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全面分析揚聲器的效率-阻抗-動態(tài)?

中國視聽網(wǎng)資訊 更新時間:2008-7-24 9:41:26  編輯:Audio-diy  [ ]     手機訪問

經(jīng)由十余年來多次的接觸,我發(fā)現(xiàn)消費者在選購揚聲器時,常會詢問:它的效率是多少?阻抗是多少?但卻鮮有人問:它的最高音壓是多少?甚至于在看過一些雜志的器材評論后,有不少人認(rèn)定低效率喇叭就代表是高音質(zhì)喇叭。

音響史上確實有幾款著名喇叭以低效率名,例如Rogers的LS-3/5a及AR-3a。十多年前我還是雜志社小編輯時曾親眼所見,國內(nèi)音響名師林宜勝先生,談到3/5a時,臉上竟泛起一陣神光說:它的效率其低!但當(dāng)日在板橋陳正修先生(已移民舊金山)家里,有三對小喇叭的試聽比較,3/5a上陣還不到兩分鐘,就被另外一位音響聞人高真民先生一陣開罵給炮轟下來!

更早之前,那時只有LP沒有CD,我到上揚唱片公司買唱片。在選唱片時,覺得背景音樂怪怪的,男高音Domingo怎么感冒了?鼻音這么重!問清楚后,才知一切都是」悶葫蘆」3/5a搞的鬼─當(dāng)時Rogers喇叭是由上揚進(jìn)口銷售。

我對3/5a的惡感就是這樣而來,沒想到全球聞名的BBC-3/5a,竟然是個「悶」葫蘆。等到試作DaLine后,才知BBC 并未將KEF單體性能發(fā)揮極致,LS-3/5a的好處只是體型小、售價低,難怪有人會賣了3/5a換用我的DaLine傳輸線喇叭。道理很簡單,依3/5a低音單體B-110之規(guī)格計算,根本不能裝在那么小的音箱里!

這點有必要說明,其實英國BBC并非不會設(shè)計喇叭,而是為了攜帶方便,不得不將喇叭設(shè)計得很小,這是沒辦法的妥協(xié)。

低效率喇叭確實曾風(fēng)光過,但CD開始逐漸流行后,就有人對低效率喇叭抱著懷疑態(tài)度,名樂評家、瑩升公司負(fù)責(zé)人曹永坤先生,就曾經(jīng)說過CD的高動態(tài)會自然淘汰低效率喇叭。

晶體管機的瓦=真空管機的瓦

經(jīng)過20年,CD系統(tǒng)已漸趨成熟,但低效率喇叭依然存在于市場,而且低效率=高音質(zhì)的觀念好象并未動搖;直到最近這幾年才有了些許改變。

真空管又回頭了,老廠新廠紛紛出籠,但管機后級的輸出功率普遍比晶體機低。有音質(zhì)至上,非WE300B不用,還且只要單端不要推挽。300B做單端只有7至8W左右輸出,7W能推什么喇叭?當(dāng)然,也有人用不到10W的管機后級推ATC喇叭,那是有聲音,卻無法呈現(xiàn)ATC的動態(tài)。

古早時代的Altec、JBL、EV大型落地式喇叭都是高效率,因為它們的親蜜伙伴就是管機。所以當(dāng)管機推Altec A7「劇院之聲」時,氣勢就大大的不同,有誰能說管機后級沒啥動態(tài)?

Watt就是Watt、瓦就是瓦,所以管機的7W差不多完全等于晶體機的7W─差異性是管機有輸出變壓器,輸出功率較不易隨負(fù)載阻抗變化而改變。因此若有人說管機的7W比晶體機的7W夠力,那是無稽之談,因為事實的真相是:晶體機的7W,大多時候會比管機的7W夠力,絕不騙你。有兩個特例,一是 OTL無輸出變壓器管機后級,另一就是著名的LS-3/5a小喇叭。

喇叭的效率是用dB值表示,但與阻抗有關(guān)聯(lián),故效率完全相同,但阻抗不同的兩對喇叭,其需求電壓也不相同。因為8Ω喇叭的1W是輸入2.83V電壓,而4Ω喇叭的1W是2V輸入電壓。因此效率相同、阻抗不同的兩對喇叭,接上同一臺晶體后級也必定會有不同的聲音表現(xiàn)。

擴大機輸出功率 ︳ 8Ω ︳ 4Ω
──────────────────
1W -------------------2.83V-------2V
2W -------------------4V-----------2.83V
3W -------------------4.9V---------3.47V
4W--------------------5.66V-------4V
10W------------------8.95V-------6.33V

4Ω喇叭的需求電壓雖然比8Ω低,但需求電流卻比較高,以4W輸出為例,8Ω喇叭是0.7A,而4Ω喇叭則吃1A電流,因此大家都說低阻抗喇叭比較難推。

dB是分貝,它的計算式因功率或電壓、電流之倍數(shù)會有所不同,喇叭的效率是以功率計算。我們現(xiàn)在以阻抗變化甚大的某喇叭為例,說明大多數(shù)情況下,晶體機的7W比真空管機的7W來得有力─重點就是低阻抗時的電流。

阻 抗 | 晶體機功率 | 管機功率
─────────────────
8Ω--------------7W---------------7W
4Ω--------------14W--------------7W
2Ω--------------28W--------------7W

只要驅(qū)動電流夠,晶體機的輸出功率會隨著喇叭阻抗的降低而提升,故不只是7W而已。但管機有輸出變壓器交連,功率不隨喇叭阻抗變。所以此時是不是晶體機的7W比真空管的7W夠力?這就是很簡單的歐姆定律。

3/5a即是低效率又兼高阻抗 具恒阻特性的喇叭并不多,因此當(dāng)喇叭阻抗猛往下降時,管機就可能使不上力,所以管機后級推Dynaudio喇叭就不易發(fā)出好聲,因此時喇叭欲吃電流,但真空管卻是電壓組件,無法提供電流;可是換成LS-3/5a就不一樣了。

3/5a阻抗 | 晶體機功率 | 管機功率
───────────────────
15Ω--------------3.7W---------------7W
11Ω--------------5W-----------------7W
8Ω---------------7W------------------7W

7W的晶體機接上第一代3/5a就只剩3.7W,接第二代3/5a也不過是5W;可是管機就一直維持7W輸出。故遇到3/5a這對高阻抗喇叭時,管機的7W就比晶體機的7W來得夠力。因此就晶體機言,高阻抗喇叭較不好推。但為何3/5a的阻抗會高至11~15Ω?它采用的KEF T-27A高音單體及B-110A低音單體都是8Ω。這就是詭譎之處,依KEF單體規(guī)格設(shè)計分音器及音箱,不必訝異,你會發(fā)現(xiàn)LS-3/5a根本是錯誤的設(shè)計!

若是高阻抗再加上低效率,那這對喇叭鐵定難伺候,偏偏3/5a就有這種特性。因此有人用大power推它,但3/5a又吃不下大power,功率太高就容易將它的低音推到觸底─它的KEF低音單體沒啥動態(tài)。

現(xiàn)在我們來看看喇叭效率與擴大機功率的關(guān)系,比對的喇叭是LS-3/5a及Klipsch的Klipschorn,從下表就可看出低效率喇叭較難伺候。

Klipschorn │ LS-3/5a
────────────────────
104dB /1W---------------------------81dB /1W
107dB /2W---------------------------84dB /2W
110dB /4W---------------------------87dB /4W
113dB /8W---------------------------90dB /8W
116dB /16W--------------------------93dB /16W
119dB /32W--------------------------96dB /32W
122dB /64W--------------------------99dB /64W--?
125dB /128W--?--------------------102dB /128W--?

第一行104dB與81dB是兩款喇叭的標(biāo)稱效率,3/5a的99dB打個?號,代表3/5a根本無法承受64W連續(xù)輸入,因低音會觸底,50W連續(xù)輸入就已是最大值。而Klipschorn喇叭在1W輸入時,就得到104dB的音壓,這是LS-3/5a打破頭也無法做到的事。至于125W加個問號,那是原廠公布Klipschorn最高連續(xù)承受功100W,故當(dāng)128W連續(xù)輸入時,Klipschorn也會不了。由于Klipschorn的效率高達(dá)104dB,若擴大機的訊號雜音比不夠高,那不用轉(zhuǎn)音量旋鈕,喇叭就會發(fā)出惱人的嘶聲和哼聲。對于擴大機的殘留雜音及哼聲,高效率喇叭倒是具有明察秋毫的效用。

3/5a的效率到底是多少?本文假設(shè)它是81dB,記憶中好象也是。但1995年10月號Audio年鑒上,KEF 3/5a的效率注明是85dB,阻抗則仍維持11Ω。最令我大吃一驚的是:這對小喇叭竟然飆漲到US$1450一對!老天,KEF 3/5a有這種身價嗎?如果它有1450美金的音質(zhì),那我也毫不臉紅,傳輸線設(shè)計的DaLine一對賣2400美金!可惜賣到現(xiàn)在,DaLine喇叭已全數(shù)售罄。

不論有什么改進(jìn),3/5a的最高音壓卻仍不及Klipschorn的基本標(biāo)稱效率。再計算「標(biāo)稱效率」至「最高音壓」的范圍,3/5a大約是18dB,而Klipschorn大約是21dB。

這里透露著兩點,一是以300B單端每聲道7W管機推Klipschorn喇叭,它的表現(xiàn)絕對會比40W×2的晶體后級推3/5a喇叭來得輕松自在、有魄力。第二點則有賴大家共同研究,是不是高效率也同時代表高動態(tài)?

若果真如此,曹永坤先生就有先見之明。準(zhǔn)此原則,吾人當(dāng)選用高效率喇叭,這樣后級輸出功率不必動輒數(shù)百瓦。當(dāng)然,上百dB的高效率喇叭通常體型龐大,若是緊貼墻擺,又完全聽不出音場、深度。但以一般家庭聆聽音樂或觀賞AV用,效率似乎也應(yīng)在90dB以上。然而,低效率喇叭就代表低動態(tài)?很不幸,3/5a及本人的DaLine卻是明證。當(dāng)然ATC可能會不同意,ATC的SCM20為8Ω/83dB─效率比DaLine略高,但它的連續(xù)承受功率竟然是200Wrms,因此計算其最高音壓竟然高達(dá)106dB,絕非LS-3/5a或DaLine之輩能比。

晶體機驅(qū)動高阻抗喇叭會降低功率,但也有例外,McIntosh雖是晶體機,卻因為有輸出變壓器,故其輸出功率不會隨負(fù)載阻抗變動而變動。好在音響圈中特例不多,沒有輸出變壓器的真空管機不多見,有輸出output的晶體機也唯有McIntosh。而標(biāo)稱阻抗高過 8Ω的喇叭,這些年來也很少見。故現(xiàn)代管機的輸出變壓器,理應(yīng)只須要有4Ω及8Ω兩個繞組輸出。

應(yīng)選用高效率、高動態(tài)喇叭

接駁低效率低動態(tài)喇叭時,后級的輸出功率不能太低,以免推不動;但輸出功率又不能太高,以免喇叭受不了,故常兩難!傅托实蛣討B(tài)」六個字若不能理解,改成「低效率低最高音壓」八個字就比較明顯。

世上喇叭何其多,但在規(guī)格表上明確注明最高音壓者,卻不及百分之一。若有最高承受功率─是連續(xù)不是瞬間,就可從效率計算過來。例如效率86dB的某款喇叭,其連續(xù)承受功率160W,我們就可輕易計算出它的最高音壓是:108dB。利用工程型電算機按幾個鍵,160log×10=22,86+22=108(dB);而22dB大致就是此喇叭的動態(tài)。

動態(tài)范圍dynamic range之值以dB表示,數(shù)值愈高愈好。音響器材性能表中有動態(tài)范圍者,大概只有CD唱盤及影碟機;揚聲器廠商幾乎都不會注明此規(guī)格,以避免自曝其短。動態(tài)范圍可說是由最低到最高的變化、由最小到最大的變化,也由最弱到最強、由最暗到最亮的變化。音響器材動態(tài)愈大,就愈能表現(xiàn)由最弱音到最強音的變化。CD唱盤的動態(tài)甚少低于90dB,但揚聲器卻甚少高25dB。

這種直接比較合理嗎?當(dāng)然不正確,因CD唱盤的動態(tài)范圍是電壓倍數(shù)的變化,而喇叭的動態(tài)范圍是功率的計算。我們常說前級的十倍放大具有20dB的增益,但10W功率卻換算成10dBW,而不是20dBW,請看底下的說明。

都是dB值,功率的計算是:數(shù)值log×10,電壓、電流計算是:倍數(shù)log×20,因此100倍的電壓放大就是40dB。若某前級具14dB增益,它的放大倍數(shù)是多少?利用工程型電算機按幾個鍵:14(dB)÷20÷invlog=5(倍)。若是某效率86dB喇叭的最高輸出音壓是105dB,換算成最高承受功率就是:(105-86)÷10÷invlog=79.5W。而105-86=19(dB),就大約是它的動態(tài)。

分清楚電壓增益的dB與喇叭功率的dB,你就會明白為何Hi-End廠都反對將后級擴大機的輸出功率標(biāo)示成dBW。因50W是16.9dBW,而500W雖是超大power,但也僅是26.9dBW?雌饋硭坪50W與500W之輸出功率差不多,故廠商可能以「消費者不容易懂」做理由,一直反對標(biāo)示dBW。

若喇叭的最高音壓-效率即是它的動態(tài)范圍,那一般家用喇叭的動態(tài)有多少?不論是Avalon Asent、Thiel CS5i、B&W 801,都絕不超過25dB!往專業(yè)領(lǐng)域找,Rey Audio的RM-8V效率是100dB,最高音壓是130dB,有30dB動態(tài),30dB正好是1000W,亦即RM-8V可承受1000W。

日本Rey Audio還有音壓更高的RM-1800,其型號有兩個意義,一是采用兩只18吋低音單體,一是喇叭高度為1800mm。有一年「恰客與飛鳥」在大阪開演唱會,就用了4對RM-1800。

再思考一個問題:若兩對喇叭的阻抗與效率皆相同,用同一臺擴大機驅(qū)動,是否會得到相同的音壓?─數(shù)字通常是不會騙人的。

不會一樣,經(jīng)多年實際操作經(jīng)驗顯示,差異性極大。在無響室內(nèi)所測出的效率,不一定能含蓋低、中、高頻,因此同樣都是95dB/8Ω的兩對喇叭,其最低驅(qū)動功率(擴大機輸出功率),可能一是20W,一是50W。

但高效率喇叭也確實有其優(yōu)點,以102dB來說,那是指1W輸入;若是0.5W輸入,它也有99dB!就算是0.25W輸入,也高達(dá)97dB。以一般家聽音樂,很難有機會發(fā)出97dB的音壓,故7W輸出絕對夠用啦。

通常高效率喇叭的體型都比較大,其共同特點就是低頻不足,或是說:它們無法發(fā)出真正的低音。想測試它很簡單,用電影配樂CD一試便知。主要原因是單體的Fs不夠低,當(dāng)年它們須要的是:高效率、干凈的中低頻,又沒有電子合成器,故極低頻可以犧牲。若是早期的大型高效率喇叭,低頻散渙不說,喇叭貼著墻擺,左右相距又僅一米,應(yīng)該有的音場及深度,都會被遮蔽掉;基本上常是糊成一團,毫無透明感。

聆聽環(huán)境的背景噪音要低

理想揚聲器是高效率、高音壓,因為這樣才可以將音樂最低音到最高音的變化表現(xiàn)出來。不過要談動態(tài)范圍,那可千萬不能遺漏環(huán)境噪音這個重要因素。

聽音環(huán)境愈安靜愈佳,但除非是專業(yè)錄音室,一般經(jīng)過略為裝修的音響室,其背景噪音也都在35dB以上─這是指夜深人靜時的量測,大白天的情形更糟。而背景噪音之高低也與動態(tài)范圍有直接關(guān)聯(lián),噪音愈大,就愈需要喇叭發(fā)出高音壓以呈現(xiàn)樂曲的最弱音符。故聆聽環(huán)境的背景噪音及器材的殘留噪音絕對是愈低愈佳,就算是欣賞5.1聲道的AV,要求也是一樣。

由于背景噪音高,因此「聲音」要更大,才能聽到音樂的全部細(xì)節(jié)。但就算器材表現(xiàn)沒問題,高音壓也會帶來困擾,一是鄰居會向你抗議,二是對耳朵有可能造成傷害。在熱門迪士可舞廳,為了營造氣氛,也為了壓抑消費者的聲浪,它們的PA音響常開足馬力,音壓都超過120dB,長時間處于那種環(huán)境下,極有可能會對人耳造成傷害。

當(dāng)然居家不同舞廳,而家用音響因管機又回頭流行,不僅名管WE-300B重新生產(chǎn),JBL、Altec老喇叭也逐漸重回市場。不過這些號角喇叭雖效率頗高,但體型也都甚為碩大,一般家庭極不適合擺放。此外還有一個疑慮:這些喇叭的音質(zhì)與其效率成正比嗎?最近有好幾位讀者對我提到某中型進(jìn)口美國高效率喇叭,音質(zhì)甚為粗糙,雖然很好推,但不忍卒聽,只能用于AV。

小功率匹配高效率

為了避免浪費能源,及得到正確的搭配,我個人有兩點偉大的建議,但需要全球音響界認(rèn)同:一、效率低于90dB的喇叭,不準(zhǔn)制造、銷售、進(jìn)/出口,而且阻抗應(yīng)盡量維持8Ω;二、高過90W輸出─8Ω/ch─的后級/綜合擴大機,不論晶體管、真空管,也是不準(zhǔn)制造、銷售、進(jìn)出口(當(dāng)然,專業(yè)器材不受以上的限制)。

果真如此,則Dynaudio、VIFA、ETON…等著名喇叭廠,就會開發(fā)出不是號角型,而且體型又不很大的高效率喇叭。又因擴大機輸出功率降低,電源變壓器、濾波電容…都可減小,故材料成本、重量、體型及售價都可降低,這絕對是消費者、愛樂者之福。您說對嗎?

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