音箱功率：大小不太重要，效能才是关键

21355137 · 发表于 2008-12-24 02:30:06

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音箱功率是专业音响界最令人困惑的概念之一。人们普遍认为，功率越大的音箱，品质越好，也更值得期待和拥有。并且，功率往往也是促成客户购买的决定性指标。但若仔细研究的话，你就会发现，功率对于音箱整体性能的重要性远不及其他性能指标。
　　“音箱功率”
这个术语需要进一步解释，以消除误解。将音箱功率与传感器的输出声压级，甚或放大器的大小联系在一起考虑是很多人的做法。但通常音箱功率与这些并没多少关系。首先，我们先展开讨论这个术语，让其更有意义。是否可以使用
“最大输入功率耗散”？“输入功率”这个概念是恰当的，因为音箱是功放的一个负载。
　　假设线路阻抗很小可以忽略不计（若使用正确的标准线材，该假设成立），放大器的输出功率就成为音箱的输入功率。因为人们普遍认为放大器的功率越大越好（如，一辆运动型多用途车VS一辆经济型轿车），所以就顺理成章地认为功率越大的音箱，产品性能越好。与音箱直接相连的放大器被称之为功率放大器，因为它们输出的电压较其输入电压高。（图1）功率放大器的功率根据其功率生成能力度量。通常数值越大越好，是因为这意味着放大器有更大潜力，可以做更多工作。

图1：功率“这个概念”（功放到音箱）是如何起作用的音箱的功率根据其功率耗散能力进行度量。其功率值是指在不损害音箱的前提下，音箱能够以热能形式进行消耗的连续功率量。虽然初看上去，似乎功率耗散越大越好，但前提是，实现更大功率耗散量的方法不会对音箱效能进行损害的前提下，这一说法才成立。

　　现代功率放大器扮演着音箱恒定电压源的角色。这意味着，放大器的输出电压与相连音箱提供的负载从本质上讲是互相独立的。如果你用一个放大器推动信号，并在输出端没有连接任何负载的情况下测定放大器的输出电压。之后为输出端连接一个音箱，再次测定放大器的输出电压，电压计上的读数不会发生显著变化。
　　加负载和不加负载两种情况下的区别为：加负载时，电流会从放大器端出来，流经音箱。负载阻抗越小（并联音箱越多），负载从放大器处吸收电流越多，电压源与负载之间总的功率输送量就越多（图2）。

图2：较低阻抗（并联音箱）可吸收跟多电流

　　这就是为什么在驱动更多音箱时，放大器的总输出功率通常都会增加。注意，放大器的输出功率是增加了，但是这个增加的总功率会被分配给连接的所有音箱。
　　所以，如果两个音箱并联连接，放大器的总功率输出增加，但分配给每个音箱的功率不一定增加。事实上，分配给单只音箱的功率会有一点减少。因此，最好将功放负载保持在4欧姆以上，将线材影响最小化，避免放大器需求过大的电流。
　　此消彼长，音箱从放大器处吸收的功率为电压与电流乘积。根据能量守恒定律，来自放大器的所有功率必须都有归处。总功率的部分功率产生了音箱的机械振动，剩下的其他功率转化成了热能。锥盆的机械振动让音箱发声。
　　热能是一种无用的副产品，所以和任何无用的废弃物一样，热能必须被处理掉。不幸的是，电功率到声功率的转化是一个低效过程（通常不到10%），所以大多数放大器功率被转化成无用的热能，而该热能肯定是被消散掉。
　　音箱的功率描述了音箱处理热能的能力，该热能由于能量转化过程的低效造成。所以又回到了我们先前谈到的扩展定义“最大输入功率耗散

21355137 · 发表于 2008-12-24 03:25:40

　因此，将音箱功率与其声音表现相联系的做法是错误的。耗散功率值高，仅意味着该音箱的散热能力更强。但是功率本身并不能说明音箱产生声功率的效能大小，而音箱生成声功率的效能大小才是音箱性能的最重要因素。
　　通过降低音箱效能可以增加音箱耗散功率，这只需在音箱内部增加一些电阻元件即可。然而结果却是得到很大的音箱功率值但声音很小，这并不是我们想要的。
　　音箱产生的声压级(SPL)大小与外加电压的关联要比和外加功率的关联紧密。图3
8 K( S8 U7 ]$ |6 O可以很清楚地表明这一点。

图3：外加电压、外加功率与同轴SPL传感器负载的功率随着频率而变化。尽管SPL值经常用输入功率值做参考，但实际上，用输入电压做参考会更为准确。音箱其实更希望得到平直的电压响应，因为在这种情况下，每个频率下均等的驱动电压会在轴向上产生平坦的幅度响应。

　　理想的音箱能够使用最小功率产生需求的声压级。高效能音箱也应该产生更少的热能。所以，音箱可以承受大功率驱动的能力并不值得惊叹。因为从本质上讲，这种能力不能产生任何益处。
　　可用较少输入功率产生大量声功率的能力才值得钦佩。想想汽车的公里耗油率，你就会更加明白效能这个问题。音箱性能讲的是一个效能概念，而不是消耗量的概念。号筒负载和界面放置都是用来增加音箱效能的方法。这两种方法都是为了在每瓦电功率下产生更多声能。
　　合理的视角
　　人们对音箱功率的误解延伸到了日常行为，例如选择灯泡。大家普遍认为灯泡的瓦数与光输出紧密相关，以为瓦数越高亮度就越大。
　　灯泡还有一个叫光度的参数，用来描述灯泡的光输出，但很少有顾客会参考这个参数。所以，如果需要亮度更高的灯泡，人们就倾向于买一个更大的灯泡（更高的瓦数）。将这一假设延伸到音箱是一种很自然的想法。下一次，在给定功率输入的前提下，购买最高流明输出的灯泡，你可以获得最大价值。
　　音箱的功率大，并不意味着音箱产生的声音大。比起说，“哇，这只音箱可以处理5000瓦的功率！”其实这是没有任何意义的，如果你问自己以下的问题会更有意义：“为什么我要使用5000瓦的音箱为观众带来最大100 dB的声压级，却不使用另外一只同样可以为观众提供最大100 dB声压级的100瓦音箱？”　　在音箱效能指标中，更有参考意义的参数是最大输出声压级。该参数是由音箱的灵敏度与最大输入功率计算而来的。较低功率、较高灵敏度的音箱会比较高功率、较低灵敏度的音箱优势更大。
　　很不幸，人们对功率的误解造成了音箱厂家竞相生产大功率音箱的现象。大的功率值可以帮助销售，但是较高效能才是提高音箱性能的真实因素。
　　功率测试
　　有很多方法可以用来测定音箱的最大输入功率。这些方法都有各自的优点，也拥有一些共同的属性。有意义的功率测试必须包括：
　　--对被测设备输入具有频宽限制的宽频带噪声
　　--放大器与被测设备之间功率输送量的测定方法
　　--用来描述音箱耗散功率承受时间的度量指标--测量音箱的SPL值（理想情况下）图4为测试结果的绘图示例：

图4：将功率测试结果进行绘图

噪声输入通常使用粉红噪声（每1/n倍频程同等能量）。有些测量方法使用平坦的粉红噪声，还有些方法使用通过加权来模拟音乐频谱内容的信号。后一种方法可以产生更高的额定功率，因为更多的电能被转移到了较低频段。在低频段，由于传感器构造更厚重，所以通常会消耗更多热能。
　　为了决定功率传送量，加到被测设备的电压和电流必须得到监控。要计算功率传输，只有RMS（均方根）电压与负载标称阻抗是不够的。在被测设备热能逐渐增加时，负载阻抗也会逐渐增加，从而减少负载吸收的功率（功率压缩）。
　　当音箱在接近功率耗散值的极值附近运行时，调高功放功率输出以增加负载功率输入的寻常做法，并不会额外增大声压级，反而可能减少功率传送量。
　　用分贝（即对比例进行度量）来度量功率的大小是最好的。用瓦数会误导人们相信其与设备性能有关。
　　我们以事实情况举例，一个500瓦持续额定功率的音箱声音电平只比250瓦持续额定功率的音箱高出一点（+3 dB），假定两个音箱的效能一样。这就意味着两只音箱的实质性差别很小，尽管它们在功率上的差别很大。
　　大多数功率测试都会对使用的粉红噪声进行一定更改，以得到较小的峰值系数--节目声源中的峰值通过一个削波电路得到减少。对波形进行削波的实际理由是，放大器可对其负载设备输送更多功率。
　　未削波粉红噪声的最大输出功率，大概为放大器正弦波额定功率的十分之一。削波后的粉红噪声大概为放大器正弦波额定功率的二分之一，这允许功率测试使用大小合理的放大器。产生人工削波不会使音箱的发热有太大的改变，但是它所提供的较低峰值系数可以将更多的功率（更高的RMS电压）传送到放大器的负载设备。持续功率测试会在规定时间段内（如2个小时）为音箱供给6 dB峰值系数的粉红噪声。这对音箱来说是一个很苛刻的测试，因为这个声源没有停歇，无法散热冷却。
　　通过减少波形的占空比（duty cycle），节目额定功率尝试模拟音乐或者语音。如果声音信号属于脉冲类型，在脉冲之间可以得到一些冷却，在避免设备损坏之前，更多的短期功率可应用在被测量设备上。很多厂家会将持续功率值的双倍值估测为节目功率(+3 dB或者2倍是一个合理的假设)。实际推荐的放大器功率值要比这两个值都大。
　　合理的估算是为持续功率增加+6 dB (4倍)。例如，从这些定义出发，对一只音箱完整和有意义的功率描述应为：
　　最大输入功率-200W/400W/800W（持续，节目，推荐放大器大小）

　　同类比较
　　大家现在可以看到比较不同音箱功率时存在的问题了。要保证同类参数之间的正确比较需要做大量的调研，而很多参数表并没有给我们足够的信息让我们这样去进行对比。
　　为音箱输送低于其额定功率的功率不会有任何危险。事实上，输入比额定功率值更小的功率，音箱使用寿命更久。在稳定可靠的操作中，我推荐将输入功率限制到持续功率的二分之一以下(-3 dB)。在之前的例子中，这意味着使用一个800瓦的放大器，为其输送典型的节目声源（10 dB到14 dB峰值系数），可在最大值时驱动到削波边缘。
　　在这种情况下，放大器会为音箱输送80瓦或者更小的功率，这是一个低于持续功率的安全值。因为放大器潜在的输出很大，所以在使用低峰值系数的节目声源时，必须非常小心，不要将音量开到太大而导致音箱受损。
　　最后，在提高音响系统的音量时，知道何时达到系统临界点也很重要。音箱外加电压每增加40%，输入功率增加一倍，声音电平增加少许（+3 dB）。
　　请记住，在音频中比例几率是很重要的。系统音量以3 dB步进增加，最终达到散热极点。继续增加3 dB，就成为压垮骆驼的最后一根稻草。音箱以额定功率的一半工作时，其声音大小可能非常接近最大值。因此没有必要再增加功率，给音箱带来造成永久性损害的风险。

　　大功率容易销售，但高效能是更好的目标
　　汽车技术的发展减少能量损耗，能够生产出更高效能和更低使用成本的车辆。音频行业应拥有相似的目标，争取用较少的放大器功率达到需要的声压级。
　　随着效率提高，音箱应当逐渐减少需要以热能形式耗散掉的大量能量。同样，我们对较高额定功率的迷恋也应该消失。

sophia123 · 发表于 2008-12-24 11:18:25

支持学习下

musiclyric · 发表于 2009-3-18 23:39:16

楼主辛苦了谢谢分享！

zhaoqingxuan · 发表于 2009-3-20 12:38:10

顶个感谢楼主辛苦啦

zdg98 · 发表于 2009-5-5 20:18:05

太帅了 ~！！十分感谢 ~！！你的奉献会有好报的 ~！！谢谢嘿嘿~~~~

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