揚(yáng)聲器的功率測(cè)定與使用研究

顏江海

摘 要 揚(yáng)聲器俗稱“喇叭”，不論是音響專業(yè)領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，用途是相當(dāng)?shù)膹V泛，沒(méi)有揚(yáng)聲器，電子設(shè)備就不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。 揚(yáng)聲器作為家電、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、汽車等行業(yè)的配套使用，預(yù)計(jì)到2015年的需求量為十幾億只。高清晰數(shù)字化平板電視的普及，將給揚(yáng)聲器發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。另外，3G在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越普及，互聯(lián)網(wǎng)電視、智能手機(jī)、平板電腦、上網(wǎng)本等新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，都將帶動(dòng)對(duì)微型揚(yáng)聲器/受話器的需求持續(xù)增長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 揚(yáng)聲器 功率 測(cè)定

一、揚(yáng)聲器的工作原理、構(gòu)造和功率測(cè)定

揚(yáng)聲器在音響設(shè)備中是一個(gè)薄弱的器件，而對(duì)于音響效果而言，它又是一個(gè)最重要的部件。揚(yáng)聲器的種類繁多，其工作原理是音頻電能通過(guò)電磁、壓電或靜電效應(yīng)，使其紙盆或膜片振動(dòng)并與周圍的空氣產(chǎn)生共振（共鳴）而發(fā)出聲音。按換能機(jī)理和結(jié)構(gòu)分動(dòng)圈式（電動(dòng)式）、電容式（靜電式）、壓電式（晶體或陶瓷）、電磁式（壓簧式）、電離子式和氣動(dòng)式揚(yáng)聲器等，電動(dòng)式揚(yáng)聲器具有電聲性能好、結(jié)構(gòu)牢固、成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛；按聲輻射材料分紙盆式、號(hào)筒式、膜片式。

有觀點(diǎn)認(rèn)為，揚(yáng)聲器的任何功率都是試驗(yàn)功率，是沒(méi)法測(cè)量得出的，也沒(méi)有公式可計(jì)算出來(lái)的。表示喇叭的功率有很多，額定功率、最大功率、峰值功率、音樂(lè)功率等等，最常用到的是額定功率。揚(yáng)聲器的額定功率通常標(biāo)識(shí)在磁鐵上，有防磁罩的標(biāo)在防磁罩上。揚(yáng)聲器的額定功率是指揚(yáng)聲器能長(zhǎng)時(shí)間工作的輸出功率，又稱為不失真功率，單位為瓦（單位符號(hào)W）。當(dāng)揚(yáng)聲器工作于額定功率時(shí)，音圈不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱或機(jī)械動(dòng)過(guò)載等現(xiàn)象，發(fā)出的聲音沒(méi)有顯示失真。在試驗(yàn)室里，一般標(biāo)準(zhǔn)是，輸入一定功率粉紅噪音信號(hào)（大小根據(jù)揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)和尺寸大小以及經(jīng)驗(yàn)估計(jì)），揚(yáng)聲器連續(xù)工作100 h，結(jié)構(gòu)沒(méi)有任何損壞，特性沒(méi)有明顯衰減，我們就可以說(shuō)輸入的功率就是它的額定功率。

所謂粉紅噪音是自然界最常見(jiàn)的噪音。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，粉紅噪音的頻率分量功率主要分布在中低頻段。從波形角度看，粉紅噪音是分形的，在一定的范圍內(nèi)音頻數(shù)據(jù)具有相同或類似的能量。從功率（能量）的角度來(lái)看，粉紅噪音的能量從低頻向高頻不斷衰減，曲線為1/f，通常為每8度下降3分貝。粉紅噪音是最常用于進(jìn)行聲學(xué)測(cè)試的聲音。

揚(yáng)聲器的功率有三種：一種為最大允許功率，是指揚(yáng)聲器短時(shí)間內(nèi)，能承受而不至于損壞的輸入電功率，是指在揚(yáng)聲器諧波失真小于某一指定值時(shí)的輸入電功率（該失真度大大超過(guò)了揚(yáng)聲器的額定失真度），還有一種為額定功率，即指揚(yáng)聲器長(zhǎng)期工作而不至于損壞的輸入電功率。

長(zhǎng)期以來(lái)，多數(shù)揚(yáng)聲器說(shuō)明書中都采用額定功率，表示其功率承受能力，并將該額定功率加倍作為揚(yáng)聲器最大功率承受能力。所謂額定功率是用連續(xù)正弦波的有效值功率來(lái)表示的，一般稱為RMS（即正弦波均方根功率）。由于正弦波的峰值對(duì)有效值的差值即“峰平差”只差3 dB，這種方式完全排除了節(jié)目中短暫的比平均值高10 dB的峰值信號(hào)成分對(duì)揚(yáng)聲器的影響，所以能得出較高的額定功率數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)加倍作為最大承受功率。

現(xiàn)在我們認(rèn)為美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）所規(guī)定的功率測(cè)定方法比較恰當(dāng)。該協(xié)會(huì)在EIA RS-426A標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，將一特別的測(cè)試噪聲信號(hào)加至揚(yáng)聲器。該噪聲信號(hào)的頻譜分布較為接近實(shí)際的節(jié)目信號(hào)，并且要在揚(yáng)聲器上持續(xù)8 h之久，還要求被測(cè)揚(yáng)聲器能承受比噪聲功率高4倍的瞬態(tài)峰值。顯然，這對(duì)揚(yáng)聲器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性能要低于采用正弦波法所得到的數(shù)值，但按此數(shù)值與功率放大器相配合，則不宜損壞揚(yáng)聲器系統(tǒng)。

在揚(yáng)聲器功率計(jì)算上的一個(gè)重要問(wèn)題是功率帶寬，通常揚(yáng)聲器系統(tǒng)有一額定的頻響范圍，比如以50 kHz～18 kHz。那么，如果當(dāng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)有一額定下限后，能承受的功率就一定大打折扣。比如一只下限頻率為60 Hz的音箱，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)功率為200 W左右，臨時(shí)作為電子合成器的監(jiān)聽(tīng)音箱，由于電子合成器能產(chǎn)生低于25 Hz左右的超低音，此時(shí)如不注意，給功率放大器輸入音箱的功率仍達(dá)200 W左右。則可能由低于60 Hz時(shí)，紙盆的振幅過(guò)大而損壞揚(yáng)聲器。

總之，由于不同的廠商對(duì)其揚(yáng)聲器系統(tǒng)給出了各類不同功率標(biāo)定，而各自的測(cè)試條件又有出入，所以使用者一定不能只看說(shuō)明書功率一欄的數(shù)值，就盲目使用，要徹底弄清楚這些數(shù)據(jù)的意義。

二、揚(yáng)聲器的性能指標(biāo)

揚(yáng)聲器的主要性能指標(biāo)有：靈敏度、頻率響應(yīng)、額定功率、額定阻抗、指向性以及失真度等參數(shù)。

1.額定功率。揚(yáng)聲器的功率有標(biāo)稱功率和最大功率之分。標(biāo)稱功率稱額定功率、不失真功率。它是指揚(yáng)聲器在額定不失真范圍內(nèi)容許的最大輸入功率，在揚(yáng)聲器的技術(shù)說(shuō)明書上標(biāo)注的功率即為該功率值。最大功率是指揚(yáng)聲器在某一瞬間所能承受的峰值功率。一般要求揚(yáng)聲器的最大功率為標(biāo)稱功率的2～3倍。

2.額定阻抗。揚(yáng)聲器的阻抗一般和頻率有關(guān)。額定阻抗是指音頻為400 Hz時(shí)，從揚(yáng)聲器輸入端測(cè)得的阻抗。它一般是音圈直流電阻的1.2～1.5倍。一般動(dòng)圈式揚(yáng)聲器常見(jiàn)的阻抗有4 Ω、8 Ω、16 Ω、32 Ω等。

3.頻率響應(yīng)。給一只揚(yáng)聲器加上相同電壓而不同頻率的音頻信號(hào)時(shí)，其產(chǎn)生的聲壓將會(huì)產(chǎn)生變化。一般中音頻時(shí)產(chǎn)生的聲壓較大，而低音頻和高音頻時(shí)產(chǎn)生的聲壓較小。當(dāng)聲壓下降為中音頻的某一數(shù)值時(shí)的高、低音頻率范圍，叫該揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性。

理想的揚(yáng)聲器頻率特性應(yīng)為20 kHz ～20kHz，這樣就能把全部音頻均勻地重放出來(lái)，然而這是揚(yáng)聲器做不到的。

4.失真。不能把原來(lái)的聲音逼真地重放出來(lái)的現(xiàn)象叫失真。失真有兩種：頻率失真和非線性失真。頻率失真是由于對(duì)某些頻率的信號(hào)放音較強(qiáng)，而對(duì)另一些頻率的信號(hào)放音較弱造成的，失真破壞了原來(lái)高低音響度的比例，改變了原聲音色。而非線性失真是由于揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)和信號(hào)的波動(dòng)不夠完全一致造成的，在輸出的聲波中增加一新的頻率成分。

5.指向特性。用來(lái)表征揚(yáng)聲器在空間各方向輻射的聲壓分布特性，頻率越高指向性越狹，紙盆越大指向性越強(qiáng)。揚(yáng)聲器是一種把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)的換能器件，揚(yáng)聲器的性能優(yōu)劣對(duì)音質(zhì)的影響很大。

三、揚(yáng)聲器的正確使用

在使用揚(yáng)聲器應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.揚(yáng)聲器有兩個(gè)接線柱（兩根引線），當(dāng)單只揚(yáng)聲器使用時(shí)，兩根引腳不分正負(fù)極性，多只揚(yáng)聲器同時(shí)使用時(shí)兩個(gè)引腳有極性之分。

2.揚(yáng)聲器得到的功率不要超過(guò)它的額定功率，否則，將燒毀音圈，或?qū)⒁羧φ裆ⅰｋ姶攀胶蛪弘娞沾墒綋P(yáng)聲器工作電壓不要超過(guò)30 V。

3.注意揚(yáng)聲器的阻抗應(yīng)與輸出線路配合，具體要和功放輸出阻抗匹配。

4.要正確選擇揚(yáng)聲器的型號(hào)。如在廣場(chǎng)使用，應(yīng)選用高音揚(yáng)聲器；在室內(nèi)使用，應(yīng)選用紙盆式揚(yáng)聲器，并選好助音箱。也可將高、低音揚(yáng)聲器做成揚(yáng)聲器組，以擴(kuò)展頻率響應(yīng)范圍。

5.在布置揚(yáng)聲器的時(shí)候，要做到聲場(chǎng)勻且有足夠的聲級(jí)，如用單只（點(diǎn)）揚(yáng)聲器不能滿足需要，可多點(diǎn)設(shè)置，使每一位聽(tīng)眾得到幾乎相同的聲音響度，提高聲音的清晰度；為了達(dá)到好的方位感，揚(yáng)聲器安裝時(shí)應(yīng)高于地面3 m以上，讓聽(tīng)眾能夠“看”到揚(yáng)聲器，并盡量使水平方位的聽(tīng)覺(jué)（聲源）、視覺(jué)（講話者）盡量一致，而且兩只揚(yáng)聲器之間的距離也不能過(guò)大。