音響功率是專業(yè)音響界最令人困惑的概念之一。人們普遍認為,功率越大的音響,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購買的決定性指標。但若仔細研究的話,你就會發(fā)現(xiàn),功率對于音響整體性能的重要性遠不及其他性能指標。
“音響功率”這個術(shù)語需要進一步解釋,以消除誤解。將音響功率與傳感器的輸出聲壓級,甚或放大器的大小聯(lián)系在一起考慮是很多人的做法。但通常音響功率與這些并沒多少關(guān)系。首先,我們先展開討論這個術(shù)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?shù),因為音響是功放的一個負載。假設(shè)線路阻抗很小可以忽略不計(若使用正確的標準線材,該假設(shè)成立),放大器的輸出功率就成為音響的輸入功率。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(jīng)濟型轎車),所以就順理成章地認為功率越大的音響,產(chǎn)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。(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,是因為這意味著放大器有更大潛力,可以做更多工作。
音響的功率根據(jù)其功率耗散能力進行度量。其功率值是指在不損害音響的前提下,音響能夠以熱能形式進行消耗的連續(xù)功率量。雖然初看上去,似乎功率耗散越大越好,但前提是,實現(xiàn)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,F(xiàn)代功率放大器扮演著音響恒定電壓源的角色。這意味著,放大器的輸出電壓與相連音箱提供的負載從本質(zhì)上講是互相獨立的。如果你用一個放大器推動信號,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。之后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(shù)不會發(fā)生顯著變化。加負載和不加負載兩種情況下的區(qū)別為:加負載時,電流會從放大器端出來,流經(jīng)音響。負載阻抗越。ú⒙(lián)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。這就是為什么在驅(qū)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(lián)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,分配給單只音箱的功率會有一點減少。因此,最好將功放負載保持在4 歐姆以上,將線材影響最小化,避免放大器需求過大的電流。
音響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)生了音響的機械振動,剩下的其他功率轉(zhuǎn)化成了熱能。錐盆的機械振動讓音箱發(fā)聲。熱能是一種無用的副產(chǎn)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(zhuǎn)化是一個低效過程(通常不到10% ),所以大多數(shù)放大器功率被轉(zhuǎn)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響處理熱能的能力,該熱能由于能量轉(zhuǎn)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,將音響功率與其聲音表現(xiàn)相聯(lián)系的做法是錯誤的。耗散功率值高,僅意味著該音響的散熱能力更強。但是功率本身并不能說明音箱產(chǎn)生聲功率的效能大小,而音響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。音響產(chǎn)生的聲壓級(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。傳感器負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,但實際上,用輸入電壓做參考會更為準確。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(qū)動電壓會在軸向上產(chǎn)生平坦的幅度響應。理想的音箱能夠使用最小功率產(chǎn)生需求的聲壓級。高效能音箱也應該產(chǎn)生更少的熱能。所以,音響可以承受大功率驅(qū)動的能力并不值得驚嘆。因為從本質(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。想想汽車的公里耗油率,你就會更加明白效能這個問題。音響性能講的是一個效能概念,而不是消耗量的概念。號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產(chǎn)生更多聲能。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(shù)與光輸出緊密相關(guān),以為瓦數(shù)越高亮度就越大。燈泡還有一個叫光度的參數(shù),用來描述燈泡的光輸出,但很少有顧客會參考這個參數(shù)。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(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,購買最高流明輸出的燈泡,你可以獲得最大價值。音響的功率大,并不意味著音響產(chǎn)生的聲音大。比起說,“哇,這只音箱可以處理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:“為什么我要使用5000 瓦的音響為觀眾帶來最大100 dB的聲壓級,卻不使用另外一只同樣可以為觀眾提供最大100 dB聲壓級的100瓦音響?”在音響效能指標中,更有參考意義的參數(shù)是最大輸出聲壓級。該參數(shù)是由音箱的靈敏度與最大輸入功率計算而來的。較低功率、較高靈敏度的音響會比較高功率、較低靈敏度的音箱優(yōu)勢更大。很不幸,人們對功率的誤解造成了音箱廠家競相生產(chǎn)大功率音響的現(xiàn)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。有很多方法可以用來測定音響的最大輸入功率。這些方法都有各自的優(yōu)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(shè)備輸入具有頻寬限制的寬頻帶噪聲
--放大器與被測設(shè)備之間功率輸送量的測定方法
--用來描述音響耗散功率承受時間的度量指標
--測量音響的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(quán)來模擬音樂頻譜內(nèi)容的信號。后一種方法可以產(chǎn)生更高的額定功率,因為更多的電能被轉(zhuǎn)移到了較低頻段。在低頻段,由于傳感器構(gòu)造更厚重,所以通常會消耗更多熱能。為了決定功率傳送量,加到被測設(shè)備的電壓和電流必須得到監(jiān)控。要計算功率傳輸,只有RMS(均方根)電壓與負載標稱阻抗是不夠的。在被測設(shè)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)。
當音響在接近功率耗散值的極值附近運行時,調(diào)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(shù)會誤導人們相信其與設(shè)備性能有關(guān)。我們以事實情況舉例,一個500瓦持續(xù)額定功率的音響聲音電平只比250瓦持續(xù)額定功率的音響高出一點(+3 dB),假定兩個音箱的效能一樣。這就意味著兩只音箱的實質(zhì)性差別很小,盡管它們在功率上的差別很大。大多數(shù)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(shù)--節(jié)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(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,這允許功率測試使用大小合理的放大器。產(chǎn)生人工削波不會使音箱的發(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)傳送到放大器的負載設(shè)備。持續(xù)功率測試會在規(guī)定時間段內(nèi)(如2個小時)為音箱供給6 dB 峰值系數(shù)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(jié)目額定功率嘗試模擬音樂或者語音。如果聲音信號屬于脈沖類型,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用在被測量設(shè)備上。很多廠家會將持續(xù)功率值的雙倍值估測為節(jié)目功率(+3 dB或者2 倍是一個合理的假設(shè))。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(xù)功率增加 +6 dB (4倍)。例如,從這些定義出發(fā),對一只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(xù),節(jié)目,推薦放大器大小)
大家現(xiàn)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(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,音響使用壽命更久。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)),可在最大值時驅(qū)動到削波邊緣。在這種情況下,放大器會為音響輸送80瓦或者更小的功率,這是一個低于持續(xù)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(shù)的節(jié)目聲源時,必須非常小心,不要將音量開到太大而導致音箱受損。最后,在提高音響系統(tǒng)的音量時,知道何時達到系統(tǒng)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(tǒng)音量以3 dB 步進增加,最終達到散熱極點。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,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。汽車技術(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輛。音頻行業(yè)應擁有相似的目標,爭取用較少的放大器功率達到需要的聲壓級。隨著效率提高,音響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。