扬声器的效率、阻抗与动态.doc

揚聲器的效率、阻抗與動態 梁中鍔 2003-06-16 經由十餘年來多次的接觸，我發現消費者在選購揚聲器時，常會詢問：它的效率是多少？阻抗是多少？但卻鮮有人問：它的最高音壓是多少？音響史上確實有幾款著名喇叭以低效率聞名，例如Rogers的LS-3/5a及AR-3a。 二十年前，當我還是雜誌社小編輯時，曾親眼所見，國內音響名師林宜勝先生，談到3/5a時，臉上竟泛起一陣神光說：它的效率其低！但當日在板橋陳正修先生(音響聞人，早已移民舊金山)家裏，有三對小喇叭的試聽比較，3/5a上陣還不到五分鐘，就被另外一位音響聞人高真民先生一陣xxx給開罵、炮轟了下來！ 更早之前，那時只有LP沒有CD，我到上揚唱片公司買唱片。在挑選唱片時，覺得背景音樂怪怪的，男高音Domingo怎麼感冒了？鼻音這麼重！問清楚後，才知一切都是悶葫蘆3/5a搞的鬼當時Rogers喇叭是由上揚公司進口銷售。 我對3/5a的惡感就是這樣而來，沒想到全球聞名的BBC-3/5a，竟然是個悶葫蘆。等到試作DaLine後，才知BBC 並未將KEF單體性能發揮極致，LS-3/5a的好處只是體型小、售價低，難怪有人會賣了3/5a換用我的DaLine傳輸線喇叭。道理很簡單，依3/5a低音單體B-110之規格計算，根本不能裝在那麼小的音箱裏！這點有必要說明，其實英國BBC並非不會設計喇叭，而是為了攜帶方便，不得不將喇叭音箱設計得很小，這是沒辦法的妥協。當初BBC是想設計出比例為十分之一的喇叭，這樣測試的方法比較簡單，也比較便宜，於是就誕生了LS-3/5a。 低效率喇叭確實曾風光過，但CD開始逐漸流行後，就有人對低效率喇叭抱著懷疑態度，名樂評家、瑩昇公司負責人曹永坤先生，就曾經說過CD的高動態會自然淘汰低效率喇叭。 電晶體機的瓦真空管機的瓦 經過20年，CD系統已漸趨成熟，但低效率喇叭依然存在於市場，而且低效率高音質的觀念好像並未動搖；直到最近這幾年才有了些許改變。 真空管又回頭了，老廠新廠紛紛出籠，但管機後級的輸出功率普遍比晶體機低。有音質至上，非WE300B不用，而且還只要單端不要推挽。300B做單端只有7至8W左右的輸出，7W能推什麼喇叭？當然，也有人用不到10W的管機後級推ATC喇叭那是有聲音，卻無法呈現ATC應有的動態。古早時代的Altec、JBL、EV等大型落地式喇叭都是高效率，因為它們的親蜜伙伴就是管機。所以當管機推Altec A7劇院之聲時，氣勢就大大的不同，有誰能說管機後級沒啥動態？ Watt就是Watt、瓦就是瓦，所以管機的7W差不多完全等於晶體機的7W差異性是管機有輸出變壓器，輸出功率較不易隨負載阻抗變化而改變。因此若有人說管機的7W比晶體機的7W夠力，那是無稽之談，因為事實的真相是：電晶體機的7W，大多時候會比真空管機的7W夠力，絕不騙你。有兩個特例，一是 OTL無輸出變壓器管機後級，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。因為8喇叭的1W是輸入2.83V電壓，而4喇叭的1W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。 擴大機輸出功率 8負載 4負載1W -2.83V-2V2W -4V-2.83V3W -4.9V- 3.47V4W-5.66V- 4V10W- 8.95V- 6.33V 4喇叭的需求電壓雖然比8低，但需求電流卻比較高，以4W輸出為例，8喇叭是0.7A，而4喇叭則吃1A電流，因此大家都說低阻抗喇叭比較難推。 dB是分貝，它的計算式會因功率或電壓、電流之倍數會有所不同，喇叭的效率是以功率計算。我們現在以阻抗變化甚大的某喇叭為例，說明大多數情況下，7W的晶體機的比7W的真空管機來得有力重點就是低抗時的電流。 喇叭阻抗 電晶體機功率 真空管機功率 8-7W-7W4-14W-7W2-28W-7W只要驅動電流夠，晶體機的輸出功率會隨著喇叭阻抗的降低而提昇，故不只是7W而已。但管機有輸出變壓器交連，功率不隨喇叭阻抗變動。所以此時是不是晶體機的7W比真空管的7W夠力？這就是最簡單的歐姆定律。 3/5a既是低效率又兼高阻抗 具恆阻特性的喇叭並不多，因此當喇叭阻抗猛往下降時，管機就可能使不上力，所以管機後級推Dynaudio喇叭比較不容易發出好聲，因此時喇叭欲吃電流，但真空管卻是電壓元件，無法提供電流；可是換成LS-3/5a就不一樣了。 3/5a阻抗 晶體機功率 管機功率15- 3.7W-7W11- 5W-7W8- 7W-7W 7W的晶體機接上第一代3/5a就只剩大約3.7W，接第二代3/5a也不過是5W；可是管機就一直維持7W輸出。故遇到3/5a這對高阻抗喇叭時，管機的7W就比晶體機的7W來得夠力。因此就晶體機言，高阻抗喇叭較不好推。但為何3/5a的阻抗會高至1115？它採用的KEF T-27A高音單體及B-110A低音單體都是8。這就是詭譎之處，依KEF單體規格設計分音器及音箱，不必訝異，你會發現LS-3/5a根本是錯誤的設計！ 若是高阻抗再加上低效率，那這對喇叭鐵定難伺候，偏偏3/5a就有這種特性。因此有人用大power推它，但3/5a又吃不下大power，功率太高就容易將它的低音推到觸底它的KEF低音單體沒啥動態。現在我們來看看喇叭效率與擴大機功率的關係，比對的喇叭是LS-3/5a及Klipsch的Klipschorn，從下表就可看出低效率喇叭較難伺候。 Klipschorn大喇叭 LS-3/5a小喇叭104dB /1W-81dB /1W107dB /2W-84dB /2W110dB /4W-87dB /4W113dB /8W-90dB /8W116dB /16W-93dB /16W119dB /32W-96dB /32W122dB /64W-99dB /64W-？125dB /128W-？-102dB /128W-？ 第一行104dB與81dB是兩款喇叭的標稱效率，3/5a的99dB打個？號，代表3/5a根本無法承受64W連續輸入，因低音會觸底，50W連續輸入就已是最大值。而Klipschorn喇叭在1W輸入時，就得到104dB的音壓，這是LS-3/5a打破頭也無法做到的事。至於125W加個問號，那是原廠公佈Klipschorn最高連續承受功100W，故當128W連續輸入時，Klipschorn也會不了。由於Klipschorn的效率高達104dB，若擴大機的訊號雜音比(S/N)不夠高，那不用轉音量旋鈕，喇叭就會發出惱人的嘶聲和哼聲。對於擴大機的殘留雜音及哼聲，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？本文假設它是81dB，記憶中好像也是。但1995年10月號Audio年鑑上，KEF 3/5a的效率註明是85dB，阻抗則仍維持11。最令我大吃一驚的是：這對小喇叭竟然飆漲到US$1450一對！老天，KEF 3/5a有這種身價嗎？如果它有1450美金的音質，那我也毫不臉紅，傳輸線設計的DaLine一對賣2400美金！可惜賣到現在，DaLine喇叭已全數售罄。81dB/W/m絕對是低效率，美國Apogee以生產平面式喇叭聞名，它的Duetta.2只有78dB/W/m，由於效率過低，被評為反應遲鈍，非得用每聲道250W的大power推不可。註：英國KEF及Celestion這兩家喇叭公司早就出售股權，目前的老闆是香港商，因此改變營運方針；KEF高音單體T-27及低音單體B-110皆已停產。 不論有什麼改進，3/5a的最高音壓卻仍不及Klipschorn的基本標稱效率。再計算標稱效率至最高音壓的範圍，3/5a大約是18dB，而Klipschorn大約是21dB。 這裏透露著兩點，一是以300B單端每聲道7W管機推Klipschorn喇叭，它的表現絕對會比40W2的晶體後級推3/5a喇叭來得輕鬆自在、有魄力。第二點則有賴大家共同研究，是不是高效率也同時代表高動態？ 若果真如此，曹永坤先生就有先見之明。準此原則，吾人當選用高效率喇叭，這樣後級輸出功率不必動輒數百瓦。當然，上百dB的高效率喇叭通常體型龐大，若是緊貼牆擺，又完全聽不出音場、深度。但以一般家庭聆聽音樂或觀賞AV用，效率似乎也應在90dB以上。然而，低效率喇叭就代表低動態？很不幸，3/5a及本人的DaLine卻是明證。當然ATC可能會不同意，ATC的SCM20為8/83dB效率比DaLine略高，但它的連續承受功率竟然是200Wrms，因此計算其最高音壓竟然高達106dB，絕非LS-3/5a或DaLine之輩能比。 晶體機驅動高阻抗喇叭會降低功率，但也有例外，McIntosh雖是晶體機，卻因為有輸出變壓器，故其輸出功率不會隨負載阻抗變動而變動。好在音響圈中特例不多，沒有輸出變壓器的真空管機不多見，有輸出output的晶體機也唯有McIntosh。而標稱阻抗高過 8的喇叭，這些年來也很少見。故現代管機的輸出變壓器，理應只須要有4及8兩個繞組輸出。 應選用高效率、高動態喇叭 接駁低效率低動態喇叭時，後級的輸出功率不能太低，以免推不動；但輸出功率又不能太高，以免喇叭受不了，故常兩難。低效率低動態六個字若不能理解，改成低效率低最高音壓八個字就比較明顯。 世上喇叭何其多，但在規格表上明確註明最高音壓者，卻不及百分之一。若有最高承受功率是連續不是瞬間，就可從效率計算過來。例如效率86dB的某款喇叭，其連續承受功率160W，我們就可輕易計算出它的最高音壓是:108dB。利用工程型電算機按幾個鍵，160 log1022，8622108(dB)；而22dB大致上就是此喇叭的動態。 動態範圍dynamic range之值以dB表示，數值愈高愈好。音響器材性能表中有動態範圍者，大概只有CD唱盤及影碟機；揚聲器廠商幾乎都不會註明此規格，以避免自曝其短。動態範圍可說是由最低到最高的變化、由最小到最大的變化，也由最弱到最強、由最暗到最亮的變化。音響器材動態愈大，就愈能表現由最弱音到最強音的變化。CD唱盤的動態甚少低於90dB，但揚聲器卻甚少高25dB。 這種直接比較合理嗎？當然不正確，因CD唱盤的動態範圍是電壓倍數的變化，而喇叭的動態範圍是功率的計算。我們常說前級的十倍放大具有20dB的增益，但10W功率卻換算成10dBW，而不是20dBW，請看底下的說明。 都是dB值，功率的計算是：數值log10，電壓、電流計算是：倍數log20，因此100倍的電壓放大就是40dB。若某前級具14dB增益，它的放大倍數是多少？利用工程型電算機按幾個鍵：14(dB)20inv log5(倍)。若是某效率86dB喇叭的最高輸出音壓是105dB，換算成最高承受功率就是:(105-86)10inv log=79.5W。而105-86=19(dB)，就大約是它的動態。 分清楚電壓增益的dB與喇叭功率的dB，你就會明白為何Hi-End廠都反對將後級擴大機的輸出功率標示成dBW。因50W是16.9dBW，而500W雖是超大power，但也僅是26.9dBW。看起來似乎50W與500W之輸出功率差不多，故廠商可能以消費者不容易懂做理由，一直反對標示dBW。 若喇叭的最高音壓效率即是它的動態範圍，那一般家用喇叭的動態有多少？不論是Avalon Asent、Thiel CS5i、B&W 801，都絕不超過25dB！往專業領域找，Rey Audio的RM-8V效率是100dB，最高音壓是130dB，有30dB動態，30dB正好是1000W，亦即RM-8V可承受1000W。Rey Audio還有音壓更高的RM-1800，其型號有兩個意義，一是採用兩只18吋低音單體，一是喇叭高度為1800mm。有一年恰客與飛鳥在大阪開演唱會，就用了4對RM-1800。再思考一個問題：若兩對喇叭的阻抗與效率皆相同，用同一台擴大機驅動，是否會得到相同的音壓？數字通常是不會騙人的。 不會一樣，經多年實際操作經驗顯示，差異性極大。在無響室內所測出的效率，不一定能含蓋低、中、高頻，因此同樣都是95dB/8的兩對喇叭，其最低驅動功率（擴大機輸出功率），可能一是20W，一是50W。 但高效率喇叭也確實有其優點，以102dB來說，那是指1W輸入；若是0.5W輸入，它也有99dB！就算是0.25W輸入，也高達97dB。以一般家聽音樂，很難有機會發出97dB的音壓，故7W輸出絕對夠用啦。 通常高效率喇叭的體型都比較大，其共同特點則是低頻不足，或是說：它們無法發出真正的低音。想測試它很簡單，用電影配樂CD一試便知。主要原因是單體的Fs不夠低，當年它們須要的是高效率、乾淨有punch的中低頻，又沒有電子合成器，故極低頻可以犧牲。若是早期的大型高效率喇叭，低頻不凝聚不說，喇叭貼著背牆、側牆擺，左右相距又僅一米，應該有的音場及深度，都會被遮蔽掉；基本上常是糊成一團，毫無透明感。 Altec A-5劇院之聲是大喇叭，效率高過102dB。你一定認為搭配7W輸出的300B，一定沒問題。我有位朋友，用A-5已好幾年，但最近他忽然發現：用200W晶體後級推才能發揮A-5潛能！你一定不相信，以200W後級推效率103dB的喇叭？不是很容易推爆？事實上它是推翻一堆音響Pro。聆聽環境的背景噪音要低 理想揚聲器是高效率、高音壓，因為這樣才可以將音樂最低音到最高音的變化完全表現出來。不過要談動態範圍，那可千萬不能遺漏環境噪音這個重要因素。 聽音環境愈安靜愈佳，但除非是專業錄音室，一般經過略為裝修的音響室，其背景噪音也都在35dB以上這是指夜深人靜時的量測，大白天的情形更糟。而背景噪音之高低也與動態範圍有直接關聯，噪音愈大，就愈需要喇叭發出高音壓以呈現樂曲的最弱音符。故聆聽環境的背景噪音及器材的殘留噪音絕對是愈低愈佳，就算是欣賞5.1聲道的AV，要求也是一樣。 由於背景噪音高，因此聲音要更大，才能聽到音樂的全部細節。但就算器材表現沒問題，高音壓也會帶來困擾，一是鄰居會向你抗議，二是對耳朵有可能造成傷害。在熱門迪士可舞廳，為了營造氣氛，也為了壓抑消費者說話的聲浪，它們的PA音響常開足馬力，音壓都超過120dB，長時間處於那種環境下，極有可能會對人耳造成傷害。 居家不同舞廳，而家用音響因管機又回頭流行，不僅名管WE-300B重新生產，JBL、Altec老喇叭也逐漸重回市場。不過這些號角喇叭雖效率頗高，但體型也都甚為碩大，一般家庭並不適合擺放。此外還有一個疑慮：這些喇叭的音質與其效率成正比嗎？好像不是吧。 由低到高的效率要均勻大多數音響迷都知道揚聲器的效率測試：首先要在無響室，拾音麥克風距喇叭軸心一公尺；再由一台標準擴大機送出2.83V的sweep訊號。或許你不同意，以前也有國外知名廠商反對在無響室測試，聆聽空間怎麼可能是無響室？但這是共同的標準，就像升學考試一般。假設某三音路喇叭，其軸心位置正好是中音單體，實測值為87dB。此時將麥克風上移對準高音單體，以及下降對準低音單體test；若兩次實測都是87dB或非常接近87dB，那就是效率均勻。但很不幸，難免有誤差，甚至於差很多。我經常批評英國B&W 801是爛