扬声器的功率测定与使用研究

摘 要 扬声器俗称“喇叭”，不论是音响专业领域还是民用领域，用途是相当的广泛，没有扬声器，电子设备就不能发挥应有的作用。 扬声器作为家电、计算机、手机、汽车等行业的配套使用，预计到2015年的需求量为十几亿只。高清晰数字化平板电视的普及，将给扬声器发展带来新的机遇。另外，3G在全球范围内的应用越来越普及，互联网电视、智能手机、平板电脑、上网本等新产品不断出现，都将带动对微型扬声器/受话器的需求持续增长。

关键词 扬声器 功率 测定

一、扬声器的工作原理、构造和功率测定

扬声器在音响设备中是一个薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。扬声器的种类繁多，其工作原理是音频电能通过电磁、压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共鸣）而发出声音。按换能机理和结构分动圈式（电动式）、电容式（静电式）、压电式（晶体或陶瓷）、电磁式（压簧式）、电离子式和气动式扬声器等，电动式扬声器具有电声性能好、结构牢固、成本低等优点，应用广泛；按声辐射材料分纸盆式、号筒式、膜片式。

有观点认为，扬声器的任何功率都是试验功率，是没法测量得出的，也没有公式可计算出来的。表示喇叭的功率有很多，额定功率、最大功率、峰值功率、音乐功率等等，最常用到的是额定功率。扬声器的额定功率通常标识在磁铁上，有防磁罩的标在防磁罩上。扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出功率，又称为不失真功率，单位为瓦（单位符号W）。当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械动过载等现象，发出的声音没有显示失真。在试验室里，一般标准是，输入一定功率粉红噪音信号（大小根据扬声器结构和尺寸大小以及经验估计），扬声器连续工作100 h，结构没有任何损坏，特性没有明显衰减，我们就可以说输入的功率就是它的额定功率。

所谓粉红噪音是自然界最常见的噪音。简单说来，粉红噪音的频率分量功率主要分布在中低频段。从波形角度看，粉红噪音是分形的，在一定的范围内音频数据具有相同或类似的能量。从功率（能量）的角度来看，粉红噪音的能量从低频向高频不断衰减，曲线为1/f，通常为每8度下降3分贝。粉红噪音是最常用于进行声学测试的声音。

扬声器的功率有三种：一种为最大允许功率，是指扬声器短时间内，能承受而不至于损坏的输入电功率，是指在扬声器谐波失真小于某一指定值时的输入电功率（该失真度大大超过了扬声器的额定失真度），还有一种为额定功率，即指扬声器长期工作而不至于损坏的输入电功率。

长期以来，多数扬声器说明书中都采用额定功率，表示其功率承受能力，并将该额定功率加倍作为扬声器最大功率承受能力。所谓额定功率是用连续正弦波的有效值功率来表示的，一般称为RMS（即正弦波均方根功率）。由于正弦波的峰值对有效值的差值即“峰平差”只差3 dB，这种方式完全排除了节目中短暂的比平均值高10 dB的峰值信号成分对扬声器的影响，所以能得出较高的额定功率数据，并将此数据加倍作为最大承受功率。

现在我们认为美国电子工业协会（EIA）所规定的功率测定方法比较恰当。该协会在EIA RS-426A标准中规定，将一特别的测试噪声信号加至扬声器。该噪声信号的频谱分布较为接近实际的节目信号，并且要在扬声器上持续8 h之久，还要求被测扬声器能承受比噪声功率高4倍的瞬态峰值。显然，这对扬声器的机械结构和热稳定性能要低于采用正弦波法所得到的数值，但按此数值与功率放大器相配合，则不宜损坏扬声器系统。

在扬声器功率计算上的一个重要问题是功率带宽，通常扬声器系统有一额定的频响范围，比如以50 kHz～18 kHz。那么，如果当扬声器系统有一额定下限后，能承受的功率就一定大打折扣。比如一只下限频率为60 Hz的音箱，长时间连续功率为200 W左右，临时作为电子合成器的监听音箱，由于电子合成器能产生低于25 Hz左右的超低音，此时如不注意，给功率放大器输入音箱的功率仍达200 W左右。则可能由低于60 Hz时，纸盆的振幅过大而损坏扬声器。

总之，由于不同的厂商对其扬声器系统给出了各类不同功率标定，而各自的测试条件又有出入，所以使用者一定不能只看说明书功率一栏的数值，就盲目使用，要彻底弄清楚这些数据的意义。

二、扬声器的性能指标

扬声器的主要性能指标有：灵敏度、频率响应、额定功率、额定阻抗、指向性以及失真度等参数。

1.额定功率。扬声器的功率有标称功率和最大功率之分。标称功率称额定功率、不失真功率。它是指扬声器在额定不失真范围内容许的最大输入功率，在扬声器的技术说明书上标注的功率即为该功率值。最大功率是指扬声器在某一瞬间所能承受的峰值功率。一般要求扬声器的最大功率为标称功率的2～3倍。

2.额定阻抗。扬声器的阻抗一般和频率有关。额定阻抗是指音频为400 Hz时，从扬声器输入端测得的阻抗。它一般是音圈直流电阻的1.2～1.5倍。一般动圈式扬声器常见的阻抗有4 Ω、8 Ω、16 Ω、32 Ω等。

3.频率响应。给一只扬声器加上相同电压而不同频率的音频信号时，其产生的声压将会产生变化。一般中音频时产生的声压较大，而低音频和高音频时产生的声压较小。当声压下降为中音频的某一数值时的高、低音频率范围，叫该扬声器的频率响应特性。

理想的扬声器频率特性应为20 kHz ～20kHz，这样就能把全部音频均匀地重放出来，然而这是扬声器做不到的。

4.失真。不能把原来的声音逼真地重放出来的现象叫失真。失真有两种：频率失真和非线性失真。频率失真是由于对某些频率的信号放音较强，而对另一些频率的信号放音较弱造成的，失真破坏了原来高低音响度的比例，改变了原声音色。而非线性失真是由于扬声器振动系统的振动和信号的波动不够完全一致造成的，在输出的声波中增加一新的频率成分。

5.指向特性。用来表征扬声器在空间各方向辐射的声压分布特性，频率越高指向性越狭，纸盆越大指向性越强。扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。

三、扬声器的正确使用

在使用扬声器应注意以下几点：

1.扬声器有两个接线柱（两根引线），当单只扬声器使用时，两根引脚不分正负极性，多只扬声器同时使用时两个引脚有极性之分。

2.扬声器得到的功率不要超过它的额定功率，否则，将烧毁音圈，或将音圈振散。电磁式和压电陶瓷式扬声器工作电压不要超过30 V。

3.注意扬声器的阻抗应与输出线路配合，具体要和功放输出阻抗匹配。

4.要正确选择扬声器的型号。如在广场使用，应选用高音扬声器；在室内使用，应选用纸盆式扬声器，并选好助音箱。也可将高、低音扬声器做成扬声器组，以扩展频率响应范围。

5.在布置扬声器的时候，要做到声场匀且有足够的声级，如用单只（点）扬声器不能满足需要，可多点设置，使每一位听众得到几乎相同的声音响度，提高声音的清晰度；为了达到好的方位感，扬声器安装时应高于地面3 m以上，让听众能够“看”到扬声器，并尽量使水平方位的听觉（声源）、视觉（讲话者）尽量一致，而且两只扬声器之间的距离也不能过大。

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