Performing an Impulse Response Measurement for IR analysis

因此，總結一下，使用Smaart測量系統的STI需要首先決定您是否將進行無噪音測量還是在噪音存在的情況下進行測量。在任何情況下，您都需要確定被測系統的操作語音水平，並選擇一個具有足夠長時間常數的FFT大小——在任何情況下不少於1.6秒，可以認為是5秒（或更長）。

如果在噪音存在的情況下進行IR測量：

• 確保您的測量麥克風輸入通道已經校準過，可以進行SPL測量

• 在IR模式下，設置適當的FFT大小，並將平均值（Avg）設置為None

• 在信號發生器選項中，將信號類型設置為Pink Noise，並選擇Pseudorandom、Drop IR Data Window和Speech Weighted選項——Drop IR Data Window選項會自動設置噪音序列的長度以匹配FFT大小

• 激勵系統並設置其A加權輸出水平以匹配操作語音水平

• 進行雙通道IR測量

進行無噪音STI測量時：

• 使用八度頻帶RTA確定測量時的環境噪音譜

• 使用偽隨機粉紅噪音或掃描激勵系統，並確保125 Hz至8 kHz的每個八度頻帶中至少有20 dB的信噪比——如果無法在所有頻段獲得足夠的絕對信噪比而不過度驅動系統，則在進行IR測量時可以使用平均值 o 如果使用掃描信號，選擇Infinite平均選項並重複幾次掃描可以提高對激勵水平的估計

• 在IR模式下，設置適當的FFT大小和所需的平均次數

• 如果使用粉紅噪音信號（大多數應用中的一個很好的選擇），確保在Smaart的信號生成器選項中選擇了Pseudorandom 和 Drop IR Data Window ——在這種情況下，不應使用 Speech Weighted 選項

• 如果使用掃描信號，應該在信號生成器選項中選擇Triggered by impulse response 選項

• 執行雙通道IR測量

• 可能需要在工作時間測量現場的實際環境噪音水平，作為八度頻帶Leq測量

Calculating STI from an Impulse Response

要從脈衝響應測量中計算STI，請確保您要分析的脈衝響應（IR）測量（無論是新測量還是存儲在.wav文件中的IR）顯示在主窗口中的圖表上，並且是圖表中的前跡（在圖表傳奇中排在頂部），如果顯示了多個跡線。在控制欄底部點擊“All Bands”按鈕，打開“All Bands”表，然後點擊“All Bands”窗口中的“Calculate STI”按鈕，打開“Calculate STI”對話框。

您需要告訴Smaart的第一件事是，測量是“無噪聲”還是在正常背景噪聲水平（有噪聲）下進行的。如果是有噪聲的測量，那麼這就是您需要做的全部。

Smaart（8.5或更新版本）在進行IR測量時會自動測量A加權聲級，前提是測量輸入已經校準。由於假設存在噪聲的STI測量是在典型的運行環境噪聲水平下進行的，因此計算STI所需的所有信息都包含在IR測量中。對於STI和STIPA(IR)的結果，包括相應的字母等級、等效CIS分數以及每個的整體定性評估（優秀、良好、一般或差），這些結果將顯示在對話框的結果部分。

選擇“無噪聲”作為測量類型會改變對話框上部的佈局。將添加一個“語音水平”輸入框和“導入噪聲”按鈕，值表中的EQ和噪聲行變為活動狀態，並且表格下方的“清除EQ”和“清除噪聲”按鈕將被啟用。

在無噪聲測量情況下，您首先需要在“語音水平”字段中輸入系統的運行語音水平，作為A加權的聲音水平。然後，您需要為每個八度頻帶輸入未加權（Lz）的噪聲水平，這些水平典型地反映了系統正常使用時存在的環境噪聲水平。

噪聲水平可以通過點擊“導入噪聲”按鈕並選擇要使用的.srf文件來從經校準的Smaart頻譜（RTA）測量中導入。否則，您可以直接在下方表格中的噪聲行（標記為噪聲dB）中輸入每個八度的分貝噪聲水平。您還可以通過在表格的EQ行中輸入± dB值來估算均衡對STI值的影響。

點擊表格中噪聲或EQ行的任何項目可使該值可編輯。在鍵入新值後，按下鍵盤上的[TAB]鍵確定更改並將選擇移至下一個項目。隨著您進行更改，對話框中結果部分的數值和上方表格中的噪聲水平和聲音水平（語音加噪聲）數字將更新。

清除EQ和清除噪聲按鈕將將表格中相應的行重置為所有零。點擊複製按鈕可將表格中的MTI EQ和噪聲值以及所有八度的所有調變頻率下的基礎MTF“m”值複製到操作系統的剪貼板中，格式為以制表符分隔的ASCII文本，適合粘貼到電子表格、文本文件或任何接受ASCII文本的程序中。

完成選擇後，您可以點擊“保存”按鈕保存工作。請注意，在無噪聲的情況下，您必須指定語音級別並將值表中的噪聲行中至少一個項目設置為非零值，然後才能保存文件。如果您正在處理新的實時測量，Smaart將提示您輸入文件名，然後將IR測量寫入.wav文件中，文件頭中包含STI計算細節作為元數據。如果您正在處理已存儲在.wav文件中的IR測量，Smaart將重寫文件，包含STI元數據的新標頭。在這種情況下，系統將要求您確認是否要覆蓋現有文件。

現有的 IR .wav 文件中的音頻數據在保存 STI 計算詳細信息時不會受到影響，但某些程序可能無法在保存後打開該文件，特別是舊版或非常基本的音頻編輯/分析軟件。 Smaart 8.5（或更高版本）使用 BWAV 標頭規範來處理 IR .wav 數據文件，大多數現代（甚至是較老的）與音頻文件一起工作的軟件應該可以解析，但最好在覆蓋由其他程序創建的文件之前測試一下這個假設。

請注意，Smaart沒有提供明確跳過 STI 的聲學調整的選項。如果您需要進行純電氣 STI 測量，請使用 Noiseless 選項並將 Speech Level 設置為 67 dBA，以有效地跳過聲學調整。在值表的 Noise 行中的任何八度音中輸入一個小數，例如 0.1 dB，將使您能夠保存文件而不影響 STI 結果。