影院还音系统中功放与音箱功率匹配的探讨

http://www.audio.hc360.com2018年03月20日14:42 来源:慧聪音响灯光网T|T

音响灯光

     慧聪音响灯光网报道    随着中国电影市场的火爆,各地影院的新建项目的增幅也迅速上升。考虑到经济效益和视听效果,影院投资人总是想获得最高的性价比。当在对还音系统的设计与采购做决断时,面对不同的产品方案和经验理论,投资者甚至包括影院音频系统的设计者有时也会无法准确的判断自己的设备配置是否最合理。

    下面产品部刘燊经理就影院还音系统配置中功放和音箱功率的合理匹配进行探讨、分享,东方佳联希望能够给从业者更多的认知和思考。     

    功放与音箱的配比

    常常困扰我们的是功放与音箱功率匹配的问题,这也是在影院还原系统中投资比例最高的部分。选用的一个音箱究竟是用多大功率的功放配比合适?长期以来,整个音频行业一直认同的方式是功放的额定功率在1.2-1.5倍音箱的额定功率左右,在扩声领域也有配置到2倍的情况。总而言之,宁愿大马拉小车,也不能小马拉大车(特别是有种理论认为小马拉大车导致功放信号容易失真,导致烧坏了音箱,这就是所谓小功放更容易烧坏音箱的理由,现实中这种现象发生过,这和选用功放的品质有关)。

    为了达到1.2-1.5倍的功放/音箱配比,投资者会投入额外的成本用来购买更大功率的功放。其实与扩声不同,在电影应用中,看重的不是持续声压级,而是更加关注瞬间系统所能达到的动态(短暂有震撼感的爆炸声、枪击声)。而且相比于测试时使用的连续粉噪或正弦波,音乐或电影节目的内容多数情况下的功率都在1/10的额定功率状态下,而大多电影70%的内容是对白。

    一个音箱和功放所标注的额定功率是指在不失真情况下能够输出的最大平均功率,而功放正弦波测试信号自身rms电压值到峰值信号电压还有1.4倍不失真的余量,也就是说一台额定功率500Wrms的功放实际是能够不失真输出1000瓦的信号的。

    我们从而得出结论如果影厅选用的音箱是1000Wrms额定功率的音箱,那么使用500Wrms功放去推动是可行的,在需要瞬间1000W输出时是没有问题的,在要追求投资最高性价比的情况下是一种不错的选择。

    问题回来了,难道不怕信号过大,产生方波,烧坏音箱嘛?那么为什么有人会用1.5-2倍功率的功放去推音箱呢?导致音箱毁坏有两个因素,一个是热损坏,一个是物理损坏。烧坏音箱大多为热损坏,那么简单来说我们日常说的音箱额定功率在英文中又叫做热功率(thermalpowerrating),也就是说,持续给音箱的音圈输入过多的功率,导致音圈发热,功率压缩,直到烧坏音圈。英文的意思很直观的解释了整个现象,是过热导致音箱烧坏,失真与否并不能直接决定音箱是否被烧坏。(我们可以考虑这两个极端的例子,一个是20瓦的功放削波失真后是否能烧坏200W的一个单元,另外一个例子就是现代音乐中的追求失真的效果声,刻意产生失真波形。)简而言之,如果一个2000W的功放持续推动一个1000W的音箱,稍微遇到长时间的大信号,音箱的高音就可能烧掉,哪怕没有任何失真,况且即便没有立刻烧掉,2000W功放所产生的信号工作在1000W音箱失真的边缘,长时间工作会减少设备寿命。综上所述,如果还音的内容没有突发大信号,内容信号平稳,使用功放高于音箱功率的配置理论上可以获得多一些的声压级,但是多数情况下没有必要,而且减损设备寿命。如果对还音内容不确定,那么使用1:1的配置是一种保险稳妥平衡的方案。在得知节目信号有失真内容或者动态变化空间大时(例如电影),采用功放/音箱在1/2-1功率配比的方式更为合适。

    如何提高声压级

    紧扣前面的话题,如果需要增加SPL(声压级),很多人喜欢采用更大的功放,10log(功率)的计算公式深入人心。我们参看下面的图表:

影院还音系统中功放与音箱功率匹配的探讨

     从图中我们可以看出500W为27dBw,1500-2000W增加了500W的功率,但是只有1.2dBW的增加。也就是说功率越大,靠提升功放功率来获得更高声压级是效率极低,成本极高的。

    大家经常讨论两只相同音箱在室内播放同样的信号后,声压级是增加3dB吗?答案是6个dB。因为不仅仅是功率增加了一倍,辐射面积增加了一倍带来了另外3dB的房间增益。因此如果需要获得额外的声压级,特别是对于LFE通道,更为有效的方法是增加超低音音箱数量而非更换更高功率的功放去推动超低音音箱。

    声压级计算的公式的误区

    我们计算声压级时经常用到平方成反比定律公式-20log(离开声源距离),在计算最后一排声压级考虑距离衰减按照6dB每一倍距离计算。而大家容易忽略的是该公式前提条件是自由声场的环境下的衰减。

影院还音系统中功放与音箱功率匹配的探讨

    

    而由上图我们可以看出,在室内例如影厅环境下,在超过房间一半的距离后,由于房间的反射等因素,声压级并不以6dB每一倍距离衰减。一般情况下,房间都会提供额外的3-4dB的房间增益,因此实际上在很多中大型以及沉浸音的影厅设计中,往往为了达到理论的SPL要求,会过高的配置音箱。

    由于音箱与功放的自身限制(要相信理论指标和计算,但不要迷信于理论指标和计算)

    音箱除了以上提到的热功率指标,特别在低频部分所能够达到的声压级还受到纸盆行程的限制。

    我们习惯于使用灵敏度+10log(额定功率)的方式来计算一个音箱的声压级。这里忽略了纸盆行程在低频部分对声压级的决定性作用(此时热功率参数已经不是决定因素了)。

    我们看如下的AB两款音箱为例

    A音箱:进口知名品牌

    P=1200W

    Sensitivity=99.4dB

    Xmax最大行程=7.62mm

    VolumeDisplacement容积移动=689cc

    B音箱:QSC424C电影主扩音箱(长冲程)

    P=800W

    ensitivity=99.5dB

    Xmax最大行程=11mm

    VolumeDisplacement容积移动=940cc

    下图为这二个不同行程音箱的对比测试数据:

影院还音系统中功放与音箱功率匹配的探讨

    

    可以看出A音箱使用“灵敏度+10log(额定功率)”公式计算结果要高于B音箱1.7dB,而我们看到考虑了实际单元行程对声压级的最终决定性影响时,B音箱反而要高出近3dB的声压级。

    要获得更高的灵敏度,往往要用更短的音圈,更强的磁体和较短的磁路,导致相应的行程的缩短,所以单方面追求高灵敏度是偏颇的。在同等灵敏度和功率的情况下,单位时间纸盆移动的距离越大,声压级越高。我们这里看到A音箱在50Hz无法输出热功率所标注的130.2dB(相差5.3dB),而B音箱却可以接近这个值。

    对于功放来说,我们平日看到的参数未必是真实的实际性能反应。我们以下图为例:

    4欧姆时QSCDCA2422与某国际知名品牌同功率型号的对比

影院还音系统中功放与音箱功率匹配的探讨

   

    从上述二个品牌音箱的的对比,可以看出是DCA2422在4Ω负载下(825W/4Ω),全频段(不同颜色表示不同频率)都有一致性的功率输出和低失真,而该国际知名品牌的功放,虽然参数表上标的具有与DCA2422有同等的功率输出,可以明显看出基本上只有1kHz(绿线)符合描述,而其他频段均不能在全频段内提供等同一致的功率输出,失真明显高于DCA2422。

    最后的总结

    综上所述,在设计影院还音系统中占比最大的是音箱和功放,选择音箱和功放时要综合考虑所有因素,考察设备的实际使用情况,我们总结了多年的音箱和功放的匹配经验和使用过程中的维护保养记录,写了上述的探讨文章供从业者参考,以往简单的公式计算和理论推导只会使电影过还音系统投入成本高,其效果低于投资的预期想象。

责任编辑:实习记者

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