關(guān)于影院還音系統(tǒng)中功放與音箱功率匹配的探討

    隨著中國(guó)電影市場(chǎng)的火爆，各地影院的新建項(xiàng)目的增幅也迅速上升�？紤]到經(jīng)濟(jì)效益和視聽效果，影院投資人總是想獲得最高的性價(jià)比。當(dāng)在對(duì)還音系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與采購(gòu)做決斷時(shí)，面對(duì)不同的產(chǎn)品方案和經(jīng)驗(yàn)理論，投資者甚至包括影院音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者有時(shí)也會(huì)無法準(zhǔn)確的判斷自己的設(shè)備配置是否最合理。

下面產(chǎn)品部劉經(jīng)理就影院還音系統(tǒng)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(rèn)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題，這也是在影院還原系統(tǒng)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(zhǎng)期以來，整個(gè)音頻行業(yè)一直認(rèn)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(kuò)聲領(lǐng)域也有配置到2倍的情況�？偠�言之，寧愿大馬拉小車，也不能小馬拉大車(特別是有種理論認(rèn)為小馬拉大車導(dǎo)致功放信號(hào)容易失真，導(dǎo)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(xiàn)實(shí)中這種現(xiàn)象發(fā)生過，這和選用功放的品質(zhì)有關(guān))。

    為了達(dá)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購(gòu)買更大功率的功放。其實(shí)與擴(kuò)聲不同，在電影應(yīng)用中，看重的不是持續(xù)聲壓級(jí)，而是更加關(guān)注瞬間系統(tǒng)所能達(dá)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(cè)試時(shí)使用的連續(xù)粉噪或正弦波，音樂或電影節(jié)目的內(nèi)容多數(shù)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(nèi)容是對(duì)白。 

    一個(gè)音箱和功放所標(biāo)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(cè)試信號(hào)自身rms電壓值到峰值信號(hào)電壓還有1.4倍不失真的余量，也就是說一臺(tái)額定功率500Wrms的功放實(shí)際是能夠不失真輸出1000瓦的信號(hào)的。

    我們從而得出結(jié)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)是沒有問題的，在要追求投資最高性價(jià)比的情況下是一種不錯(cuò)的選擇。

    問題回來了，難道不怕信號(hào)過大，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(dǎo)致音箱毀壞有兩個(gè)因素，一個(gè)是熱損壞，一個(gè)是物理損壞。燒壞音箱大多為熱損壞，那么簡(jiǎn)單來說我們?nèi)粘Ｕf的音箱額定功率在英文中又叫做熱功率（thermal power rating），也就是說，持續(xù)給音箱的音圈輸入過多的功率，導(dǎo)致音圈發(fā)熱，功率壓縮，直到燒壞音圈。英文的意思很直觀的解釋了整個(gè)現(xiàn)象，是過熱導(dǎo)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(xiàn)代音樂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(xù)推動(dòng)一個(gè)1000W的音箱，稍微遇到長(zhǎng)時(shí)間的大信號(hào)，音箱的高音就可能燒掉，哪怕沒有任何失真，況且即便沒有立刻燒掉，2000W功放所產(chǎn)生的信號(hào)工作在1000W音箱失真的邊緣，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)減少設(shè)備壽命。  綜上所述，如果還音的內(nèi)容沒有突發(fā)大信號(hào)，內(nèi)容信號(hào)平穩(wěn)，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(jí)，但是多數(shù)情況下沒有必要，而且減損設(shè)備壽命。如果對(duì)還音內(nèi)容不確定，那么使用1：1的配置是一種保險(xiǎn)穩(wěn)妥平衡的方案。在得知節(jié)目信號(hào)有失真內(nèi)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(jí)

    緊扣前面的話題，如果需要增加SPL(聲壓級(jí)），很多人喜歡采用更大的功放，10log(功率)的計(jì)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。 也就是說功率越大，靠提升功放功率來獲得更高聲壓級(jí)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(nèi)播放同樣的信號(hào)后，聲壓級(jí)是增加3dB嗎？ 答案是6個(gè)dB。因?yàn)椴粌H僅是功率增加了一倍，輻射面積增加了一倍帶來了另外3dB的房間增益。因此如果需要獲得額外的聲壓級(jí)，特別是對(duì)于LFE通道，更為有效的方法是增加超低音音箱數(shù)量而非更換更高功率的功放去推動(dòng)超低音音箱。

    聲壓級(jí)計(jì)算的公式的誤區(qū)

    我們計(jì)算聲壓級(jí)時(shí)經(jīng)常用到平方成反比定律公式-20log(離開聲源距離)，在計(jì)算最后一排聲壓級(jí)考慮距離衰減按照6dB每一倍距離計(jì)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(nèi)例如影廳環(huán)境下，在超過房間一半的距離后，由于房間的反射等因素，聲壓級(jí)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(shè)計(jì)中，往往為了達(dá)到理論的SPL要求，會(huì)過高的配置音箱。

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

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

    我們習(xí)慣于使用靈敏度+10log(額定功率)的方式來計(jì)算一個(gè)音箱的聲壓級(jí)。這里忽略了紙盆行程在低頻部分對(duì)聲壓級(jí)的決定性作用（此時(shí)熱功率參數(shù)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(kuò)音箱（長(zhǎng)沖程）

    P=800W

    Sensitivity=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(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)：

    可以看出 A 音箱使用“靈敏度+10log(額定功率)”公式計(jì)算結(jié)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(duì)聲壓級(jí)的最終決定性影響時(shí)，B音箱反而要高出近3dB的聲壓級(jí)。

    要獲得更高的靈敏度 ，往往要用更短的音圈，更強(qiáng)的磁體和較短的磁路，導(dǎo)致相應(yīng)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(jí)越高。我們這里看到A音箱在50Hz無法輸出熱功率所標(biāo)注的130.2dB（相差5.3dB），而B音箱卻可以接近這個(gè)值。

    對(duì)于功放來說，我們平日看到的參數(shù)未必是真實(shí)的實(shí)際性能反應(yīng)。我們以下圖為例：

    4歐姆時(shí) QSC DCA 2422與某國(guó)際知名品牌同功率型號(hào)的對(duì)比

    從上述二個(gè)品牌音箱的的對(duì)比，可以看出是DCA2422在4Ω負(fù)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(guó)際知名品牌的功放，雖然參數(shù)表上標(biāo)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)符合描述，而其他頻段均不能在全頻段內(nèi)提供等同一致的功率輸出，失真明顯高于DCA2422。

    最后的總結(jié)

    綜上所述，在設(shè)計(jì)影院還音系統(tǒng)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(shè)備的實(shí)際使用情況，我們總結(jié)了多年的音箱和功放的匹配經(jīng)驗(yàn)和使用過程中的維護(hù)保養(yǎng)記錄，寫了上述的探討文章供從業(yè)者參考，以往簡(jiǎn)單的公式計(jì)算和理論推導(dǎo)只會(huì)使電影過還音系統(tǒng)投入成本高，其效果低于投資的預(yù)期想象。