音箱，特別是其中的高音揚(yáng)聲器，是整個(gè)音響系統(tǒng)中最為脆弱、最易損壞的部件，為了減少揚(yáng)聲器燒毀的危險(xiǎn)，需要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操作使用以及音箱本身增加保護(hù)電路等多方面采取措施。

1．操作使用的注意事項(xiàng)

　　操作使用時(shí)應(yīng)特別注意功率放大器輸出的音量要適當(dāng)，尤其要避免一些強(qiáng)大沖擊信號(hào)造成揚(yáng)聲器損毀。每逢開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)，插拔電源插頭以及插拔各個(gè)部件的信號(hào)線等動(dòng)作時(shí)，都應(yīng)先把調(diào)音臺(tái)音量控制適當(dāng)關(guān)小；話筒跌落地面以及強(qiáng)烈的反饋嘯叫都會(huì)對(duì)揚(yáng)聲器造成威脅，應(yīng)力求避免。音響系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉應(yīng)有正確的順序：開(kāi)機(jī)時(shí)，應(yīng)先接通各個(gè)前級(jí)(包括信號(hào)源、調(diào)音臺(tái)、處理器)的電源，最后才接通功率放大器電源；關(guān)機(jī)時(shí)則先把調(diào)音臺(tái)音量關(guān)至最小，再切斷功放電源，最后才關(guān)閉各個(gè)前級(jí)的電源，這樣就可以把對(duì)揚(yáng)聲器的沖擊減至最小。近年有廠家生產(chǎn)了所謂“電源順序控制器”的設(shè)備(國(guó)產(chǎn)勁龍牌約1000元1臺(tái))，利用電子延時(shí)繼電器的動(dòng)作，使各臺(tái)設(shè)備能按預(yù)先設(shè)定的先后次序接通和切斷電源，提高了操作的安全性，避免管理人員誤操作時(shí)帶來(lái)不必要的損失。

　　至于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和保護(hù)電路方面，采用前述的系統(tǒng)控制器是保護(hù)音箱的有效辦法，目前已在大功率的音響系統(tǒng)中普遍采用。下面再介紹在系統(tǒng)設(shè)計(jì)(特別是功率放大器與音箱的匹配)以及音箱本身的保護(hù)電路等方面的一些資料和信息，供讀者參考。
 

2．避免因削波失真而危及高音揚(yáng)聲器

　　燒毀揚(yáng)聲器單元的電能量全部來(lái)自于功率放大器。從直覺(jué)考慮，額定輸出功率過(guò)大的功放級(jí)，會(huì)對(duì)額定輸出功率偏小的揚(yáng)聲器構(gòu)成威脅，這是任何一名音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和操作人員都很容易想得到并會(huì)力求避免這種情況出現(xiàn)。但在大量營(yíng)業(yè)性歌舞廳直到不少單位的禮堂、俱樂(lè)部中，人們經(jīng)常遇到的煩惱問(wèn)題卻是一臺(tái)功率不大(小于或等于音箱功率)的功率放大器反而在不知不覺(jué)中把高音揚(yáng)聲器燒毀。這種現(xiàn)象往往令人迷惑難解。

　　要想找出為什么小功率功率放大器竟然會(huì)燒毀較大功率音箱中的高音揚(yáng)聲器的原因，首先要弄清兩個(gè)問(wèn)題：一是音樂(lè)信號(hào)的特性，二是功率放大器輸出功率的特性。

　　當(dāng)我們唱一首歌或聽(tīng)一首樂(lè)曲時(shí)，樂(lè)音中包含了從低音到高音的不同頻率成分，而這些不同頻率成分中所具有的能量并不是均勻分布的，而是比較集中于中音區(qū)和低音區(qū)，這稱(chēng)為音樂(lè)信號(hào)能量分布的自然屬性。通常在3KHz以上的高音區(qū)的能量要比中、低音區(qū)的能量低10dB-20dB。因此在正常情況下一個(gè)由高音單元和低音單元組成的2分頻音箱中，高音揚(yáng)聲器承受的功率僅為低音揚(yáng)聲器承受功率的十分之一左右。各音箱廠家設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)基本上都參照這一關(guān)系來(lái)安排。例如一只100W的音箱，通常就選用一只100W的低音揚(yáng)聲器，再配一只20W左右的高音揚(yáng)聲器，在這種情況下這個(gè)高音揚(yáng)聲器已經(jīng)具備了雙倍的承受過(guò)載能力了。

　　關(guān)于功率放大器的額定輸出功率，在本書(shū)第二章中曾作過(guò)介紹。在專(zhuān)業(yè)功放中，我們通常都用“最大不失真輸出功率”這個(gè)指標(biāo)來(lái)表征功放的額定容量，以一臺(tái)100W／8Ω的功率放大器為例，這個(gè)指標(biāo)表示這臺(tái)功率放大器在合適的輸入信號(hào)推動(dòng)下，在諧波失真(THD)不超過(guò)0.5％時(shí)，在8Ω負(fù)載上可以提供100W的功率而長(zhǎng)期安全地工作。但這并不表明這臺(tái)功率放大器在任何情況下都是輸出100W，特別是當(dāng)負(fù)載阻值變化或輸入信號(hào)電平變化時(shí)，這臺(tái)功放的功率會(huì)在很大范圍內(nèi)(例如從0變化到200W甚至更多!)變化。先討論負(fù)載阻抗值的影響：這臺(tái)功放在保持失真度為0.5％的前提下，如果負(fù)載阻抗降為4Ω例如兩只8Ω揚(yáng)聲器并聯(lián)連接)，其輸出功率就會(huì)上升到約150W，而功放的發(fā)熱程度也隨之增加，但通常仍可長(zhǎng)期安全工作；如果負(fù)載阻抗再降為2Ω(四只8Ω揚(yáng)聲器并聯(lián))時(shí)，輸出功率會(huì)增加到200W左右，發(fā)熱更嚴(yán)重。一般的功率放大器都不宜在這種狀態(tài)下長(zhǎng)期工作，以免過(guò)熱損壞。也有例外的情況，如高峰(CREST)、QSC和JBL等產(chǎn)品，在說(shuō)明書(shū)上明確標(biāo)出了在2Ω負(fù)載時(shí)的額定不失真輸出功率，則應(yīng)當(dāng)可以放心使用。

　　下面再討論輸入信號(hào)電平大小對(duì)功率放大器工作狀態(tài)的影響。在負(fù)載為8Ω不變的條件下，如果輸人信號(hào)為零(話筒無(wú)人說(shuō)話或音量控制關(guān)死)，則輸出功率當(dāng)然也為零。隨著輸入信號(hào)電平增大則功率放大器的輸出功率也增大，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到額定數(shù)值時(shí)，輸出功率將達(dá)到額定值(100W)，此時(shí)失真會(huì)等于或低于額定值(0.5％)。如果繼續(xù)增大輸入信號(hào)電平(例如把調(diào)音臺(tái)的推子推得很高)，則功率放大器的輸出功率將超過(guò)其額定值100W而繼續(xù)升高，且失真系數(shù)也會(huì)增大，往往超過(guò)其額定值(0.5％)，這種狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)荷驅(qū)動(dòng)。

　　圖4—17顯示一臺(tái)功率放大器正常工作時(shí)不失真輸出的正弦波形，此時(shí)該信號(hào)的平均輸出功率約為峰值輸出功率的一半。圖4—18是當(dāng)功率放大器被過(guò)荷驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)削波失真的波形，此時(shí)平均輸出功率將接近峰值輸出功率的數(shù)值。圖4—19顯示功率放大器被過(guò)荷驅(qū)動(dòng)達(dá)到飽和狀態(tài)，正弦波輸出信號(hào)變成了方波信號(hào)，此時(shí)的平均輸出功率就等于峰值輸出功率。由電工原理關(guān)于諧波分析的傅立葉級(jí)數(shù)理論可知，一個(gè)周期性的非正弦波信號(hào)是由頻率從低至高排列的一連串正弦波信號(hào)所組成，分別稱(chēng)為基波、二次諧波(頻率為基波的二倍)、三次諧波(頻率為基波的三倍)……等。具體包含有哪些諧波成分則依非正弦波的波形不同而定。例如一個(gè)頻率為1KHz的正弦波信號(hào)，在嚴(yán)重削波失真變得接近方波形狀時(shí)，除保留1KHz的基波外，還會(huì)產(chǎn)生一連串奇次諧波，即3KHz、5KHz、7KHz．…．·等諧波信號(hào)。正弦波被削波越嚴(yán)重，其產(chǎn)生的高次諧波成分越多。正是這些由削波失真而帶來(lái)的高次諧波信號(hào)，對(duì)高音揚(yáng)聲器構(gòu)成最大的威脅，被稱(chēng)為高音揚(yáng)聲器的頭號(hào)“殺手”。這時(shí)樂(lè)音中低音與高音成分的分布比例已不再依照前述的音樂(lè)信號(hào)能量分布自然屬性(大約10比1)的關(guān)系，而是高音分量被大大增強(qiáng)，導(dǎo)致高音揚(yáng)聲器有燒毀的危險(xiǎn)。

　　由此引出一個(gè)看似簡(jiǎn)單其實(shí)不算簡(jiǎn)單的問(wèn)題，到底功放與音箱兩者的“功率匹配”應(yīng)當(dāng)如何掌握？許多書(shū)刊常常籠統(tǒng)地提到，“功率放大器功率應(yīng)等于或不大于音箱的功率就確保安全”。如果不考慮波形失真的影響時(shí)，這個(gè)結(jié)論當(dāng)然是對(duì)的，因此許多小功率民用音響或背景音樂(lè)系統(tǒng)的確是按這個(gè)原則設(shè)計(jì)的。但對(duì)于大功率的專(zhuān)業(yè)音響系統(tǒng)，問(wèn)題就要復(fù)雜些。以一間歌舞廳為例，用一臺(tái)200W或150W的功放去推一只200W音箱，看似很安全，但由于激勵(lì)不足，放音乏力，于是操作者就可能會(huì)情不自禁地繼續(xù)推大調(diào)音臺(tái)的輸出，結(jié)果當(dāng)有突發(fā)的瞬態(tài)很大的信號(hào)來(lái)到時(shí)，就出現(xiàn)前述的過(guò)荷驅(qū)動(dòng)，由于削波失真而產(chǎn)生大量高次諧波，輕則使音質(zhì)惡化(模糊、暗淡)，嚴(yán)重時(shí)就有可能燒毀高音揚(yáng)聲器。反過(guò)來(lái)，如換用一臺(tái)200W以上但不超過(guò)400W的功放來(lái)推這只200W的音箱，亦即功放留有足夠的功率儲(chǔ)備余量(Headroom直譯為“頭頂空間”)，這時(shí)對(duì)突發(fā)的瞬態(tài)很大的信號(hào)仍能承受而不會(huì)失真，聽(tīng)起來(lái)很清晰、明亮，而且安全。當(dāng)然也不能無(wú)限制地加大功率放大器的功率。否則，強(qiáng)大的雖然并不失真的信號(hào)功率也會(huì)導(dǎo)致?lián)P聲器(包括低音揚(yáng)聲器)的音圈發(fā)熱變形甚至燒毀。

　　JBL公司近期印發(fā)的一份“技術(shù)備忘錄”中明確建議，使用JBL音箱的用戶(hù)應(yīng)按“功率放大器功率是揚(yáng)聲器額定功率的一倍半或二倍”進(jìn)行匹配。即200W的音箱，功放功率不應(yīng)低于300W至400W。認(rèn)為這樣的匹配能確保聲音不失真，并減少損毀揚(yáng)聲器的危險(xiǎn)。

　　許多專(zhuān)業(yè)音箱廠家在其產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明書(shū)中除了標(biāo)出各型音箱的額定功率外，還列出推薦(或建議)的功率放大器功率值(Recommended Amplifier Power)，這給音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和使用者帶來(lái)更大的方便。如本章表4—9中的JBIA8系列音箱和表4—22到表4—26的BOSE 802Ⅱ、402和502等音箱的技術(shù)說(shuō)明中都標(biāo)明了推薦放大器功率的數(shù)值。

3．揚(yáng)聲器保護(hù)電路

　　為了解決高音揚(yáng)聲器容易燒毀的問(wèn)題，各大揚(yáng)聲器和音箱生產(chǎn)廠家紛紛研究開(kāi)發(fā)了多種新型的揚(yáng)聲器保護(hù)電路，使它們的產(chǎn)品能在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)下更安全地工作。以JBLTR系列和MR900系列為例，其高音保護(hù)電路的英文名稱(chēng)為Sonic Guard，意譯為“聲音的保鏢”。這位保鏢是“隱形俠”，在正常工作狀態(tài)時(shí)，我們感覺(jué)不到它的存在，當(dāng)喇叭單元超越了警戒線，保鏢就會(huì)現(xiàn)身并不令人覺(jué)察地進(jìn)行保護(hù)，這就是Sonic Guard的關(guān)鍵技術(shù)。

　　一般揚(yáng)聲器保護(hù)電路設(shè)計(jì)有兩種方案。其一是斷路保護(hù)，即在揚(yáng)聲器單元過(guò)荷之前，將信號(hào)斷開(kāi)。雖然揚(yáng)聲器是受保護(hù)了，但表演突然中斷，破壞了演出氣氛。其二是用于高檔系列產(chǎn)品的控制器，其實(shí)它是多組限幅器，限制了信號(hào)的幅度，功率過(guò)荷的機(jī)會(huì)當(dāng)然會(huì)大為減小，但這樣卻往往扼殺了音樂(lè)的動(dòng)態(tài)，令演出變得平淡乏味。

　　由此可見(jiàn)上述兩種都是折衷的解決方法。據(jù)廠家介紹，Sonic Guard能克服上述問(wèn)題。在重播低音鼓或其他敲擊樂(lè)器時(shí)，樂(lè)音中包含了許多動(dòng)態(tài)幅度非常大的信號(hào)，這些信號(hào)的幅度雖大，但能量不多，不會(huì)燒毀音圈，Sonic Guard就讓它通過(guò)，保存了原來(lái)音樂(lè)的神韻，維持了優(yōu)良的清晰度。當(dāng)平均功率加大，累積在音圈的溫度提升到危險(xiǎn)水平時(shí)，Sonic Guard開(kāi)始發(fā)揮功能，將過(guò)量的能量旁路，使具有破壞性的脈沖衰減至安全水平，保護(hù)高音揚(yáng)聲器音圈不易被燒毀。

　　JBL的高音保護(hù)電路還配置有顯眼的指示裝置。當(dāng)Sonic Guard啟動(dòng)開(kāi)始保護(hù)時(shí)，在音箱接線端子盒上的紅色指示燈便開(kāi)始閃亮。紅燈不亮?xí)r表示音箱不需要保護(hù)，處在安全工作狀態(tài)；紅燈偶然閃亮表示音箱仍然安全，但已經(jīng)處在臨界點(diǎn)，不應(yīng)再把音量加大；假若紅燈長(zhǎng)期亮著，表示音箱已處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)，過(guò)量的能量可能會(huì)燒毀高音以外的其他元件，此時(shí)使用者必須馬上將輸入功率減小。

　　廠家還提示用戶(hù)，Sonic Guard指示燈與普通的峰值指示燈不一樣，它并不跟蹤瞬時(shí)峰值。何時(shí)啟動(dòng)保護(hù)電路是根據(jù)高頻波形所含的能量來(lái)決定的(包括負(fù)載循環(huán)和持續(xù)時(shí)間等因素)，因此，Sonic Guard允許那些為保持聲音特征(如音樂(lè)感和清晰度等)所必不可少的音樂(lè)瞬時(shí)峰值通過(guò)。