揚聲器的功率測定與使用研究

顏江海

摘 要 揚聲器俗稱“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，沒有揚聲器，電子設(shè)備就不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。 揚聲器作為家電、計算機、手機、汽車等行業(yè)的配套使用，預(yù)計到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，將給揚聲器發(fā)展帶來新的機遇。另外，3G在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用越來越普及，互聯(lián)網(wǎng)電視、智能手機、平板電腦、上網(wǎng)本等新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，都將帶動對微型揚聲器/受話器的需求持續(xù)增長。

關(guān)鍵詞 揚聲器 功率 測定

一、揚聲器的工作原理、構(gòu)造和功率測定

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

有觀點認(rèn)為，揚聲器的任何功率都是試驗功率，是沒法測量得出的，也沒有公式可計算出來的。表示喇叭的功率有很多，額定功率、最大功率、峰值功率、音樂功率等等，最常用到的是額定功率。揚聲器的額定功率通常標(biāo)識在磁鐵上，有防磁罩的標(biāo)在防磁罩上。揚聲器的額定功率是指揚聲器能長時間工作的輸出功率，又稱為不失真功率，單位為瓦（單位符號W）。當(dāng)揚聲器工作于額定功率時，音圈不會產(chǎn)生過熱或機械動過載等現(xiàn)象，發(fā)出的聲音沒有顯示失真。在試驗室里，一般標(biāo)準(zhǔn)是，輸入一定功率粉紅噪音信號（大小根據(jù)揚聲器結(jié)構(gòu)和尺寸大小以及經(jīng)驗估計），揚聲器連續(xù)工作100 h，結(jié)構(gòu)沒有任何損壞，特性沒有明顯衰減，我們就可以說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的噪音。簡單說來，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)測試的聲音。

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

長期以來，多數(shù)揚聲器說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的峰值信號成分對揚聲器的影響，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)為美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）所規(guī)定的功率測定方法比較恰當(dāng)。該協(xié)會在EIA RS-426A標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，將一特別的測試噪聲信號加至揚聲器。該噪聲信號的頻譜分布較為接近實際的節(jié)目信號，并且要在揚聲器上持續(xù)8 h之久，還要求被測揚聲器能承受比噪聲功率高4倍的瞬態(tài)峰值。顯然，這對揚聲器的機械結(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，則不宜損壞揚聲器系統(tǒng)。

在揚聲器功率計算上的一個重要問題是功率帶寬，通常揚聲器系統(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，長時間連續(xù)功率為200 W左右，臨時作為電子合成器的監(jiān)聽音箱，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，紙盆的振幅過大而損壞揚聲器。

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

二、揚聲器的性能指標(biāo)

揚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。它是指揚聲器在額定不失真范圍內(nèi)容許的最大輸入功率，在揚聲器的技術(shù)說明書上標(biāo)注的功率即為該功率值。最大功率是指揚聲器在某一瞬間所能承受的峰值功率。一般要求揚聲器的最大功率為標(biāo)稱功率的2～3倍。

2.額定阻抗。揚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，從揚聲器輸入端測得的阻抗。它一般是音圈直流電阻的1.2～1.5倍。一般動圈式揚聲器常見的阻抗有4 Ω、8 Ω、16 Ω、32 Ω等。

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

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

4.失真。不能把原來的聲音逼真地重放出來的現(xiàn)象叫失真。失真有兩種：頻率失真和非線性失真。頻率失真是由于對某些頻率的信號放音較強，而對另一些頻率的信號放音較弱造成的，失真破壞了原來高低音響度的比例，改變了原聲音色。而非線性失真是由于揚聲器振動系統(tǒng)的振動和信號的波動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。用來表征揚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。揚聲器是一種把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿Q能器件，揚聲器的性能優(yōu)劣對音質(zhì)的影響很大。

三、揚聲器的正確使用

在使用揚聲器應(yīng)注意以下幾點：

1.揚聲器有兩個接線柱（兩根引線），當(dāng)單只揚聲器使用時，兩根引腳不分正負(fù)極性，多只揚聲器同時使用時兩個引腳有極性之分。

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

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

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

5.在布置揚聲器的時候，要做到聲場勻且有足夠的聲級，如用單只（點）揚聲器不能滿足需要，可多點設(shè)置，使每一位聽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，揚聲器安裝時應(yīng)高于地面3 m以上，讓聽眾能夠“看”到揚聲器，并盡量使水平方位的聽覺（聲源）、視覺（講話者）盡量一致，而且兩只揚聲器之間的距離也不能過大。