音箱功率：大小不太重要，效能才是關(guān)鍵
音箱功率是專(zhuān)業(yè)音響界最令人困惑的概念之一。人們普遍認(rèn)為，功率越大的音箱，品質(zhì)越好，也更值得期待和擁有。并且，功率往往也是促成客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)的決定性指標(biāo)。
但若仔細(xì)研究的話(huà)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，功率對(duì)于音箱整體性能的重要性遠(yuǎn)不及其他性能指標(biāo)。
“音箱功率”這個(gè)術(shù)語(yǔ)需要進(jìn)一步解釋?zhuān)韵`解。將音箱功率與傳感器的輸出聲壓級(jí)，甚或放大器的大小聯(lián)系在一起考慮是很多人的做法。但通常音箱功率與這些并沒(méi)多少關(guān)系。
首先，我們先展開(kāi)討論這個(gè)術(shù)語(yǔ)，讓其更有意義。是否可以使用 “最大輸入功率耗散”? “輸入功率”這個(gè)概念是恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)橐粝涫枪Ψ诺囊粋€(gè)負(fù)載。
假設(shè)線(xiàn)路阻抗很小可以忽略不計(jì)(若使用正確的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)材，該假設(shè)成立)，放大器的輸出功率就成為音箱的輸入功率。因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為放大器的功率越大越好(如，一輛運(yùn)動(dòng)型多用途車(chē) VS 一輛經(jīng)濟(jì)型轎車(chē))，所以就順理成章地認(rèn)為功率越大的音箱，產(chǎn)品性能越好。
與音箱直接相連的放大器被稱(chēng)之為功率放大器，因?yàn)樗鼈冚敵龅碾妷狠^其輸入電壓高。(圖 1)功率放大器的功率根據(jù)其功率生成能力度量。通常數(shù)值越大越好，是因?yàn)檫@意味著放大器有更大潛力，可以做更多工作。
圖1：功率“這個(gè)概念”(功放到音箱)是如何起作用的
音箱的功率根據(jù)其功率耗散能力進(jìn)行度量。其功率值是指在不損害音箱的前提下，音箱能夠以熱能形式進(jìn)行消耗的連續(xù)功率量。雖然初看上去，似乎功率耗散越大越好，但前提是，實(shí)現(xiàn)更大功率耗散量的方法不會(huì)對(duì)音箱效能進(jìn)行損害的前提下，這一說(shuō)法才成立。
現(xiàn)代功率放大器扮演著音箱恒定電壓源的角色。這意味著，放大器的輸出電壓與相連音箱提供的負(fù)載從本質(zhì)上講是互相獨(dú)立的。如果你用一個(gè)放大器推動(dòng)信號(hào)，并在輸出端沒(méi)有連接任何負(fù)載的情況下測(cè)定放大器的輸出電壓。之后為輸出端連接一個(gè)音箱，再次測(cè)定放大器的輸出電壓，電壓計(jì)上的讀數(shù)不會(huì)發(fā)生顯著變化。
加負(fù)載和不加負(fù)載兩種情況下的區(qū)別為：加負(fù)載時(shí)，電流會(huì)從放大器端出來(lái)，流經(jīng)音箱。負(fù)載阻抗越小(并聯(lián)音箱越多)，負(fù)載從放大器處吸收電流越多，電壓源與負(fù)載之間總的功率輸送量就越多(圖 2 )。
圖2：較低阻抗(并聯(lián)音箱)可吸收很多電流
這就是為什么在驅(qū)動(dòng)更多音箱時(shí)，放大器的總輸出功率通常都會(huì)增加。注意，放大器的輸出功率是增加了，但是這個(gè)增加的總功率會(huì)被分配給連接的所有音箱。
所以，如果兩個(gè)音箱并聯(lián)連接，放大器的總功率輸出增加，但分配給每個(gè)音箱的功率不一定增加。事實(shí)上，分配給單只音箱的功率會(huì)有一點(diǎn)減少。因此，最好將功放負(fù)載保持在4 歐姆以上，將線(xiàn)材影響最小化，避免放大器需求過(guò)大的電流。
此消彼長(zhǎng)
音箱從放大器處吸收的功率為電壓與電流乘積。根據(jù)能量守恒定律，來(lái)自放大器的所有功率必須都有歸處?？偣β实牟糠止β十a(chǎn)生了音箱的機(jī)械振動(dòng)，剩下的其他功率轉(zhuǎn)化成了熱能。錐盆的機(jī)械振動(dòng)讓音箱發(fā)聲。
熱能是一種無(wú)用的副產(chǎn)品，所以和任何無(wú)用的廢棄物一樣，熱能必須被處理掉。不幸的是，電功率到聲功率的轉(zhuǎn)化是一個(gè)低效過(guò)程(通常不到10% )，所以大多數(shù)放大器功率被轉(zhuǎn)化成無(wú)用的熱能，而該熱能肯定是被消散掉。
音箱的功率描述了音箱處理熱能的能力，該熱能由于能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的低效造成。所以又回到了我們先前談到的擴(kuò)展定義“最大輸入功率耗散”。
因此，將音箱功率與其聲音表現(xiàn)相聯(lián)系的做法是錯(cuò)誤的。耗散功率值高，僅意味著該音箱的散熱能力更強(qiáng)。但是功率本身并不能說(shuō)明音箱產(chǎn)生聲功率的效能大小，而音箱生成聲功率的效能大小才是音箱性能的最重要因素。
通過(guò)降低音箱效能可以增加音箱耗散功率，這只需在音箱內(nèi)部增加一些電阻元件即可。然而結(jié)果卻是得到很大的音箱功率值但聲音很小，這并不是我們想要的。
音箱產(chǎn)生的聲壓級(jí)(SPL)大小與外加電壓的關(guān)聯(lián)要比和外加功率的關(guān)聯(lián)緊密。圖3可以很清楚地表明這一點(diǎn)。
圖3：外加電壓、外加功率與同軸SPL
傳感器負(fù)載的功率隨著頻率而變化。盡管SPL值經(jīng)常用輸入功率值做參考，但實(shí)際上，用輸入電壓做參考會(huì)更為準(zhǔn)確。音箱其實(shí)更希望得到平直的電壓響應(yīng)，因?yàn)樵谶@種情況下，每個(gè)頻率下均等的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)在軸向上產(chǎn)生平坦的幅度響應(yīng)。
理想的音箱能夠使用最小功率產(chǎn)生需求的聲壓級(jí)。高效能音箱也應(yīng)該產(chǎn)生更少的熱能。所以，音箱可以承受大功率驅(qū)動(dòng)的能力并不值得驚嘆。因?yàn)閺谋举|(zhì)上講，這種能力不能產(chǎn)生任何益處。
可用較少輸入功率產(chǎn)生大量聲功率的能力才值得欽佩。想想汽車(chē)的公里耗油率，你就會(huì)更加明白效能這個(gè)問(wèn)題。音箱性能講的是一個(gè)效能概念，而不是消耗量的概念。號(hào)筒負(fù)載和界面放置都是用來(lái)增加音箱效能的方法。這兩種方法都是為了在每瓦電功率下產(chǎn)生更多聲能。
合理的視角
人們對(duì)音箱功率的誤解延伸到了日常行為，例如選擇燈泡。大家普遍認(rèn)為燈泡的瓦數(shù)與光輸出緊密相關(guān)，以為瓦數(shù)越高亮度就越大。
燈泡還有一個(gè)叫光度的參數(shù)，用來(lái)描述燈泡的光輸出，但很少有顧客會(huì)參考這個(gè)參數(shù)。所以，如果需要亮度更高的燈泡，人們就傾向于買(mǎi)一個(gè)更大的燈泡(更高的瓦數(shù))。將這一假設(shè)延伸到音箱是一種很自然的想法。下一次，在給定功率輸入的前提下，購(gòu)買(mǎi)最高流明輸出的燈泡，你可以獲得最大價(jià)值。
音箱的功率大，并不意味著音箱產(chǎn)生的聲音大。比起說(shuō)，“哇，這只音箱可以處理5000 瓦的功率!”其實(shí)這是沒(méi)有任何意義的，如果你問(wèn)自己以下的問(wèn)題會(huì)更有意義：“為什么我要使用5000 瓦的音箱為觀眾帶來(lái)最大100 dB的聲壓級(jí)，卻不使用另外一只同樣可以為觀眾提供最大100 dB聲壓級(jí)的100瓦音箱?”
在音箱效能指標(biāo)中，更有參考意義的參數(shù)是最大輸出聲壓級(jí)。該參數(shù)是由音箱的靈敏度與最大輸入功率計(jì)算而來(lái)的。較低功率、較高靈敏度的音箱會(huì)比較高功率、較低靈敏度的音箱優(yōu)勢(shì)更大。
很不幸，人們對(duì)功率的誤解造成了音箱廠(chǎng)家競(jìng)相生產(chǎn)大功率音箱的現(xiàn)象。大的功率值可以幫助銷(xiāo)售，但是較高效能才是提高音箱性能的真實(shí)因素。
功率測(cè)試
有很多方法可以用來(lái)測(cè)定音箱的最大輸入功率。這些方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，也擁有一些共同的屬性。有意義的功率測(cè)試必須包括：
--對(duì)被測(cè)設(shè)備輸入具有頻寬限制的寬頻帶噪聲
--放大器與被測(cè)設(shè)備之間功率輸送量的測(cè)定方法
--用來(lái)描述音箱耗散功率承受時(shí)間的度量指標(biāo)
--測(cè)量音箱的SPL值(理想情況下)
圖 4為測(cè)試結(jié)果的繪圖示例：
圖4：將功率測(cè)試結(jié)果進(jìn)行繪圖
噪聲輸入通常使用粉紅噪聲(每1/n倍頻程同等能量)。有些測(cè)量方法使用平坦的粉紅噪聲，還有些方法使用通過(guò)加權(quán)來(lái)模擬音樂(lè)頻譜內(nèi)容的信號(hào)。后一種方法可以產(chǎn)生更高的額定功率，因?yàn)楦嗟碾娔鼙晦D(zhuǎn)移到了較低頻段。在低頻段，由于傳感器構(gòu)造更厚重，所以通常會(huì)消耗更多熱能。
為了決定功率傳送量，加到被測(cè)設(shè)備的電壓和電流必須得到監(jiān)控。要計(jì)算功率傳輸，只有RMS(均方根)電壓與負(fù)載標(biāo)稱(chēng)阻抗是不夠的。在被測(cè)設(shè)備熱能逐漸增加時(shí)，負(fù)載阻抗也會(huì)逐漸增加，從而減少負(fù)載吸收的功率(功率壓縮)。
當(dāng)音箱在接近功率耗散值的極值附近運(yùn)行時(shí)，調(diào)高功放功率輸出以增加負(fù)載功率輸入的尋常做法，并不會(huì)額外增大聲壓級(jí)，反而可能減少功率傳送量。
用分貝(即對(duì)比例進(jìn)行度量)來(lái)度量功率的大小是最好的。用瓦數(shù)會(huì)誤導(dǎo)人們相信其與設(shè)備性能有關(guān)。
我們以事實(shí)情況舉例，一個(gè)500瓦持續(xù)額定功率的音箱聲音電平只比250瓦持續(xù)額定功率的音箱高出一點(diǎn)(+3 dB)，假定兩個(gè)音箱的效能一樣。這就意味著兩只音箱的實(shí)質(zhì)性差別很小，盡管它們?cè)诠β噬系牟顒e很大。
大多數(shù)功率測(cè)試都會(huì)對(duì)使用的粉紅噪聲進(jìn)行一定更改，以得到較小的峰值系數(shù)--節(jié)目聲源中的峰值通過(guò)一個(gè)削波電路得到減少。對(duì)波形進(jìn)行削波的實(shí)際理由是，放大器可對(duì)其負(fù)載設(shè)備輸送更多功率。
未削波粉紅噪聲的最大輸出功率，大概為放大器正弦波額定功率的十分之一。削波后的粉紅噪聲大概為放大器正弦波額定功率的二分之一，這允許功率測(cè)試使用大小合理的放大器。產(chǎn)生人工削波不會(huì)使音箱的發(fā)熱有太大的改變，但是它所提供的較低峰值系數(shù)可以將更多的功率(更高的RMS電壓)傳送到放大器的負(fù)載設(shè)備。
持續(xù)功率測(cè)試會(huì)在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)(如2個(gè)小時(shí))為音箱供給6 dB 峰值系數(shù)的粉紅噪聲。這對(duì)音箱來(lái)說(shuō)是一個(gè)很苛刻的測(cè)試，因?yàn)檫@個(gè)聲源沒(méi)有停歇，無(wú)法散熱冷卻。
通過(guò)減少波形的占空比(duty cycle)，節(jié)目額定功率嘗試模擬音樂(lè)或者語(yǔ)音。如果聲音信號(hào)屬于脈沖類(lèi)型，在脈沖之間可以得到一些冷卻，在避免設(shè)備損壞之前，更多的短期功率可應(yīng)用在被測(cè)量設(shè)備上。很多廠(chǎng)家會(huì)將持續(xù)功率值的雙倍值估測(cè)為節(jié)目功率(+3 dB或者2 倍是一個(gè)合理的假設(shè))。實(shí)際推薦的放大器功率值要比這兩個(gè)值都大。
合理的估算是為持續(xù)功率增加 +6 dB (4倍)。例如，從這些定義出發(fā)，對(duì)一只音箱完整和有意義的功率描述應(yīng)為：
最大輸入功率-200W/400W/800W(持續(xù)，節(jié)目，推薦放大器大小)
同類(lèi)比較
大家現(xiàn)在可以看到比較不同音箱功率時(shí)存在的問(wèn)題了。要保證同類(lèi)參數(shù)之間的正確比較需要做大量的調(diào)研，而很多參數(shù)表并沒(méi)有給我們足夠的信息讓我們這樣去進(jìn)行對(duì)比。
為音箱輸送低于其額定功率的功率不會(huì)有任何危險(xiǎn)。事實(shí)上，輸入比額定功率值更小的功率，音箱使用壽命更久。在穩(wěn)定可靠的操作中，我推薦將輸入功率限制到持續(xù)功率的二分之一以下(-3 dB) 。在之前的例子中，這意味著使用一個(gè)800瓦的放大器，為其輸送典型的節(jié)目聲源(10 dB到14 dB 峰值系數(shù))，可在最大值時(shí)驅(qū)動(dòng)到削波邊緣。
在這種情況下，放大器會(huì)為音箱輸送80瓦或者更小的功率，這是一個(gè)低于持續(xù)功率的安全值。因?yàn)榉糯笃鳚撛诘妮敵龊艽螅栽谑褂玫头逯迪禂?shù)的節(jié)目聲源時(shí)，必須非常小心，不要將音量開(kāi)到太大而導(dǎo)致音箱受損。
最后，在提高音響系統(tǒng)的音量時(shí)，知道何時(shí)達(dá)到系統(tǒng)臨界點(diǎn)也很重要。音箱外加電壓每增加40% ，輸入功率增加一倍，聲音電平增加少許(+3 dB )。
請(qǐng)記住，在音頻中比例幾率是很重要的。系統(tǒng)音量以3 dB 步進(jìn)增加，最終達(dá)到散熱極點(diǎn)。繼續(xù)增加3 dB，就成為壓垮駱駝的最后一根稻草。音箱以額定功率的一半工作時(shí)，其聲音大小可能非常接近最大值。因此沒(méi)有必要再增加功率，給音箱帶來(lái)造成永久性損害的風(fēng)險(xiǎn)。
大功率容易銷(xiāo)售，但高效能是更好的目標(biāo)
汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展減少能量損耗，能夠生產(chǎn)出更高效能和更低使用成本的車(chē)輛。音頻行業(yè)應(yīng)擁有相似的目標(biāo)，爭(zhēng)取用較少的放大器功率達(dá)到需要的聲壓級(jí)。
隨著效率提高，音箱應(yīng)當(dāng)逐漸減少需要以熱能形式耗散掉的大量能量。同樣，我們對(duì)較高額定功率的迷戀也應(yīng)該消失。
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