การทดสอบและวิเคราะห์ลำโพงอย่างมีหลักการ

[patsat.net]

การทดสอบและวิเคราะห์ลำโพงอย่างมีหลักการ (Testing and Analysis)
สวัสดีครับ...หลังจากที่คุณผู้อ่านที่มีฝีไม้ลายมือทางด้านการออกแบบตู้ลำโพง ได้ทำการสร้างตู้ลำโพงของคุณเสร็จเรียบร้อยแล้ว มันก็เป็นเวลาในการทดสอบที่พวกเราจะทำการทดสอบระบบเครื่องเสียงและลำโพงกัน โดยการทำการทดสอบเจ้าตัวลำโพงของเราในครั้งนี้ เราจำเป็นจะต้องมีเครื่องไม้เครื่องมือสำหรับการทดสอบด้วย ซึ่งนั้นก็คือเครื่องคอมพิวเตอร์ เพราะเราจะต้องใช้ไมโครโฟนและเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีช่องต่อไมโครโฟนอินพุทและช่องต่อหูฟัง หรือ ไลน์เอาท์พุท (line-out) นอกจากนี้คุณยังจะต้องใช้ซอฟต์แวร์ที่ช่วยสร้างเสียงทดสอบ หรือ ที่เรียกกันว่า “Test Tone” ที่ปล่อยความถี่ที่แตกต่างกัน และทำการอ่านเสียง Test Tone เหล่านั้นย้อนกลับ โดยการใช้ไมโครโฟนที่ถูกเชื่อมต่ออยู่กับเครื่องคอมพิวเตอร์
 
แต่ถ้าคุณไม่มีไมโครโฟนสำหรับการทดสอบ คุณอาจต้องการที่จะสร้างมันขึ้นมาด้วยตัวของคุณเอง แทนการใช้จ่ายเงินราคาแพงสำหรับการซื้อไมค์วัดสักตัว โดยคุณสามารถหาอ่านบทความเกี่ยวกับเรื่องนี้ ได้จากภายในเว็บไซต์ CarAudioMagOnline.com ซึ่งผมเป็นคนเขียนไว้เองในตอนที่ชื่อว่า “มาสร้างไมค์ทดสอบลำโพง ไว้ใช้งานกันดีกว่า !!!” สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับการสร้างไมโครโฟนคุณภาพดี ที่ราคาไม่กี่ร้อยบาท และโปรดทราบไว้ด้วยว่าไมโครโฟนที่คุณจะสร้างด้วยตัวเองนั้น จะยังไม่ได้มีการสอบปรับเทียบ (uncalibrated) จึงมีค่าผิดพลาดประมาณ +/- 3 ถึง 4dB เมื่อเทียบกับไมโครโฟนที่มีการสอบปรับเทียบแล้ว (calibrated) ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ +/-1dB ส่วนใหญ่ข้อผิดพลาดเหล่านี้อยู่เหนือระดับความถี่ตั้งแต่ 4kHz ขึ้นไป และเป็นข้อผิดพลาดเพียงเล็กน้อย ซึ่งมันจะไม่ทำให้เกิดหรือเป็นสาเหตุทำให้เกิดยอดแหลมที่โด่งขึ้นในลักษณะแคบ ๆ คือไม่ขึ้นไปทั่วเป็นจำนวนมากในการทดสอบของคุณ ดังนั้นมันสามารถใช้ในการทดลองเพื่อที่หายอดแหลมใด ๆ ในเส้นกราฟการตอบสนองได้
 
การค่อยๆเพิ่มขึ้น หรือ ลดลงในระดับความดังเสียง (SPL) ตลอดย่านความถี่ มันไม่ได้ช่วยในการพิสูจน์ว่าเกิดจากลำโพง อาจเป็นผลของตัวไมโครโฟนเองก็ได้ สำหรับไมโครโฟนที่ไม่ได้ถูกสอบปรับเทียบ (uncalibrated) คุณยังคงสามารถออกแบบใช้งานวงจร notch filter ที่เป็นแบบขนาน (parallel notch filter) หรือ แบบอนุกรม (series notch filter) ได้ แต่ไม่ควรจะเพิ่มวงจร contour network ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์จากไมโครโฟนที่ยังไม่ได้ถูกสอบปรับเทียบ (uncalibrated) หากคุณผู้อ่านยังคงต้องการที่จะซื้อไมโครโฟนชนิดที่ถูกสอบปรับเทียบแล้ว ให้ลองตรวจสอบผลิตภัณฑ์และราคาของตัวไมโครโฟนที่ calibrate แล้ว ซึ่งขายพร้อมกับตัวซอฟแวร์ ที่จัดจำหน่ายโดย True Audio ก็ได้
ถ้าคุณมีเครื่องคอมพิวเตอร์แบบแล็ปท็อปให้ใช้มันสำหรับการทดสอบลําโพงจะดีกว่า เพราะมันจะทำให้เราสะดวกในการวัดทดสอบมากยิ่งขึ้น ทำการเสียบไมโครโฟนของคุณเข้าไปในช่องรับสัญญาณไมโครโฟนบนเครื่องคอมพิวเตอร์ของคุณ ปกติบนเครื่องคอมพิวเตอร์นี้จะเป็นปลั๊กแบบโมโนขนาด 1/8 นิ้ว (3.5 มม.) คุณจำเป็นที่จะต้องใช้ตัวอะแดปเตอร์ในการแปลงขั้วเสียบ ถ้าไมโครโฟนของคุณมีขนาด 1/4 นิ้ว หรือ ขั้วต่อไมโครโฟนมาตรฐานแบบ XLR (Professional Microphone) โดยทั่วไปแล้วไมโครโฟนแบบ XLR จะมีขั้วต่อสัญญาณที่แสดงเป็นรูปภาพอยู่ทางด้านขวา และสายไมโครโฟนจะแปลงจากที่เสียบ หรือ ขั้วต่อแบบ 3 ขา ไปเป็นที่ขั้วต่อแบบ 1/4 นิ้ว ดังนั้นคุณจำเป็นจะต้องใช้ตัวอะแดปเตอร์แบบ 1/4 นิ้ว เป็น 1/8 นิ้ว ซึ่งคุณสามารถหาซื้อได้ตามร้านขายอุปกรณ์เครื่องเสียงทั่วไป

ตัวอะแด็ปเตอร์ชนิดต่าง ๆ

นี่คือภาพของช่องต่อบนเครื่องคอมพิวเตอร์ ขั้วต่อสำหรับไมโครโฟนบนเครื่องคอมพิวเตอร์อาจเป็นสีชมพู

ขั้วต่อบนเครื่องคอมพิวเตอร์
ให้คุณทำการวางไมโครโฟนไว้ทางด้านหน้าของลำโพง หากคุณกำลังทดสอบไดร์เวอร์เพียงตัวเดียว ดังนั้นตำแหน่งที่ถูกต้องของไมโครโฟนคืออยู่ทางด้านหน้าของตัวไดร์เวอร์ ตรงจุดศูนย์กลางของตัวกรวยและเล็งทิศทางตรงไปที่ตัวไดร์เวอร์ ไมโครโฟนแบบ Shotgun Microphone จะทำงานได้ดีสำหรับการทดสอบเหล่านี้ วางลำโพงห่างจากพื้นและอยู่ห่างจากผนังทั้งหมด (รวมถึงด้านหลังลำโพงด้วย) นี้จะช่วยลดการสะท้อนที่อาจส่งผลกระทบในการทดสอบได้

ไมโครโฟนสำหรับทดสอบลำโพง

หากคุณกำลังทดสอบตู้ลำโพงกับไดร์เวอร์หลายตัว ดังนั้นคุณจำเป็นที่จะต้องวางไมโครโฟนห่างออกมา 2-3 ฟุตจากลำโพง หรือ ห่างออกไป 2–3 หลา ถ้ากำลังใช้ไมโครโฟนแบบ Shotgun Microphone นี้เป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้ไมโครโฟนสามารถรับสัญญาณจากตัวไดร์เวอร์ได้ครบทั้งหมด แล้วจัดการกับการทดสอบการฟังภายในห้องโดยสาร ติดตั้งหรือวางลำโพงในตำแหน่งที่คุณต้องการ และวางไมโครโฟนในตำแหน่งการนั่งฟังที่คุณชื่นชอบมากที่สุด ไม่แนะนำให้ใช้ไมโครโฟนแบบ Shortgun สำหรับชนิดของการทดสอบนี้ เนื่องจากคุณต้องการความถูกต้องที่เป็นจริง สำหรับการสะท้อนภายในห้องในการทดสอบ ประเภทของการทดสอบนี้จะใช้ในการหาตำแหน่งสำหรับการติดตั้งลำโพงที่เหมาะสม ความสูงและมุมสะท้อนสำหรับห้องโดยสารของคุณ และในกรณีนี้ คุณควรที่จะมีด้ามจับหรือตัวจับไมโครโฟนสำหรับการทดสอบด้วย อย่าพยายามที่จะถือไมโครโฟนด้วยมือของคุณเอง เพราะคุณจะไม่สามารถถือมันได้อย่างมั่นคง นี้อาจจะดู OK สำหรับความถี่ต่ำอย่างซับวูฟเฟอร์ แต่มันจะมีผลกระทบอย่างมากต่อความถี่สูง ดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องซื้อขาตั้งไมโครโฟนมาใช้ก็ได้ เพียงแค่เป็นประเภทของเหล็กหนีบ หรือ ด้ามจับเป็นตัวถือในตำแหน่งที่วัดก็พอแล้ว

อุปกรณ์สำหรับจับยึดไมโครโฟน

อันต่อมาก็คือ ปลั๊กขนาด 1 / 8 นิ้ว (3.5 มม.) เป็น RCA Adapter สำหรับเสียบเข้าไปในช่อง line-out ของเครื่องคอมพิวเตอร์ นี้จะเป็นขั้วแจ็คสีเขียวบนเครื่องคอมพิวเตอร์ แล้วเดินสายเคเบิ้ล RCA / Composite จากตัวอะแดปเตอร์ไปยังตัวเครื่องเล่นวิทยุของคุณ หากคอมพิวเตอร์ของคุณมีช่อต่อสัญญาณดิจิตอล (ไม่ว่าจะเป็น optical หรือ coaxial) ดังนั้นใช้ตัวคอนเน็คเตอร์แบบดิจิตอลแทน นอกจากนี้คุณยังสามารถใช้ขั้วต่อ Display Port หรือ HDMI ถ้าระบบเครื่องเล่นวิทยุของคุณสนับสนุนมัน สายดิจิตอลเคเบิ้ลเหล่านี้จะมีทั้งภาพและเสียง


ชุดสาย RCA ADAPTER แบบต่าง ๆ

สุดท้ายให้ทำการต่อชุดเครื่องเสียงเข้ากับลำโพงเพื่อที่เราจะได้ทำการทดสอบกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้มีการเปิด หรือ ใช้งานอิเล็กทรอนิค ครอสโอเวอร์ (active crossover) หรือ อีควอไลเซอร์ (equalizer) ถ้าคุณกำลังเปิดโหมด DSP (Digital Signal Processor) เช่น ฮอลล์, สนามกีฬา, ภาพยนตร์, หรือ เกมส์ จะมีผลกระทบต่อเอาท์พุทของลำโพงด้วย หรือ ตัวเครื่องเล่นอาจเปิดใช้งานวงจร High-pass filter ไว้โดยอัตโนมัติ ถ้าคุณกำลังใช้ซับวูฟเฟอร์ ให้ทำการยกเลิกการต่อซับวูฟเฟอร์ซะ และทำการปิดวงจรฟิวเตอร์ในตัวเครื่องเล่น ก่อนที่คุณจะเริ่มต้นทำการทดสอบ
 
ข้อสังเกต :- ถ้าคุณจำเป็นต้องใช้วงจร High-pass filter เพราะลำโพงของคุณไม่ใช่ลำโพงแบบ full range ดังนั้นเปิดมันไว้ก็ได้ นอกจากนี้ ถ้าคุณกำลังดำเนินการทดสอบการฟังเพื่อกำหนดการวางตำแหน่งของลำโพง คุณควรที่จะต่อและเปิดใช้งานลำโพงทั้งหมด รวมไปถึงซับวูฟเฟอร์กับอิเล็กทรอนิค ครอสโอเวอร์ ให้เหมือนกับที่คุณใช้งานตามปกติ
 

สำหรับตัวซอฟแวร์ ถ้าเป็นซอฟต์แวร์ฟรีไม่เสียงเงิน ผมขอแนะนำ AUDio MEasurement System (AUDMES) แบบที่ต้องเสียเงินซื้อ TrueRTA จาก True Audio หรือ ETF Acoustic สำหรับ TrueRTA มีราคาไม่แพงและเป็นที่นิยมอย่างมาก และ TrueRTA ก็มีรุ่นเวอร์ชั่นฟรีด้วย แต่มันสามารถใช้ได้เพียงแค่ 1/1 Octave ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการทดสอบลำโพงในขณะใช้งานจริง ส่วน ETF มีรุ่นทดลองใช้ฟรี นั้นควรจะทำได้ทุกสิ่งที่คุณจำเป็น
 
เครื่องมือทั้งหมดเหล่านี้จะสร้างชุดของโทนเสียงจากคอมพิวเตอร์ของคุณ และทำการวัดค่าความดัง (SPL) ของโทนเสียงเหล่านั้นด้วยการใช้ไมโครโฟน และพวกมันจะแสดงผลเป็นกราฟแผนภูมิที่ดูดี เพื่อให้คุณสามารถดูว่ามีการเกิด peak และ dip ตรงที่ใด ๆ ในกราฟการตอบสนองความถี่ กับเครื่องมือทั้งหมด อันดับแรกคุณควรจะเพิ่มวอลุ่มความดังเสียงจากเครื่องคอมพิวเตอร์ของคุณ และลดวอลุ่มความดังเสียงของเครื่องเล่นลง ซึ่งคุณต้องการระดับเสียงที่ดังในระหว่างการทดสอบ (เพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ดีกว่า) แต่ไม่มากเกินไปสำหรับขับลำโพงของคุณ หรือ อุปกรณ์ในระบบสามารถทนได้ เริ่มต้นด้วยเสียงที่เบา ๆ ก่อน จากนั้นค่อย ๆ เพิ่มวอลุ่มความดังไปจนถึงระดับที่คุณฟังได้แบบสบาย ๆ
ข้อสังเกต : ในการทดสอบของตัวผมเอง ผมเคยเห็นระดับสัญญาณรบกวนที่สูง เมื่อระดับวอลุ่มของเครื่องคอมพิวเตอร์อยู่ในระดับที่ต่ำและตัวเครื่องเล่นอยู่ในระดับวอลุ่มที่สูง – แม้ว่าเสียงที่ได้จะอยู่ในระดับความดังเสียงเดียวกันก็ตาม
 

นอกจากนี้ เครื่องมือส่วนใหญ่จะถูกตรวจจับทางช่องต่อสัญญาณอินพุท (ไมโครโฟน) และ เอาท์พุท (ลำโพง) ของคุณโดยอัตโนมัติที่ตอนเริ่มต้น มันจะเป็นการดีที่สุด คือ การเสียบปลั๊กทุกอย่างก่อนที่จะเริ่มต้นโปรแกรม
 
วิธีการใช้ AUDMES:
 
เครื่องมือนี้สามารถใช้งานได้ง่ายมาก มันควรที่จะทำการตรวจสอบการ์ดเสียง (sound card) และช่องต่ออินพุท/เอาท์พุทของคุณที่ตอนเริ่มต้นโดยอัตโนมัติ ถ้าไม่ทำ คุณสามารถเลือก/เปลี่ยน อุปกรณ์ Input/Output ของคุณ จากเมนู Tools -> Select เลือกเมนูตัวเลือก Sound Card เพื่อที่จะเริ่มต้นการทดสอบของคุณ ให้ทำการเลือกที่แท็บ Frequency Response จากด้านล่างของหน้าต่าง แล้วคลิกปุ่ม Start ก็จะใช้เวลาประมาณหนึ่งนาทีเพื่อดำเนินการทดสอบแต่ละอัน
 
วิธีการใช้ TrueRTA:
 
สำหรับ TrueRTA นั้นมี 4 ระดับ ซึ่งระดับสูงสุดและเป็นเวอร์ชั่นที่แพงที่สุด ช่วยให้ทำการวัดค่าได้ถึง 1/24 Octave โปรแกรมจะใช้ค่าเริ่มต้นที่ 1 Octave โดยไม่สนใจว่าคุณจะซื้อรุ่นเวอร์ชั่นไหนมา ดังนั้นสิ่งแรกที่คุณควรจะทำคือการเปลี่ยนแปลงความละเอียด หรือ Resolution ของ RTA ที่ด้านขวาของหน้าจอให้เป็นระดับเดียวกับที่คุณได้สั่งซื้อมา คลิกที่ปุ่มคำสั่ง Quick Sweep ที่ด้านล่างฝั่งซ้ายมือของหน้าจอและภายในวินาทีคุณก็จะได้กราฟตอบสนองความถี่เต็มรูปแบบ
 
ข้อสังเกต : ในการทดสอบของผม ผมมีการเปลี่ยนแปลง Ampl. (Amplitude/Computer Volume) ที่ด้านขวาของหน้าจอจาก - 10dB เป็น 0dB ด้วย
 
วิธีการใช้ ETF:
 
จากเมนูด้านบน ให้เลือก File -> New Measurement -> Normal Transfer Function ในหน้าต่างป๊อปอัพที่ปรากฏขึ้นมา ให้ตรวจสอบปุ่มเลือก Sweep ในบริเวณพื้นที่ Measurement จากมุมขวาบนของหน้าต่างป๊อปอัพ ให้คลิกที่ Level Check เพื่อตรวจสอบระดับเสียง (sound level) หากระดับเสียงเป็นสีเขียว ดังนั้นคลิกที่ปุ่ม Start Test โปรแกรมจะไม่สร้างสองความถี่ที่ทำการ quick sweep - หนึ่งสำหรับลำโพงด้านซ้ายและหนึ่งอันสำหรับด้านขวา ถ้ามีเพียงหนึ่งลำโพงที่ถูกต่ออยู่ ดังนั้นคุณจะได้ยินเสียงการ sweep เพียงอันเดียวเท่านั้น เนื่องจากคุณมีเพียงไมโครโฟนที่เป็นแบบรับสัญญาณโมโนอันเดียว คุณจะได้รับกราฟการตอบสนองเพียงเส้นเดียว คลิก OK ที่ด้านบนเพื่อที่จะได้รับเส้นกราฟการตอบสนองความถี่ของคุณ ขยายหน้าต่างใหม่กับกราฟเพื่อให้สามารถอ่านมันได้ ตรวจสอบรูปไอคอน Linear Frequency Response ที่ด้านล่างเพื่อให้ได้กราฟที่ถูกต้อง
 
สำหรับภาพด่านล่างนี้ จะเป็นบางตัวอย่างของเส้นกราฟการตอบสนองความถี่จาก TrueRTA ที่ใช้ลำโพงแยกชิ้น 2 ทางกับไมโครโฟนพานาโซนิค WM-61A สำหรับกราฟ 3 อันดับแรก ไมโครโฟนถูกติดตั้งอยู่ภายในระยะ 1 นิ้วของลำโพงทวิตเตอร์, ลำโพงวูฟเฟอร์ หรือ ท่อพอร์ตของตู้ลําโพง ผมทดสอบท่อพอร์ตเพียงเพื่อจะดูผลกระทบที่มันมีบนระบบโดยรวมทั้งหมด สังเกตการตอบสนองราบเรียบดีในการวัดของลำโพงทวิตเตอร์ ไม่เลวเลยสำหรับไมโครโฟนราคาถูกเช่นนี้
 

กราฟทดสอบที่ 1 ห่างออกมา 1 นิ้วจากลำโพงทวิตเตอร์

กราฟทดสอบที่ 2 ห่างออกมา 1 นิ้วจากลำโพงวูฟเฟอร์

กราฟทดสอบที่ 3 ห่างออกมา 1 นิ้วจากท่อพอร์ต

จากภาพในการทดสอบลำดับที่ 4 ไมโครโฟนถูกวางห่างออกมา 6 นิ้วจากกึ่งกลางของลำโพง ระหว่างลำโพงทวิตเตอร์และวูฟเฟอร์ สำหรับการทดสอบอันสุดท้าย, ไมโครโฟนวางห่างออกมา 1 เมตร แต่ยังคงอยู่ที่จุดกึ่งกลางของลำโพงทวิตเตอร์และวูฟเฟอร์

กราฟทดสอบที่ 4 ระยะ 6 นิ้วที่จุดกึ่งกลางระหว่างลำโพงทวิตเตอร์กับวูฟเฟอร์

กราฟทดสอบที่ 5 ระยะ 1 เมตรที่จุดกึ่งกลางระหว่างลำโพงทวิตเตอร์กับวูฟเฟอร์
 


เนื่องจากไมโครโฟนรับการสะท้อนเสียงในทิศทางต่าง ๆ ที่มาจากลำโพง การวัดจากระยะห่างที่ 6 นิ้วเป็นสิ่งที่ดูดี แต่เนื่องจากตัวพอร์ตอยู่ต่ำกว่าวูฟเฟอร์ ไมโครโฟนจะไม่สามารถวัดเสียงเบสลึก หรือ deep bass (เห็นได้จากในกราฟรูปที่ 3) ที่มาจากตัวพอร์ต และต่อไปนี้จะเป็นบางสิ่งบางอย่างที่จะมองหาได้จากในการทดสอบลําโพง :
 
• ยอดแหลมขนาดใหญ่ (~20dB) ที่จุดตัดครอสโอเวอร์จะแสดงให้เห็นว่าตัวไดร์เวอร์มีการหักล้างซึ่งกันและกัน ลองกลับขั้วลำโพงดู (เปลี่ยน + และ -) ของตัวไดร์เวอร์ตัวหนึ่งตัวใดเพื่อดูว่า ยอดแหลมหายไปหรือไม่
 
• ยอดแหลมแคบ ๆ (~10dB) (ที่ความถี่เรโซแนซ์ของทวิตเตอร์) อาจจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขโดยใช้วงจร Series Notch Filter
 
• เกน dB ที่กว้างในกราฟการตอบสนองนั้น ถ้าสอดคล้องกับเอาท์พุทของตัวไดร์เวอร์ตัวหนึ่งตัวใด อาจเกิดจากตัวไดรเวอร์นั้น ๆ มีค่าความไว (sensitivity) ที่สูงกว่าอันอื่น ๆ ซึ่งนี้จะสามารถแก้ไขได้ด้วยการใช้วงจรลดทอนค่าความไว Driver Attenuation Circuit / L - Pad
 
• เกน dB ที่เพิ่มสูงกินบริเวณพื้นที่กว้าง ถ้านั้นไม่ได้เป็นคุณสมบัติที่เกิดจากค่าความไวของตัวไดร์เวอร์ที่แตกต่างกันแล้วละก็ เราสามารถแก้ไขได้โดยใช้วงจร Parallel Notch Filter
 
• ลำโพงซับวูฟเฟอร์กับเส้นกราฟการตอบสนองที่ลดลง (เป็นผลที่เกิดมาจากค่าอิมพีแดนซ์ที่เพิ่มสูงขึ้นของตัวขดลวดซึ่งมีขนาดใหญ่ ที่ใช้ในตัวครอสโอเวอร์ที่ความถี่สูง) สามารถแก้ไขได้ด้วยวงจร Impedance Equalization Circuit แต่ถ้าเป็นไดรเวอร์กับเส้นกราฟการตอบสนองที่เพิ่มสูงขึ้น จะสามารถแก้ไขได้ด้วยวงจร Contour Network

[Vutichai]

ขอบคุณครับ