扩大机挑功率大的准没错？（上）

亚心 · 发表于 2005-10-31 02:28:00

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还没正式踏入研究音响的世界前，笔者曾经买过一对桌上型扬声器，当年还不懂什么规格数据，走进店里随便挑个看起来顺眼价格也尚可接受的扬声器就带回家了。那对扬声器一直以来都是摆在桌上聆听音乐使用，听了几个月倒也都相安无事。某天一群朋友来访，将那对扬声器搬到客厅唱歌助兴，当大伙玩得兴致正高昂之际，其中一颗单体突然啪地一声，只见一缕青烟缓缓飘出，伴随着阵阵烧焦味，伴我多时的扬声器就这样宣告罢工。

如何找到合适的扩大机

究竟是什么原因造成扬声器烧毁呢？这关系到扬声器的最大承受功率以及扩大机的输出功率。组合出一套适合自己的音响系统需要做足许多功课，阅读许多信息，每一个环节、每一项器材都有学问与细节。而购买综合扩大机或后级扩大机时，第一个要决定的就是你需要多大的输出功率。扩大机需要多大的功率，与扬声器的灵敏度、聆听空间的大小、以及所需的聆听音量有关。

扩大机的瓦数往往与价格成正比，若扩大机的功率不足，便无法发挥扬声器的真正实力，声音听起来会受到限制且缺乏动态。因此，许多人为了省麻烦，干脆花大钱买个高功率的扩大机一劳永逸，殊不知一般家用音响根本用不到这么大的瓦数，花太多预算在超过自己需求的扩大机上，不仅会压缩到其他器材的预算分配，使用不当，还可能把扬声器烧坏。

在上一期的「看观念」中，详细介绍了频率的概念及频率响应所代表的意义。本篇将延续上一集的概念，从最基本的「分贝」开始，介绍分贝、声压、与分贝声压级的差异，了解基本观念后，再来谈谈扬声器的频率响应、灵敏度、最大承受功率、聆听距离与扩大机输出功率的关联等，告诉您如何计算自己喜欢的扬声器所适合的扩大机功率，以最经济的预算，买到最适合您的扩大机。

「分贝」究竟是什么？

分贝（dB）这个字眼想必对大家来说都不陌生，但要明确地解释分贝是什么，往往说不出个所以然来，在音响的世界里，许多规格与数据都跟分贝扯上关系，想组合出一套适合自己的音响系统，就从了解分贝开始。

简单来说，分贝只是日常生活中众多单位之一而已，只不过，分贝不是「绝对单位」，而是「比较单位」。所谓的绝对单位是指公分、公斤、秒等单位，这些单位有非常明确的定义。例如，若说「那里有一根 100 公分的香蕉」，马上就可以让人意识到那是一根非常巨大的香蕉。但是，若说 A 香蕉的长度是 B 香蕉的「两倍」长时，只能知道 A 香蕉与 B 香蕉的长度比值为 2，无法知道这两根香蕉的确切长度。如果 B 香蕉是10 公分，那么 A 香蕉就是 20 公分；如果B 香蕉是 100 公分，那么 A 香蕉就是 200 公分，这肯定是一根可以角逐金氏世界记录的巨无霸香蕉。

由此可知，「倍数」是一个「比较单位」。而「分贝」也是相同的概念，它是一个「比较」两个相同单位之数值大小的单位，只是表达方式跟倍数有些许不同罢了。

分贝与倍数之间是可以转换的，就像公分与公尺间可互相转换一样，每个分贝值都可以找到相对应的倍数值。不过，这两者的转换并非加减乘除那么简单，而是用对数（Log）去换算。Log 一出现，想必会勾起许多人高中数学课的痛苦回忆，还好，只要问 google 就可以轻易查到分贝与倍数的转换对照表，不需要会计算，对照表格很容易就可以理解 3 dB、10 dB 换算成倍数是多少倍。

扩大机输出与分贝倍数对照表

一般人对分贝的理解通常仅限于比较声音的大小，但其实分贝也被广泛地用来描述电压、功率、电能强度等之间的大小。上图列出了功率的倍数与分贝间的转换关系，第三列是倍数，第四列是分贝。3 dB 到底是多少呢？换算成倍数的话，大约相当于两倍；10 dB 相当于 10 倍；20 dB 相当于 100 倍；30 dB 则相当于 1000 倍。

对照上图可知，若扩大机 A 的输出功率（PA）为 1 W，扩大机 B 的输出功率（PB）也是 1 W，两扩大机的输出功率相等，则称两扩大机的输出功率差异为「0 dB」。若 PB 为 1 W，PA 为 2 W，PA 为 PB 的 2 倍，则称扩大机 A 的输出功率比扩大机 B 多了「3 dB」。

那么，若 PB 是 500 W，PA 是 1000 W，两扩大机的输出功率换算成「dB」会相差多少呢？很抱歉，虽然两者的输出功率足足差了 500 W，但只要 PA 为 PB 的两倍，扩大机 A 的输出功率一样也只比扩大机 B 多了「 3 dB」而已。随着扩大机瓦数的增加，要提升「3 dB」的功率也就越不容易。

由以上可知，正的分贝值代表 PA 大于 PB，0 分贝代表 PA 与 PB 相等，那么，分贝可以是负的吗？当然可以。别忘了，分贝是两个数值比较得来的结果，若是负的分贝值，则代表 PA 小于 PB。举个例子来说。若 PB 为 1 W，PA 为 0.5 W，PA 只有 PB 的一半，0.5 倍换算成分贝即为「-3 dB」。

亚心 · 发表于 2005-10-31 02:34:00

了解原理沟通更方便
分贝的计算为什么要如此搞怪刁钻呢？所有单位的出现不外乎是为了实用与描述方便。当描述身高时，公分就已经很够用了，但如果要描述台北与高雄的距离，348 公里显然比 34800000 公分要简单明了得多。而分贝出现后，便能更简洁地表达功率与声压的比值。

附表一：倍数与分贝转换对照表

在电能与声学的世界里，两功率或两声压的比值动辄数百万倍甚至数亿倍是常有的事，1,000,000,000,000 倍相较于 120 dB，后者看起来是不是友善多了呢？（还在数有几个零的朋友，前面那个看起来很恐怖的数字是一兆。）

功率、分贝与声压、电压之间的倍数转换

除了功率的分贝与倍数间的转换之外，分贝与倍数的转换其实又可细分为两类，第一类用于功率，第二类则用于声压、电压、以及电流等。附表一列出了完整的分贝与倍数对照表，上表截取了部分的附表一，左侧字段是功率的倍数，右侧字段是声压、电压之倍数。

细心的读者应可发现，同样是 3 dB，在功率的世界里是 2 倍，在电压的世界里则是 1.4 倍，两者的转换比例有些许不同，这是因为电压与功率是互相影响的，当输出电压变为 1.4 倍时，其输出功率会变为 2 倍；当电压变为 2 倍时，功率则会变为 4 倍，若是以分贝为量尺，依上表将倍数换算成分贝后，电压变动的数值便会与功率变动的数值相同，使用起来会方便许多。若想知道详细的计算方式，可参考下方的公式说明。

振幅与分贝声压级

使用分贝的优点还不仅于此，再更进一步谈分贝之前，先回头来谈谈何谓声音的大小。声音的出现是因为物体振动挤压空气，进而使空气的压力产生疏密变化。如下图所示，物体振动的幅度越大，空气压力的疏密变化就越大，空气压力变化的程度，反应在人的主观听觉即为「声音的响度」。用压力变化的强度来衡量一个声音的大小，这就是声压（Sound Pressure，简称 SP）的概念。描述「声压」的单位是 Pa（帕斯卡），而 1 Pa 的压力有多大？试试抽取五张卫生纸平放在你的肚子上，你的肚子所感觉到的压力大概就是 1 Pa 。

用声压来描述声音的大小虽然准确，但却有个明显的问题，声压的变化范围非常大！人耳所能感知的最小压力变化与所能承受的最大压力变化相差了 100 万倍。此外，声压大小与「听感响度」有相当大的差距，并非正比关系。这件事情早在 100 年前就被一个叫贝尔的人发现了，就是发明电话的那位贝尔先生，而「分贝」就是以他为名来纪念他的发现。

举个例子来说，低声耳语的声压大概是 0.0002 Pa，日常的交谈声大约是 0.02 Pa。两者的声压足足差了 100 倍，但很显然的，两者的听感响度绝对没有差到 100 倍，若以声压来描述听感响度，显然会与日常感觉有相当大的出入。于是，为了较为精准地反应人耳的听感响度，科学家将声压转换为声压级（Sound Pressure Level，简称 SPL），单位为分贝。问题来了，刚刚才说分贝是两个数值比较出的结果，如果不知道比较的基准点，要怎么知道 20 分贝到底是多少呢？你的 20 分贝跟我的 20 分贝是一样的东西吗？

因此，为了沟通上的方便，国际上将人耳所能听见的最小声压变化量（0.00002 Pa，或记为 20 μPa，亦称为听觉阈值），定义为声压级的参考基准值，约相当于三公尺外一只蚊子飞行的声音，所有声音的分贝值都是跟 20 μPa 比较得来的。有了固定的比较基准值，分贝就可以作为绝对单位使用了。并且，为了与作为相对单位使用的「分贝」做出区分，还给了他一个新名字叫做分贝声压级（dBSPL ），只是日常使用时为了省事通常简称为分贝。

分贝声压与日常听感对照图

声压在换算时应对照附表 1 之右侧字段。上图为常见的分贝声压级与日常听感的对照图。低声耳语的声压约为听觉阈值的 10 倍，换算成声压级为 20 dBSPL，而日常交谈的声压约为听觉阈值的1000 倍，相当于 60 dBSPL，分贝声压级远比声压符合人耳的听感差异。

由上图可知，0 dBSPL代表该声波的声压等于 20 μPa，并非寂静无声的状态。若是负的 dBSPL，则代表该声波的声压小于 20 μPa。举个例子，潜水艇的听音器可以听到水下 100 公尺外一只虾子吃东西的声音，约为 -80 dBSPL，20 英里外一个人说话的声音约为 -30 dBSPL。所以，负分贝的声音是客观存在的，只是人耳听不到而已。

分贝做为绝对单位使用的例子还不仅于此。只要在计算分贝时有一个固定的比较基准值，那么分贝就可以做为绝对单位使用。像是以 1 瓦特（W）作为基准值的 dBW，以 1 豪瓦（mW）作为基准值的 dBmW，以及以 1 伏特（V）作为基准值的 dBV，都是以分贝作为绝对单位使用的例子。

亚心 · 发表于 2005-11-3 16:25:00

细说频率响应
扬声器之频率响应图

频率响应代表一扬声器可确实重现之频率范围。理想状况下，只要输入讯号的功率相同，不论讯号是 20 Hz 还是 20 kHz ，扬声器都应该要能输出相同声压的声音，以达到「原音重现」的目标。但现实中当然没有这么完美的扬声器。受限于单体本身的物理特性，以及音箱内部的空气共振等原因，在相同的输入功率下，不同频率的输出声压一定会有所增减。扬声器的频率响应是如何测得呢？对扬声器输入相同功率、不同频率的声波，并记录各频率输出讯号的声压级大小，即可得到频率响应图。上图就是一个典型的频率响应图，横轴代表讯号的频率（Hz），纵轴则代表输出讯号的声压级（dBSPL）。可以看出，频率响应曲线并非一条直线，而是高高低低变化，并且，超过一定的频率范围后，输出的声压会大幅衰减，可知扬声器的输出频率范围是有极限的。

输出讯号的声压随着频率增减变化，岂不会影响听感吗？好在，你的耳朵并没有你想象中那么灵敏。人耳对于不同频率的响度差异分辨能力不高，一般来说，在不同频率下，±3 dB 的声压变化，尚在聆听时可接受的差异范围内。

以上图为例，该扬声器平均输出的声压级约为 80 dBSPL，因此，输出讯号的声压级在 77 dBSPL ～ 83 dBSPL 之间，都是可被接受的。可别小看±3 dB 的变化，+3 dB 代表该频率的输出功率为平均值的 2 倍，-3 dB 则代表该频率的输出功率只剩下平均值的一半，以功率的角度来看，变动范围是非常大的。

范例中的扬声器，频率响应已经算是相当平直了，声压变动范围超过6 dB 的扬声器在市面上也是非常普遍的。因此，完整的频率响应标示，应该在频率范围之后，再加上声压变动的范围。范例中的扬声器，频率响应即为 60 Hz ～ 18 kHz±3 dB，代表该扬声器在 60 Hz ～ 18 kHz 之间的声压变动范围约为±3 dB，60 Hz 又称为低频截止点（f3），18 kHz 则为高频截止点。

输出功率的陷阱

有了足够的知识背景后，就可以正式进入主题了。在决定需要多大的功率之前，首先要学会如何判断输出功率的量测标准，并不是数字大的就一定比较好。同样的一篇作文，标准较严苛的老师可能只给 70 分，标准宽松的老师也许会给到 98 分。音响系统的数据也是一样的道理，在比较数据前，先睁大眼睛看看，这是依照哪个老师的评分标准打的分数。

扩大机一般都会标示单一声道的输出功率，标示分为两种，一种是平均输出功率（Root Mean Square, RMS），另一种是最大瞬间输出功率（Peak Music Power Output, PMPO）。PMPO 仅代表扩大机于短暂的瞬间里可输出的最大功率，其数值往往高达数百瓦甚至数千瓦。RMS 则代表扩大机长时间连续性输出时可达到的最大功率，这个数值才是扩大机的真正实力。

有些厂商或店家会以 PMPO 来吹嘘自家扩大机有多强劲多厉害，然而，扩大机讲求的是长久播放时可输出的功率大小，且各家厂商的测试标准不一，所谓的「短暂瞬间」根本没有定义，有的是 1 秒，有的是 0.5 秒，因此这个数值看看就好，基本上没太大的参考价值。

在测量输出功率时，输入的讯号是单一频率还是全频段（20 Hz ~ 20 kHz）也很重要。输送 1 kHz 50 W 比输送全频段 50 W 要容易得多。此外，单声道输出时量测到的功率也会比双声道同时输出时大，多数的扩大机标示的都是单一频率、单声道输出时的最大功率，实际聆听时不可能只播放单一频率、单一声道，因此，实际使用时的瓦数要再打个折扣。

随着输出功率的增加，扩大机的总谐波失真（Total Harmonic Distortion, THD）也会跟着提高，进而影响听感的纯净度。总谐波失真的条件订在 0.1% 或 1%，量测出来的数据可能会差到数十瓦，前者对声音质量的要求远较后者来得高。

因此，在比较扩大机的输出功率时，不能只看单一的数字，还要留意是以何种标准量测。是 RMS 还是 PMPO？测试讯号是单一频率还是全频段？是双声道同时输出还是只输出单一声道？总谐波失真的条件是 0.1% 还是 1%？把所有条件考虑进去后，才能较客观地比较扩大机的输出功率。完整的输出功率标示还需包含后端负载的阻抗值，最大输出功率会依扬声器的阻抗不同而有所变动，阻抗要讲得清楚又是另一个故事了，有机会再慢慢说明。

音响小撇步：
在相同频率下，一般人应可分辨±1 dB 的声压变化；敏锐一点的人甚至可以分辨±0.5 dB 以下的声压变化。好奇你的耳朵有多灵敏吗？以下这个稳站可以测试你的耳朵对声压变化的灵敏度，也可听听看±3 dB 的响度差异听起来是什么感觉喔！

whjfc · 发表于 2005-11-3 17:00:00

点赞了，好文章，不错啊，可以收藏学习了啊！~

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[数字功放] 扩大机挑功率大的准没错？（上）

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