谈谈音箱在消声室测量中低频响应的缺失

一． 音箱低频响应的缺失

在消声室中测量音箱，由于种种原因，往往会造成音箱低频响应的缺失，这是一个常见的现象，必须予以关注和解决。举例说明，有一年由《音响世界》和《电子报》举办的第二届国产影音器材大展在武汉举行，大展的同时还对参评的影音器材进行了评奖活动。展会的专家组，除了对参评的器材进行主观评价和打分外，还委托湖北省计量测试技术研究“所”（如今叫“院”）在其消声室中对音箱的频响等客观指标进行了测量。本文列举了其中四只低频较好的音箱的频响曲线，见图1、图2、图3和图4。

我们如果仔细地观察这四条频响曲线，定会发现这四条频响曲线的低频响应都从60Hz到70Hz才抬起来，逐渐达到平直响应。而有关的厂家提供的频响曲线的低端响应要比上述所测曲线低得多。如图1是山东海皇集团的H801音箱所测曲线，可是山东海皇集团提供的低端响应到38Hz，而图1却明显在低频缺失了一块。人们不禁要问，是厂家提供的数据有问题？还是这次测量出了问题？是什么造成了所测低频响应的缺失？

经研究分析，我们认为，上述比如山东海皇集团提供的频响是正确的，湖北省计量测试技术研究所的测试仪器和测试方法也没有问题。问题在于测试时，音箱虽放在消声室中，但音箱所在的位置，其60Hz至70H以下频段的声场已不是自由声场。这种由声场引起的错误比较常见，应引起我们的重视，加以解决。

二． 消声室中与低频测量有关的参数

为了准确地测量音箱的声频特性，需要将音箱置于一个只有直达声没有反射声的场中，我们称该声场为自由声场。满足这样条件的设施，我们称之为消声室，或叫“无回声室”。

国内消声室一般都采用吸声尖劈布满消声室的六个面而成。消声室与低频测量有关的主要参数如下：

1. 消声室的自由场尺寸：

所谓自由场是指在消声室中满足球面声源辐射的声压与距离成反比（p~1/r）规律的范围。进行自由场鉴定时，一般将球面声源放在消声室的中心位置，测试传声器分别沿着消声室中平面上的对角线、长轴方向和短轴方向由中心向四边移动（按GB6882-1986所推荐的方法）测量P~1/r曲线，再由与p~1/r的理论曲线的偏差小于1dB来确定自由场的距离。也可按中平面的圆半径来确定自由场的半径。我们令自由场半径为R，列举国内两个较大消声室的数据：

在上表中我们可以看到，测试频率在70Hz以下，频率越低，自由场半径R越小。

2. 消声室的净空间尺寸：

消声室的净空间尺寸是指消声室在安装了吸声尖劈后其内部的净空间尺寸。如南京大学的消声室的净空间尺寸(单位为米)为11.4x7.8x6.7,惠威电器公司的净空间尺寸为12.1x9.7x8.5，瑞声科技公司的消声室净空间尺寸为11.6x9.6x6.6。

很明显，在消声室的净空间内并非处处都是自由声场。

3. 吸声尖劈的截止频率：

把吸声尖劈的吸声系数达到99%的最低频率称为吸声尖劈的截止频率。该截止频率与吸声尖劈的尺寸和后空腔尺寸有关。如南京大学消声室采用的吸声尖劈长为1米，后空腔为15厘米，截止频率为65~70Hz；丹麦技术大学采用的吸声尖劈长为1.45米，后空腔为5厘米，截止频率为60Hz。

三． 低频响应的缺失的原因与实验验证

湖北省计量测试技术研究所的消声室比较小，大约只有南京大学消声室的一半大。很明显，当测试传声器放在该消声室中心，测试距离为2米(满足远场条件),则被测音箱在该消声室所处的位置，70Hz已非自由声场，70Hz以下明显存在反射声，因此，70Hz以下的低频响应的缺失是由于音箱处于消声室的非自由声场引起的。

为了验证上述判断，我们在南京大学的消声室做了验证实验。首先，将一只低频响应较好的音箱放到消声室的中间，使得该音箱和测试传声器都处在低频响应的频段的自由声场中，测得该音箱的频率响应曲线如图5中的a曲线。然后，将该音箱放到消声室的边缘，距离吸声尖劈1.5米处，显然，该位置在70Hz以下已不满足自由声场的条件（70Hz以上仍为自由声场）。测得的频响曲线为图5的b曲线。

我们不难发现，图5中的b曲线与前面的图1到图4的四条曲线的低频响应非常相似。该实验结果很能说明问题。也就是说，图1到图4的四条曲线70Hz以下的低频响应的缺失完全是由被测音箱不在消声室的自由声场内引起的。

四．音箱测量应予以关注的几个问题

1. 当人们在足够大消声室中测量音箱或其它发声器件时，测试者首先要了解所测音箱的低频下限及该消声室其相应频率的自由声场大小，注意一定要将被测音箱的低频段都处于该消声室的自由声场当中，特别要关注音箱的下限频率的自由场半径是不是在消声室的自由声场中。否则就会造成音箱低频响应曲线的缺失；

2. 消声室在其低频截止频率以下的低频段的自由声场，频率越低，其自由声场的范围越小。因此，对于在对低频下限较低的音箱测量时，即使消声室 足够大，也要尽量往中间放，避免非自由声场对低频响应的影响；

3. 当消声室比较小时，往往无法准确测量音箱的低频频响。我们可以根据 该音箱（开口箱、封闭箱或无源倒相箱）的等效线路模型，结合低音单元的TS参数，计算出该音箱的低频响应，然后，可以将计算的低频频响曲线与测得的该音箱的中高频的频响曲线对接上，从而获得其全频带的频响曲线。这种方法不失为一个获得音箱全频带频响曲线的有效的方法。具体可见本人写的“采用数字技术测量扬声器及其系统频响特性的低频响应补偿法”（参考文献1），及相关的参考文献2、3、4、5。

参考文献

1. 徐柏龄，“采用数字技术测量扬声器及其系统频响特性的低频响应补偿法”，电声技术，第2期，pp.2-5(1993)

2. Xu Boling, Wei Yong, “Low Frequency Characteristic Parameters Measurement of Vented-box Loudspeaker System Using Total Least Squares Method”, Chinese Journal of Acoustics, Vol.15 No.1,pp65-72(1996)

3. 徐柏龄，魏勇，沈勇，“开口箱扬声器系统低频特性频域分析与时域测量”，电声技术，第3期，pp.2-5（1996）

4. 徐柏龄，曹水轩等，“封闭式扬声器系统的最优化设计”，南京大学学报，第26卷。P.248(1990)

5. 徐柏龄，曹水轩，“倒相式扬声器系统的计算机辅助设计”，南京大学学报，第22卷，p.330(1986)

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