喇叭效率

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喇叭效率
Q：常聽到人家說喇叭效率(sensitivity)越低越不好推，是真的嗎？

A：效率的單位為db，例如某對喇叭標示著88db，事實上表示著是88db/1W/1M，在輸入1W的功率於距離1M處，可測到的音壓為88db，因此 若有另一對喇叭效率為86db，同樣1W的輸入功率，在1M處音壓只有86db，也就是一般所謂相對較不好推的意思(同樣的音壓，效率低者需要更大的輸入 功率)。

不過要注意的是，喇叭好不好推與好不好聲是沒有關係的，重點是器材要搭配的好。

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喇叭的效率是用dB值表示，但與阻抗有關聯，故dB值完全相同的兩對喇叭，其需求電壓不見得相同。因為8Ω喇叭的1W是輸入2.83V電壓，而4Ω喇叭的1W是2V輸入電壓。因此就amp. 來說，效率相同、阻抗不同的兩對喇叭，接上同一台晶體後級就必然有不同的聲音表現。
擴大機輸出功率        8Ω         4Ω
1W         2.83V         2V
2W         4V         2.83V
3W         4.9V         3.47V
4W         5.66V         4V
10W         8.95V         6.33V
由上表可看出，4Ω喇叭的需求電壓比8Ω低，但需求電流卻比較大，就以4W為例，8Ω喇叭是0.7A，而4Ω喇叭則吃1A電流，故為何大家都說低阻抗喇叭比較難推。正由於低阻抗喇叭吃電流，故晶體後級逐漸形成大電流設計。
dB是分貝，它的計算式因功率或電壓、電流之倍數會有所不同，喇叭的效率是以功率計算。我們現在以阻抗變化甚大的Dynaudio喇叭為例，說明大多數情況下，晶體機的7W比真空管機的7W來得有力─重點就是低阻抗時的輸出電流特性。   
阻 抗         晶體機功率        管機功率
8Ω        7W        7W
4Ω        14W        7W
2Ω        28W        7W
只要負載電流夠，晶體機的輸出功率會隨著喇叭阻抗的降低而提昇，故不只7W而已。但管機有輸出變壓器交連，功率不隨喇叭阻抗變，此時是不是晶體機的7W比真空管的7W夠力？
LS-3/5a既是低效率又兼高阻抗
具恆阻特性的喇叭並不多，因此當喇叭阻抗猛往下降時，管機就可能使不上力，所以管機後級推Dynaudio喇叭就常不易發出好聲，因此時喇叭欲吃電流，但真空管卻是電壓元件，無法提供電流；可是換成3/5a就不一樣了。   
3/5a阻抗         晶體機功率         管機功率
15Ω         3.7W         7W
11Ω         5W         7W
8Ω         7W         7W
7W的晶體機接上第一代LS-3/5a就只剩3.7W，接第二代3/5a也不過是5W；可是管機就一直維持7W輸出。故遇到3/5a這對高阻抗喇叭時，管機的7W就比晶體機的7W來得夠力。   
若是高阻抗再加上低效率，那這對喇叭鐵定難伺候，偏偏LS-3/5a就有這種特性，因此有人用大power推它，但3/5a又吃不下大power，功率太高就容易將它得低音觸底。
現在我們來看看喇叭效率與擴大機功率的關係，比對喇叭是LS-3/5a及Klipsch的Klipschorn，從下表就可看出低效率喇叭果然比較難推。
　
Klipschorn        LS-3/5a
104dB 1W        81dB 1W
107dB 2W        84dB 2W
110dB 4W        87dB 4W
113dB 8W        90dB 8W
116dB 16W        93dB 16W
119dB 32W        96dB 32W
122dB 64W         99dB 64W─？
125dB 128W─？        102dB 128W─×
第一行104dB與81dB是兩款喇叭的標稱效率，LS-3/5a的 99dB打個問號，代表LS-3/5a應該無承受64W連續輸入，此時低音單體會觸底，大約50W連續輸入就已是最大值。而Klipschorn喇叭在 1W輸入時，就得到104dB的音壓，這是LS-3/5a打破頭也無法做到的事。至於125W加個問號，那是原廠公佈Klipschorn最高連續承受功 率是100W，故當128W連續輸入時，Klipschorn也會不了。由於Klipschorn的效率高達104dB，若amp的訊號雜音比不夠高，那 不用轉音量旋鈕，喇叭就會發出嘶─聲。對於擴大機的殘留雜音及哼聲，高效率喇叭倒是具有明察秋毫的功效。   
3/5a的效率到底是多少？本文假設它是81dB，記憶中好像也是。但'95年10月號Audio年鑑上，KEF 3/5a的效率註明是85dB，阻抗則仍維持11Ω。最令我大吃一驚的是：這對小喇叭竟然飆漲到US$1450一對！老天，KEF的3/5a有這種身價嗎？如果它有1450美金的音質，那我的DaLineⅡ一對可賣2400美金！   
不論有什麼改進，3/5a的最高音壓卻仍不及Klipschorn的基本標稱效率。再計算「標稱效率」至「最高音壓」的範圍，3/5a大約是18dB，而Klipschorn大約是21dB。   
這裏透露著兩點，一是以300B單端每聲道7W管機推104dB高效率喇叭，它的表現絕對會比40W的晶體後級推LS-3/5a喇叭來得輕鬆自在、有力道。第二點則有賴大家共同研究，是不是高效率喇叭也同時代表高動態？ 若果真如此，曹永坤先生就有先見之明。
準此原則，吾人當選用高效率喇叭，這樣amp.功率不必動輒數百瓦。當然，上百dB的高效率喇叭通常體型龐大，若以一般家庭使用，似乎也應在90dB以上。然而，低效率喇叭就代表低動態？很不幸，3/5a及DaLine卻是明證。
當 然ATC可能會不同意，ATC的SCM20為8Ω/83dB，效率比DaLine略高，但它的連續承受功率竟然是200Wrms，因此計算其最高音壓是 106dB，絕非3/5a或DaLine之輩能比。晶體機驅動高阻抗喇叭會降低功率，但也有例外，美國的McIntosh雖是晶體機，卻因為有輸出變壓 器，故其輸出功率不會隨負載阻抗變動而變動。好在音響圈中特例不多，沒有輸出變壓器的真空管機不多見，有輸出output的晶體機唯有McIn，而標稱阻 抗高過8Ω的喇叭，歷年來也只有3/5a而已。故現代管機的輸出變壓器，常只有4Ω及8Ω兩組繞組輸出。   
應選用高效率、高動態喇叭
接駁低效率低動態喇叭時，後級的輸出功率不能太低，以免推不動，但輸出功率又不能太高，以免喇叭受不了，故常兩難。「低效率低動態」六個字若不能理解，改成「低效率低最高音壓」八個字就比較明顯。   
世 上喇叭何其多，但在規格表上明確註明最高音壓─是連續不是瞬間─者，卻不及百分之一。若有連續最高承受功率，就可從效率計算過來。例如效率86dB的某款 喇叭，其連續承受功率是160W，我們就可輕易計算出它的最高音壓是:108dB。利用工程型電算機按幾個鍵，160 log×10＝22，86＋22＝108dB  ；而22dB大致就是此喇叭的動態。
動態範圍-dynamic range之值以dB表示，數值愈高愈好音響器材性能表中有動態範圍者，大概只有CD唱盤及影碟機；揚聲器廠商幾乎都不會註明此規格，以避免自曝其短。 動態範圍可說是由最低到最高的變化、由最小到最大的變化，也是由最弱到最強、由最暗到最亮的變化。音響器材動態愈大，就愈能表現「由最弱音到最強音的變化」。CD唱盤的動態甚少低於90dB，但揚聲器卻甚少高過25dB。
這種直接比較合理嗎？當然不正確，因CD唱盤的動態範圍是電壓倍數的變化，而喇叭的動態範圍是功率的計算。我們常說前級的10倍放大具有20dB的增益，但10W功率卻換算成10dBW，而不是20dBW，請看底下的說明。
都是dB值，功率的計算是:數值log×10，電壓、電流計算是：倍數log×20，因此100倍的電壓放大就是40dB。若某前級具14dB增益，它的放大倍數是多少？利用工程型電算機按幾個鍵：14(dB)÷20÷inv log＝5(倍)。若是某效率86dB喇叭的最高輸出音壓是105dB，換算成最高承受功率就是  :  (105-86)÷10÷inv log＝79.5W。而105-86=19(dB)，就是它的動態。
分 清楚電壓增益的dB與喇叭功率的dB，你就會明白為何Hi -End廠都反對將後級擴大機的輸出功率標示成dBW。因為50W是16.9dBW，而500W雖是大power，但也僅是26.9dBW。若喇叭的最高 音壓－效率即是它的動態範圍，那家用喇叭的動態有多少？不論是Avalon AsentⅡ、Thiel CS5、B&W 801Ⅲ，都絕不超過25dB！往專業領域找，Rey Audio的RM-8V效率是100dB，最高音壓是130dB，有30dB動態，30dB正好是1000W，亦即RM-8V可承受1000W。
日 本Rey Audio還有音壓更高的RM-1800，其型號有兩個意義，一是採用兩只18吋低音單體，一是喇叭高度為1800mm。有一年「恰客與飛鳥」在大阪開演 唱會，就用了4對RM-1800。再思考一個問題：若兩對喇叭的阻抗與效率皆相同，用同一台擴大機驅動，是否會得到相同的音壓？─數字通常是不會騙人的， 所以應該具相同之驅動力。
不會一樣，經多年實際操作經驗顯示，差異性極大。在無響室內所測出的效率是平均值，不一定能正確含蓋低、中、高頻，因此同樣都是95dB/8Ω的兩對喇叭，其最低驅動功率（擴大機輸出功率），可能一是20W，另一是50W。
聆聽環境的背景噪音要低
理想揚聲器一定是高效率、高音壓，因為這樣才可以將音樂最低音到最高音的變化表現出來。不過要談動態範圍，那可千萬不能遺漏環境噪音這個重要因素。   
聽 音環境愈安靜愈佳，但除非是專業錄音室，一般經過略為裝修的音響室，其背景噪音也都在35dB以上─這是指夜深人靜時的量測，大白天的情形更糟。而背景噪 音之高低也與動態範圍有直接關聯，噪音愈大，就愈需要喇叭發出高音壓以呈現樂曲的最弱音符。故聆聽環境的背景噪音及器材的殘留噪音絕對是愈低愈佳，就算是 欣賞AV，要求也是一樣。     
由於背景噪音高，因此「聲音」要更大，才能聽到音樂的全部細節。但就 算器材表現沒問題，高音壓也會帶來困擾，一是鄰居會向你抗議，二是對耳朵有可能造成傷害。在熱門迪士可舞廳，為了營造氣氛，也為了壓制消費者的聲浪，它們 的PA音響常開足馬力，其音壓都超過110dB，對人耳非常不利。
當然居家不同舞廳，而家用音響因管機又回頭流行，不僅名管WE-300B重新生產，JBL、Altec老喇叭也逐漸重回市場。不過這些horn號角喇叭雖效率頗高，但體型也都甚為碩大，一 般家庭極不適合擺放。此外還有一個疑慮：這些喇叭的音質與其效率成正比嗎？最近有兩位讀者對我提到某中型進口高效率喇叭，音質甚為粗糙，雖然好推，但不忍卒聽。
　
小功率匹配高效率
為 了避免浪費能源，及得到正確的搭配，我個人有兩點偉大的建議，但需要全球音響界認同：①效率低於90dB的喇叭，不准製造、銷售、進/出口，而且阻抗應儘 量維持8Ω；高過90W輸出─8Ω/ch─的後級/綜合擴大機，不論電晶體、真空管，也是不准製造、銷售、進出口（當然，專業器材不受以上限制）。   
果真如此，則Dynaudio、VIFA、ETON…等著名喇叭廠，就會開發出不是號角型，而且體型不很大的高效率喇叭。又因擴大機輸出功率降低，電源變壓器、濾波電容…都可減小，故材料成本、重量、體型及售價都可降低，這絕對是消費者、愛樂者之福，您說對嗎？
結束前我們再談300B 7W管機推104dB高效率喇叭，音質暫且不論，音壓是絕對足。因1W可得104dB，0.5W可得101dB，而 0.25W仍能得到98dB之音壓！這可不是蓋的。 音質如何？老式高效率喇叭，單體尺寸雖大，但Fs不低， 因此真正的低頻是無法正確重現，它的低頻較趨於混濁。