扬声器与功放的匹配
导语
在功放与扬声器的匹配中,并不存在什么“玄学秘术”:本质上只是选择一套能够让两件器材都充分发挥实力的扬声器/功放组合。在本文中,我们将解释围绕功放与扬声器搭配的基础概念,帮助你在通往音乐理想境界的旅程中更从容地前进……
如果你认为为扬声器搭配功放并不是什么火箭科学,这是完全可以理解的。如果你只是想在有限空间里以适中的音量聆听音乐,那么把小型扬声器与一台紧凑型功放组合起来就可以了。相反,如果你想以体育场级音量播放重金属或舞曲,或者偏爱以英雄史诗般规模演绎的瓦格纳(Wagner)歌剧,那么唯一的解决方案似乎就是一台能够输出数百瓦功率的大型功放,以及你能搬进聆听室门口的最大尺寸扬声器。当然,还要有非常通情达理的邻居。
问题在于,虽然上述任一系统都可以实现想要的结果,但这是一种碰运气式的功放与扬声器匹配方法:多花一点心思,你就能获得更好的声音,也能为未来的系统升级保留更多可能。这意味着我们需要更深入地理解功放与扬声器如何相互作用,以及如何优化它们的协同工作方式。
我应该购买什么功放?理解扬声器与功放的兼容性
本指南不会过多展开物理课内容,但会覆盖几个重要因素,包括扬声器阻抗和灵敏度、那些功率规格真正意味着什么,以及功放与扬声器的物理极限——以及它们如何共同工作,以产生尽可能出色的声音。这并不只是把数字对上那么简单:实际情况要稍微复杂一些。
扬声器阻抗:为什么“更低”可能意味着你需要“更多”
乍看之下,阻抗似乎很简单:几乎每一款扬声器设计都会标出一个阻抗数值,通常在 4 欧姆到 8 欧姆之间;而功放规格则会给出输出功率,例如 8 欧姆下 50W、4 欧姆下 80W。很容易理解,对吧?你选择一款阻抗更低的扬声器,功放就会输出更大功率,这意味着组合可以播放得更响——但事实并不完全如此。
首先,在扬声器阻抗数值前,你通常会看到“标称”这个词,有时还会看到一个更低的“最低阻抗”数值。所有扬声器的阻抗都会随频率变化,并受到该扬声器物理和电气设计的影响。虽然一些扬声器设计师和工程师会努力让阻抗在播放音乐时尽可能保持恒定,但所有设计的阻抗都会不断变化——只是在优秀设计中,这种变化会被尽可能控制在较小范围内,从而让扬声器向功放呈现出相对一致的负载。
即便如此,人们仍然很容易假设:较低的阻抗会让功放输出更多功率,而这是一件好事。其实并非如此:如果一款扬声器的阻抗出现极端下探,或者标称阻抗非常低,那么它会对驱动它的功放提出更高要求。用非常简单的话说,它会允许过多能量从功放流出,而功放可能难以持续提供这些能量。打个浴室里的比方:水从浴缸排水口(功放输出级)流出的速度,远快于水龙头(电源供应)补充浴缸水量的速度,最终浴缸会被放干……或者说,功放会耗尽能量。
传统市电供电功放使用变压器将墙壁插座中的电力进行转换,随后由一组电容负责储能。这些电容就像能量水库一样,让能量能够平稳地输送到功放电路中——就像水库能够平滑不断波动的用水需求一样。
如果扬声器的需求——以及你的音量设置——意味着扬声器消耗功率的速度快于功放电源供应能够提供功率的速度,那么最终驱动扬声器的功放输出器件就可能出现供电不足,并通过限制自身工作来作出反应,字面意义上削平正在输出的波形峰值和谷值。这会以失真的形式被听见,表现为高音量下声音变硬;同时,这也是一种可能损坏扬声器的有效方式——除非功放的保护电路在侦测到这种情况时切断输出。因此,最好了解功放被设计来承受的阻抗范围,并避免把它推得过狠。
扬声器灵敏度
市面上的每一款扬声器都会标出一个灵敏度数值,例如 86dB/W/m。这表示扬声器在一瓦输入功率(或 2.83V)下、距离扬声器一米处测得的声压级。因此,人们很容易得出一个结论:灵敏度越高,在给定功放功率下扬声器就能播放得越响——这在理论上虽然成立,但同样并没有那么简单。
确实,一款 89dB/W/m 的扬声器在相同功放功率下会更响——至少在一米距离处是这样——但还有其他因素在发挥作用。例如,你需要将功放功率翻倍,才能获得 3dB 的声压级提升;而感知响度要翻倍,则需要 10dB 的声压级提升,也就是 10 倍的功放功率。此外,每当你与扬声器之间的距离翻倍,就会损失 6dB。结果是,在典型聆听距离下,并且以标称一瓦输入计算,一款 86dB/W/m 的扬声器大约会输出 68dB,而灵敏度更高的设计则会输出 71dB。考虑到正常交谈大约是 60dB,你很可能会认为这两个音量都已经绰绰有余。
功率承受能力:它对你的功放意味着什么
如果你认为不断加大功放功率就能达到体育场或夜店级别的声压,那么是时候再来一次现实校准了:所有扬声器都有自身极限,这通常会以“最大声压级(Max SPL)”的形式表示。这个数值由扬声器中驱动单元推动空气的物理能力决定,意味着无论你向扬声器输入多少功率,如果它标称最大 SPL 为 118dB,那么这就是你最终能够得到的上限(当然,像这样能够在更高音量下仍然不失真的扬声器,其能力也是这里的一个因素)。
请注意,对几乎任何聆听者来说,这已经足够了:在这个声压级上,你已经进入“喷气式飞机起飞”的区域,而且大概应该使用护耳设备。对于家庭聆听而言,80-90dB 左右才是更现实的“非常响”音量。
以一款灵敏度为 88dB/W/m 的扬声器为例,原始数字似乎表明,它至少需要约 1,000W 才能在一米距离达到 118dB 的最大 SPL,或者在更常见的 5 米聆听距离上达到约 88dB。然而,如果你将它搭配一台功率表哪怕只是大致准确、而不仅仅作为装饰元素的功放使用,你会发现,在常见聆听音量下,指针几乎没有什么动作,这表明只需要几瓦功率就能让音乐充满房间——那么,功放与扬声器匹配到底是如何运作的?
实际上,对于灵敏度合理的扬声器,只需要几瓦连续功率就足以播放音乐,并产生从舒适到相当令人兴奋的音量;但音乐并不是始终处于同一电平——如果是那样,它会相当乏味——音乐拥有动态范围,从最安静的瞬间到宏大的高潮。因此,功放功率中很大一部分是用于处理音乐动态的:从大幅度的音量起伏,到细微动态,例如吉他弦被拨动后声音逐渐衰减,或鼓手敲击鼓边的清脆一击。这种动态能力赋予音乐速度感和冲击力,并让节奏能够被准确再现。
那么,你到底需要多少功率?在查看规格时,需要注意的重要数字是扬声器的最低功率需求,而不是最高功率。纸面上,像 DALI KORE 这样的扬声器或许能够承受高达 1,500W 的功率,实际上它甚至能够承受更多功率(前提是你能找到一台能够干净输出如此功率的功放)。不过,KORE 的最低功率需求仅为 50W,这可能会排除大多数输出功率非常低的单端胆机。但这也意味着,你并不需要巨型功放来驱动它。当然,如果由功率储备更充足的功放驱动,它确实会变得有趣得多……
为什么要避免超低功率功放?因为如果你要求功放以非常高的音量驱动扬声器,就可能接近前面讨论过的削波状态,这既不利于声音,最终也不利于扬声器或功放。用达到甚至超过扬声器标称最高功率的功放去驱动扬声器,并不太容易损坏扬声器;相反,功率过小反而更容易造成问题,这一点很遗憾却很常见。
同时,也要警惕那些以“动态功率”或“峰值音乐功率”标注输出的功放:这种做法过去常被作为销售策略,让小型组合音响也能宣称拥有 1,000W 甚至更高输出,如今幸好已经不如过去常见。这类数字过去通常是通过允许功放信号中出现更多失真来获得的(而失真对扬声器并不好)。
你可以用汽车来理解:虽然车辆标称最高时速可能很惊人,但你不太可能长时间以 150mph(240km/h)行驶,而且这样做对汽车、轮胎乃至燃油效率都不是好事。更好的做法,是查看加速和扭矩数据,以更准确地理解可用性能。
更大的扬声器,需要更大的功放?
看起来似乎合乎逻辑:扬声器越大,需要的功放功率就越大——毕竟,功放需要驱动“更多的扬声器”。但事实上,大型扬声器的设计往往意味着它们比小型两分频书架音箱更高灵敏度,其中一个重要原因是,在给定输入下,更大的驱动单元能够推动更多空气。
如何匹配扬声器与功放:检查清单
· 查看扬声器和功放规格:在扬声器标称阻抗下,功放至少应满足扬声器的最低功率需求。
· 留意扬声器规格中的最低阻抗数值——一款阻抗反应非常剧烈的扬声器,例如标称 8 欧姆但最低阻抗为 2 欧姆(这是一个极端例子),会向功放呈现出更难驱动的负载。
· 检查功放规格,了解它面对不同阻抗时如何响应:理想状态是阻抗减半时功率翻倍,这表明其电源供应足够“强健”,能够应对扬声器不断变化的负载。
· 同时也要记住,新一代 D 类功放在低阻抗稳定性方面已经大幅提升,换句话说,它们在面对阻抗特性苛刻或“难推”——的扬声器时表现更好。
· 思考你希望如何以及在哪里享受音乐:如果你想在小空间中播放轻柔、放松的音乐,由一台约 50W 的适中功放驱动紧凑型迷你监听风格扬声器就已经绰绰有余;而如果要在巨大房间中实现真实音乐厅般的声压,则最好使用更大型的扬声器和更大功率的功放。
· 不要在功放功率上走极端:如果要在保持声音品质的同时实现高功率输出,就需要在更好的音频电路上投入更多成本,尤其是功率放大和电源供应部分。与其盲目追逐瓦数,你很可能会从一台更适中的功放中获得更好结果,因为现代扬声器通常被设计得更友好、更容易驱动。
· 价格与表现:一个粗略参考是,将扬声器价格的 50% 投入到放大系统中。用一台普通功放驱动好扬声器,通常比用过度豪华的功放驱动普通扬声器能获得更好的声音。
· 先升级扬声器,然后再选择与之匹配的放大系统,而不是反过来。
立体声功放与环绕声功放
总体而言,扬声器与环绕声功放的匹配原则,与使用立体声功放时大体相同,但有几点需要注意。其一,销售环绕声功放和 AV 接收机的公司,在标称功率输出时往往会更有“创造力”。因此,一台标称每声道 200W 的功放,可能是在仅驱动一个声道这种不太现实的条件下得到的;而当所有声道同时工作时,实际数值会低得多。
毕竟,一台主流立体声功放要实现这样的输出都需要付出很大努力,所以在一台提供七个或更多声道输出的 AV 接收机中,仅靠单一变压器和电源供应方案来实现高输出,对设计来说显然要求很高。再次强调,要确保多声道功放在所有声道同时驱动时,至少能够满足你扬声器的最低功率需求。
还要记住,如果你是那种热爱宏大、爆炸感十足动作电影的家庭影院玩家,那么你很可能会比听音乐时以更高音量播放电影,因此应该选择一台大功率功放,以及灵敏度较高的扬声器。
在这类系统中使用一只或多只低音炮,可以减轻 AV 接收机功放级的压力:有了主动式低音炮负责低频,就可以减少分配给主扬声器的低频内容,这意味着接收机和扬声器都不需要那么吃力地处理那些震动房间的爆炸声。
顺带一提,值得考虑选择一台所有声道都带有前级输出,或者至少前置左、右声道带有前级输出的环绕声功放或 AV 接收机。这样一来,如果需要,你可以随时为这些声道增加更强大的后级功放;甚至也可以让连接主前置扬声器的一台独立立体声功放负责音乐播放。许多现代立体声功放都提供“家庭影院旁通”或类似功能,正是为此目的而设计。将音乐音源连接到立体声功放——这也能为你提供最纯净的信号路径;当你想观看环绕声内容时,再打开环绕声功放并启用立体声功放的旁通功能,此时立体声功放就只是作为前置声道功率放大使用。
此外,也可以寻找具备使用闲置功放声道对扬声器进行双功放驱动能力的环绕声功放:这不会带来更多功率,但能够提升清晰度和定义感。
前级/后级,还是合并式功放?
虽然大多数消费者会选择合并式功放——它将负责输入选择和音量控制的前级部分,与负责驱动扬声器的功率放大部分整合在同一机身内——但许多高端玩家会选择独立前级和后级功放。
直接优势在于,前级中精细的低电平信号能够远离后级功放中更高电压带来的任何干扰,而且每台设备都有各自专门服务于其任务的电源供应。面向未来,通过增加更大功率的后级、为双功放驱动增加额外功放声道,甚至升级到拥有更多输入、更多功能或单纯更好声音品质的前级,都能更方便地升级你的放大系统。未来文章中,我们会更深入地探讨前级、后级和合并式功放。
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