扬声器和功放怎么匹配？除了看功率和阻抗，还要注意什么呢？

研 究 过 程

我们先假设最大输入电压Emax为20 Vrms (IEC噪声)，持续3分钟。有两个公式可以确定额定功率数值。

▲公式1和2：电压，电流和电阻的功率计算

第一个需要知道电压和阻抗（简化为等效电阻）。第二个需要知道电压和电流。
 

▲ 图1 扬声器的阻抗图

图1上图表显示了扬声器的阻抗曲线(Z)。下图显示的是普通扬声器中标示的1/3- oct平均值。阻抗的值是多少?有三个可能。

最小阻抗(Zmin)为4.4Ω，位于157Hz。

额定阻抗(Znom)为5.5Ω。即Zmin乘以1.25。

平均阻抗(Zavg)为10.2Ω。

哪个阻抗应该用来计算额定功率?

使用Zmin的额定功率是91W。

使用Znom额定功率为72W。

使用Zavg的额定功率是40W。

基于电流曲线得到的功率。

接下来，我们用一个电流分流器来测量Emax的实际电流。图2显示了在Emax下测量的功放输出电压(20 Vrms)和电流分流器的电压(194 mV)。分流器电阻为0.1Ω。根据欧姆定律(I = E/R)，电流是1.9A。功率使用第二个方程计算是40W。

▲ 图2为Emax和Eshunt的时域图(180秒中取了10秒)

也就是说，对于宽带信号，功放能看到负载的平均阻抗。对于窄带信号，如正弦波，功放可以看到阻抗曲线上的任何值。因此Z值的作用有两个:

1.将阻抗曲线简化成“一个数字”。

2.防止制造商夸大扬声器的阻抗。如果一个4Ω扬声器的额定阻抗标注为8Ω，用户可能会用一个功放通道推两只音箱。 

电压——公用数值

注意，功率计算方法的公用数值是Emax。它是精确测量的，无可争议。一个扬声器的额定功率只有在Emax可以计算的时候才有用(公式2)。标示最大功率会产生来自市场的压力，发布保守的功率也同样是有代价的。这些可能会给终端用户带来一些问题。比如下面一些场景。

通过公式2从额定功率中计算Emax。

1 情景

制造商使用Zmin来计算额定功率(91W)并采用最接近的阻抗通用值(8Ω)。如果终端用户通过这两个值计算Emax，将得到27Vrms。这将超过扬声器的热限值，可能造成损坏。

2 情景

用Znom计算额定功率(72W)。功率放大器GUI实时监控放大器的输出功率。终端用户将扬声器驱动到72W。27Vrms将会通过扬声器，再次超过了Emax。

3 情景

扬声器的Emax是20Vrms。如果有必要把扬声器驱动到这个RMS电压，需要一个更大的放大器。12 dB是一个合理的峰值空间，这意味着放大器需要能够通过80Vrms的信号峰值。这样功放的一个正弦或脉冲测试功率会有将近400W @ 8 Ω。具有这种额定功率值的功放将摧毁扬声器，因为使用高度压缩的信号，其输出电压很容易超过20 Vrms。

为了让客户购买合适的功放，制造商给扬声器标示的额定功率为200W，并建议他们购买两倍大小的放大器？自然而然，这就产生了上面3的最终结果。考虑到扬声器的额定功率为200 W连续，用户会烧掉扬声器。

4 情景

除额定功率外，制造商还应标示出Emax。在情景3的基础上，技术人员在功放中配置一个RMS限幅器，使其低于此值。可达到最大声压级，且扬声器没有危险。

结 论

本研究中的扬声器处理20 Vrms的IEC噪音3分钟。无论额定功率如何，Emax都是20 Vrms。将Emax转换为功率需要使用阻抗值。由于阻抗并非完全固定，会在温度等因素作用下产生变化，所以得到的额定功率也不确定。

终端用户的错误假设很容易导致扬声器损坏。
除了用于扬声器的销售，标注的扬声器额定功率几乎没有实际用途。说一个扬声器可以“处理” *W或功放可以输出*W是非常危险的表述语言。有意义的扬声器额定功率要确定Emax，可以很容易地对其进行监控来保护扬声器。因为它的峰值空间要求也能帮助选择适当的功放来驱动扬声器。

功放或扬声器的额定功率是表示产品性能特征的简明方式。两者都涉及电压，电流，阻抗和时间。功率公式能让这些参数简洁地表达为某个瓦数值。只要提供足够的信息可以反向进行数学运算，以从额定值中获取原始电压，电流和阻抗值。但很少有厂商会这样做，结果是功率标示影响了用户的购买判断。我们将努力推行良好的工程实践标准，为音频产品更好的匹配功放，同时做好保护工作。