摘自《家庭影院技术》杂志 1998.10月刊
一间极具吸引力的听音室
——访管善群教授
作者：政浩 (本版面经管教授纠正了原刊载遗漏和错误,并补充了图像)
夏季的一天，我们到中国声学学会理事、著名的声学专家管善群教授家拜访。当我们走进他那间书房时，我们惊叹不已，这也是一间极具吸引力的小电声重放室(听音室）。经过管教授的同意，我们将这间极符合中国国情的电声重放室(听音室)推荐给广大读者，愿给普通工薪发烧友带来一些启迪。
一、符合中国国情的电声重放室
我国许多工薪阶层的爱好者居住条件很不理想，在自己那块拥挤不堪的生活空间中，还要挤出一块小天地放置电声器材。他们没有专用的重放室，往往以工作室、居室或客厅等兼作重放室。这种房间大多在10～18平方米左右，给摆放扬声器箱、电声器材带来许多困难，而重放效果也往往不理想，只能是凑合着听。
生活空间拥挤的状况，重放室兼作它用的状况，在短时间不会改变。大家部在探索．在这种较窄小的空间内，能否取得较理想的效果呢？管教授的小重放室较好地解决了这个困扰发烧友的难题。经过我们试听，确实效果非凡。他在不足11平方米的室内，摆放了微机、沙发和写字台等，室内已经没有多少可使用的空间了。他把扬声器箱镶嵌入木质墙壁中，将电声器材放人壁橱或窗台上，没有再去抢占剩余的空间，他使用自制的电声器材，确实取得了意想不到的重放效果，不能不让人拍手叫绝。为此，我们请教了管教授，请他谈谈这种设计的科学依据。下面是采访的主要内容。
二、小重放室的设计思想
管教授首先谈到可闻声的两种属性和室内声的两种成分。可闻声具有物理和生理两种属性。其物理属性，是指它是一种波动现象，它应遵守波动传播规律，当然室内声还有一些声场规律；其生理属性，是指它是一种听觉生理现象，它遵守人类听觉的生理和心理规律。电声技术既要处理声音的物理属性，又要处理声音的生理属性。另外，室内可闻声可认为是由两种成分组成，一种是所谓“直达声”，它是可闻声的主体；另一种是反射声，通常认为它是由前期反射声和混响声组成。如果室内空间容积为无限大，则只有直达声，而没有反射声，若室内容积不是太小，且室内吸声装置极好，就可以基本上消除反射声的影响。直达声和反射声既遵守一定的物理规律，又遵守一定的生理规律。直达声到达听者处的时间最早，它反映声源的信息，对声像定位也具有决定性意义；前期反射声在时间上稍滞后，但具有特定方向；而混响声是由连续且不断减弱的反射声组成，它由四面八方汇向听者。反射声是反映声环境的特征的信息。
再谈谈两种声学房间。第一种房间是音乐厅、剧场、演播室等，它们房间容积较大，很容易满足可闻声的物理和生理双重要求，可理想地处理直达声和反射声。在这些房间听音乐，是真正的艺术享受，具有最佳的真实感、艺术感和现场感。在这些房间录制的节目信号源，已经包括了原真实声源的各种声信息，它包括信号的直达声、前期反射声和混响声信号。这些声信号的综合效果可反映原声源的位置和声环境。第二种房间是电声重放室(听音室），专业级的重放房间应当有足够大的容积，以便能有较密集的低频简正频率分布，可以进行有效的吸声处理。之所以重放房间要进行吸声处理，是因为在重放房间除了听到节目源的各种声信息外，还增加了该重放房间内扬声器产生的反射声，这种附加的二次反射声是多余的声信息，在绝大多数情况下，它不是锦上添花，增加艺术感，而是从中作乱，破坏了节目声原有的物理和生理特征。至于小容积的重放室，低频简正方式不够密，破坏了室内声的正常声场分布，它明显地引起低频的声染色，造成低音浑浊、拖尾或嗡声等。引起重放声的明显失真。
怎样才能从根本上保证声学小房间的音响效果呢？管教授提出两项原则，第一要采取有针对性的吸声措施，重点吸收扬声器激发出重放房间的中、低频二次反射声；第二要加强扬声器的低频指向性，在照顾到辐射声场范围的前提下，适当提高扬声器的低频轴向指向性因数，提高扬声器的直达声相对于二次反射声强度的比例，这也是减少二次反射声对节目声的干扰的重要措施。当然，还应当尽量降低室内的噪声，提高信噪比。上述处理方法，不是从提高电声器材质量来着手，而是从优化声场分布方面来改善重放声的质量。
管教授强调，一个完整的电声系统，应当包括节目源(或称软件)、电声设备和重放房间(或称硬件)三个部分，只有这三个环节的质量都得到保证时，才能取得最理想的重放效果。许多刚入门的发烧友十分重视电声设备的质量，他们以高价购入名优器材，但往往达不到理想的效果，原因就是他们忽略了节目源和重放房间两个环节(特别是后者）。买器材是为了听、用，而不是当摆设，重放效果不佳造成浪费，这是初级发烧友的常见表现。当发烧友发展到一定程度后，就会把重点转移到提高重放声场质量上来，努力在改善房间的声学特性上多下功夫。
三、具体的改善措施
管善群教授从两方面来改善扬声器在该重放室的放声效果：一方面，提高扬声器箱的低频轴向指向性因数；另一方面，采取了几项有力的吸声措施。其目的都是为了提高扬声器在室内辐射声中直达声的比例。
1. 提高扬声器的轴向指向性因数
首先谈谈指向性因数的概念。全指向声源可以均匀地向四面八方辐射声能，但是理想的全指向性声源在实际工程中几乎是不存在的。实际声源是有指向性的，它在某些方向的能量辐射密度较大，而在某些方向的能量辐射密度较小，甚至为零。为了表征声源辐射能量的方向性，需要引入参量“指向性因数”。指向性因数可按以下方法来定义：有指向性的声源在某个方向的某点产生的声强(直达声)，与相同功率的全指向性声源在相同方向相同点产生的声强(直达声)之比，就是该声源在指定方向的指向性因数。通常该比值用Qs来表示。实际上，该比值Qs就是在该方向上有指向声源比全指向声源增加声强(或声能密度)的倍数。该值可能大于1，也可能小于1；另外，即使声源是全指向的，当它位于一般房间的不同位置时，由于靠近声源的墙壁对声源传播的限制作用，因而使一个全指向声源也表现出指向性来。通常所说的指向性因数，是指轴向的指向性因数。
在矩形房间内，当全指向性声源位于几个特殊位置时，可具有特殊的等效指向性因数Qs。例如，当声源位于房间正中央时，Qs=l；当声源位于某一表面(例如天花板、地面、墙面)的正中央时，Qs=2；当声源位于某两个表面的交界线的中央时，Qs=4；当声源位于某一个角隅处时，Qs=8。以上结论详见管善群教授编著的《电声技术基础》第二章，本文后面所用结论和计算公式也是选自该书。
扬声器在自由空间的低频指向性接近全指向，为了提高扬声器这个声源的指向性因数，管教授将两只中型扬声器箱镶嵌于两个墙面的交界线的中央处，详见图l所示室内平面图。他在带有窗户的南墙与东、西两侧墙交界处，进行了重新设计，将墙面装修为图2所示的建筑结构，即在室内又增加了两条竖直的斜向窄墙。在左右两个窄墙上各嵌有一只扬声器箱。扬声器箱距地面约95cm，此高度基本位于该斜墙的中部，扬声器恰好在人坐着时耳朵的高度。在扬声器箱体下面还做有一个小型壁橱，橱内放置了功率放大器等器材。该新墙的整体结构十分坚固，与两旁墙壁混然一体，决不会发生晃动和振动，扬声器箱板的厚度在25mm以上，并在箱内设置了加强支撑，从而抑制箱壁振动。箱内还设置有后空的吸声布，用以吸收箱内空气的中频反射。根据前面知识，该扬声器箱的低频等效指向性因数接近于4，其指向性相当高。
过去，许多文章谈到重放室内扬声器箱摆位问题，要求扬声器箱尽量离开墙壁。距墙壁过近时，低音效果加强了，但声染色加剧了，造成低音浑浊、嗡声。人们可能要问，把扬声器箱镶嵌于墙壁内是否也会产生低频失真呢？实际上，它不可能产生上述问题，此时扬声器箱与墙壁已失去了距离，已失去了声波反射叠加产生共振和低频驻波的物理条件，墙壁已经形成扬声器箱体的外延部分，可视为扬声器的大障板。这种处理方法，也给扬声器箱前面腾出来更多的自由空间，提高了小房间的利用率，减少了室内的拥挤程度；特别是优化了室内声场结构。
2.主要的有针对性的吸声措施
本室采用了多种有效的吸声措施。由于小房间低频简正方式不良，因此要加强中、低频的吸声，当然吸收高频较容易，因而在吸收中频和低频方面要花较大力气。
首先，朝向南方的窗户设置了两层帘布。第一层是孔缝较大的纱帘，它靠近玻璃窗户。它的主要用途是作窗帘，但也有吸收高频作用。第二层是尺寸较大且较厚的布挂帘，通过调整该帘展开的面积大小、折叠量的多少，可调整中频吸收量。
其次，在天花板和地板上加装吸声材料。天花板的吸声材料采用厚布，布后面垫有一层多孔的厚“泡沫”塑料。布局如图3所示。它可以吸收中频和高频。在地板上全部面积铺有厚地毯，主要用于吸收高频。
第三，这是重点，用东、西两侧墙来吸收中频和低频，它是本室装修经费支出最大的地方。该房间的长度约 4.5m,高度接近2.5m，东、西两侧墙面全部做成了书橱，书橱厚度约25cm左右。书橱主要用于盛书籍和部分办公用品，即主要作书橱使用。书橱分成上、下两个部分，下部分的高度约90cm，上部分高度约135crn。两部分书橱内部又分别分割为许多橱格，各层格内分门别类地摆放各种书刊和资料。这样一来，房间内不必再添置其它书架；这些橱格又构成了吸收低、中频的谐振腔吸声结构。图 4A是侧墙吸声书柜的前面板布局示意图。
下部分书橱全部采用木制板门，它用单层的三合板制成，掀开木门即可看到橱内多层橱格。见图4B右图。由建筑声学的观点来看，书柜下部可看成共振板低频吸声结构，箱内部分也可看成是共振板结构，它们的整体可看成是一种复合型共振板结构。各层橱格可看成低频谐振腔，调整腔体几何尺寸、板材厚度、放置物品的多少等，可以调整低频谐振频率，可以吸收相应频率的能量，起到低频的吸收作用。
而上部分书橱没有设置木板门，而是另辟蹊径，使用新奇方法制作“门板”。此“门板”分为三层，第一层是外表层，使用前述的挂帘布作装饰布，既有装饰美化作用，又起吸声作用；第二层25mm的连孔型的“泡沫”塑料多孔材料；第三层是由孔口很大的钢板网(几乎可看成钢丝网)构成。见图4B左图。总之，这个“门板”是多孔“透气”的，它和后面的书橱的各个层格空腔，相当于设置了后空腔的多孔吸声结构，主要用于吸收中频。
当初装修该听音室时，在两侧墙和后墙的顶部还设置了挂帘幕的钩子，在需要时可加挂吸声帘幕。在实际试听时，吸声效果已经很好，因此免去了设计中的周围大帘幕。
四、有关计算式及数据
管教授在讲解这个书房的吸声处理时用了一个可编程小计算器，该计算器内已预先输入了计算公式，他一边输入数据一边进行有关数据的计算，以下将管教授的计算演示抄录如下：
五、结语--
我们亲身聆听了该室的重放效果。重放音乐时，清晰度极高，没有任何声染色的痕迹，音乐中的微小细节能够充分表达，其中有的节目我们是听过的，但原在我们自已家中听不到的许多细节也听到了。播放交响乐时，音色平衡度很好，各频率分量均能表现。管风琴的极低频声，使人感到气浪压身；而纤细的金属敲击声，仍感受十分清晰。声场十分宽阔，感到乐队的摆站范围远远超过房间的宽度。弦乐声十分丰满、自然。声像位置非常清楚，尤其是声像移动时，其具体位置清晰可辨，声像移动顺滑、通畅。在播放人声、说话声时，声音逼真、亲切，歌声甜美、温暖，很小的齿音都能听到，感到说话、唱歌的人就站在眼前，有伸手可触及之感。在这种房间听音乐、听歌曲，可使聆听者受到深刻的艺术感染，这才是真正的艺术享受。
该重放室具有优异的效果，良好的声场设计是最重要的原因，此外还有器材的设计和搭配问题。管教授没有使用市场上的极品器材，他说，廉价物品也可重放出优异的效果。他使用廉价元器件，经过自己设计，自制了扬声器箱和功放，发挥出与众不同的效果。例如，他的中型扬声器箱也采用前向倒相孔设计，外形简单朴素；使用一只8英寸低频单元，是当年每只用l 3元购买的河南省南阳一工厂生产的扬声器；而另一只小型高频单元是银笛产品；扬声器箱板使用十分厚实的木板，并加强支撑，抑制发生振动。他使用这些很普通的元件，做出效果非凡的重放系统，该系统低频重放声信号下限频率为25Hz(-3dB)，在40Hz时仍处于幅频曲线的平直阶段。还有，他的功放也是自制的，使用当年街道厂生产的大功率管3DD8作功放输出管，前级使用低噪声管，额定输出功率只有40W，但播放音乐时却没有一点力不从心之感(前面已经计算过，39.2W就够了）。对各种状态和音量的播放都能应付自如。管教授告诉我们，在他的重放系统内使用了他设计的“速度反馈控制技术”。他把功放和扬声器都看成重放系统的一个局部环节，将扬声器的振动信号反馈到功放输入端，利用反馈环路的控制作用，使重放系统最终的声信号的性能指标得到提高。他没有使用高级的扬声器馈线，使用普通铜质硬线同样可重放出良好的音响效果。
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