vegetal-bird

看到liyusheng兄如此努力的翻译写文章， 觉得自己也有责任写一些关于speakerworkshop的东西了。。所以也就有了这篇Speakerworkshop原理篇。
本文主要注重的是Speakerworkshop的基本工作原理， 帮助初学者进一步了解测量过程。 由于本人水平有限， 有错误处还请大家指正。
Speakerworkshop基本功能包括阻抗， 感值容值， 频响及失真等测量， 而最常用的场合是在音箱的设计， 本文也基本围绕这个题目。
硬件需求liyusheng兄也翻译了， 我也无须多说， 基本就是PC, 双全工声卡(原因下文分解)和测量器材。
上图是speakerworkshop 的基本阻抗测量原理图。 R已知道阻值的参考电阻，被测量的元件接在测量端后， 和R一起构成一个分压器，  声卡输出端的电压信号直接进入声卡的一输入端， 而分压后的信号进入另一输入端， 假设声卡的两个输入声道完全一样， 那么通过该两个信号的比较和参考电阻的阻值就可以知道被测量元件的阻值。 如果输入的是一全频带脉冲信号， 那么被测元件的频率/阻抗图也就出来了。 一但有了阻抗图，被测元件的感值， 容值和阻值也可以计算出来。 具体的计算方法是怎么样的我不知道，但可以知道的是其计算的结果相当精确， 其算法也是Speakerworkshop创造者的辛勤劳动成果， 所以也不便公开。 我们要的也只是测量结果。
不过，以上的原理图有四个相当重要的要求。 一是声卡的两个输入端完全一样，二是声卡的输入阻抗为无限大， 三是声卡的输出可以 驱动被测量单位和参考电阻的等效阻抗， 四是其输入端分辨率(比特数)要非常高， 否则当参考电阻的阻值和被测量元件的阻抗相差很大的时候，测量的误差也就大大增加 。 要实现以上四项要求对大多声卡来说并不容易， 所以也就有了对应的解决办法:
对第一项， Speakerworkshop里有一个channel difference calibration（声道差别校正）功能。 其方法是首先将R短路， 另两输入端的输入信号完全一致，然后 放一全频带信号，比较两个输入端的测量结果，算出校正值再存档。 以后测量时， speakerworkshop会自动把校正值算进去。
对第二项， 一般声卡的阻抗都比被测元件高很多， 所以理论上影响不会太大。 但为了另结果更精确， speakerworkshop还是加了声卡输入阻抗的设定， 因为大多声卡的输入阻抗为几十K, 那么用只要将R值设为10K（官方推荐值，但不一定是绝对10K, 因为可以输入阻值），那么上图中右声道输入信号就会被分压， 而跟左声道的输入信号相比就可以算出声卡的输入阻抗。以后测量时， Speakerworkshop会把声卡阻抗的影响算进去。
对第三项， 如果声卡本身不能推动低阻抗， 那么输入端的信号就必须经过功放的放大。 一般来说， 能直接推动耳机的声卡应该不用功放都没有问题， 但因为还有测量单元频响的考虑， 还是加上功放好。 一般来说， 用于阻抗测量的功放功率不必太大， 因为声卡的输入端只能接受最多2-3V左右的信号， 幅度太大会造成削峰， 再大就烧卡。
对第四项， 因为声卡的比特数是固定的， 所以只能够尽量调整信号的幅度让其能在不削峰的前提下尽可能大。 而因为计算的要求， 分压后的信号以及原本的信号的差别也要尽可能大， 所以平衡点就是要分压后的信号幅度约为原信号的二分之一， 也就是要R值约等于被测量的原件阻抗。 假设扬声器的阻抗为8欧， 谐振峰高点可以达到几十欧， 那么一般取R值在10-20欧之间。
看了以上四项的解决办法， 大家可以发现R值最少要有三个： 0欧用于声道校正， 10K用于输入阻抗， 以及与扬声器阻抗相近的阻值用于阻抗测量（如果单元换了4欧， R值最好也跟着变）。这也就是diyer们制作测量用盒子(jig)的主要原因。 因为只要把三个阻值都放进去， 然后通过开关来切换阻值， 那么测量时就方便多了。
如果以上的原理弄明白了， 那么以后测量频响的原理也就容易懂了。 因为时间关系， 本篇也就写到这里， 如果大家觉得有帮助的话， 我会找时间继续写频响测量部分的原理， 所以希望大家留个贴子发表看法， 也好让我改进。 文学水平有限， 多多指正。   

liyusheng

简洁,明了,写得太好了

laurel

好文，已打包收下！

laurel

期待 vegetal-bird兄的续作

加加虎

呵呵，谢谢，原先我看E文就有满多不太明白。
到现在我觉得Speakerworkshop测的Qts还是不敢拿来用，不过拿它来做一个电容测量仪倒是狠不错的选择！哈哈