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揚聲器（又稱音箱）是音響系統(tǒng)的喉舌，直接影響著還音的質(zhì)量，是音響系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分之一。
揚聲器的功率是把一種可聽范圍內(nèi)的音頻信號通過換能器（揚聲器單元）轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶銐蚵晧杭壍目陕犅曇�。怎樣才能更有鏟地完成這種轉(zhuǎn)換呢？首先必須了解聲音信號的屬性，其次要了解并熟悉揚聲器的主要技術(shù)特性，正確選擇好揚聲器。
聲音信號屬性主要是指人聲、樂聲以及各種音效。這些聲音信號都是一種隨機信號，其波形比較復(fù)雜，但屬人耳可聽聲音的頻率范圍（20Hz~20kHz），其中人聲的頻譜范圍約在150Hz~4kHz；各種音樂的頻譜范圍可達40Hz~18kHz。平均頻譜的能量分布為：低音和中低音部分最大，中高音部分其次，高音部分最�。s占中、低音部分能量的1/10，人聲的能量主要集中在200Hz到3.5kHz的頻率范圍）。這些可聞聲隨機信號幅度的峰值比它的平均值約大出10~15dB。因此，要能正確地重放出這些隨機信號，保證重放信號的音質(zhì)優(yōu)美動聽，揚聲器就必須具有寬廣的頻響特性、足夠的聲壓級和信號動態(tài)范圍，并具有高效率的電功率轉(zhuǎn)換成聲壓的靈敏度。
揚聲器系統(tǒng)具有不少與音色效果和使用場合直接相關(guān)的技術(shù)特生，要用好用活這些技術(shù)特性，我們必須對它們有一定的了解。
分頻系統(tǒng)
廣播、電影、電視、劇院、舞廳、會議廳、體育場所使用的揚聲器分頻系統(tǒng)，有（二路）二分頻、（三路）三分頻系統(tǒng)。音頻信號的頻寬從20Hz~20kHz，單用一種揚聲器單元是無法滿足整個頻段的頻率響應(yīng)的，換言之，要用一種揚聲器單元把20Hz~20kHz各頻率均勻重放是絕大不可能的。例如口徑為12英寸的揚聲器單元，低頻特性較好，失真不大，但1.5kHz以上的信號，其響應(yīng)能力就很差了。反之，2英寸口徑的揚聲器單元，重放3kHz以上的音頻信號響應(yīng)很好，卻無法重放中音和低音信號。于是必須由各種頻響特性單元組成的揚聲器系統(tǒng)去完成寬頻段音頻的重放任務(wù)。例如由低音、高音兩單元組成的二分頻揚聲器系統(tǒng)，由低音、中音和高音三種單元組成的三分頻揚聲器系統(tǒng)。二分頻揚聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，但中頻段的響應(yīng)不甚理想。為了解決中頻段的響應(yīng)，廠家采取折衷的辦法，把低音單元的頻響特性向上移，而又把高音單元的頻響特性向下移，分頻點想辦法設(shè)定在400Hz到1500Hz之間（圖1是高低頻單元頻響作向下、上移的結(jié)果）。分頻交叉點往往有下陷現(xiàn)象，實際應(yīng)用時可根據(jù)廠家提供的資料，在分頻交叉點部位使用均衡器根據(jù)實際需要進行提升。圖1交叉點在400Hz。
三分頻揚聲器系統(tǒng)各單元的頻響特性就不用折衷了，可充分發(fā)揮它們各自的長處，兩個分頻的交叉點是選在中音人聲和樂聲頻譜重要部分的上、下邊緣處，這對聲音質(zhì)量沒有任何影響。交叉點的下陷現(xiàn)象可以通過調(diào)整均衡器得到解決。二分頻、三分頻揚聲器系統(tǒng)被廣播、電影、電視、音樂廳、歌劇院、會議廳、體育場館廣泛使用。
三分頻揚聲器的特點是失真小、清晰度高，低音和高音間交叉點頻段性能好，頻響頻帶寬，揚聲器系統(tǒng)的功率處理能力好，揚聲器系統(tǒng)不容易損壞。
揚聲器單元是一種電信號與聲音之間的換能器。揚聲器系統(tǒng)的“靈敏度”實質(zhì)上是一種“轉(zhuǎn)換效率”的體現(xiàn)，如何以相對較小的輸入功率轉(zhuǎn)換成很響亮的聲音，取決于揚聲器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率高低，亦即由揚聲器系統(tǒng)的靈敏度高低而定。由于設(shè)計技術(shù)、選用材料、生產(chǎn)技能和生產(chǎn)工藝等諸多方面的差異，靈敏度的差異是很大的。
揚聲器的靈敏度是指供給揚聲器單元1W的電功率，在揚聲器軸線方向離開1m處所測得的聲壓級大小。靈敏度高的揚聲器可超過100dB以上。一般是靈敏度高的揚聲器在同等條件發(fā)出的聲音大，如果甲乙兩揚聲器的靈敏度相差3dB聲壓級，那么要達到同等的聲壓級輸出，就要靈敏度低的揚聲器增加一倍的電功率輸入，或減少靈敏度高的揚聲器一倍的電功率輸入。人們可能會關(guān)心兩個相同聲壓級的揚聲器放在一起，它們合成的聲壓級是多少？我們設(shè)定聲壓級同是80dB的兩個聲音同時在一起出現(xiàn)（80dB相當于大聲說話時離發(fā)聲體1m處的聲壓級）。它的合成聲壓級不是160dB，這會大大地超出了人耳所能忍受的120dB限度。那么應(yīng)該是多少dB呢？這可以用聲音的能量疊加按對數(shù)運算規(guī)律來算出其結(jié)果：
因為總聲壓級Lp=10Lgn+20Lp Pe/P0（dB）。
在這里，我們設(shè)定的是聲壓級同是80dB的兩個聲音同時在一起出現(xiàn)，所以上等式中n=2，20Lg Pe/P0=80dB。
所以總聲壓級為
Lp=10Lgn+20Lg Pe/P0
=10Lg2+20LgPe/P0
=3+80=83(dB)
同理，若我們設(shè)定的是聲壓級同是80dB的三個聲音同時在一起出現(xiàn)，那么等式中的n=3，20Lg Pe/P0=80dB，總聲壓級則為
Lp=10Lgn+20LgPe/P0
=10Lg3+20 Lg Pe/P0
=4.77+80=84.77(dB)
音響工程往往會遇到這樣的事例：
一只靈敏度為99dB的音箱，單價2萬元，另一只是90dB，單價只5000元，靈敏度為99dB的音箱，雖然單價高，但轉(zhuǎn)換效率高，響度大，要8只90dB靈敏度的音箱的總聲壓才有99dB的響度，那么5000×8=4（萬元），加上8臺功率放大器的成本就遠遠超出2萬元了，所以一般是選用音箱靈敏度高的較為合算。下面列出一組音箱數(shù)和合成聲壓級，供參考：
音箱數(shù) 1只 2只 4只 8只 16只
SPL（合成聲壓數(shù)） 90dB 93dB 96dB 99dB 102dB
實際應(yīng)用中，揚聲器系統(tǒng)的輸入功率都遠遠大于1W，一般從50W到2000W或更大一些，因此工作時都可以輸入這個最大的允許電功率（一般以揚聲器最大承受功率的1.5倍為最佳）。以額定最大功率輸入揚聲器，在揚聲器軸向1m處產(chǎn)生的聲壓級稱為最大聲壓級SPL max。例如：靈敏度=100dB，1W/1m的揚聲器，若最大功率承受能力為1200W，那么它的最大聲壓級SPL max=100+30.8=130.8（dB）。工作時千萬不要追求低音的力度而滿功率工作，最理想是80%的功率輸出，音響工程可增加超低音的揚聲器去加強低頻特別是鼓樂器聲音的力度。而廣播、電視、電影的專業(yè)監(jiān)聽一般使用有高、中、低（低音音箱紙盤15英寸）三分頻的音箱，其音頻段的頻響效果已經(jīng)很好了。
揚聲器系統(tǒng)的功率處理能力和功率壓縮
揚聲器系統(tǒng)的功率處理能力代表揚聲器承受長期連續(xù)安全工作的功率輸入能力，也稱揚聲器的額定輸入功率。了解揚聲器的功率處理能力，必須懂得揚聲器驅(qū)動器是如何被損壞的，驅(qū)動器的損壞模式有兩種：一種是音圈過熱損壞（音圈燒毀、過熱變形、圈間擊穿短路等），另一種是驅(qū)動器的振膜或周圍的彈性部件損壞。這主要發(fā)生在經(jīng)常性的滿負荷工作和大振幅的低頻信號，而對于高音喇叭則主要是因為發(fā)生強大的正反饋信號。所以100%的功率輸出和功放功率幾倍于揚聲器最大承受功率，揚聲器的音圈很容易被燒壞，揚聲器的錐形振膜很容易被損壞。
平常所說的聲音信號不是一種純正弦波信號，而是一種隨機信號。隨機信號可以用平均值、有效值（均方根植）、峰值三個參數(shù)表示。有效值比較接近平均值，信號的發(fā)熱能量基本由它確定，對于正弦波信號，峰值電平大于有效電平3dB，而對于音樂信號，峰值電平可超出有效值平達10~15dB，峰值是信號達到的最大電平，有時用峰值因子來說明峰電平與有效值電平的比率，如果峰值因子為6dB，即峰值電平是有效值電平的4倍。例如音箱指標有一項標寫按AES或IEC，額定輸入功率600W，峰值為2400W，輸入1200W，峰值為4800W，額定輸入功率75W，250W，峰值為300W，1000W，都是4倍6dB的關(guān)系。
所謂揚聲器的功率壓縮，也就是揚聲器加載（受熱）后的聲壓級下降性能。所有產(chǎn)品的標稱功率都是音箱廠家選定的測試信號和測試條件下測試的最佳值。實際上，當揚聲器進入了工作狀態(tài)（等于或大于滿功率20秒之后），音圈和磁體受熱升溫，它們的性能下降且改變了受熱前單元的原有特性，這時候的實際聲壓級輸出就會減少。一般情況下，揚聲器音圈如受熱升溫60℃~80℃，額定聲壓級下降3dB為容限，如音圈散熱效果十分優(yōu)異，耐溫100℃以上，實際的聲壓級則下降6~8dB。如按前所介紹，加一倍數(shù)量音箱，才提升3dB聲壓級，6dB需要4只音箱，8dB將加8只音箱，如果廠家沒有標明下降的聲壓級，那么我們就要認真去選購各廠家的音箱了。在沒有辦法的情況下，使用時我們要考慮揚聲器的良好的通風(fēng)散熱條件，特別是廣播、電影、電視使用的監(jiān)聽系統(tǒng)，要注意保持其優(yōu)質(zhì)的技術(shù)性能，保證聲音質(zhì)量的完美。
揚聲器系統(tǒng)的指向特性
揚聲器系統(tǒng)的指向特性是很重要的一項技術(shù)指標。對于廣播、電影、電視的錄音、監(jiān)聽系統(tǒng)，由于控制室的聲學(xué)設(shè)計條件好，應(yīng)用面積（監(jiān)聽覆蓋面積）不是很大，因而揚聲器系統(tǒng)的配置變化不大，指向特性的要求顯得不突出，但作為影劇院、大會議廳、體育場館這些音響工程系統(tǒng)，由于聲音的覆蓋面積很大，揚聲器系統(tǒng)的指向特性指標就顯得十分重要了。
揚聲器的指向特性是指揚聲器向空間各方向發(fā)聲的聲壓分布狀況。一般來說，揚聲器發(fā)聲總是有一定的指向性的，而且隨頻率的變化會有很大的變化，通常在低頻段（低于200Hz）的聲音是無方向性的，而在高頻段，聲音的傳播則呈較強的方向性，其余在各方面均勻傳播。
揚聲器的指向性還可以用輻射的聲束狹窄程度來衡量，聲束越窄，輻射角越小。輻射角或聲束寬度，是指在指向性圖案中聲壓級與主軸—3dB（有些標準—6dB，標寫—3dB是按功率計算的，而標寫—6dB是以聲壓級計算的）的角度，如圖3。
圖3偏離軸方向的聲壓級隨偏角的增大而逐步減少。雖然揚聲器的指向特性使偏離軸向的聲壓級隨偏角的增大而逐漸減少，但同時聲壓級又會隨聲波傳播距離的增加而按距離的平方成反比地衰減：
增加1倍衰減3dB
增加2倍衰減6dB
增加3倍衰減9.5dB
增加10倍衰減20dB
然而角度雖然偏離了主軸而使聲壓級減少，但同時隨偏離角度的增加而指向點又漸近了聲源，因而聲壓級反而不是衰減而是增加了。實際音響工程如能較好地把兩種衰減選擇得當就可使它們互相補償，從而使聲音輻射得更為均勻。
揚聲器的輻射角與其紙盆直徑D及聲音的波長λ有很大的關(guān)系，下表是揚聲紙盆的直徑D和聲音的波長比（D/λ）與輻射角的關(guān)系。
有些資料，還列出了3D/λ的比值與輻射角的關(guān)系。
圖4是揚聲器紙盆的輻射角與有效直徑和波長（D/λ）的關(guān)系，由此，我們可以得出以下幾點簡單的結(jié)論：
1、揚聲器的指向笥隨頻率變化而變化，頻率越高，波長越短，紙盆有效直徑與波長比值（D/λ）越大；揚聲器的輻射角越小，指向性就越強，輻射范圍就越窄。
2、揚聲器在各頻率下的輻射角大小，由揚聲器的紙盒決定，不能任意改變。
3、在相同頻率時，直徑大的揚聲器要比直徑小的揚聲器更具指向性，因為D/λ的比值越大，輻射角越小，聲束變得尖銳而狹窄，如表：同是5000Hz的頻率，以12英寸揚聲器和4寸揚聲器放音，5000Hz的D/λ比為4.35（12英寸），輻射角只有180；而4英寸揚聲器5000Hz的D/λ比為1.5，輻射角有500。這說明小口徑揚聲器適宜重放高音；一般口徑揚聲器適宜重放中高、中低音；大口徑的揚聲器適宜重放低音和超低音。不管是廣播、電影、電視的錄播監(jiān)聽還是劇院、會議廳、體育場的擴聲，我們都應(yīng)盡可能這樣去考慮。
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文章來源：音響技術(shù)
