影院還音系統中功放與音箱功率匹配的探討 ——東方佳聯(lián) 產(chǎn)品部經(jīng)理 劉燊

　　隨著(zhù)中國電影市場(chǎng)的火爆，各地影院的新建項目的增幅也迅速上升?？紤]到經(jīng)濟效益和視聽(tīng)效果，影院投資人總是想獲得最高的性?xún)r(jià)比。當在對還音系統的設計與采購做決斷時(shí)，面對不同的產(chǎn)品方案和經(jīng)驗理論，投資者甚至包括影院音頻系統的設計者有時(shí)也會(huì )無(wú)法準確的判斷自己的設備配置是否最合理。

　　下面產(chǎn)品部劉燊經(jīng)理就影院還音系統配置中功放和音箱功率的合理匹配進(jìn)行探討、分享 ，東方佳聯(lián)希望能夠給從業(yè)者更多的認知和思考。

　　功放與音箱的配比

　　常常困擾我們的是功放與音箱功率匹配的問(wèn)題，這也是在影院還原系統中投資比例最高的部分。選用的一個(gè)音箱究竟是用多大功率的功放配比合適?長(cháng)期以來(lái)，整個(gè)音頻行業(yè)一直認同的方式是功放的額定功率在1.2-1.5倍音箱的額定功率左右，在擴聲領(lǐng)域也有配置到2倍的情況。 總而言之，寧愿大馬拉小車(chē)，也不能小馬拉大車(chē)(特別是有種理論認為小馬拉大車(chē)導致功放信號容易失真，導致燒壞了音箱，這就是所謂小功放更容易燒壞音箱的理由，現實(shí)中這種現象發(fā)生過(guò)，這和選用功放的品質(zhì)有關(guān))。

　　為了達到1.2-1.5倍的功放/音箱配比，投資者會(huì )投入額外的成本用來(lái)購買(mǎi)更大功率的功放。其實(shí)與擴聲不同，在電影應用中，看重的不是持續聲壓級，而是更加關(guān)注瞬間系統所能達到的動(dòng)態(tài)(短暫有震撼感的爆炸聲、槍擊聲)。而且相比于測試時(shí)使用的連續粉噪或正弦波，音樂(lè )或電影節目的內容多數情況下的功率都在1/10的額定功率狀態(tài)下，而大多電影70%的內容是對白。

　　一個(gè)音箱和功放所標注的額定功率是指在不失真情況下能夠輸出的最大平均功率，而功放正弦波測試信號自身rms電壓值到峰值信號電壓還有1.4倍不失真的余量，也就是說(shuō)一臺額定功率500Wrms的功放實(shí)際是能夠不失真輸出1000瓦的信號的。

　　我們從而得出結論如果影廳選用的音箱是1000Wrms額定功率的音箱，那么使用500Wrms功放去推動(dòng)是可行的，在需要瞬間1000W輸出時(shí)是沒(méi)有問(wèn)題的，在要追求投資最高性?xún)r(jià)比的情況下是一種不錯的選擇。

　　問(wèn)題回來(lái)了，難道不怕信號過(guò)大，產(chǎn)生方波，燒壞音箱嘛?那么為什么有人會(huì )用1.5-2倍功率的功放去推音箱呢? 導致音箱毀壞有兩個(gè)因素，一個(gè)是熱損壞，一個(gè)是物理?yè)p壞。燒壞音箱大多為熱損壞，那么簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)我們日常說(shuō)的音箱額定功率在英文中又叫做熱功率(thermal power rating)，也就是說(shuō)，持續給音箱的音圈輸入過(guò)多的功率，導致音圈發(fā)熱，功率壓縮，直到燒壞音圈。英文的意思很直觀(guān)的解釋了整個(gè)現象，是過(guò)熱導致音箱燒壞，失真與否并不能直接決定音箱是否被燒壞。(我們可以考慮這兩個(gè)極端的例子，一個(gè)是20瓦的功放削波失真后是否能燒壞200W的一個(gè)單元，另外一個(gè)例子就是現代音樂(lè )中的追求失真的效果聲，刻意產(chǎn)生失真波形。)簡(jiǎn)而言之，如果一個(gè)2000W的功放持續推動(dòng)一個(gè)1000W的音箱，稍微遇到長(cháng)時(shí)間的大信號，音箱的高音就可能燒掉，哪怕沒(méi)有任何失真，況且即便沒(méi)有立刻燒掉，2000W功放所產(chǎn)生的信號工作在1000W音箱失真的邊緣，長(cháng)時(shí)間工作會(huì )減少設備壽命。 綜上所述，如果還音的內容沒(méi)有突發(fā)大信號，內容信號平穩，使用功放高于音箱功率的配置理論上可以獲得多一些的聲壓級，但是多數情況下沒(méi)有必要，而且減損設備壽命。 如果對還音內容不確定，那么使用1：1的配置是一種保險穩妥平衡的方案。 在得知節目信號有失真內容或者動(dòng)態(tài)變化空間大時(shí)(例如電影)，采用功放/音箱在1/2-1功率配比的方式更為合適。

　　如何提高聲壓級

　　緊扣前面的話(huà)題，如果需要增加SPL(聲壓級)，很多人喜歡采用更大的功放，10log(功率)的計算公式深入人心。我們參看下面的圖表：

　　從圖中我們可以看出500W為27dBw, 1500-2000W增加了500W的功率，但是只有1.2dBW的增加。 也就是說(shuō)功率越大，靠提升功放功率來(lái)獲得更高聲壓級是效率極低，成本極高的。

　　大家經(jīng)常討論兩只相同音箱在室內播放同樣的信號后，聲壓級是增加3dB嗎? 答案是6個(gè)dB。因為不僅僅是功率增加了一倍，輻射面積增加了一倍帶來(lái)了另外3dB的房間增益。因此如果需要獲得額外的聲壓級，特別是對于LFE通道，更為有效的方法是增加超低音音箱數量而非更換更高功率的功放去推動(dòng)超低音音箱。

　　聲壓級計算的公式的誤區

　　我們計算聲壓級時(shí)經(jīng)常用到平方成反比定律公式-20log(離開(kāi)聲源距離)，在計算最后一排聲壓級考慮距離衰減按照6dB每一倍距離計算。 而大家容易忽略的是該公式前提條件是自由聲場(chǎng)的環(huán)境下的衰減。

　　而由上圖我們可以看出，在室內例如影廳環(huán)境下，在超過(guò)房間一半的距離后，由于房間的反射等因素，聲壓級并不以6dB每一倍距離衰減。一般情況下，房間都會(huì )提供額外的3-4dB的房間增益，因此實(shí)際上在很多中大型以及沉浸音的影廳設計中，往往為了達到理論的SPL要求，會(huì )過(guò)高的配置音箱。

　　由于音箱與功放的自身限制(要相信理論指標和計算，但不要迷信于理論指標和計算)

　　音箱除了以上提到的熱功率指標，特別在低頻部分所能夠達到的聲壓級還受到紙盆行程的限制。

　　我們習慣于使用靈敏度+10log(額定功率)的方式來(lái)計算一個(gè)音箱的聲壓級。這里忽略了紙盆行程在低頻部分對聲壓級的決定性作用(此時(shí)熱功率參數已經(jīng)不是決定因素了)。

　　我們看如下的AB兩款音箱為例

　　A音箱：進(jìn)口知名品牌

　　P=1200W

　　Sensitivity=99.4dB

　　Xmax最大行程=7.62mm

　　Volume Displacement 容積移動(dòng)=689cc

　　B音箱：QSC 424C電影主擴音箱(長(cháng)沖程)

　　P=800W

　　ensitivity=99.5dB

　　Xmax最大行程=11mm

　　Volume Displacement 容積移動(dòng)=940cc

　　下圖為這二個(gè)不同行程音箱的對比測試數據：

　　可以看出 A 音箱使用“靈敏度+10log(額定功率)”公式計算結果要高于B音箱1.7dB,而我們看到考慮了實(shí)際單元行程對聲壓級的最終決定性影響時(shí)，B音箱反而要高出近3dB的聲壓級。

　　要獲得更高的靈敏度 ，往往要用更短的音圈，更強的磁體和較短的磁路，導致相應的行程的縮短，所以單方面追求高靈敏度是偏頗的。在同等靈敏度和功率的情況下，單位時(shí)間紙盆移動(dòng)的距離越大，聲壓級越高 。我們這里看到A音箱在50Hz無(wú)法輸出熱功率所標注的130.2dB(相差5.3dB)，而B(niǎo)音箱卻可以接近這個(gè)值。

　　對于功放來(lái)說(shuō)，我們平日看到的參數未必是真實(shí)的實(shí)際性能反應。我們以下圖為例：

　　4歐姆時(shí) QSC DCA 2422與某國際知名品牌同功率型號的對比

　　從上述二個(gè)品牌音箱的的對比，可以看出是DCA2422在4Ω負載下(825W/4Ω)，全頻段(不同顏色表示不同頻率)都有一致性的功率輸出和低失真，而該國際知名品牌的功放，雖然參數表上標的具有與DCA2422有同等的功率輸出，可以明顯看出基本上只有1kHz(綠線(xiàn))符合描述，而其他頻段均不能在全頻段內提供等同一致的功率輸出，失真明顯高于DCA2422。

　　最后的總結

　　綜上所述，在設計影院還音系統中占比最大的是音箱和功放，選擇音箱和功放時(shí)要綜合考慮所有因素，考察設備的實(shí)際使用情況，我們總結了多年的音箱和功放的匹配經(jīng)驗和使用過(guò)程中的維護保養記錄，寫(xiě)了上述的探討文章供從業(yè)者參考，以往簡(jiǎn)單的公式計算和理論推導只會(huì )使電影過(guò)還音系統投入成本高，其效果低于投資的預期想象。