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扬声器的效率、阻抗与动态
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经由十余年来多次的接触,我发现消费者在选购扬声器时,常会询问:它的效率是多少?阻抗是多少?但却鲜有人问:它的最高音压是多少?音响史上确实有几款著名喇叭以低效率闻名,例如Rogers的LS-3/5a及AR-3a。 - Y& I0 p$ h8 C0 ~, R9 Y
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. C1 b7 D ^$ G3 w( }% J二十年前,当我还是杂志社小编辑时,曾亲眼所见,音响名师林宜胜先生,谈到3/5a时,脸上竟泛起一阵神光说:它的效率其低!但当日在板桥陈正修先生(音响闻人,早已移民旧金山)家里,有三对小喇叭的试听比较,3/5a上阵还不到五分钟,就被另外一位音响闻人高真民先生一阵xxx给开骂、炮轰了下来! . p c- G. Z8 i$ o# i' m
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6 C9 A$ o) ~, M" q3 w更早之前,那时只有LP没有CD,我到上扬唱片公司买唱片。在挑选唱片时,觉得背景音乐怪怪的,男高音Domingo怎么感冒了?鼻音这么重!问清楚后,才知一切都是「闷葫芦」3/5a搞的鬼─当时Rogers喇叭是由上扬公司进口销售。 # H2 |# K, t6 B8 H# }3 W n) n# ^8 s
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6 n( l( j4 v% q( |我对3/5a的恶感就是这样而来,没想到全球闻名的BBC-3/5a,竟然是个「闷」葫芦。等到试作DaLine后,才知BBC 并未将KEF单体性能发挥极致,LS-3/5a的好处只是体型小、售价低,难怪有人会卖了3/5a换用我的DaLine传输线喇叭。道理很简单,依3/5a低音单体B-110之规格计算,根本不能装在那么小的音箱里!这点有必要说明,其实英国BBC并非不会设计喇叭,而是为了携带方便,不得不将喇叭音箱设计得很小,这是没办法的妥协。当初BBC是想设计出比例为十分之一的喇叭,这样测试的方法比较简单,也比较便宜,于是就诞生了LS-3/5a。 4 K# j: u9 A6 R1 _
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4 A' g# X4 K& V; r- [6 d' x5 N低效率喇叭确实曾风光过,但CD开始逐渐流行后,就有人对低效率喇叭抱着怀疑态度,名乐评家、莹升公司负责人曹永坤先生,就曾经说过CD的高动态会自然淘汰低效率喇叭。
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; ]1 P7 u3 s; M" R7 r+ P$ _( \7 t晶体管机的瓦=真空管机的瓦 7 u l# E8 d0 l4 z
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经过20年,CD系统已渐趋成熟,但低效率喇叭依然存在于市场,而且低效率=高音质的观念好像并未动摇;直到最近这几年才有了些许改变。 * E- G. Y3 j% A9 U3 L
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5 B/ n1 x1 f% M9 u9 d0 _真空管又回头了,老厂新厂纷纷出笼,但管机后级的输出功率普遍比晶体机低。有音质至上,非WE300B不用,而且还只要单端不要推挽。300B做单端只有7至8W左右的输出,7W能推什么喇叭?当然,也有人用不到10W的管机后级推ATC喇叭─那是有声音,却无法呈现ATC应有的动态。 古早时代的Altec、JBL、EV…等大型落地式喇叭都是高效率,因为它们的亲蜜伙伴就是管机。所以当管机推Altec A7「剧院之声」时,气势就大大的不同,有谁能说管机后级没啥动态?
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4 e; E+ q9 a, i. I( ?1 M IWatt就是Watt、瓦就是瓦,所以管机的7W差不多完全等于晶体机的7W─差异性是管机有输出变压器,输出功率较不易随负载阻抗变化而改变。因此若有人说管机的7W比晶体机的7W够力,那是无稽之谈,因为事实的真相是:晶体管机的7W,大多时候会比真空管机的7W够力,绝不骗你。有两个特例,一是 OTL无输出变压器管机后级,另一就是著名的LS-3/5a小喇叭。
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喇叭的效率是用dB值表示,但与阻抗有关联。故效率完全相同,但阻抗不同的两对喇叭,其需求电压也不相同。因为8Ω喇叭的1W是输入2.83V电压,而4Ω喇叭的1W是2V输入电压。因此效率相同、阻抗不同的两对喇叭,接上同一台晶体后级也必定会有不同的声音表现。 " E( G _) Z: ?' z1 M1 l
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2 G5 G( M5 \' L s: G扩大机输出功率 ︳ 8Ω负载 ︳ 4Ω负载
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1W ----------------------2.83V----------2V
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2W ----------------------4V--------------2.83V 6 j" R/ T1 ]3 l3 N. m
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$ c9 y- a) M( _! }3W ----------------------4.9V-----------3.47V
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- m( D5 D1 M- J* P. q8 o* D4W-----------------------5.66V---------4V , I" w. ~% l: B6 |1 }+ |/ g
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10W---------------------8.95V---------6.33V ; G9 i& T( f! @1 x2 V! n
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5 |- T, @+ G0 ~4 E* z6 ]3 v" ?4Ω喇叭的需求电压虽然比8Ω低,但需求电流却比较高,以4W输出为例,8Ω喇叭是0.7A,而4Ω喇叭则吃1A电流,因此大家都说低阻抗喇叭比较难推。
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dB是分贝,它的计算式会因功率或电压、电流之倍数会有所不同,喇叭的效率是以功率计算。我们现在以阻抗变化甚大的某喇叭为例,说明大多数情况下,7W的晶体机的比7W的真空管机来得有力─重点就是低抗时的电流。
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喇叭阻抗 │晶体管机功率 │ 真空管机功率 3 X% }. M& J0 C+ b% n& H6 Z# W
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8Ω--------------------7W------------------7W
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8 y4 [; }" H/ @! l. X4Ω--------------------14W------------------7W 8 | J( U' n* h' b$ Y% A
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2Ω--------------------28W------------------7W
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只要驱动电流够,晶体机的输出功率会随着喇叭阻抗的降低而提升,故不只是7W而已。但管机有输出变压器交连,功率不随喇叭阻抗变动。所以此时是不是晶体机的7W比真空管的7W够力?这就是最简单的奥姆定律。 7 d! P4 Z2 S& ?
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8 @" c0 K4 J. u+ W3 R4 G3/5a既是低效率又兼高阻抗
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; u- [) x" p; \( w具恒阻特性的喇叭并不多,因此当喇叭阻抗猛往下降时,管机就可能使不上力,所以管机后级推Dynaudio喇叭比较不容易发出好声,因此时喇叭欲吃电流,但真空管却是电压组件,无法提供电流;可是换成LS-3/5a就不一样了。
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8 X" U- c- t0 `$ Y. Y. t% @3/5a阻抗 | 晶体机功率 | 管机功率 1 d+ X$ s3 e) P7 d
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15Ω-------------- 3.7W--------------- 7W
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; q+ l- K# d0 P11Ω-------------- 5W----------------- 7W " J7 p# y3 O4 Z. @0 B9 [
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8Ω--------------- 7W------------------ 7W 5 v7 k0 E7 ?' S9 w
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! c7 j$ t$ `' `& |7W的晶体机接上第一代3/5a就只剩大约3.7W,接第二代3/5a也不过是5W;可是管机就一直维持7W输出。故遇到3/5a这对高阻抗喇叭时,管机的7W就比晶体机的7W来得够力。因此就晶体机言,高阻抗喇叭较不好推。但为何3/5a的阻抗会高至11~15Ω?它采用的KEF T-27A高音单体及B-110A低音单体都是8Ω。这就是诡谲之处,依KEF单体规格设计分音器及音箱,不必讶异,你会发现LS-3/5a根本是错误的设计!
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若是高阻抗再加上低效率,那这对喇叭铁定难伺候,偏偏3/5a就有这种特性。因此有人用大power推它,但3/5a又吃不下大power,功率太高就容易将它的低音推到触底─它的KEF低音单体没啥动态。现在我们来看看喇叭效率与扩大机功率的关系,比对的喇叭是LS-3/5a及Klipsch的Klipschorn,从下表就可看出低效率喇叭较难伺候。 # k. D8 m9 T: e( k( v- a( w2 E; f
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7 m# w% i& P0 Z' @; c; DKlipschorn大喇叭 │ LS-3/5a小喇叭
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5 @/ ]8 r O3 Q2 `$ R+ x& T104dB /1W----------------------------81dB /1W 6 `9 f* n# Q6 n7 N2 B
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107dB /2W--------------------------- 84dB /2W
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- O# G% `5 C: ^6 s4 T$ l7 ]8 w+ A110dB /4W--------------------------- 87dB /4W + G. o7 N O* ?0 h6 Q. W0 x& }
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116dB /16W--------------------------93dB /16W - x; e: [; R! G. s0 o' T% p# f
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119dB /32W--------------------------96dB /32W
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) b. O; @; w C) Z122dB /64W--------------------------99dB /64W--?
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+ |# s! L. X0 Q( }4 U125dB /128W--?--------------------102dB /128W--? 7 J- z+ g/ r4 G9 |! ]/ q& ?
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6 _0 {) X# i2 {1 C1 F1 p第一行104dB与81dB是两款喇叭的标称效率,3/5a的99dB打个?号,代表3/5a根本无法承受64W连续输入,因低音会触底,50W连续输入就已是最大值。而Klipschorn喇叭在1W输入时,就得到104dB的音压,这是LS-3/5a打破头也无法做到的事。至于125W加个问号,那是原厂公布Klipschorn最高连续承受功100W,故当128W连续输入时,Klipschorn也会不了。由于Klipschorn的效率高达104dB,若扩大机的讯号杂音比(S/N)不够高,那不用转音量旋钮,喇叭就会发出恼人的嘶声和哼声。对于扩大机的残留杂音及哼声,高效率喇叭倒是具有明察秋毫的效用。
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3/5a的效率到底是多少?本文假设它是81dB,记忆中好像也是。但1995年10月号Audio年鉴上,KEF 3/5a的效率注明是85dB,阻抗则仍维持11Ω。最令我大吃一惊的是:这对小喇叭竟然飙涨到US$1450一对!老天,KEF 3/5a有这种身价吗?如果它有1450美金的音质,那我也毫不脸红,传输线设计的DaLine一对卖2400美金!可惜卖到现在,DaLine喇叭已全数售罄。81dB/W/m绝对是低效率,美国Apogee以生产平面式喇叭闻名,它的Duetta.2只有78dB/W/m,由于效率过低,被评为「反应迟钝」,非得用每声道250W的大power推不可。注:英国KEF及Celestion这两家喇叭公司早就出售股权,目前的老板是香港商,因此改变营运方针;KEF高音单体T-27及低音单体B-110皆已停产。
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不论有什么改进,3/5a的最高音压却仍不及Klipschorn的基本标称效率。再计算「标称效率」至「最高音压」的范围,3/5a大约是18dB,而Klipschorn大约是21dB。
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这里透露着两点,一是以300B单端每声道7W管机推Klipschorn喇叭,它的表现绝对会比40W×2的晶体后级推3/5a喇叭来得轻松自在、有魄力。第二点则有赖大家共同研究,是不是高效率也同时代表高动态? 9 w; Z0 c. w, I" O4 [
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. V* \; T, \% v- l; i) |若果真如此,曹永坤先生就有先见之明。准此原则,吾人当选用高效率喇叭,这样后级输出功率不必动辄数百瓦。当然,上百dB的高效率喇叭通常体型庞大,若是紧贴墙摆,又完全听不出音场、深度。但以一般家庭聆听音乐或观赏AV用,效率似乎也应在90dB以上。然而,低效率喇叭就代表低动态?很不幸,3/5a及本人的DaLine却是明证。当然ATC可能会不同意,ATC的SCM20为8Ω/83dB─效率比DaLine略高,但它的连续承受功率竟然是200Wrms,因此计算其最高音压竟然高达106dB,绝非LS-3/5a或DaLine之辈能比。 ; T; x' X) J- |( l8 o" R
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晶体机驱动高阻抗喇叭会降低功率,但也有例外,McIntosh虽是晶体机,却因为有输出变压器,故其输出功率不会随负载阻抗变动而变动。好在音响圈中特例不多,没有输出变压器的真空管机不多见,有输出output的晶体机也唯有McIntosh。而标称阻抗高过 8Ω的喇叭,这些年来也很少见。故现代管机的输出变压器,理应只须要有4Ω及8Ω两个绕组输出。
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应选用高效率、高动态喇叭
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$ ]8 U! K7 `. U1 \' t* o接驳低效率低动态喇叭时,后级的输出功率不能太低,以免推不动;但输出功率又不能太高,以免喇叭受不了,故常两难。「低效率低动态」六个字若不能理解,改成「低效率低最高音压」八个字就比较明显。
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N1 c5 l: P# H; p7 P& C. ^世上喇叭何其多,但在规格表上明确注明最高音压者,却不及百分之一。若有最高承受功率─是连续不是瞬间,就可从效率计算过来。例如效率86dB的某款喇叭,其连续承受功率160W,我们就可轻易计算出它的最高音压是:108dB。利用工程型电算机按几个键,160 log×10=22,86+22=108(dB);而22dB大致上就是此喇叭的动态。
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动态范围dynamic range之值以dB表示,数值愈高愈好。音响器材性能表中有动态范围者,大概只有CD唱盘及影碟机;扬声器厂商几乎都不会注明此规格,以避免自曝其短。动态范围可说是由最低到最高的变化、由最小到最大的变化,也由最弱到最强、由最暗到最亮的变化。音响器材动态愈大,就愈能表现由最弱音到最强音的变化。CD唱盘的动态甚少低于90dB,但扬声器却甚少高25dB。
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, C7 D0 f$ V9 k4 y这种直接比较合理吗?当然不正确,因CD唱盘的动态范围是电压倍数的变化,而喇叭的动态范围是功率的计算。我们常说前级的十倍放大具有20dB的增益,但10W功率却换算成10dBW,而不是20dBW,请看底下的说明。
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f7 U( n, Y; v+ M: J都是dB值,功率的计算是:数值log×10,电压、电流计算是:倍数log×20,因此100倍的电压放大就是40dB。若某前级具14dB增益,它的放大倍数是多少?利用工程型电算机按几个键:14(dB)÷20÷inv log=5(倍)。若是某效率86dB喇叭的最高输出音压是105dB,换算成最高承受功率就是:(105-86)÷10÷inv log=79.5W。而105-86=19(dB),就「大约」是它的动态。 ; X" ?6 ~ \+ F' ^. b
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分清楚电压增益的dB与喇叭功率的dB,你就会明白为何Hi-End厂都反对将后级扩大机的输出功率标示成dBW。因50W是16.9dBW,而500W虽是超大power,但也仅是26.9dBW。看起来似乎50W与500W之输出功率差不多,故厂商可能以「消费者不容易懂」做理由,一直反对标示dBW。 1 V/ \. n, j- s& Z
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若喇叭的最高音压-效率即是它的动态范围,那一般家用喇叭的动态有多少?不论是Avalon Asent、Thiel CS5i、B&W 801,都绝不超过25dB!往专业领域找,Rey Audio的RM-8V效率是100dB,最高音压是130dB,有30dB动态,30dB正好是1000W,亦即RM-8V可承受1000W。Rey Audio还有音压更高的RM-1800,其型号有两个意义,一是采用两只18吋低音单体,一是喇叭高度为1800mm。有一年「恰客与飞鸟」在大阪开演唱会,就用了4对RM-1800。再思考一个问题:若两对喇叭的阻抗与效率皆相同,用同一台扩大机驱动,是否会得到相同的音压?─数字通常是不会骗人的。
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不会一样,经多年实际操作经验显示,差异性极大。在无响室内所测出的效率,不一定能含盖低、中、高频,因此同样都是95dB/8Ω的两对喇叭,其最低驱动功率(扩大机输出功率),可能一是20W,一是50W。 2 L q, j: m& d# L
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9 t% I! ^5 g. w但高效率喇叭也确实有其优点,以102dB来说,那是指1W输入;若是0.5W输入,它也有99dB!就算是0.25W输入,也高达97dB。以一般家听音乐,很难有机会发出97dB的音压,故7W输出绝对够用啦。 8 Y T2 H% c8 r7 p
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$ @2 }( j# ], T" k/ g通常高效率喇叭的体型都比较大,其共同特点则是低频不足,或是说:它们无法发出真正的低音。想测试它很简单,用电影配乐CD一试便知。主要原因是单体的Fs不够低,当年它们须要的是高效率、干净有punch的中低频,又没有电子合成器,故极低频可以牺牲。若是早期的大型高效率喇叭,低频不凝聚不说,喇叭贴着背墙、侧墙摆,左右相距又仅一米,应该有的音场及深度,都会被遮蔽掉;基本上常是糊成一团,毫无透明感。 ( ^; N/ T6 [- S' b. U$ e
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聆听环境的背景噪音要低 4 R$ g. @9 O, g, Y
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理想扬声器是高效率、高音压,因为这样才可以将音乐最低音到最高音的变化完全表现出来。不过要谈动态范围,那可千万不能遗漏环境噪音这个重要因素。 " C; k6 [* _0 Z' t! y+ T
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& a5 a/ y' D0 p听音环境愈安静愈佳,但除非是专业录音室,一般经过略为装修的音响室,其背景噪音也都在35dB以上─这是指夜深人静时的量测,大白天的情形更糟。而背景噪音之高低也与动态范围有直接关联,噪音愈大,就愈需要喇叭发出高音压以呈现乐曲的最弱音符。故聆听环境的背景噪音及器材的残留噪音绝对是愈低愈佳,就算是欣赏5.1声道的AV,要求也是一样。
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5 j3 u3 h+ u$ Q% H1 s( N由于背景噪音高,因此「声音」要更大,才能听到音乐的全部细节。但就算器材表现没问题,高音压也会带来困扰,一是邻居会向你抗议,二是对耳朵有可能造成伤害。在热门迪士可舞厅,为了营造气氛,也为了压抑消费者说话的声浪,它们的PA音响常开足马力,音压都超过120dB,长时间处于那种环境下,极有可能会对人耳造成伤害。
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6 ~- u! J' N$ f! m' y居家不同舞厅,而家用音响因管机又回头流行,不仅名管WE-300B重新生产,JBL、Altec老喇叭也逐渐重回市场。不过这些号角喇叭虽效率颇高,但体型也都甚为硕大,一般家庭并不适合摆放。此外还有一个疑虑:这些喇叭的音质与其效率成正比吗?好像不是吧。
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/ ^9 g9 c1 P7 J小功率匹配高效率
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! x! Z0 n) I' e% [为了避免浪费能源,及得到正确的搭配,我个人有两点伟大的建议,但需要全球音响界认同:一、效率低于90dB的喇叭,不准制造、销售、进/出口,而且阻抗应尽量恒定于8Ω;二、高过90W输出─8Ω/ch─的后级/综合扩大机,不论晶体管、真空管,也是不准制造、销售、进出口(当然,专业器材不受以上的限制)。 : r( R7 u. ~$ r& [, J6 w
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果真如此,则Dynaudio、VIFA、ETON…等著名喇叭厂,就会开发出不是号角型,而且体型又不很大的高效率喇叭。又因扩大机输出功率降低,电源变压器、滤波电容…都可减小,故材料成本、重量、体型及售价都可降低,这绝对是消费者、爱乐者之福。您说对吗? |