低音炮的客观测试和主观听感解读消声室中测试的频率响应曲线低音炮的客观测试和主观听感：解读消声室中测试的频率响应曲线《家庭影院技术》2007年第六期用相当多的篇幅刊登了对于海外十四款著名品牌的有源超低音箱进行的测评并将结果公之于众。这一举动受到了音响爱好者的欢迎它无疑为低音炮产品提供了一个公正、透明的展示平台另一方面也能敦促厂家在做好产品上多下些功夫。不同于以往的测评这次特别做了在消声室里的频率响应测试相当专业也相当客观。测试曲线公开以后许多读者和网友表示了强烈的兴趣但是对于曲线本身所代表的意义又不能理解：不同形状的曲线与产品的技术指标有什么对应关系和我们的听感又有什
么对应关系我多年从事音频科技研究在消声室里测试扬声器是我的日常工作之一。此次受杂志社邀请对已经发表的这些曲线进行评论同时也就我所知向朋友们提供一些分析方法。下面首先引入几个基本概念: 什么是消声室消声室并不是没有声音的房间而是消除了室内反射声、隔绝了室外环境声的房间它的用途就是在闭合空间内建立起一个自由声场。所谓自由声场就是声音从一个声源发出以后不再回头在任何方向都不会遭遇反射的声能分布状态。只有在这样环境中测试的结果才能客观地反映电声设备的发声特性。为了消除反射消声室的室内六个表面四壁、地板、天花板都要敷设吸声系数特别大的结构吸声系数应该大于0.99。但是低音的吸收仍然是非常困难的即使采用吸声尖劈这样一种特殊结构也存在一个低频截止频率低于截止频率的声音就不能很好地被吸收。细心的读者会看到本刊这次测试产品的消声室截止频率为60Hz。是不是60Hz以下的数据就没有意义了不是按照一定的规律对于测试系统进行补偿就可以
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达到准确测量的需求而这个补偿工作在消声室及其测试系统交付使用的时候已经完成。由于强吸声的环境消除了反射干扰所以在这种条件下的测试数据比起非消声环境的测试要准确得多也精确得多。频率特性曲线又叫幅频特性曲线或者频率响应曲线它反映出来的是声压级SPLsoundpressurelevel随频率Frequency而改变的关系。在这里声压级是一个客观的测试量单位是分贝dB是用对数形式表达的声压能比较好地反映音量的大小声压级越高音量就越大。有源音箱的测试目前没有国家标准因此有些判断方法上参照了国内外同行的做法。比如±3dB有效频率范围的简易判断方法在SPL曲线的顶端划一条水平线在这条水平线的下方间隔6dB再划一条水平线这就形成了一个判断有效频率响应的基准线这个基准线的取得比起1/3oct取点平均的办法容易得多其最后结果相差不大。SPL曲线与基准线相交的点就可以分别读出频率响应的低端和高端对于低音炮通常我们只对最左边的那个交点感兴趣它就是我们想要通过判断得出的-3dB截止频率。对于不同声压水平的SPL 曲线族在判定有效频率范围的时候通常选择声压水平低的那一条以避免谐波声压的干扰。这一点是与功率放大器不同的在那里需要额定功率下测试。不同的产品频率响应曲线会有些大小不同的峰和谷总的说来曲线越平坦越好。谐波失真需要强调的一个非常重要的指标就是谐波失真这是一种音响系统自己产生的与原信号不一样的频率成分。必然的规律是在低音区频率越低谐波失真也就越严重进入超低音区
40Hz以下失真很快加剧。这是因为扬声器的锥盘振动幅度随着频率的降低而加大一般的情况是到了超低音已经远远超过了扬声器的线性区。为减少这种失真长冲程的扬声器被普遍地采用在高档的低音炮
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上。好的产品设计可以将谐波失真控制到一定程度而劣质产品制造者多半不知道有谐波失真这事儿有声音就算这就是区别。让我们来看一看一个实际例子见图2它描述了某著名品牌的低音炮在不同声压曲线下的
谐波失真。谐波失真和声压级本身关联密切音量稍微开大一些谐波失真就接近100的产品是屡见不鲜的。这个例子中105dB那条曲线频率低于40Hz该曲线在此频率的实际声压级还不到95dB而失真便接近了百分之百。谐波又分为二次谐波、三次谐波以及更高次数的谐波这些成分的比例不同听音时也有不同的感觉比如低音假偶次谐波为主、混浊奇次谐波为主、捶胸口声压很高的奇次谐波如果听的时间长了生理上也有头晕、恶心等反应。事实上正是谐波失真这个指标成了超低音重放的最大问题像图2这样的例子是非常普遍的在超低音区域发出的都是失真了的声音并且失真到了根本就没有基频存在的程度也正是由于这个问题造成了许多人对于低音炮的误会甚至反感。遗憾的是这次的消声室测试结果也没有给出谐波失真曲线这种情况要想对一个低音炮作出全面、细致的评价仍然比较困难因为很难发现隐藏在频率特性测试中那一条简单的SPL曲线后面的诸多问题。最大声压级我在这里加了引号是所谓的意思。在很多地方都可以看得到商家特别强调这个指标但是并不告诉你这个最大声压级出现在什么频率上。这就给了推销员自由发挥的余地他们会让你相信在整个超低音区域都可以达到这个声压级这次消声室测试的曲线已经无情地将谎言戳穿。实际上最大声压级不过就是一个顶点其他频率尤其是超低音声压级非常低。请注意十四种产品中只有REVEL的PerformaB15做到了最高声压级出现在30Hz
40Hz。虽然不在超低音范围内但还勉强说得过去的是EarthQuake的MKV-15和DynAudio的SUB500它们的最高峰出现在55Hz还有Velodyne的CHT-10R最高峰65Hz。其余的都与超低音相去甚远以它们的单元口径来看在70Hz100Hz做出一个高峰并且做到超过100dB的声压级没有任何困难实际上甚至普通落地式音箱也能做到。还有更利害的迪斯科舞厅音箱做出的高峰比它们哪一个都要高但是我们需要这样的高峰吗消费者千万不要被这个最大声压级所诱惑。天书可以读懂从下面的具体分析中消声室测出的有效频率范围可能会与厂家公布的指标相差很多有很多的原因我们不在这里讨论。在此仅就几个典型的测试曲线进行分析。1.图3的频率响应测试表明这款低音炮的有效频率范围48Hz140Hz看来它是不能重放任何超低音的。下潜深度较差并且80Hz的巨大隆起是个麻烦容易产生低音肥大的感觉并引起物体共振。曲线在40Hz 以下急剧下跌不一定是坏事不能做好的事情干脆不做免得添乱。使用建议把交接频率调节到它的最低设置值50Hz位置虽然声压级降低了不少曲线却变得比较平坦了
适合于配合小型音箱在不大的场合使用但不要奢望它能够对低音鼓有好的表现。2.图4表明的是Velodyne的CHT-10R测试结果10吋单元375W倒相结构。关于这个型号可以多说一些因为找到了它的谐波失真测试曲线并且它是我国市场上销售的比较多的产品之一。曲线表明它的有效频率范围在34Hz135Hz曲线较为平坦最大声压出现在60Hz70Hz处于特低定音鼓及大提琴最低的基频。它的交叉频率调节分得很细也比较有效。让我们来分析一下它的失真曲线见图5数据来自于英国非盈利的AV:TALK。由于该网站的曲线是把频响和失真分开了的为了对照方便这里把这两张曲线图放在一起。
频响曲线和在惠威消声室的测试吻合得比较好不过横坐标被展宽了而且它的刻度范围反而小了些所以看上去似乎很不一样。失真曲线也有四种不同颜色分别对应于不同声压级的频响曲线这样就可以对照着找出不同声压级的失真情况。从失真曲线可以看出在高声压下直到30Hz谐波失真都还是可以接受的至少有一半超低频
频段失真较低因此它在超低音的重放上有一定的优势表现为控制能力比较强。25Hz 最高只能达到76dB的不失真声压级说明它的下潜能力是有限的。要想均衡地重放超
低音最好在小房间里发挥作用比如不超过20m2有可能达到影院的震撼效果。最高声压的中心频率相对比较低表现在与其他音箱搭配上相对容易。3.如图6所示的频率响应测试结果可以看出这款有源音箱的有效频率范围在42Hz180Hz最大声压出现在70Hz80Hz。看到这个测试曲线的第一感觉是：上期杂志的标题有源低音音箱大型集体评测没有错。原以为编辑疏忽少了一个超字现在看来它在这里等着呢这里头就没有超低音什么事情它的主要威力在低音区甚至涉足到了中音区评委调侃地说它低频定位准确我们知道优秀的低音炮是不应该被定位的就是说不能听出它在房间的什么地方原因是人的耳朵对于超低音没有定位能力。但是如果有大量的中频成分从音箱里发出来那么闭着眼睛都能找到它。可是用它来作什么合适呢也许用在那些迷你的时尚造型音箱比较合适因为那些音箱的中、低音本来就很缺少它去了正好可以弥补上捎带脚还可以发出一些男中音或者是女中音但是能不能起到正面的作用就不好说了因为这样的箱体设计本不是为了发中音。我们还注意到该产品有一个LowPassFilter调节旋钮把它打coast guard
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到最左边的40Hz情况有所改善可以抑制中频但是声压级只能达到87dB50Hz左右的水平更低频率的声压还是上不去和图3所示的例子相同它最好配合小型音箱在小房间使用。至于它在频率响应曲线上40Hz以下的那些东西是什么成分手头没有谐波失真曲线不能妄加判断但不容乐观。4.图7所表现的是一款被动辐射体结构低音炮的测试结果。有效频率范围在37Hz170Hz。从曲线上可以看得出来以这样的结构没有刻意去追求超低频下潜深度也许是它设计上的明智表现。最高声压出现得很不是地方频率太高虽然这样做容易讨好一些人的耳朵产生所谓的速度感果然有评委在瞬态速度的项目给出了满分10分但是它毕竟不应该是有源超低音箱追求的目的。所以我认为对于低音炮来说瞬态速度这个项目的设立值得商榷。 5.图8的频响曲线是DynAudio的SUB50012吋单元250W密封结构。有效频率范围在25Hz100Hz并且比较平坦最大声压出现在50Hz60Hz。从AV:TALK测试的失真曲线图9来看谐波失真随着声压的增高而上升的趋势很明显也很典型。不过在它的90dB声压级的那条曲线可以看出25Hz以上的频率其谐波失真程度是可以接受的并且25Hz的声压级可以达到85dBTHD10。这组数据说明只要声音不太大就可以较好地完成超低音的重放工作用来在小房间聆听交响乐效果会相当的好配合主音箱可以真实地还原出各种低音乐器的演奏效果比如低音提琴、低音大管、大三角钢琴等等。以上这些数据分析可能会令很多人失望听上去已经表现得相当不错了客观测试指标竟然不如想象的那么高实事求是地讲这才是产品的本来面目。超低音毕竟是一个非常特殊的频段能做到这样的指标已经很不容易了。6.再来看看图10所表现的频率响应这个产品的有效频率范围在35Hz95Hz最大声压出现在55Hz。最不能容忍的是的厂家给出的频响范围是--11Hz这是迄今为止见到的在这个指标上胆子最大的。不知道写
棱镜门是什么这个指标依据的是什么是厂家的设计人员不懂或者根本没有测试过拍脑袋写出来的数据或者纯粹是在忽悠拜托了山姆大叔别这样好吗音响市场秩序已经够混乱的了7.REVEL的PerformaB1515吋单元1000W密封结构。有效频率范围在22Hz76Hz最大声压出现在30Hz40Hz见图11。毫无疑问它是这次测试中表现最好的不但下潜深度到达了几乎最低端而且最大声压的位置完全落在了超低音范围内像这样的频响曲线可以适配各种尺寸的音箱因为无论是弥补低音的不足或是作为LFE声道的声音重放它都可能是称职的。20Hz以下的谐波失真可能会急剧上升但可以说它们基本上不会影响到正常的听音乐或者看大片的需求节目源中的超低音能够落到这个范围以下的
成分毕竟很少。什么样的低音炮好客观测试指标和主观听感存在对应关系测试指标不好的音箱一定不好听。对于低音炮来说关系最密切的是下潜深度、谐波失真和声压级三者兼顾的一个衡量标准那就是总谐波失真THD不超过一定值通常10的条件下20Hz重放的最大声压级:SPLdB20HzTHD用下潜能力来表述这个客观衡量标准可能是比较恰当的--在声音的最低频率20Hz在同样的失真条件下看重放的声压级水平。这次评测产品中有两款低音炮正好在AV:TALK也给出了数据依据那些可贵的谐波失真测试曲线得出的客观下潜能力指标如下: 1.DynAudio的SUB500它做到了85dB20Hz14相当不错。2007第四期杂志的集体评测在评委给出的下潜能力主观听感这个指标上它获得了唯一的满分10分 2.又比如Velodyne的CHT-10R指标不怎么好只达到64dB20Hz30失真已经很严重主观下潜能力只得了7、8分。我认为客观测试的下潜能力指标最能体现有源超低音音箱实力能把20Hz做到比较好的水平那么做好那
些比它高的频率就不在话下。现在国外许多评论家也已经采用了这个指标但仅限于高档产品上品质差的产品这个指标应该是空缺的因为还没有等它下潜到20Hz 谐波失真已经严重得一塌糊涂恶声一片。特别需要说明的是声压级是一个以10为底的对数它的变化实际上反映的是声压的数量级改变它的提高意味着需要付出比较大的代价。比如说要想以增加功率的办法提高3dB的声压级那功率就要增加一倍还有一点容易被忽视：同样的声压级数量增加在20Hz比1KHz产生的主观音量提升也要加倍。可见客观测试的下潜能力--SPLdB20Hz10指标中的那个dB多么有用、多么可贵在这个指标上有据可查的10吋低音炮数据来自于AV:TALK佼佼者是:威廉婚礼
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BWASW2500email76dB20Hz76dB20Hz/email15
RELStadiumIIIemail82dB20Hz82dB20Hz/email15
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B.K.ElectronicsXLS200DFMk2email77dB20Hz77dB20Hz/email10 这家论坛所公开的10吋低音炮中下潜能力最好的是:
VelodyneHGS-10email85dB20Hz85dB20Hz/email10 写在后面以上对于测试曲线的解读限于篇幅只选用了其中比较典型的几款产品而且对于没有谐波失真测试支持的情况分析就不会透彻。测试结果公开以后也有读者认为这样的测试非常苛刻非常残酷。他们所以产生如此想法与我们音响市场长期以来信息不对称、产品指标虚高的现象有关。超低音频的魅力是不可阻挡的稍微多一丁点儿的改善都会使人
们感到欢欣鼓舞在没有客观的测试手段条件下他们只能凭想象认为所听到的音箱已经达到了很不得了的下潜深度这个时候当然容易相信厂家给出的虚高指标。到如今一旦把它们的真实水平展现出来的时候人们反而有些接受不了。其实所公布的只不过是电声产品一个最常用的分析手段的测试结果就像商店里的二锅头酒度数一样是一个基本指标该是多少就是多少尽管它许多的内涵不能简单地用技术指标描述。所不同的是有数千年历史的酒文化饮酒者对于酒里掺没掺水是心知肚明的。而40Hz以下超低音重放的市场需求不过十几年历史人们对它的认识还非常不到位实际上基本指标很难达到要求甚至大多数人从来没有听过音箱里发出的真正的超低音??这里需要向朋友们说明：电声技术的现状是根本不可能把超低音的频响曲线做得像中音、高音甚至低音那样的平坦和低失真并且达到中高音扬声器所能达到的高声压级。明白了这一点相信对超低音音箱的产品指标会有一个基本的判断。《家庭影院技术》的这次评测活动其产生的效果无疑是非常正面的无论对于消费者或是商家以及厂家都是公正的对于规范市场秩序起到了积极的作用希望类似的活动再多一些成为影音媒体的一大
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