揚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

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

▲公式1和2：電壓，電流和電阻的功率計算

第一個需要知道電壓和阻抗（簡化為等效電阻）。第二個需要知道電壓和電流。
 

▲ 圖1 揚聲器的阻抗圖

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

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。

哪個阻抗應該用來計算額定功率?

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，我們用一個電流分流器來測量Emax的實際電流。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。根據歐姆定律(I = E/R)，電流是1.9A。功率使用第二個方程計算是40W。

▲ 圖2為Emax和Eshunt的時域圖(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:

1.將阻抗曲線簡化成“一個數字”。

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

電壓——公用數值

注意，功率計算方法的公用數值是Emax。它是精確測量的，無可爭議。一個揚聲器的額定功率只有在Emax可以計算的時候才有用(公式2)。標示最大功率會產生來自市場的壓力，發布保守的功率也同樣是有代價的。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從額定功率中計算Emax。

1 情景

制造商使用Zmin來計算額定功率(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值計算Emax，將得到27Vrms。這將超過揚聲器的熱限值，可能造成損壞。

2 情景

用Znom計算額定功率(72W)。功率放大器GUI實時監控放大器的輸出功率。終端用戶將揚聲器驅動到72W。27Vrms將會通過揚聲器，再次超過了Emax。

3 情景

揚聲器的Emax是20Vrms。如果有必要把揚聲器驅動到這個RMS電壓，需要一個更大的放大器。12 dB是一個合理的峰值空間，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聲器，因為使用高度壓縮的信號，其輸出電壓很容易超過20 Vrms。

為了讓客戶購買合適的功放，制造商給揚聲器標示的額定功率為200W，并建議他們購買兩倍大小的放大器？自然而然，這就產生了上面3的最終結果。考慮到揚聲器的額定功率為200 W連續，用戶會燒掉揚聲器。

4 情景

除額定功率外，制造商還應標示出Emax。在情景3的基礎上，技術人員在功放中配置一個RMS限幅器，使其低于此值。可達到最大聲壓級，且揚聲器沒有危險。

結 論

本研究中的揚聲器處理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生變化，所以得到的額定功率也不確定。

終端用戶的錯誤假設很容易導致揚聲器損壞。
除了用于揚聲器的銷售，標注的揚聲器額定功率幾乎沒有實際用途。說一個揚聲器可以“處理” *W或功放可以輸出*W是非常危險的表述語言。有意義的揚聲器額定功率要確定Emax，可以很容易地對其進行監控來保護揚聲器。因為它的峰值空間要求也能幫助選擇適當的功放來驅動揚聲器。

功放或揚聲器的額定功率是表示產品性能特征的簡明方式。兩者都涉及電壓，電流，阻抗和時間。功率公式能讓這些參數簡潔地表達為某個瓦數值。只要提供足夠的信息可以反向進行數學運算，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，結果是功率標示影響了用戶的購買判斷。我們將努力推行良好的工程實踐標準，為音頻產品更好的匹配功放，同時做好保護工作。