揚(yáng)聲器和功放怎么匹配？除了看功率和阻抗，還要注意什么呢？

研 究 過 程

我們先假設(shè)最大輸入電壓Emax為20 Vrms (IEC噪聲)，持續(xù)3分鐘。有兩個(gè)公式可以確定額定功率數(shù)值。

▲公式1和2：電壓，電流和電阻的功率計(jì)算

第一個(gè)需要知道電壓和阻抗（簡化為等效電阻）。第二個(gè)需要知道電壓和電流。

▲ 圖1 揚(yáng)聲器的阻抗圖

圖1上圖表顯示了揚(yáng)聲器的阻抗曲線(Z)。下圖顯示的是普通揚(yáng)聲器中標(biāo)示的1/3- oct平均值。阻抗的值是多少?有三個(gè)可能。

最小阻抗(Zmin)為4.4Ω，位于157Hz。

額定阻抗(Znom)為5.5Ω。即Zmin乘以1.25。

平均阻抗(Zavg)為10.2Ω。

哪個(gè)阻抗應(yīng)該用來計(jì)算額定功率?

使用Zmin的額定功率是91W。

使用Znom額定功率為72W。

使用Zavg的額定功率是40W。

基于電流曲線得到的功率。

接下來，我們用一個(gè)電流分流器來測量Emax的實(shí)際電流。圖2顯示了在Emax下測量的功放輸出電壓(20 Vrms)和電流分流器的電壓(194 mV)。分流器電阻為0.1Ω。根據(jù)歐姆定律(I = E/R)，電流是1.9A。功率使用第二個(gè)方程計(jì)算是40W。

▲ 圖2為Emax和Eshunt的時(shí)域圖(180秒中取了10秒)

也就是說，對于寬帶信號，功放能看到負(fù)載的平均阻抗。對于窄帶信號，如正弦波，功放可以看到阻抗曲線上的任何值。因此Z值的作用有兩個(gè):

1.將阻抗曲線簡化成“一個(gè)數(shù)字”。

2.防止制造商夸大揚(yáng)聲器的阻抗。如果一個(gè)4Ω揚(yáng)聲器的額定阻抗標(biāo)注為8Ω，用戶可能會用一個(gè)功放通道推兩只音箱。

電壓——公用數(shù)值

注意，功率計(jì)算方法的公用數(shù)值是Emax。它是精確測量的，無可爭議。一個(gè)揚(yáng)聲器的額定功率只有在Emax可以計(jì)算的時(shí)候才有用(公式2)。標(biāo)示最大功率會產(chǎn)生來自市場的壓力，發(fā)布保守的功率也同樣是有代價(jià)的。這些可能會給終端用戶帶來一些問題。比如下面一些場景。

通過公式2從額定功率中計(jì)算Emax。

1 情景

制造商使用Zmin來計(jì)算額定功率(91W)并采用最接近的阻抗通用值(8Ω)。如果終端用戶通過這兩個(gè)值計(jì)算Emax，將得到27Vrms。這將超過揚(yáng)聲器的熱限值，可能造成損壞。

2 情景

用Znom計(jì)算額定功率(72W)。功率放大器GUI實(shí)時(shí)監(jiān)控放大器的輸出功率。終端用戶將揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)到72W。27Vrms將會通過揚(yáng)聲器，再次超過了Emax。

3 情景

揚(yáng)聲器的Emax是20Vrms。如果有必要把揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)到這個(gè)RMS電壓，需要一個(gè)更大的放大器。12 dB是一個(gè)合理的峰值空間，這意味著放大器需要能夠通過80Vrms的信號峰值。這樣功放的一個(gè)正弦或脈沖測試功率會有將近400W @ 8 Ω。具有這種額定功率值的功放將摧毀揚(yáng)聲器，因?yàn)槭褂酶叨葔嚎s的信號，其輸出電壓很容易超過20 Vrms。

為了讓客戶購買合適的功放，制造商給揚(yáng)聲器標(biāo)示的額定功率為200W，并建議他們購買兩倍大小的放大器？自然而然，這就產(chǎn)生了上面3的最終結(jié)果�？紤]到揚(yáng)聲器的額定功率為200 W連續(xù)，用戶會燒掉揚(yáng)聲器。

4 情景

除額定功率外，制造商還應(yīng)標(biāo)示出Emax。在情景3的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員在功放中配置一個(gè)RMS限幅器，使其低于此值�？蛇_(dá)到最大聲壓級，且揚(yáng)聲器沒有危險(xiǎn)。

結(jié) 論

本研究中的揚(yáng)聲器處理20 Vrms的IEC噪音3分鐘。無論額定功率如何，Emax都是20 Vrms。將Emax轉(zhuǎn)換為功率需要使用阻抗值。由于阻抗并非完全固定，會在溫度等因素作用下產(chǎn)生變化，所以得到的額定功率也不確定。

終端用戶的錯(cuò)誤假設(shè)很容易導(dǎo)致?lián)P聲器損壞。
除了用于揚(yáng)聲器的銷售，標(biāo)注的揚(yáng)聲器額定功率幾乎沒有實(shí)際用途。說一個(gè)揚(yáng)聲器可以“處理” *W或功放可以輸出*W是非常危險(xiǎn)的表述語言。有意義的揚(yáng)聲器額定功率要確定Emax，可以很容易地對其進(jìn)行監(jiān)控來保護(hù)揚(yáng)聲器。因?yàn)樗姆逯悼臻g要求也能幫助選擇適當(dāng)?shù)墓Ψ艁眚?qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

功放或揚(yáng)聲器的額定功率是表示產(chǎn)品性能特征的簡明方式。兩者都涉及電壓，電流，阻抗和時(shí)間。功率公式能讓這些參數(shù)簡潔地表達(dá)為某個(gè)瓦數(shù)值。只要提供足夠的信息可以反向進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，以從額定值中獲取原始電壓，電流和阻抗值。但很少有廠商會這樣做，結(jié)果是功率標(biāo)示影響了用戶的購買判斷。我們將努力推行良好的工程實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)，為音頻產(chǎn)品更好的匹配功放，同時(shí)做好保護(hù)工作。