音箱，特別是其中的高音揚(yáng)聲器，是整個音響系統(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，需要從系統(tǒng)設(shè)計、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

　　操作使用時應(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)大沖擊信號造成揚(yáng)聲器損毀。每逢開機(jī)、關(guān)機(jī)，插拔電源插頭以及插拔各個部件的信號線等動作時，都應(yīng)先把調(diào)音臺音量控制適當(dāng)關(guān)??；話筒跌落地面以及強(qiáng)烈的反饋嘯叫都會對揚(yáng)聲器造成威脅，應(yīng)力求避免。音響系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉應(yīng)有正確的順序：開機(jī)時，應(yīng)先接通各個前級(包括信號源、調(diào)音臺、處理器)的電源，最后才接通功率放大器電源；關(guān)機(jī)時則先把調(diào)音臺音量關(guān)至最小，再切斷功放電源，最后才關(guān)閉各個前級的電源，這樣就可以把對揚(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(國產(chǎn)勁龍牌約1000元1臺)，利用電子延時繼電器的動作，使各臺設(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帶來不必要的損失。

　　至于在系統(tǒng)設(shè)計和保護(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(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自于功率放大器。從直覺考慮，額定輸出功率過大的功放級，會對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)計人員和操作人員都很容易想得到并會力求避免這種情況出現(xiàn)。但在大量營業(yè)性歌舞廳直到不少單位的禮堂、俱樂部中，人們經(jīng)常遇到的煩惱問題卻是一臺功率不大(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，首先要弄清兩個問題：一是音樂信號的特性，二是功率放大器輸出功率的特性。

　　當(dāng)我們唱一首歌或聽一首樂曲時，樂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)，這稱為音樂信號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)計產(chǎn)品時基本上都參照這一關(guān)系來安排。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，在這種情況下這個高音揚(yáng)聲器已經(jīng)具備了雙倍的承受過載能力了。

　　關(guān)于功率放大器的額定輸出功率，在本書第二章中曾作過介紹。在專業(yè)功放中，我們通常都用“最大不失真輸出功率”這個指標(biāo)來表征功放的額定容量，以一臺100W／8Ω的功率放大器為例，這個指標(biāo)表示這臺功率放大器在合適的輸入信號推動下，在諧波失真(THD)不超過0.5％時，在8Ω負(fù)載上可以提供100W的功率而長期安全地工作。但這并不表明這臺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電平變化時，這臺功放的功率會在很大范圍內(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，輸出功率會增加到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)下長期工作，以免過熱損壞。也有例外的情況，如高峰(CREST)、QSC和JBL等產(chǎn)品，在說明書上明確標(biāo)出了在2Ω負(fù)載時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電平大小對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，如果輸人信號為零(話筒無人說話或音量控制關(guān)死)，則輸出功率當(dāng)然也為零。隨著輸入信號電平增大則功率放大器的輸出功率也增大，當(dāng)輸入信號達(dá)到額定數(shù)值時，輸出功率將達(dá)到額定值(100W)，此時失真會等于或低于額定值(0.5％)。如果繼續(xù)增大輸入信號電平(例如把調(diào)音臺的推子推得很高)，則功率放大器的輸出功率將超過其額定值100W而繼續(xù)升高，且失真系數(shù)也會增大，往往超過其額定值(0.5％)，這種狀態(tài)稱為過荷驅(qū)動。

　　圖4—17顯示一臺功率放大器正常工作時不失真輸出的正弦波形，此時該信號的平均輸出功率約為峰值輸出功率的一半。圖4—18是當(dāng)功率放大器被過荷驅(qū)動出現(xiàn)削波失真的波形，此時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荷驅(qū)動達(dá)到飽和狀態(tài)，正弦波輸出信號變成了方波信號，此時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數(shù)理論可知，一個周期性的非正弦波信號是由頻率從低至高排列的一連串正弦波信號所組成，分別稱為基波、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。例如一個頻率為1KHz的正弦波信號，在嚴(yán)重削波失真變得接近方波形狀時，除保留1KHz的基波外，還會產(chǎn)生一連串奇次諧波，即3KHz、5KHz、7KHz．…．·等諧波信號。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的高次諧波信號，對高音揚(yáng)聲器構(gòu)成最大的威脅，被稱為高音揚(yáng)聲器的頭號“殺手”。這時樂音中低音與高音成分的分布比例已不再依照前述的音樂信號能量分布自然屬性(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。

　　由此引出一個看似簡單其實不算簡單的問題，到底功放與音箱兩者的“功率匹配”應(yīng)當(dāng)如何掌握？許多書刊常?；\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，這個結(jié)論當(dāng)然是對的，因此許多小功率民用音響或背景音樂系統(tǒng)的確是按這個原則設(shè)計的。但對于大功率的專業(yè)音響系統(tǒng)，問題就要復(fù)雜些。以一間歌舞廳為例，用一臺200W或150W的功放去推一只200W音箱，看似很安全，但由于激勵不足，放音乏力，于是操作者就可能會情不自禁地繼續(xù)推大調(diào)音臺的輸出，結(jié)果當(dāng)有突發(fā)的瞬態(tài)很大的信號來到時，就出現(xiàn)前述的過荷驅(qū)動，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)重時就有可能燒毀高音揚(yáng)聲器。反過來，如換用一臺200W以上但不超過400W的功放來推這只200W的音箱，亦即功放留有足夠的功率儲備余量(Headroom直譯為“頭頂空間”)，這時對突發(fā)的瞬態(tài)很大的信號仍能承受而不會失真，聽起來很清晰、明亮，而且安全。當(dāng)然也不能無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功率也會導(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。

　　許多專業(yè)音箱廠家在其產(chǎn)品技術(shù)說明書中除了標(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)計者和使用者帶來更大的方便。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)聲器容易燒毀的問題，各大揚(yáng)聲器和音箱生產(chǎn)廠家紛紛研究開發(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，我們感覺不到它的存在，當(dāng)喇叭單元超越了警戒線，保鏢就會現(xiàn)身并不令人覺察地進(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)計有兩種方案。其一是斷路保護(hù)，即在揚(yáng)聲器單元過荷之前，將信號斷開。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，其實它是多組限幅器，限制了信號的幅度，功率過荷的機(jī)會當(dāng)然會大為減小，但這樣卻往往扼殺了音樂的動態(tài)，令演出變得平淡乏味。

　　由此可見上述兩種都是折衷的解決方法。據(jù)廠家介紹，Sonic Guard能克服上述問題。在重播低音鼓或其他敲擊樂器時，樂音中包含了許多動態(tài)幅度非常大的信號，這些信號的幅度雖大，但能量不多，不會燒毀音圈，Sonic Guard就讓它通過，保存了原來音樂的神韻，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水平時，Sonic Guard開始發(fā)揮功能，將過量的能量旁路，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啟動開始保護(hù)時，在音箱接線端子盒上的紅色指示燈便開始閃亮。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，不應(yīng)再把音量加大；假若紅燈長期亮著，表示音箱已處于危險工作狀態(tài)，過量的能量可能會燒毀高音以外的其他元件，此時使用者必須馬上將輸入功率減小。

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