(1)本文转载己获得原作者 Harry 的同意。
(2)转贴原因：
单论这标题“有关音箱系统测量解读的碎碎念”，应该就是近年来
历久不衰的战文，甚至是主战场。
本文作者除了是声学领域毕业外，更担任过3家声音喇叭厂商RD，对于
理论与实作自然都有丰富的经验。(好像现任某家英国世界大厂)
为了撰写本文，作者经历四个月，甚至‘制作2颗喇叭’以得到相对应
的频谱，然后再做比较与解决。其认真度可见一般，图文并茂实乃近年
来不可多得的音响科普文章。
其中针对一般的频响曲线与Spinorama，均有所解释并告知适用范围，
同时给以结论。
对音响有兴趣且想要研究者，实为必看之文章。故转贴之。
(3)作者资料简介
MEDIUM：https://medium.com/@airyfidelity
FB：https://www.facebook.com/Akoustia
作者自介：
一个因为跳入音响坑的深渊而在2016年大学毕业后自己跑到英国去
的香港人。 MSc in Acoustics Engineering。 曾任职建筑声学顾问，
及后分别在3个英国音响品牌担任Research & Development Engineer。
(4)文章开始
非常非常强烈建议去作者的medium网站看，那里的图片和文章
是完整对齐的。在PTT上，因为图片不能直接转贴，我就只转文字。
上篇：https://medium.com/@airyfidelity/8094f31b1373
[有关音箱系统测量解读的碎碎念][上]
下篇：https://medium.com/@airyfidelity/8f3f3a8f129
[有关音箱系统测量解读的碎碎念][下]
~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 上篇 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
一直以来，我见到网络上都有许多有关音箱系统测量数据的讨论。数据的
来源早期主要是各音响杂志网站，或者是加拿大National Research Council
(NRC)的数据库，到近年则多了诸如Audio Science Review (ASR)和Erin's
Audio Corner等个人建立的评测数据库。
在阅读这些讨论的过程中，我留意到各种诸如“鉴听喇叭测出来都是一条
平线，但各家听起来都不一样，所以测量没意思”，又或者“这喇叭的频响
曲线看起来怎样怎样所以听起来一定会怎样怎样”等等，因为了解不足而产生
的错误概念和对数据的过份解读。所以这次，我就想以工程师的角度出发，
谈谈我对音箱系统测量数据的看法。
由于文章颇长，我就将其分成上下两个章节。[上]章会详谈业内各种测量
音箱系统的方式，以及阅读各网络来源上的数据时需要注意的地方。
[下]章中我会介绍Spinorama这种近代常用的测量规格，并会以一个我以前
做来测试单元用的2路小音箱为实例，展示和解说两个不同设计目标下，
Spinorama的变化和相应听感，让读者可以对测量数据有个更实质的了解
(我相信读者应该会对下章感兴趣很多……)。
首先我要在此重提一个重要的概念：音箱是有Directivity(指向性)的，
即是指音箱向不同角度发出的声波在强度和频谱上都有所不同。而我们在
室内聆听音箱的体验，由音箱的直接音，加上房间中的反射音，Room mode
(可以理解为立体驻波)和残响场组成。视乎聆听者与音箱的距离，听感
可以由直接音做主导(近)变成由反射音和残响做主导(远)，音箱的位置，
包括中低音单体离地的距离亦会影响Room mode的激发情况。
了解以上的概念后，你只要稍为想想便知道，你当然不可能单单用一个
轴向的频率响应去判断音箱系统的音色和声学设计上的表现，而一个音箱
系统的表现也不止于频率响应一个领域，有关详细下章会谈及。
平日的工作上，我们需要得到喇叭单体在装箱后，向360度不同角度发出
的声波频谱数据，以设计出合适的分频器，同时透过数据来分析声学上的
问题。因为实体电子零件和电脑模拟总会有点分别，所以音箱设计组装完成
后亦会再作测量，以取得系统实际的各项数据。那麽我们是怎样进行测量
的呢?
有许多读者想必听说过Anechoic chamber(无残响室)这种设施。无残响室是
一个内部所有表面都被吸音物料覆蓋的房间，通常以钢丝网或金属网格作为
“地板”以放置测量样本并让人可以在内走动，而且房间会有极高的隔音隔
震规格，以确保对样本的测量不会受墙壁的反射及外来的噪音影响。若该无
残响室主要用于音箱的测量，室内中央通常会设有一个小型升降转台以摆放
及旋转音箱朝向不同角度，再加上一支正对着转台的咪高峰(资金充裕的话，
则会用多支咪高峰组成的扇形列阵以缩短收集多角度数据的时间)。看设计需要
，咪高峰与音箱的距离有时可以调整(基本情况下都会以一米作为标准)。
文章的附图1展示了一个符合描述的无残响室。
进行测量时，一般会让喇叭播放一种叫Sine sweep的扫频讯号，多数的情况
下讯号的电压会用2.83V为标准。咪高峰录下讯号后电脑软件便可以计算出比如
各频率的音压以及相应的谐波频谱等数据，即我们常说的Frequency response
(频率响应)和Harmonic distortion(谐音失真)。
读者们可能不了解的是，无残响室并非完美，无残响室跟一个普通的房间一
样会有Room mode。在我很早期的文章中就提过，笼统地说要透过纤维质/多孔
质的吸音体去吸收房间中某频率的驻波，该吸音体的长度至少要有驻波波长
的4份之1。
那比如某大小的无残响室中有个40Hz的Room mode，那每根吸音三角柱就要
有2.14米长，再加上吸音体和音箱/咪高峰之间要有最小距离，也要让人有
空间走动，那考虑到土地空间成本，商用情况下要做到真正全频(低至20Hz)
吸音不是那麽现实。即使是加拿大NRC公布的测量数据都明显可见有受
低频Room mode的影响。所以无残响室一般都会有个Cut-off frequency，我工
作的地方的无残响室在250Hz左右，以前读的大学的在100Hz。这频率以上的
数据基本上准确，以下的受Room mode影响不宜参考，需要使用另外的方法去
准确取得Cut-off以下的频率响应，文章之后会提及。
由于建造高规格的无残响室的成本非常高昂，许多音响品牌，包括一些知名
的品牌其实都没有无残响室。当中某些品牌会和大学的实验室合作，租用他
们规格较好的设施。部分品牌虽会自己建造无残响室，但大多都有些规格上
不足之处或各种小问题。
我有见过用会议室改建但因为没预好吸音棉尺寸结果门关不紧的(这个有点
汗颜)。有墙身隔音不够好的(比如我公司的那个，如果测量时旁边工厂货车
一开车出货低频数据就废了，又要重新再测)。也有见过因缺少升降转台而用
小型堆高机来抬起喇叭的，来自堆高机表面的反射十分影响测量结果。其实连
扇形咪高峰列阵本身，也在咪高峰之间互有反射而影响所测频响的问题。所以
在工作时，工程师需要判断频响中的特征到底是来自音箱系统本身的还是外来
因素造成的。知道如何做出真正准确的测量，以及透过工作经验累积将测量
结果和主观听感连系起来，是电声学工程师十分重要的基本技能。只有这样
才能有系统性地进行设计，改进及研发新技术。
除了无残响室，Time-gated measurements也是一种常用的，用来获得某频率
以上可信的数据的测量方法。著名的丹麦音响品牌Dynaudio就有一间用来做这
种测量的巨型房间(长/阔/高13米)，房中还有一个帅气的机械旋臂半月型咪高
峰列阵(请看附图2)。Time-gated measurements的原理很简单，就是在利用软
件计算频率响应时，只取样咪高峰录得的讯号中，从收到喇叭直接音开始到
第一个房间反射音出现之前那段时间的部分(术语叫Gating或者Time windowing)
，这样房间基本上就不需要做吸音处理。
但由于要完整地录得波长较长的低频部分讯号需时较长，所以做gating大多
数情况下都会降低低频部分的数据的“分辨率”，这种方法和无残响室一样会
有个Cut-off frequency。要降低Cut-off frequency就必须要尽量将咪高峰收
到第一个反射的时间推迟，增长可用的取样时间，所以Dynaudio才要用那麽大
的地方。
有些读者应该记得我之前分享过我工作上有时会做户外测量，那其实也
是Time-gated measurements，当时测的是嵌墙喇叭。跑到户外去的话Cut-off
就低到可以忽略了，缺点是怕下雨和噪音(那些该死的鸟!)。
要准确获得Cut-off frequency以下的频率响应有不少方法，当中最常用的，
就是Near-field measurement。这个Near-field“近场”和音响圈子中常说近
场鉴听的那个“近场”不是同一个东西，是一种声学物理上的术语。由于声
源都有一定的大小(比如喇叭的体积)，当声源发出的声波波长小于声源或和声
源差不多大时，贴近声源附近一定范圈内会有大量的波干涉现象发生。在这个
范围内，声压和距离的关系并非等比。
但当声波波长比声源明显大的时候，声压和距离的关系会回复正常。换句话
说，即是Near-field的范圈是视乎频率而定的，亦代表在某频率以下你可以测量
Near-field的频率响应再换算得出Far-field(比如1米)的声压，而Near-field中
的声压是不会受Room mode和房间反射影响的。
在一般的书架或座地喇叭上，存在着声波绕射的现象，即是频率波长比箱体
面板愈大的声波能量，愈会倾向360度扩散绕到箱体后方，波长比面板小的会开
始集中向前发射。无残响室/Time-gated far-field测量的频响中会看到绕射
现象的发生，但Near-field中绕射现象还未出现(声波才刚刚离开震膜)，
我在附图3中展示出了相关的例子。所以当你需要拼接Near-field和Time-gated
的测量数据来得到装箱单体的全频无残响响应，或是是用来制作修正曲线修正
无残响室的测量数据时，Near-field测量有效的频率范围就取决于喇叭面板的
大小。比如一个22cm宽的喇叭，按公式算有效的测量频率上限大概在498Hz左右。
进行测量时，我们会把咪高峰放在尽量贴近喇叭振膜但不至于被震膜运动打到
的位置(如附图4所示)。当音箱是Bass reflex式设计时，我们亦需要在倒相管的
开口处做测量，倒相管和震膜的Near-field响应换算加起来后就可得出系统的
低频响应(虽然这个加法通常会有一点点误差，因要“估”算实际有效震膜/管
口直径)。由于测量位置离声源极近，声压很高，我们多半会用较低的输入电压，
怕太大声会损坏咪高峰。顺带一提，Near-field measurements也是其中一种
可以明显看出箱体内驻波共振有没有被处理好的方法，是十分有用的技巧。
另一个我喜欢用的方法，是把音箱放在脚架上，在户外做Ground-plane
measurement，这可以更方便地直接得出包括绕射现像在内的系统中低频响应，
具体做法Google一下就会找到。
三年多前曾有熟人联络问我要不要替一家伦敦的音响杂志兼职做测量的工作，
因为本身的负责人想退休了。那时我住在离伦敦颇远的Suffolk郡，所以就
没答应，但多少也有聊过一下，于是便对杂志做测量的方法有些了解。我留意
到包括这家在内的不少音响杂志，由于地方和设施上的限制，都喜欢用室
内Time-gated measurements测量音箱的中高频，再拼接上Near-field测量的
中低频这种做法去取得音箱全频的响应。但这个做法其实有很大的问题，尤其
是三路或以上的音箱系统。
首先我要说清楚的是，前段所述的拼接做法，都是比如一个装箱的低音单
体的Near-field去接无残响/Time-gated 一米距离的响应，以得出低音单体的
正确的一米全频响应，然后我们再用这个数据去做分频器设计。而当你在一米
距离测量一个完整的有分频器的喇叭产品时，你得到的频响的中低频部分，
是低音单体的频率响应 + 中音单体的频率响应 + 箱体绕射效应 + 分频器滤波
的综合结果。
但当你对着低音单体测Near-field响应，你得到的只会是低音单体 + 分频
器低通滤波的综合响应，你怎可能用这个东东和整体系统的Far-field频率响
应正确拼接在一起?
不当地调整Near-field声压水平再乱拼接一通的结果，就是像附图5中那种
奇怪的有波峰/谷的中低频响应(许久以前因为工作关系我测量过这款音箱，所
以知道它实际的频率响应很平顺)。其实有些杂志自已也知道做法不太对，但
为了资料的一致性，只能将错就将一直用这种方法。若果由我来做的话，就
会用Ground-plane measurements的方法，但这就需要有良好的户外环境条件
配合了。
上面的方法听起来都很麻烦，到底有没有方法，可以在室内环境轻松地得到
正确的全频响应呢? 那就要来说说近代开始流行的Klippel公司推出的
Near-Field Scanner (NFS)测量系统了。NFS的售价十分高昂，但依然比建立
测量室的成本要低许多。ASR的Amirm和Erin’s Audio Corner的Erin家里就有
一台NFS，我可羡慕他们了。附图6是NFS设置在Erin的工作室内的样子。不过
这里又要先提一下，Klippel用的这个Near-field和我上面说的Near-field 又
不完全是同一个东西，建议读者可以先忽略过去，当它是个产品型号就好。
Klippel NFS的厉害之处，在于它可以在一个普通的房间内(官方建议最小
尺寸2.5m长 x 2.5m宽 x 2.2m高)，得到几乎等同全频无残响室中测量的结果。
它是怎么做到的呢? Klippel NFS在运作时会用机械臂控制咪高峰，测量以喇叭
为圆心两个半径一大一小的球面上许多点位置的频率响应，再以一种基于
Spherical harmonic函数的数学模型运算分离出喇叭的直接音和房间的Room
mode/反射音，最终得出无残响响应，在业内是种颇为先进的技术。
它的缺点就是测量过程很慢，而且当声源比较特殊或者和理想点声源差
距大时(比如开放式障板/屏风喇叭，或是单体数量很多排列结构又奇怪复杂
的喇叭)，其运算出来的频率响应和实际的误差会增加，但大多数情况下都是
很可信的测量系统。而且系统软件可以直接输出Spinorama图表，非常方便，
因此我个人认为ASR和Erin的数据库要比大多音响杂志和NRC的更有参考价值呢。
以上就是有关业内测量音箱的方式一事比较笼统的介绍，还有不少的测量方
式和相关技术细节我就不花篇幅写了，真要写就直接可以写书了。希望读者
看完后会对测量一事有更深的了解，敬请期待下篇更有趣的Spinorama讲解及
音箱设计实例。