論喇叭的驅動原理(上)－turboman206的部落格

筆者最近設計的陶瓷覆層單體利用大音圈的設計、承受功率以及SPL都相當優異!

老漢推車!?八駿齊驅!?

論喇叭的驅動原理(上)

多年前，當筆者還是雜誌社小編輯時，曾聽台灣某位知名汽車音響編輯說法國某家的喇叭原廠公佈的效率極高，所以不用太大的功率就可以推的好聽，但在爾後的採訪裡面，總覺得這組法國名廠的喇叭搭配小瓦數功放所發出的音樂都怪怪的，尤其是歌劇中男高音好似感冒了？鼻音非常重！這一切的答案在都是在筆者從事喇叭設計相關行業之後才一一解開，原來很多人都中了原廠公佈規格上的陷阱!筆者將為您探討有關於喇叭驅動的原理!!

許多廠家會在SPL部分標示2.83V/ 1m的規格，如果單體為四歐姆的情況下，請記得扣3dB後為真實效率！

揚聲器的規格密碼

表面上來看，91dB靈敏度的揚聲器可能比 87dB靈敏度來得好推。但是實際上如何還要在看他的測試條件如何才有辦法做定論，眾所皆知喇叭的效率是用dB值表示，但很多人並不知道測試時必須與阻抗有關聯。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。例如國際正常的測試法規為1米1W，但 8Ω喇叭1W時輸入的電壓為2.83V，而4Ω喇叭卻是2V輸入電壓。因此效率相同、阻抗不同的兩對喇叭，接上同一台晶體後級也必定會有不同的聲音表現。

功放的輸出會經過分音器而略有衰減，而衰減的多少就必須看分頻網路的用料與分音階數!!

而有些原廠公佈的SPL測試數據後面的都會多個2.83V的字樣，很多人都會搞不清楚怎們一回事?就如筆者上述所說國際認同的測試法規為1米1W，但有些單體廠為了讓自己的產品在規格上好看，因此使用了自己的測試法規，利用兩倍功率2W的2.83V的電壓輸入單體之中，這樣單體由於多了一倍功率的加持，因此顯示出來的SPL數據會多出3db。而有良心的廠商多數都會把SPL是於2.83V的測試狀態下寫明於規格表，但其實這有點像鑽法律漏洞一樣，反正看的懂得也沒幾人，只要有標示就代表他沒騙你，所以以後記得單體規格書上如果SPL有出現2.83V的字樣，就記得自己扣3db起來，這樣才是你通常看到的真實效率!!

此外世界各大單體製造廠鮮少於規格表上註明最高音壓，使得消費者完全不能理解其單體所能製作出來的最大SPL能有多少。而最高音壓這個數值是如何計算出來的呢??如果單體廠有公布正確的最大連續承受功率(RMS)與單體效率我們就可以透過公式換算出來，如效率85dB的某型號單體，其原廠公佈的RMS為150W，利用工程型電算機套入公式計算，先將150W的數值代入log函數後乘以10取得21.7的數值，這個數值我們稱為這顆單體的動態範圍，再將原廠公佈的效率85加上動態範圍21.7就可以獲得這顆單體最大音壓約在106.7(dB)；而正常我們安裝在車上的單體都有兩顆，兩個單體在作動時，某些頻段地波形會重疊，在物理學上產生這種現象，SPL最高會向上提升6db，因此這顆單體安裝在車上之後理論上將會發出109.7dB最大音壓。因此在選購時可以先計算一下，看看是否自己準備搭配的需求。

前級的動態範圍可透過數位式示波器來測試，圖表一覽無疑!!

動態範圍的重要性

動態範圍(dynamic range)指的是動態範圍而信號最強的部分與最微弱部分之間的電平差。對器材來說，動態範圍表示這件器材對強弱信號的兼顧處理能力。在音響設備當中，動態範圍和響度有關，即最小的響度到最大不失真的響度這段區域的範圍。我們常聽的CD是16位的，它能產生65536級SPL變化，這是理論極限。16位採樣的前提下，動態範圍是不可能超越0-65536的範圍的。動態範圍的數值以dB來表示，理論上這個數值在音響規格上愈高愈好。或許以學理上有點難懂，直接表示也就是說動態範圍決定了器材所發出聲音由最低到最高、最小到最大、最弱到最強、最暗到最亮的變化。音響器材動態愈大，就愈能表現由最弱音到最強音的變化，能表現出一種大氣勢和大落差，更容易帶來“波瀾壯闊”的層次變化。

喇叭的設計的好壞與動態範圍、輸出功率與SPL息息相關。

而規格表中會標示動態範圍的器材，多數都是前級的系統，如主機或EQ之類的器材；單體廠商幾乎都不會註明這個規格，以避免造成爭議。CD唱盤的動態甚少低於90dB，但汽車常用的6.5吋單體除非是超大音圈的設計不然甚少高於20dB。不過直接比較是相當不合理的，因CD主機的動態範圍是以電壓倍數的來變化，而喇叭的動態範圍則是功率的計算。理論上前級的十倍放大可具有20dB的增益，但單體10W功率卻換算成10dBW，而不是20dBW，原因可利用下述公式作個說明。

喇叭的計算公式如前所述為數值log×10，但電壓、電流計算公式則是倍數的log函數乘以20，因此假設現在某前級器材有50倍的電壓放大，利用公式50log×20就可以得知這組前級的動態範圍為33.9dB。反過來說若以得知前級的動態範圍我們也可以得出其原本的放大倍數，例如得知動態範圍為20dB增益，那們利用公式反轉將20(dB)÷20÷inv log＝10倍(想計算者需使用工程計算機)。而喇叭的部份也能夠相同利用功是反轉，現假設以得知88dB喇叭的最高輸出音壓是110dB，換算成最高承受功率就是:(110-88)÷10÷inv log=158.4W。是不是非常簡單呢，這樣你再選購時又多了一個參數可以做考慮！

規格表中會標示動態範圍的器材，多數都是前級的系統，如主機或EQ之類的器材。

經過筆者解釋之後讀者應該可以清楚分辨所謂的電壓增益與喇叭功率的動態範圍差異，筆者在此順便一提，為何許多廠家都未將後級功放的功率輸出標為dBW??筆者認為因除了還要讓消費者辛苦換算之外(且還要了解的人才有辦法換算)，帳面數字也比較好看，假設今天有個功放標示再四歐姆時500W與另一個標示27dBW，你會選擇哪個??但如果告訴你兩者的功率可能相差無幾我想您也不會相信!!