凌氏音响工作室

标题: 转扬声器的效率、阻抗与动态作者梁中锷 [打印本页]

作者: 青竹戴雨 时间: 2014-7-25 16:07
标题: 转扬声器的效率、阻抗与动态作者梁中锷
本帖最后由青竹戴雨于 2014-7-25 16:09 编辑

经由十余年来多次的接触，我发现消费者在选购扬声器时，常会询问：它的效率是多少？阻抗是多少？但却鲜有人问：它的最高音压是多少？音响史上确实有几款著名喇叭以低效率闻名，例如Rogers的LS-3/5a及AR-3a。
二十年前，当我还是杂志社小编辑时，曾亲眼所见，音响名师林宜胜先生，谈到3/5a时，脸上竟泛起一阵神光说：它的效率其低！但当日在板桥陈正修先生(音响闻人，早已移民旧金山)家里，有三对小喇叭的试听比较，3/5a上阵还不到五分钟，就被另外一位音响闻人高真民先生一阵xxx给开骂、炮轰了下来！
更早之前，那时只有LP没有CD，我到上扬唱片公司买唱片。在挑选唱片时，觉得背景音乐怪怪的，男高音Domingo怎么感冒了？鼻音这么重！问清楚后，才知一切都是「闷葫芦」3/5a搞的鬼─当时Rogers喇叭是由上扬公司进口销售。
我对3/5a的恶感就是这样而来，没想到全球闻名的BBC-3/5a，竟然是个「闷」葫芦。等到试作DaLine后，才知BBC 并未将KEF单体性能发挥极致，LS-3/5a的好处只是体型小、售价低，难怪有人会卖了3/5a换用我的DaLine传输线喇叭。道理很简单，依3/5a低音单体B-110之规格计算，根本不能装在那么小的音箱里！这点有必要说明，其实英国BBC并非不会设计喇叭，而是为了携带方便，不得不将喇叭音箱设计得很小，这是没办法的妥协。当初BBC是想设计出比例为十分之一的喇叭，这样测试的方法比较简单，也比较便宜，于是就诞生了LS-3/5a。低效率喇叭确实曾风光过，但CD开始逐渐流行后，就有人对低效率喇叭抱着怀疑态度，名乐评家、莹升公司负责人曹永坤先生，就曾经说过CD的高动态会自然淘汰低效率喇叭。
晶体管机的瓦＝真空管机的瓦
经过20年，CD系统已渐趋成熟，但低效率喇叭依然存在于市场，而且低效率＝高音质的观念好像并未动摇；直到最近这几年才有了些许改变。真空管又回头了，老厂新厂纷纷出笼，但管机后级的输出功率普遍比晶体机低。有音质至上，非WE300B不用，而且还只要单端不要推挽。300B做单端只有7至8w左右的输出，7W能推什么喇叭？当然，也有人用不到10W的管机后级推ATC喇叭─那是有声音，却无法呈现ATC应有的动态。古早时代的Altec、JBL、EV…等大型落地式喇叭都是高效率，因为它们的亲蜜伙伴就是管机。所以当管机推Altec A7「剧院之声」时，气势就大大的不同，有谁能说管机后级没啥动态？
Watt就是Watt、瓦就是瓦，所以管机的7W差不多完全等于晶体机的7W─差异性是管机有输出变压器，输出功率较不易随负载阻抗变化而改变。因此若有人说管机的7W比晶体机的7W够力，那是无稽之谈，因为事实的真相是：晶体管机的7W，大多时候会比真空管机的7W够力，绝不骗你。有两个特例，一是 OTL无输出变压器管机后级，另一就是著名的LS-3/5a小喇叭。
喇叭的效率是用dB值表示，但与阻抗有关联。故效率完全相同，但阻抗不同的两对喇叭，其需求电压也不相同。因为8Ω喇叭的1W是输入2.83V电压，而4Ω喇叭的1W是2V输入电压。因此效率相同、阻抗不同的两对喇叭，接上同一台晶体后级也必定会有不同的声音表现。
扩大机输出功率︳ 8Ω负载︳ 4Ω负载
1W ----------------------2.83V----------2V
2W ----------------------4V--------------2.83V
3W ----------------------4.9V-----------3.47V
4W-----------------------5.66V---------4V
10W---------------------8.95V---------6.33V
4Ω喇叭的需求电压虽然比8Ω低，但需求电流却比较高，以4W输出为例，8Ω喇叭是0.7A，而4Ω喇叭则吃1A电流，因此大家都说低阻抗喇叭比较难推。
dB是分贝，它的计算式会因功率或电压、电流之倍数会有所不同，喇叭的效率是以功率计算。我们现在以阻抗变化甚大的某喇叭为例，说明大多数情况下，7W的晶体机的比7W的真空管机来得有力─重点就是低抗时的电流。
喇叭阻抗 │晶体管机功率 │ 真空管机功率
8Ω--------------------7W------------------7W
4Ω--------------------14W-----------------7W
2Ω--------------------28W-----------------7W
只要驱动电流够，晶体机的输出功率会随着喇叭阻抗的降低而提升，故不只是7W而已。但管机有输出变压器交连，功率不随喇叭阻抗变动。所以此时是不是晶体机的7W比真空管的7W够力？这就是最简单的奥姆定律。

作者: 青竹戴雨 时间: 2014-7-25 16:08
本帖最后由青竹戴雨于 2014-7-25 16:10 编辑

3/5a既是低效率又兼高阻抗
具恒阻特性的喇叭并不多，因此当喇叭阻抗猛往下降时，管机就可能使不上力，所以管机后级推Dynaudio喇叭比较不容易发出好声，因此时喇叭欲吃电流，但真空管却是电压组件，无法提供电流；可是换成LS-3/5a就不一样了。
3/5a阻抗｜晶体机功率｜管机功率
15Ω-----------3.7W--------------- 7W
11Ω-----------5W----------------- 7W
8Ω------------7W----------------- 7W
7W的晶体机接上第一代3/5a就只剩大约3.7W，接第二代3/5a也不过是5W；可是管机就一直维持7W输出。故遇到3/5a这对高阻抗喇叭时，管机的7W就比晶体机的7W来得够力。因此就晶体机言，高阻抗喇叭较不好推。但为何3/5a的阻抗会高至11~15Ω？它采用的KEF T-27A高音单体及B-110A低音单体都是8Ω。这就是诡谲之处，依KEF单体规格设计分音器及音箱，不必讶异，你会发现LS-3/5a根本是错误的设计！
若是高阻抗再加上低效率，那这对喇叭铁定难伺候，偏偏3/5a就有这种特性。因此有人用大power推它，但3/5a又吃不下大power，功率太高就容易将它的低音推到触底─它的KEF低音单体没啥动态。现在我们来看看喇叭效率与扩大机功率的关系，比对的喇叭是LS-3/5a及Klipsch的Klipschorn，从下表就可看出低效率喇叭较难伺候。
Klipschorn大喇叭 LS-3/5a小喇叭
104dB /1W-----------------81dB /1W
107dB /2W-----------------84dB /2W
110dB /4W-----------------87dB /4W
113dB /8W-----------------90dB /8W
116dB /16W----------------93dB /16W
119dB /32W----------------96dB /32W
122dB /64W----------------99dB /64W--？
125dB /128W--？-----------102dB /128W--？
第一行104dB与81dB是两款喇叭的标称效率，3/5a的99dB打个？号，代表3/5a根本无法承受64W连续输入，因低音会触底，50W连续输入就已是最大值。而Klipschorn喇叭在1W输入时，就得到104dB的音压，这是LS-3/5a打破头也无法做到的事。至于125W加个问号，那是原厂公布Klipschorn最高连续承受功100W，故当128W连续输入时，Klipschorn也会不了。由于Klipschorn的效率高达104dB，若扩大机的讯号杂音比(S/N)不够高，那不用转音量旋钮，喇叭就会发出恼人的嘶声和哼声。对于扩大机的残留杂音及哼声，高效率喇叭倒是具有明察秋毫的效用。
3/5a的效率到底是多少？本文假设它是81dB，记忆中好像也是。但1995年10月号Audio年鉴上，KEF 3/5a的效率注明是85dB，阻抗则仍维持11Ω。最令我大吃一惊的是：这对小喇叭竟然飙涨到US$1450一对！老天，KEF 3/5a有这种身价吗？如果它有1450美金的音质，那我也毫不脸红，传输线设计的DaLine一对卖2400美金！可惜卖到现在，DaLine喇叭已全数售罄。81dB/W/m绝对是低效率，美国Apogee以生产平面式喇叭闻名，它的Duetta.2只有78dB/W/m，由于效率过低，被评为「反应迟钝」，非得用每声道250W的大power推不可。注：英国KEF及Celestion这两家喇叭公司早就出售股权，目前的老板是香港商，因此改变营运方针；KEF高音单体T-27及低音单体B-110皆已停产。
不论有什么改进，3/5a的最高音压却仍不及Klipschorn的基本标称效率。再计算「标称效率」至「最高音压」的范围，3/5a大约是18dB，而Klipschorn大约是21dB。
这里透露着两点，一是以300B单端每声道7W管机推Klipschorn喇叭，它的表现绝对会比40W×2的晶体后级推3/5a喇叭来得轻松自在、有魄力。第二点则有赖大家共同研究，是不是高效率也同时代表高动态？
若果真如此，曹永坤先生就有先见之明。准此原则，吾人当选用高效率喇叭，这样后级输出功率不必动辄数百瓦。当然，上百dB的高效率喇叭通常体型庞大，若是紧贴墙摆，又完全听不出音场、深度。但以一般家庭聆听音乐或观赏AV用，效率似乎也应在90dB以上。然而，低效率喇叭就代表低动态？很不幸，3/5a及本人的DaLine却是明证。当然ATC可能会不同意，ATC的SCM20为8Ω/83dB─效率比DaLine略高，但它的连续承受功率竟然是200Wrms，因此计算其最高音压竟然高达106dB，绝非LS-3/5a或DaLine之辈能比。
晶体机驱动高阻抗喇叭会降低功率，但也有例外，McIntosh虽是晶体机，却因为有输出变压器，故其输出功率不会随负载阻抗变动而变动。好在音响圈中特例不多，没有输出变压器的真空管机不多见，有输出output的晶体机也唯有McIntosh。而标称阻抗高过 8Ω的喇叭，这些年来也很少见。故现代管机的输出变压器，理应只须要有4Ω及8Ω两个绕组输出。

作者: 青竹戴雨 时间: 2014-7-25 16:08
本帖最后由青竹戴雨于 2014-7-25 16:10 编辑

应选用高效率、高动态喇叭
接驳低效率低动态喇叭时，后级的输出功率不能太低，以免推不动；但输出功率又不能太高，以免喇叭受不了，故常两难。「低效率低动态」六个字若不能理解，改成「低效率低最高音压」八个字就比较明显。
世上喇叭何其多，但在规格表上明确注明最高音压者，却不及百分之一。若有最高承受功率─是连续不是瞬间，就可从效率计算过来。例如效率86dB的某款喇叭，其连续承受功率160W，我们就可轻易计算出它的最高音压是:108dB。利用工程型电算机按几个键，160 log×10＝22，86＋22＝108(dB)；而22dB大致上就是此喇叭的动态。
动态范围dynamic range之值以dB表示，数值愈高愈好。音响器材性能表中有动态范围者，大概只有CD唱盘及影碟机；扬声器厂商几乎都不会注明此规格，以避免自曝其短。动态范围可说是由最低到最高的变化、由最小到最大的变化，也由最弱到最强、由最暗到最亮的变化。音响器材动态愈大，就愈能表现由最弱音到最强音的变化。CD唱盘的动态甚少低于90dB，但扬声器却甚少高25dB。
这种直接比较合理吗？当然不正确，因CD唱盘的动态范围是电压倍数的变化，而喇叭的动态范围是功率的计算。我们常说前级的十倍放大具有20dB的增益，但10W功率却换算成10dBW，而不是20dBW，请看底下的说明。
都是dB值，功率的计算是：数值log×10，电压、电流计算是：倍数log×20，因此100倍的电压放大就是40dB。若某前级具14dB增益，它的放大倍数是多少？利用工程型电算机按几个键：14(dB)÷20÷inv log＝5(倍)。若是某效率86dB喇叭的最高输出音压是105dB，换算成最高承受功率就是105-86)÷10÷inv log=79.5W。而105-86=19(dB)，就「大约」是它的动态。
分清楚电压增益的dB与喇叭功率的dB，你就会明白为何Hi-End厂都反对将后级扩大机的输出功率标示成dBW。因50W是16.9dBW，而500W虽是超大power，但也仅是26.9dBW。看起来似乎50W与500W之输出功率差不多，故厂商可能以「消费者不容易懂」做理由，一直反对标示dBW。
若喇叭的最高音压－效率即是它的动态范围，那一般家用喇叭的动态有多少？不论是Avalon Asent、Thiel CS5i、B&W 801，都绝不超过25dB！往专业领域找，Rey Audio的RM-8V效率是100dB，最高音压是130dB，有30dB动态，30dB正好是1000W，亦即RM-8V可承受1000W。Rey Audio还有音压更高的RM-1800，其型号有两个意义，一是采用两只18吋低音单体，一是喇叭高度为1800mm。有一年「恰客与飞鸟」在大阪开演唱会，就用了4对RM-1800。再思考一个问题：若两对喇叭的阻抗与效率皆相同，用同一台扩大机驱动，是否会得到相同的音压？─数字通常是不会骗人的。
不会一样，经多年实际操作经验显示，差异性极大。在无响室内所测出的效率，不一定能含盖低、中、高频，因此同样都是95dB/8Ω的两对喇叭，其最低驱动功率（扩大机输出功率），可能一是20W，一是50W。
但高效率喇叭也确实有其优点，以102dB来说，那是指1W输入；若是0.5W输入，它也有99dB！就算是0.25W输入，也高达97dB。以一般家听音乐，很难有机会发出97dB的音压，故7W输出绝对够用啦。
通常高效率喇叭的体型都比较大，其共同特点则是低频不足，或是说：它们无法发出真正的低音。想测试它很简单，用电影配乐CD一试便知。主要原因是单体的Fs不够低，当年它们须要的是高效率、干净有punch的中低频，又没有电子合成器，故极低频可以牺牲。若是早期的大型高效率喇叭，低频不凝聚不说，喇叭贴着背墙、侧墙摆，左右相距又仅一米，应该有的音场及深度，都会被遮蔽掉；基本上常是糊成一团，毫无透明感。
聆听环境的背景噪音要低
理想扬声器是高效率、高音压，因为这样才可以将音乐最低音到最高音的变化完全表现出来。不过要谈动态范围，那可千万不能遗漏环境噪音这个重要因素。
听音环境愈安静愈佳，但除非是专业录音室，一般经过略为装修的音响室，其背景噪音也都在35dB以上─这是指夜深人静时的量测，大白天的情形更糟。而背景噪音之高低也与动态范围有直接关联，噪音愈大，就愈需要喇叭发出高音压以呈现乐曲的最弱音符。故聆听环境的背景噪音及器材的残留噪音绝对是愈低愈佳，就算是欣赏5.1声道的AV，要求也是一样。
由于背景噪音高，因此「声音」要更大，才能听到音乐的全部细节。但就算器材表现没问题，高音压也会带来困扰，一是邻居会向你抗议，二是耳朵有可能造成伤害。在热门迪士可舞厅，为了营造气氛，也为了压抑消费者说话的声浪，它们的PA音响常开足马力，音压都超过120dB，长时间处于那种环境下，极有可能会对人耳造成伤害。
居家不同舞厅，而家用音响因管机又回头流行，不仅名管WE-300B重新生产，JBL、Altec老喇叭也逐渐重回市场。不过这些号角喇叭虽效率颇高，但体型也都甚为硕大，一般家庭并不适合摆放。此外还有一个疑虑：这些喇叭的音质与其效率成正比吗？好像不是吧。
小功率匹配高效率
为了避免浪费能源，及得到正确的搭配，我个人有两点伟大的建议，但需要全球音响界认同：一、效率低于90dB的喇叭，不准制造、销售、进/出口，而且阻抗应尽量恒定于8Ω；二、高过90W输出─8Ω/ch─的后级/综合扩大机，不论晶体管、真空管，也是不准制造、销售、进出口（当然，专业器材不受以上的限制）。
果真如此，则Dynaudio、VIFA、ETON…等著名喇叭厂，就会开发出不是号角型，而且体型又不很大的高效率喇叭。又因扩大机输出功率降低，电源变压器、滤波电容......可减小，故材料成本、重量、体型及售价都可降低，这绝对是消费者、爱乐者之福。您说对吗？

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