如何测量音箱：新手指南

简而言之：计算告诉你音箱应该怎么发声，测量告诉你它实际怎么发声。你只需要一支约 100 € 的测量麦克风、一台电脑和一个免费程序。最重要的是三项测量：每个单元装在成品箱体中的频率响应、成品音箱的阻抗，以及接上分频器之后的检查。

为什么要测量

每个音箱设计程序，包括 Loudsmith，都基于模型。模型依据单元厂家的数据和物理公式。现实与模型之间会有差异，原因有以下几点：

单元参数存在离散。同一型号的两只单元，谐振频率和其他参数相差 10 % 到 20 % 是常事。而且目录中的数据往往是在与你的使用方式不同的条件下测得的。
箱体并不理想。吸音材料、加强筋、漏气以及单元本身占据的空间，都会改变容积和调谐。
箱体的边缘和形状对中高频声音的影响，很难精确计算。

一个实际例子：丹麦设计师 Troels Gravesen 测量了同一只倒相箱在不加阻尼和塞满吸音材料时的情况。仅仅因为吸音材料，调谐频率就从 37 Hz 降到了 33 Hz。他的成品设计通常阻尼很足，实际调谐平均比纯公式算出的低约 10 %。对于 SEAS 套件和阻尼正常的设计，Loudsmith 的计算误差在几个百分点以内。测量会告诉你，你的音箱属于哪种情况。

好消息是：如今测量既不贵，也不复杂。

你需要什么

物品	用途	价格
USB 测量麦克风，例如 miniDSP UMIK-1 或 Dayton UMM-6	测量频率响应，附校准文件	约 100 €
装有 REW（Room EQ Wizard）的电脑，或 Loudsmith 的音箱测量页面	播放测试信号并进行分析	免费
功放和线材	测量时驱动单元	你已经有了
麦克风支架	固定麦克风位置	10 到 20 €
阻抗测量夹具：一只 100 Ω 电阻和带输入输出的声卡，或者现成的 Dayton DATS 设备	阻抗、倒相管调谐、单元参数	10 到 150 €

手机麦克风不足以测量音箱，它在低频和高频尤其不准。不过在房间规划中，你可以用它粗略比较房间里的不同位置。

频率响应测量的原理

程序通过音箱播放一段从最低音逐渐升到最高音的扫频音。麦克风把它录下来，程序比较播放出去的和录到的信号。结果是一条曲线，显示音箱在每个频率上发声有多响。理想情况是一条平直的线。

问题在于，麦克风听到的不只是音箱，还有地板、天花板、墙面和家具的反射。这些反射会让曲线出现梳状的峰和谷，而它们与音箱本身毫无关系。

解决办法是一个简单的技巧：时间窗。音箱的直达声最先到达麦克风。地板反射走的路更长，会晚几毫秒到达。程序只使用录音的开头，也就是第一次反射到达之前的部分，其余的丢掉。这样得到的测量就像在大型消声室中一样。

这样做有一个代价：时间窗越短，越难准确捕捉低频。粗略地说，时间窗能可靠测到的最低频率等于 1 除以时间窗长度。所以 5 ms 的时间窗大约从 200 Hz 往上有效。因此低频要换一种方法，在近处测量。

第 1 步：远距离测量（中音和高音）

把音箱放在房间中央，尽量远离墙壁。最好放在脚架或椅子上，让高音单元离地约 1 m 或更高。
麦克风放在 50 cm 到 1 m 远处，与高音单元同高，或位于两个单元之间。测量单个单元时，放在该单元的轴线上。
音量调到测试音清晰但不刺耳。在 1 m 处大约是 80 到 85 dB。
逐个测量每个单元，中间不要移动任何东西。麦克风和音箱都不能动，否则各单元之间的时间关系就对不上了，而分频器需要这个时间关系。
如果你想认真设计分频器，还要测离轴响应：向一侧偏 15°、30°、45° 和 60°。这能显示音箱向整个房间发出的声音，而不只是正对着你的声音。

音箱测量页面会根据你输入的距离和高度，自动算出地板反射何时到达，以及测量从哪个频率开始有效。

第 2 步：近场测量（低音）

把麦克风放到非常靠近振膜的位置时，振膜的声音会强到让房间反射可以忽略不计。这样不用时间窗也能测出低音。

把麦克风放在距低音单元振膜中心 1 到 2 cm 处，不要碰到振膜。
调低音量。近处的声音非常大，麦克风可能会过载。
倒相箱还要在倒相管开口处做近场测量；如果是被动辐射器，就测它的振膜。
程序会按面积把倒相管和单元的测量相加。面积越大，辐射的声音越多，所以相加时要按面积比换算倒相管的测量。

近场测量大约在波长与振膜尺寸相当的频率以下是准确的。对于 17 cm 的单元，这是几百赫兹，已经足够，因为再往上就由远距离测量接手了。

第 3 步：合并两次测量

近场测得的低音和远距离测得的中高音会合并成一条曲线。合并点选在两种测量都有效的区域，通常在 200 到 400 Hz 之间。近场测量反映不出一个现象：在低频，前障板不再把声音“托”向前方。这叫障板阶跃（baffle step），即当波长大于音箱前障板时，低音最多下降 6 dB。因此合并时要根据前障板宽度修正近场测得的低音。

在 Loudsmith 中这一步会自动完成。结果保存为 FRD 文件，这是一种包含频率、声压级和相位的文本文件，VituixCAD、XSim 和 Loudsmith 都能读取。

第 4 步：阻抗与倒相管调谐

阻抗显示的是，装在箱体中的单元在不同频率下对电流呈现多大的阻力。乍看之下有些枯燥，但它是检验箱体是否与计算一致的最好方法。

密闭箱只有一个峰。峰的频率就是单元在箱内的谐振频率 fc。如果它明显高于计算值，说明箱体比你以为的更小，或者阻尼更少。
倒相箱有两个峰，中间夹着一个谷。谷的位置就是倒相管调谐频率 fb。如果它比你想要的高，就把倒相管加长；如果低，就截短。建议先把倒相管做得稍长一些，再逐步截短，这比加长容易得多。
被动辐射器的表现与倒相箱类似。在辐射器上增减配重就能改变调谐。

阻抗保存为 ZMA 文件。对于被动分频器它必不可少，因为分频元件响应的是单元的实际阻抗，而不是标称的 4 或 8 Ω。

测量阻抗只需一个简单的夹具：一只 100 Ω 电阻与单元串联，再用声卡测量电阻前后的电压。REW 的使用说明中有分步操作方法。更省事的是现成的 Dayton DATS 设备，按一个键就能测出阻抗和单元参数。

第 5 步：单元参数

如果你想在做箱体之前就心里有数，可以测量单元本身的 Thiele-Small 参数。附加质量法和相关公式见单元数据从哪来一文。新单元要先用中等音量播放几个小时的低音。悬挂系统会稍微变软，谐振频率随之下降，所以新单元要在煲机之后再测。

第 6 步：检查成品音箱

接好分频器后，对整只音箱做远距离测量，包括轴向和几个离轴角度。把曲线与设计对比。如果在较宽的频段内相差超过 1 到 2 dB，就说明哪里出了问题：单元极性接反、某个元件取值不对，或者单元位置有偏差。

检查极性很简单：在分频点附近，两个单元的声音应该相加。如果那里出现一个深谷，很可能有一个单元接反了。

最常见的错误

麦克风或声卡过载。这时曲线会显得异常平坦，或者满是毫无意义的起伏。把音量调小。
没有加载麦克风校准文件。每支测量麦克风都有按序列号提供的专属文件。没有它，高频可能偏差好几个 dB。
测量不同单元之间移动了麦克风。这样分频器就会按错误的时间关系计算。
时间窗太长。中高频曲线会因为反射而呈锯齿状。缩短时间窗。
音箱放在地上或靠墙。反射来得太早，时间窗只能设得很短。
测量时有噪声。冰箱、窗外的汽车或脚步声都会影响低频。请在安静的环境中测量。
比较平滑程度不同的曲线。1/3 倍频程平滑会掩盖 1/24 倍频程平滑能显示的细节。只拿平滑程度相同的曲线比较。

Loudsmith 如何使用测量数据

在“单元”步骤中，为每个单元载入它的 FRD 和 ZMA。之后应用就用实测数据代替模型进行计算。
它会根据实测曲线设计分频器，其中包含箱体边缘的真实影响和真实阻抗。
主动分频时，它会为你的单元量身生成 DSP 滤波器，例如用于 Hypex FusionAmp。
你可以把阻抗测量得到的倒相管调谐频率输回设计中，应用会重新计算倒相管长度。

小词典

频率响应：显示音箱在各个频率上发声有多响的曲线。
时间窗（gating）：只使用录音的开头，即反射到达之前的部分。
近场测量（near-field）：麦克风紧贴振膜，使房间不产生影响。
阻抗：音箱对功放呈现的阻力，在每个频率上都不同。
FRD 和 ZMA：包含实测频率响应和阻抗的文本文件。
障板阶跃（baffle step）：当前障板不再把声音导向前方时，低音最多下降 6 dB。
倒相管调谐（fb）：倒相管发声最多、单元振膜运动最少的频率。
校准文件：修正某一支麦克风个体偏差的数据。