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音箱的頻率響應怎麼看

科技 更新时间:2024-07-23 00:26:07

音箱功率是專業音響界最令人困惑的概念之一。人們普遍認為,功率越大的音箱,品質越好,也更值得期待和擁有。并且,功率往往也是促成客戶購買的決定性指标。

音箱的頻率響應怎麼看(音箱功率大小不太重要)1

但若仔細研究的話,你就會發現,功率對于音箱整體性能的重要性遠不及其他性能指标。雷萌科技小編為您詳細講解一下關于音響功率的相關知識。

“音箱功率”這個術語需要進一步解釋,以消除誤解。将音箱功率與傳感器的輸出聲壓級,甚或放大器的大小聯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多少關系。

首先,我們先展開讨論這個術語,讓其更有意義。是否可以使用 “最大輸入功率耗散”?“輸入功率”這個概念是恰當的,因為音箱是功放的一個負載。

假設線路阻抗很小可以忽略不計(若使用正确的标準線材,該假設成立),放大器的輸出功率就成為音箱的輸入功率。因為人們普遍認為放大器的功率越大越好(如,一輛運動型多用途車 VS 一輛經濟型轎車),所以就順理成章地認為功率越大的音箱,産品性能越好。

與音箱直接相連的放大器被稱之為功率放大器,因為它們輸出的電壓較其輸入電壓高。(見下圖)功率放大器的功率根據其功率生成能力度量。通常數值越大越好,是因為這意味着放大器有更大潛力,可以做更多工作。

音箱的功率根據其功率耗散能力進行度量。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行消耗的連續功率量。雖然初看上去,似乎功率耗散越大越好,但前提是,實現更大功率耗散量的方法不會對音箱效能進行損害的前提下,這一說法才成立。

現代功率放大器扮演着音箱恒定電壓源的角色。這意味着,放大器的輸出電壓與相連音箱提供的負載從本質上講是互相獨立的。如果你用一個放大器推動信号,并在輸出端沒有連接任何負載的情況下測定放大器的輸出電壓。之後為輸出端連接一個音箱,再次測定放大器的輸出電壓,電壓計上的讀數不會發生顯著變化。

加負載和不加負載兩種情況下的區别為:加負載時,電流會從放大器端出來,流經音箱。負載阻抗越小(并聯音箱越多),負載從放大器處吸收電流越多,電壓源與負載之間總的功率輸送量就越多。

這就是為什麼在驅動更多音箱時,放大器的總輸出功率通常都會增加。注意,放大器的輸出功率是增加了,但是這個增加的總功率會被分配給連接的所有音箱。

所以,如果兩個音箱并聯連接,放大器的總功率輸出增加,但分配給每個音箱的功率不一定增加。事實上,分配給單隻音箱的功率會有一點減少。因此,最好将功放負載保持在4 歐姆以上,将線材影響最小化,避免放大器需求過大的電流。

1、此消彼長

音箱從放大器處吸收的功率為電壓與電流乘積。根據能量守恒定律,來自放大器的所有功率必須都有歸處。總功率的部分功率産生了音箱的機械振動,剩下的其他功率轉化成了熱能。錐盆的機械振動讓音箱發聲。

熱能是一種無用的副産品,所以和任何無用的廢棄物一樣,熱能必須被處理掉。不幸的是,電功率到聲功率的轉化是一個低效過程(通常不到10% ),所以大多數放大器功率被轉化成無用的熱能,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,該熱能由于能量轉化過程的低效造成。所以又回到了我們先前談到的擴展定義“最大輸入功率耗散”。

因此,将音箱功率與其聲音表現相聯系的做法是錯誤的。耗散功率值高,僅意味着該音箱的散熱能力更強。但是功率本身并不能說明音箱産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。

通過降低音箱效能可以增加音箱耗散功率,這隻需在音箱内部增加一些電阻元件即可。然而結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。

音箱産生的聲壓級(SPL)大小與外加電壓的關聯要比和外加功率的關聯緊密。圖3可以很清楚地表明這一點。

傳感器負載的功率随着頻率而變化。盡管SPL值經常用輸入功率值做參考,但實際上,用輸入電壓做參考會更為準确。音箱其實更希望得到平直的電壓響應,因為在這種情況下,每個頻率下均等的驅動電壓會在軸向上産生平坦的幅度響應。

理想的音箱能夠使用最小功率産生需求的聲壓級。高效能音箱也應該産生更少的熱能。所以,音箱可以承受大功率驅動的能力并不值得驚歎。因為從本質上講,這種能力不能産生任何益處。

可用較少輸入功率産生大量聲功率的能力才值得欽佩。想想汽車的公裡耗油率,你就會更加明白效能這個問題。音箱性能講的是一個效能概念,而不是消耗量的概念。号筒負載和界面放置都是用來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産生更多聲能。

2、合理的視角

人們對音箱功率的誤解延伸到了日常行為,例如選擇燈泡。大家普遍認為燈泡的瓦數與光輸出緊密相關,以為瓦數越高亮度就越大。

燈泡還有一個叫光度的參數,用來描述燈泡的光輸出,但很少有顧客會參考這個參數。所以,如果需要亮度更高的燈泡,人們就傾向于買一個更大的燈泡(更高的瓦數)。将這一假設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,購買最高流明輸出的燈泡,你可以獲得最大價值。

音箱的功率大,并不意味着音箱産生的聲音大。比起說,“哇,這隻音箱可以處理5000 瓦的功率!”其實這是沒有任何意義的,如果你問自己以下的問題會更有意義:“為什麼我要使用5000 瓦的音箱為觀衆帶來最大100 dB的聲壓級,卻不使用另外一隻同樣可以為觀衆提供最大100 dB聲壓級的100瓦音箱?”

在音箱效能指标中,更有參考意義的參數是最大輸出聲壓級。該參數是由音箱的靈敏度與最大輸入功率計算而來的。較低功率、較高靈敏度的音箱會比較高功率、較低靈敏度的音箱優勢更大。

很不幸,人們對功率的誤解造成了音箱廠家競相生産大功率音箱的現象。大的功率值可以幫助銷售,但是較高效能才是提高音箱性能的真實因素。

3、功率測試

有很多方法可以用來測定音箱的最大輸入功率。這些方法都有各自的優點,也擁有一些共同的屬性。有意義的功率測試必須包括:

  --對被測設備輸入具有頻寬限制的寬頻帶噪聲

  --放大器與被測設備之間功率輸送量的測定方法

  --用來描述音箱耗散功率承受時間的度量指标

  --測量音箱的SPL值(理想情況下)

噪聲輸入通常使用粉紅噪聲(每1/n倍頻程同等能量)。有些測量方法使用平坦的粉紅噪聲,還有些方法使用通過加權來模拟音樂頻譜内容的信号。後一種方法可以産生更高的額定功率,因為更多的電能被轉移到了較低頻段。在低頻段,由于傳感器構造更厚重,所以通常會消耗更多熱能。

為了決定功率傳送量,加到被測設備的電壓和電流必須得到監控。要計算功率傳輸,隻有RMS(均方根)電壓與負載标稱阻抗是不夠的。在被測設備熱能逐漸增加時,負載阻抗也會逐漸增加,從而減少負載吸收的功率(功率壓縮)。

當音箱在接近功率耗散值的極值附近運行時,調高功放功率輸出以增加負載功率輸入的尋常做法,并不會額外增大聲壓級,反而可能減少功率傳送量。

用分貝(即對比例進行度量)來度量功率的大小是最好的。用瓦數會誤導人們相信其與設備性能有關。

我們以事實情況舉例,一個500瓦持續額定功率的音箱聲音電平隻比250瓦持續額定功率的音箱高出一點( 3 dB),假定兩個音箱的效能一樣。這就意味着兩隻音箱的實質性差别很小,盡管它們在功率上的差别很大。

大多數功率測試都會對使用的粉紅噪聲進行一定更改,以得到較小的峰值系數--節目聲源中的峰值通過一個削波電路得到減少。對波形進行削波的實際理由是,放大器可對其負載設備輸送更多功率。

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。削波後的粉紅噪聲大概為放大器正弦波額定功率的二分之一,這允許功率測試使用大小合理的放大器。産生人工削波不會使音箱的發熱有太大的改變,但是它所提供的較低峰值系數可以将更多的功率(更高的RMS電壓)傳送到放大器的負載設備。

持續功率測試會在規定時間段内(如2個小時)為音箱供給6 dB 峰值系數的粉紅噪聲。這對音箱來說是一個很苛刻的測試,因為這個聲源沒有停歇,無法散熱冷卻。

通過減少波形的占空比(duty cycle),節目額定功率嘗試模拟音樂或者語音。如果聲音信号屬于脈沖類型,在脈沖之間可以得到一些冷卻,在避免設備損壞之前,更多的短期功率可應用在被測量設備上。很多廠家會将持續功率值的雙倍值估測為節目功率( 3 dB或者2 倍是一個合理的假設)。實際推薦的放大器功率值要比這兩個值都大。

合理的估算是為持續功率增加 6 dB (4倍)。例如,從這些定義出發,對一隻音箱完整和有意義的功率描述應為:

最大輸入功率-200W/400W/800W(持續,節目,推薦放大器大小)

4、同類比較

大家現在可以看到比較不同音箱功率時存在的問題了。要保證同類參數之間的正确比較需要做大量的調研,而很多參數表并沒有給我們足夠的信息讓我們這樣去進行對比。

為音箱輸送低于其額定功率的功率不會有任何危險。事實上,輸入比額定功率值更小的功率,音箱使用壽命更久。在穩定可靠的操作中,我推薦将輸入功率限制到持續功率的二分之一以下(-3 dB) 。在之前的例子中,這意味着使用一個800瓦的放大器,為其輸送典型的節目聲源(10 dB到14 dB 峰值系數),可在最大值時驅動到削波邊緣。

在這種情況下,放大器會為音箱輸送80瓦或者更小的功率,這是一個低于持續功率的安全值。因為放大器潛在的輸出很大,所以在使用低峰值系數的節目聲源時,必須非常小心,不要将音量開到太大而導緻音箱受損。

最後,在提高音響系統的音量時,知道何時達到系統臨界點也很重要。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 )。

請記住,在音頻中比例幾率是很重要的。系統音量以3 dB 步進增加,最終達到散熱極點。繼續增加3 dB,就成為壓垮駱駝的最後一根稻草。音箱以額定功率的一半工作時,其聲音大小可能非常接近最大值。因此沒有必要再增加功率,給音箱帶來造成永久性損害的風險。

5、大功率容易銷售,但高效能是更好的目标

汽車技術的發展減少能量損耗,能夠生産出更高效能和更低使用成本的車輛。音頻行業應擁有相似的目标,争取用較少的放大器功率達到需要的聲壓級。

随着效率提高,音箱應當逐漸減少需要以熱能形式耗散掉的大量能量。同樣,我們對較高額定功率的迷戀也應該消失。

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