Hi Fi 基礎談 十:音量

Hi Fi 基礎談 十:音量
六月 02 10:44 2017

選擇揚聲器除了注意音質外,還要知道它的效率、最高承載力和最大音量。每個人對於揚聲器的需要不盡相同,如果你採用小功率擴音機,配搭的揚聲器必須要有較高的效率;若用大功率擴音機,則要特別注意揚聲器的承載力。這樣看來似乎選擇揚聲器很簡單,其實並不是這麼容易就能配到最理想的揚聲器,還有另一個問題更需要考慮,這就是揚聲器在未能聽出失真的情形下能夠產生多大的音量,更正確的說法是可以產生多少音壓(SPL),我們知道,如揚聲器和聆聽房間大小不變,當擴音機的推動功率增加時,揚聲器輸出的音壓也增加,究竟多麼高的音壓才適合我們的需要?這個問題應該根據幾點來決定,包括你喜歡聽甚麼音樂,平時常用多大的音量聆聽,你的房間面積,家人或鄰居能忍受的響度以及你能付出多少錢購買。

關於音壓的概念,一般人可能不大清楚,我們不妨舉例說明,在音樂廳中一隊交響樂團演奏所產生的最高音壓,在好座位上約可達到 100dB,如果坐在前幾排,甚至高達 110dB;當然這與音樂廳的大小和樂隊人數多少也有關。在家裡用 100dB(峯值)音壓重播音樂,已經是非常大的響度,相信上下左右鄰居都會抗議,其實通常重播音樂很少用到這樣高音壓,90 至 95dB 已相當充足,80dB 是聽起來很舒適的音量。有一點要知道,每減少 3dB 音壓,所需要的推動功率就減少一半,高 3dB 的差別實際上改變的響度有限,只有在大音量時才比較明顯。

有些人喜歡聽比現場演奏更大的音量來找尋刺激,例如在的士高中重播搖滾音樂的響度可能超過 110dB,甚至達到人耳聆聽忍受的限度 120dB。這樣高的音壓實際上已不是享受音樂,時常處於這種環境對耳朶機能十分危險,不能不注意。如果問用多少音壓聆聽音樂才是最好,這確實不能肯定答覆,因為每個人的需要不同。

效率低可用大功率補償

在室內用揚聲器所產生的音壓除了與擴音機推動功率有關之外,室內的吸音材料多少也有影響,在一間大屋子裡如有許多軟傢俬和大通道,就比在較少吸音料的小房間需要更大的推動功率才能產生相同的音壓。

與聲音響度有關的名詞除音壓外還要知道音響瓦(Acoustical Watts)。一個揚聲器產生的音響瓦等於將揚聲器的效率乘擴音機的推動功率,例如你的揚聲器效率為百分之一,擴音機推動功率用 10 瓦,所產生的音響瓦為 0.1,在一般客廳內相等於 97dB 音壓(以 1 米距離計算)。

音響瓦才是我們真正聽到的音量,它和音壓有一定的關係,當音壓增加 10dB,音響瓦也增加十倍。由於一般揚聲器的效率很低,擴音機輸出的電氣瓦雖然高,但一乘揚聲器的效率就只剩下微小的音響瓦數值,不過我們的耳朶對音響瓦的承受力亦有限。試想音響瓦在 0.02 時已有 90dB 音壓,這是我們平時所用的很大重播音量,當音響瓦提高十倍至 0.2 時,音壓增至 100dB,若音響瓦至 2 時,音壓已高達至 110dB。

今日揚聲器的效率變化很大,由百分之 0.1 至百分之 10 以上都有,大多數氣墊揚聲器的效率約由百分之 0.5 至 2。低音反射式揚聲器較高些,但不易超過百分之 5,最高效率的是號角式揚聲器,可以達到百分之 10 以上,這類揚聲器製造聲箱困難,而且體積較大,售價最昂,故不大流行,人們寧願用體積較小和價錢較低的氣墊式或低音反射式揚聲器,效率低並不成問題,目前擴音機的充沛功率足以補償。但,技術上,效率愈低的揚聲器所能提供的極限音壓也愈低。

一般揚聲器廠家很少公佈效率的百分數,因為這個數值太低恐防影響人們的心理,通常都用靈敏度的英文字是 Sensitivity,效率是 Efficiency,二者所表示的意義並不相同,但今日許多人卻將它們混為一談。揚聲器的靈敏度一般是以 1 瓦輸入,距離聲箱前面一米測得之音壓,由於測量時並沒有將揚聲器中軸以外的音壓一起量度計算,所以靈敏度和效率之間的關係非恆定,不過從揚聲器的靈敏度已可估計到效率高低。例如靈敏度 78dB 約等於 0.1% 的效率,88dB 等於 1%,98dB 已達 10%,由此類推可以看出當靈敏度增加 10dB,效率約增加十倍。

大音量重播易燒斷音圈

如果你的聆聽響度不需要超過 90dB 音壓,即使用效率很低的揚聲器配搭任何每邊輸出 15 瓦以上的擴音機都適合;如需要 100dB 音壓,你應該配中等功率擴音機或採用效率較高的揚聲器;若需要更高音壓,例如 110dB 以上,那就必須用大功率擴音機或效率最高的揚聲器。舉例來說,115dB 音壓時,每個揚聲器需要輸出 6.3 音響瓦,如果揚聲器的效率為 1%,每聲道就需要 630 瓦推動功率;若揚聲器效率為 2%,推動功率就減一半,但仍然要 315 瓦。如果你真用這樣大功率推動,首先要考慮揚聲器的承載力能否負荷。想獲得如此高音壓,最好是採用效率特別高的大型揚聲器。每個揚聲器的承載功率都有一個限度,超出這個限度就會產生大量失真甚至燒斷音圈,所以配搭揚聲器與擴音機時必須考慮到這一點。

揚聲器的承載力是與時間和頻率有關,在非常低的頻率範圍,輸入功率限度通常是由揚聲器的機械特性來決定,如果一個低音喇叭被驅動至音盆活動能力的極限,再超過時就會導致機械部分破裂或損壞,尤其是一些迷你揚聲器用大音量重播時最容易發生此問題,其他如訊號線地線接點鬆脫引起的噪音或擴音機本身出毛病引起直流輸入揚聲器都會造成同樣的機械損壞,幸而這樣情形很少發生,我們也可以用保險絲來防備。

由 200Hz 以上,輸入功率的限度一般是由溫度決定,多數揚聲器在短時間內都能承受很高的功率,在正常音樂中,峯態大功率輸入通常只是很短的一瞬間,所以不致引起音圈過熱,普通音樂在不同頻率中的功率分佈並不規則,大部分功率是在 500Hz 以下的範圍,超過這個頻率,功率已顯著減少。新設計的磁液冷卻單元,通常提高極限音壓 2 至 3dB。一般單元會在某一滿度輸入電平上不能再增強音壓,這電平數值其實是此單元的危險臨界點。

放大器功率愈大愈安全

有一點不可不知,就是用小功率擴音機並不安全,相反,在同樣大音量下,用大功率擴音機更少引起揚聲器損壞,當一部擴音機驅動至產生削波狀態時,諧波失真就會大量增加,而輸入揚聲器的功率進入高音喇叭的分量亦增加,採用小功率擴音機以大音量重播時很容易達到削波點,導致高音喇叭燒毀,但大功率擴音機就減少了這種危險。

從測試顯示,一部 25 瓦的擴音機所產生的 1KHz 正弦波波形在額定功率以內完全沒有可以見到的諧波失真能量,但用同一部擴音機使它輸出大量超過它的額定功率時,正弦波的波形就呈現嚴重削波狀態而近乎方波形狀。因此諧波失真大增以至重播音質不堪入耳,如果這樣的輸出訊號持續一段時間,很容易燒斷揚聲器高音喇叭音圈。

一般擴音機內均設有電子保護線路及保險絲,當輸出超過限度時,因電流增加而使保護線路生效,截斷輸出訊號,此外又防止直流輸出,因此使揚聲器獲得可靠的保護。不過有些小功率擴音機可能在保護線路生效之前已產生一種滿度輸出的電壓,只需很短時間就可以把高音喇叭音圈燒斷,同時對低音喇叭也有害。有些擴音機在輸出過荷時還會產生高頻振盪,這些都比音樂功率的削波失真更危險。

其實不論你採用功率大小的擴音機,只要平常不將高低音控制旋到最高和將音量開盡,很少會損壞揚聲器。如果再想安全些,還可以根據廠方和有經驗人士的推薦,替揚聲器加上保險絲,現在有幾款高級揚聲器內設電子保護線路,當輸入訊號電流過高時即自動截斷,待危險狀態消失時再自動回復正常工作,最講究的揚聲器更將每個單元都分別用電路保護,萬無一失,使你再不用擔心揚聲器過荷損壞。

(原文刊於 1987 年 2 月號《Hi Fi Review》,作者 雷明 先生)

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Hi Fi音響 (Hi Fi Review) 於 1986 年 4 月創刊,以月刊形式發行,至今逾 30 載。

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