摘要：明確闡述了擴聲系統設計中所要涉及的揚聲器噪聲功率、揚聲器的峰值功率、揚聲器的最大聲壓級、揚聲器的額定阻抗、功放的輸出功率、功放的輸入靈敏度，以及功放與揚聲器的功率匹配等基本參數，并以兩例具體工程案例，詳細給出了參數的計算過程、設備的選配，還特別指出了設計和調試過程中常見的錯誤及解決的方法。

嚴格地說，一套完整的音響擴聲系統設計應包括廳堂音質設計和電聲系統設計，其系統參數是由建筑聲學參數和電聲系統參數兩大部分組合而成的。

筆者主要從事現場演出租賃工作，由于演出場地大部分都已經作了聲學處理，建筑聲學問題，如混響時間、頻率響應、本底噪聲等就不再論述了。在此主要談的是具有實際可操作性的與現場擴聲有關的聲壓級設計和電聲系統的配置。要得到好的聲音，建筑聲學參數達標是重要的前提，雖然有些建筑聲學參數，如頻率響應、混響時間等, 可通過電聲設備進行補償，但這種補償是有限的，并且是以電聲系統參數的變差為代價而換取的( 如失真等)。因此以下所談到的設計和配置都是在建筑聲學參數達標的情況下進行的。

1 擴聲系統設計要點

談到擴聲現場的聲壓級設計和電聲系統的配置就必須先介紹相關的理論和參數。

1.1 平方反比定律

在自由聲場中， 聲壓級與聲源距離的平方成反比，即聲壓距離損耗值=20lg( 距離)，分別代入數值1 m，2 m，4 m，8 m 和16 m 得到0 dB，6 dB，12 dB，18 dB 和24 dB，歸納結果：聆聽點與聲源的距離每增加一倍，聲壓級就下降6 dB。

1.2 揚聲器的靈敏度

揚聲器的靈敏度是指在揚聲器輸入端加上額定功率為1 W 的電信號、距離揚聲器軸方向1 m 處所產生的聲壓級。它體現了電能轉換為聲能的效率，靈敏度越高，揚聲器越容易被功放驅動。

1.3 揚聲器的可承受功率

揚聲器的可承受功率包括平均功率、節目功率(Program) 和峰值功率(Peak)。

1) 平均功率( 噪聲功率)

平均功率是采用RMS 電壓計算而確定的功率。

國際上比較普遍的是采用粉紅噪聲來對揚聲器進行功率測試，因此平均功率又可稱為噪聲功率(Noise)。噪聲功率的測試標準大多采用AES、IEC 和EIA 三種，見圖1。

圖1。

AES2—1984 標準：由美國音頻工程師協會頒布，采用10 倍頻程帶寬、6 dB 峰值因數的粉紅噪聲作為測試信號，測試時間為2 小時，測試后單元在聲學、電學和機械性能上不應產生大于10% 的永久性的改變。美國著名的揚聲器廠家JBL 就采用AES 標準。

IEC 60268-5 標準：由國際電工委員會頒布，所采用的測試信號為6 dB 峰值因數的粉紅噪聲，并且是按IEC 標準所確定的節目信號濾波器對粉紅噪進行濾波，這一節目信號的頻譜模擬了真實音樂和語言的的頻率分布，高端和低端的頻率份量呈下降趨勢。測試時還應根據揚聲器單元技術指標中關于頻率范圍的規定設置帶通濾波器， 對上述IEC 節目信號進行濾波。測試時間為100 小時， 測試后揚聲器不應顯示損壞。

EIA RS426-A 標準：由美國電子工業協會頒布，所采用的測試信號也是6 dB 峰值因數的粉紅噪聲，但使用的節目濾波與IEC 標準有差別，它的低頻段成分較高，而高頻成分要低得多，測試時間為8 小時。

美國揚聲器生產大廠EV 就采用此種測試方式。

2) 峰值功率

峰值功率是由峰值電壓計算得到的功率。揚聲器在接受峰值因數為6 dB 的粉紅噪聲測試時，瞬間要承受4 倍于平均功率的瞬態峰值的沖擊，這個瞬態功率即峰值功率。

3) 節目功率

節目功率(Program) 是從老的掃描正弦波功率測試而推演出來的過時的說法，現在它不具備什么實際意義，對于大多數制造商，將平均功率乘以2 就得到了節目功率。

對于6 dB 峰值因數的功率測試信號，平均功率(Noise)、節目功率和峰值功率(Peak) 之間的比率如表1 所示。

表1平均功率、節目功率、峰值功率之間的比率

4) 重點說明

揚聲器測試時，如果輸入的是簡諧正弦信號，則峰值與RMS 之間只有3 dB 的差值，如果輸入的測試信號是峰值因數為6 dB 的粉紅噪聲，則峰值與RMS之間就有6 dB 的差值。國內有很多揚聲器生產廠商還在使用簡諧正弦信號作為測試信號，因此同樣是標注250 W 平均功率的揚聲器， 采用簡諧正弦信號測試的揚聲器可承受的峰值功率只有500 W，而采用AES、IEC 和EIA 標準測試的揚聲器，其可承受的峰值功率卻可以達到1 000 W。這點在選用多大功率的功放去驅動此音箱時顯得尤為重要。

1.4 揚聲器的最大聲壓級

揚聲器的最大聲壓級是指聽音點在距離揚聲器1 m 處，且在揚聲器的聲輻射軸線上時，揚聲器所發出的最大聲壓級。

(1) 揚聲器最大聲壓級= 揚聲器靈敏度+10lg( 揚聲器的峰值功率)，也可以寫成揚聲器最大聲壓級=揚聲器靈敏度+10lg( 揚聲器的噪聲功率)+6 dB。

(2) 根據前面講過的平方反比定律，在聽音點距離揚聲器為D (m)， 且在揚聲器的聲輻射軸線上時，可得自由聲場計算公式： L P=S +10lgW -20lgD 。L P 為聽音點的聲壓級，W 為輸出給揚聲器的電功率，S 為揚聲器的靈敏度， D 為揚聲器前1 m 處到聽音點的距離。

如果在一個供聲區內有N 個揚聲器，那么上式中還要增加10lgN ，即 LP=S +10lgW +10lgN -20lgD 。

1.5 揚聲器的額定阻抗

是指在某一段規定頻段內對音頻信號所呈現的阻抗值。揚聲器與功放相配接的阻抗值最常見的有8 Ω，4 Ω 和16 Ω。

1.6 功放的輸出功率

過去功放輸出功率的標法五花八門，有RMS 功率、MPO 功率、PMPO 功率等。現在國際上已經規范了功放輸出功率的測試標準。

1)FTC 功率

聯邦貿易委員會(FTC) 頒布了以輸入信號為20 Hz~20 kHz 正弦波掃頻、失真低于0.1% 的長期連續平均功率測試法。在這種標準下測試得出的功率稱為功率放大器的“長期連續平均功率”。

2)EIA 功率

以輸入信號為1 kHz 正弦波、失真低于0.1% 的長期連續平均功率測試法。在這種標準測試下得出的功率放大器輸出功率要比FTC 標準下測得的輸出功率稍微高一點，稱為“最大平均功率”。以其他方式標稱的功率都視為非標。

3) 功放輸出功率與揚聲器阻抗

功放輸出功率的大小會隨著連接揚聲器阻抗的不同而改變，連接揚聲器的阻抗越小，功放的輸出功率越大，但過小的揚聲器阻抗會使電流過大而燒毀功放。國外頂級功放廠商如QSC、Crown、Crest Audio、LAB.Guppen 等生產的高檔功放， 在雙聲道連接時，其連接音箱的阻抗一般不能小于2 Ω，單聲道橋接時一般不能小于4 Ω ；國內功放在雙聲道連接時，音箱阻抗一般不能小于4 Ω，單聲道橋接時一般不能小于8 Ω。

1.7 功放與揚聲器的功率匹配

最佳匹配原則是選用功放的峰值功率要等于揚聲器的峰值功率。功放的功率是通過電壓算出來的。交流電中，峰值電壓=
電壓，而，因此峰值功率=2 倍RMS 功率。一臺功放的連續FTC 功率容量，允許其峰值超過連續功率3 dB，也就是說一臺功放允許其峰值功率為FTC 連續功率的2 倍。這點是功率放大器與揚聲器功率匹配的關鍵。例如一個揚聲器的噪聲功率為250 W，則它的峰值功率為1 000 W。

同樣，一臺功放的連續FTC 功率為500 W，其峰值功率為1 000 W。因此，如果一臺功放能夠提供1 000 W的峰值功率，則要求它的連續FTC 功率為500 W。換言之，如果功放要達到揚聲器的峰值功率容量，則要求功放的連續FTC 功率2 倍于音箱的噪聲功率。因此在阻抗匹配的前提下，選用功放的FTC 功率應該2倍于揚聲器的噪聲功率。

1.8 功放的輸入靈敏度(Input Sensitivity)

一臺功放能接受的最大輸入電壓稱為輸入靈敏度，如果輸入電壓超過了最大輸入電壓，功放的輸出容量也將會超出最大范圍，并產生較大的失真。

1) 輸入靈敏度的選擇

較為高檔的功放， 后面板有輸入靈敏度選擇開關， 輸入靈敏度的標法一般有2 種。例如CrownMA3600VZ 功放， 國際版的輸出功率為965 W(8 Ω)，后面板輸入靈敏度選擇有0.775 V、1.4 V 和26 dB 這3 個選擇。當開關選擇在0.775 V 時，說明當輸入功放的電壓達到0.775 V，且功放輸入增益衰減旋鈕打到最大位置( 無衰減) 時，功放處于滿功率運行狀態。

同樣當開關選擇在1.4 V 時，說明當輸入功放的電壓達到1.4 V，且功放輸入增益衰減旋鈕打到最大位置( 無衰減) 時，功放處于滿功率運行狀態。把0.775 V和1.4 V 換算成電壓分貝值分別為0 dB 和5.1 dB。

26 dB 標準的寫法是20×26 dB。20× 指的是功放的功率電壓從輸入到輸出放大了20 倍；26 dB 指的是當輸入電平為0 dB 時，此時功放的增益為26 dB。如果選擇輸入靈敏度開關位于26 dB，此時功放滿功率運行的輸入電壓值和電壓分貝值應為多少呢？有2 種計算方法。

(1) 首先計算出這臺功放總的增益值則滿功率輸入電平為41-26=15.09 dB， 換算成輸入電壓值為4.4 V。

(2) 當功放靈敏度選擇開關置于26 dB 時，此刻功放功率電壓的放大倍數是20 倍。先求出這臺功放的功率電壓，然后算出輸入端的電壓值為87.86÷20=4.4 V，換算成電壓分貝值為。

說明一下為什么當功放靈敏度選擇開關置于26 dB 時功放的放大倍數是20 倍。記住公式20lg( 電壓放大倍數)= 電壓增益，電壓放大倍數= 輸出電壓/ 輸入電壓。20×(26 dB)、40×(32 dB)、64×(36 dB) 等這些數值就是這樣算出來的。

圖2 是QSC RMX4050HD 功率放大器的輸入增益衰減旋鈕。

圖2QSC RMX4050HD功率放大器輸入增益衰減旋鈕。

其實只要看到輸入增益衰減旋鈕就已經知道這臺功放的電壓放大倍數。20lg( 電壓放大倍數)=36，電壓放大倍數=63.1 倍≈ 64 倍， 查看使用手冊得知這臺功放的輸入靈敏度沒有可選擇開關，固定為1.25 V。知道了這些其實不看說明書上的輸出功率也可以計算出來。QSC RMX4050HD 功放的功率電壓為， 即負載為8 Ω 阻抗時，功放的輸出功率為800 W ；再用1.6 系數法可知負載阻抗為4 Ω 時，功放的輸出功率約為1 280 W ；橋接功率可以乘以3.2，約為2 560 W(8 Ω)。

最后比對一下使用手冊中的技術參數。

在功放輸入靈敏度方面，做得最出色的當屬瑞典的頂級品牌LAB.Guppen。圖3 為FP6400 功放的后面板，可以看見正中有一排藍白色的DIP 開關，這就是調整功放輸出模式和輸入靈敏度的選擇開關。

圖3FP6400功放后面板。

這臺功放的輸入靈敏度有8 擋可調， 從20~41 dB。按照前面說過的方法很容易就可以計算出當DIP 開關位于這8 擋的任意一擋時，功放的電壓放大倍數和削波輸入電平。FP6400 負載阻抗為8 Ω 時FTC 輸出功率為1 280 W。表2 給出的是這8 擋輸入靈敏度分別對應的放大倍數及削波輸入電平(8 Ω)。

表2輸入靈敏度對應的削波輸入電平

2) 輸入增益衰減旋鈕和限幅閾值的設置

過去國內音響界一直在爭論功放的輸入增益衰減旋鈕應該置于最大位置還是不應該打到最大位置。其實只要搞懂了如何正確設置功放的輸入靈敏度選擇開關，還有如何正確選擇功放，使其輸出功率與揚聲器的功率相匹配這兩大問題，答案就很明顯了。此外，壓限器的限幅閾值要以功放輸入靈敏度為前提來進行調整，基本方法是限幅閾值至少不能低于使功放達到滿功率工作狀態時所需的輸入電平值，如果使用的是國外優質功放( 符合FTC 測試標準)，可以將限幅閾值調至比滿功率輸入電平值高2~3 dB。因為符合FTC測試標準的功放允許其峰值功率超過連續功率3 dB，這3 dB 稱為功放的頭頂空間(Headroom)。如果功放的使用手冊參數中已標明Headroom 值的大小，則限幅閾值增加的電平值要以使用手冊上的參數為準，如上面提到的QSC RMX4050HD 功率放大器的Headroom 為2 dB。對于輸入靈敏度為固定值的功放( 無輸入靈敏度選擇功能)，如果需要衰減功放的輸入增益衰減旋鈕，旋鈕衰減多少個dB，壓限器限幅閾值就要相應提高多少個dB。( 待續)