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专业音箱高音单元的损坏分析
在许多专业场合中，经常出现烧毁音箱的中、高音单元的现象。文章分析了出现该现象的深层次原因，对避免类似情况的发生提出了一些解决方法和建议。
在许多专业场合中，如演播厅、剧场、会议室、歌舞厅等，经常出现烧毁音箱的中、高音单元的现象。
在音响设备中，高音单元至关重要。但又因它的结构上的特性而经常烧毁，不仅会造成经济上的损失还会破坏演出效果，甚至导致无法正常演出。那如何避免此问题的出现？应注意以下几个方面：
一、音箱与功率放大器的合理配置
在专业扩声领域里，音响器材的配置是十分考究的，其中功放与音箱的配置是最重要的，功放与音箱的配置所涉及的方面很多，例如功放牌号、功率管类型的选择及低灵敏度音箱应配置哪种功放等。大家都知道，在进行厅堂声学设计后，需要根据一系列计算确定音箱功率，然后再由音箱功率确定功放功率，但是究竟两者功率如何选配才能达到最佳匹配呢？
没有经验的调音师也许会认为，功率放大器的输出功率太大，会造成高音单元的损坏，其实不然。在专业场合下，扬声器一般可以承受3倍于额定功率的大信号冲击，瞬时可承受5倍于额定功率的峰值冲击而不损坏。所以，一般情况下，音箱额定功率取功率放大器的1/2，是不会有问题的。因而，如果不是因意外强冲击或话筒长时间啸叫，而是由功率放大器功率大而烧高音单元的情况是极少出现的。众所周知，大部分音箱内有多个扬声器单元，每个扬声器单元所承受的功率，是按分频点的不同进行不同分配。图1是自然界中声音能量分布图，一般情况下，各扬声器单元的功率分配的百分比如图1所示。图中，将某只扬声器分配到的频率段由横坐标读出，对应纵坐标的百分数差值即为分配到的功率。例如：一只分频点为1.6kHz的二分频音箱（附图中的A点），高音单元承受功率为100%-78%=22%，低音单元承受功率为78%-0%=78%。
图1：自然界中声音能量分布图
音箱的额定功率，一般专业音箱标明最大粉红噪功率，而发烧及民用音箱标记则比较含糊，但基本都是各单元的总功率。也就是说，音箱的额定功率是指粉红噪声或宽频带能承受的模拟信号功率。如图1，一只分频点为1.6kHz、额定功率为100W的二分频音箱，在额定功率时，低音单元可分配到78W的输出功率，而高音单元仅分配到22W。因此，对该音箱施加100W的粉红噪声功率或普通节目信号功率，它可以承受；但用100W的单频信号去测试时，无论高音和低音单元都有可能损坏。
再如一只三分频的音箱，中、高音的分频点在4kHz，那么，高音单元的承受功率只有标称功率的5%。如果功率分配不当，就会很容易造成高音单元的损坏。我们知道，在人耳听域的20Hz～20kHz内，真正集中大量能量的音乐信号一般在中、低频段，而高频段能量仅相当于中、低频段能量的1/10。一般人声和音乐信号中高音分量并不多，金属乐器、丝弦乐曲中高音偏多些，所以，一般音箱高音损失的功率比低音喇叭低得多，以求高低音平衡；而功放好比一个电流调制器，它在输入音频信号的控制下，输出大小不同的电流给音箱，使之发出大小不同的声音，在一定阻抗条件下，要想让标称功率为200W的功放达到400W或几倍的输出其实很容易，只是功放的失真（THD）将会大大地增加，这种失真主要产生在中、低频信号中的高频谐波，其失真越大，高频谐波能量就越大，而这些高频失真信号都将随高频音乐信号一同进入高音头，这会产生什么后果呢？
一般音箱的功率分配比例基本附合附图所示规律。 以三分频音箱为例，在正常情况下，若输入给音箱的信号加大1倍，高音头的功率仅增加5W；但如果功率放大器的功率不足，致使信号过载出现削幅，高次谐波分量就会剧增。除原为1kHz的正弦波外，还会产生大量的奇次谐波，如3kHz、5kHz等的正弦波能量，致使信号中高音成分的比例大大增加，进而会造成信号中的高音频谱能量远远的超过高音单元所能承受的功率。即使此时的信号总功率还没达到音箱的额定功率，但高音单元已经过载而造成损坏。这种情况比信号短时过载，但不出现削幅更加危险。在信号不失真时，短时过载的1kHz信号，功率能量落在功率较大的低音单元上，不一定超过扬声器的短期最大功率，一般不会造成音箱功率分配的偏差而损坏扬声器单元。因而，正常使用时，在一定阻抗条件下，功放功率应大于音箱功率，但不能太大。在一般应用场所，功放的不失真率应是音箱额定功率的1.2～1.5倍左右；而在大动态场合则应该是1.5～2倍左右。这样才能保证在音箱的最大功率时功率放大器不造成失真。
二、合理使用分频器
在一个扬声器系统里，分频电路对扬声器系统能否高质量地还原电声信号起着极其重要的作用。尤其在中、高频部分，分频电路所起到的作用就更为明显。其作用如下：
1.合理地分割各单元的工作频段；
2.合理地进行各单元功率分配；
3.使各单元之间具有恰当的相位关系以减少各单元在工作中出现的声干涉失真；
4.利用分频电路的特性以弥补单元在某频段里的声缺陷；
5.将各频段圆滑平顺地对接起来。
但如果输入端分频点使用不当，或者扬声器工作频率范围不合理，就很可能导致高音单元的损坏。因此在使用分频器时，应严格按厂家提供的扬声器工作频率范围来合理的选择分频点。高音扬声器的分频点如果选择偏低，承受功率负担过重，就很容易烧毁高音单元，中音号筒也是如此。
三、正确调试均衡器
均衡器的正确调整也是至关重要的。频率均衡器是为了补偿室内声场的各种缺陷和扬声器的各频率不均匀性而设置的在使用时应该用实际频谱分析仪或其他的仪器进行调试。调试后的传输频率特性应在一定范围内是比较平坦的。但是许多时候一些不具备音响知识的调音员随意地进行调试，甚至有相当多的人，把均衡器的高频和低频部分提得过高，在均衡器面板上形成“V”字形。如果这些频率与中音频率相比被提升高于10dB（均衡器的调节量一般都在±12dB）的话，其电功率就要比中音部分提高3倍以上。这种情况下，不仅均衡器造成的相位畸变要对音乐声严重染色，同时，也极易造成音箱高音单元烧毁，这类情况也是烧毁扬声器的主要原因。当然，音响系统的设计要根据实际情况，如场地大小、用途、建声条件等综合考虑，要根据实际的使用条件来确定最大连续声压级，进而确定音箱的最大SPL值。
四、注意音量的调节
不少使用者把后级功放的衰减器置在-6dB、-10dB，即音量旋钮的70%～80%，甚至一半的位置上，而是靠加大调音台输入来达到合适的音量，使用者以为只要功率放大器留有余量，音箱就安全了，实际上这也是错误的。功率放大器的衰减旋钮衰减的是输入信号，若将功率放大器的输入衰减-6dB，也就意味着，要保持同等的音量，调音台或前级必须多输出6dB,电压也就要高出1倍,输入的信号上动态余量,俗称 “头顶空间”, 就要被砍掉一半。这时，若有突发的大信号，就会使调音台输出过载，出现削幅波形。尽管功放没有过载，但输入的是削幅波形，高音分量过重，不但高音失真，高音单元也有可能烧坏。
当然，在一些场合，特别对于广场演出，我们还可以加装高音保护器，传统的高音保护器有的只是在单元上加装热敏电阻，保险电阻，有的甚至会串联小灯珠等落后的技术手段，保护效果较差。新一代专业音箱高音单元保护器采用无原电路技术，能有效的解决因浪涌、谐波、高频电路串入低频、电流过大、电压过高、瞬时间开关机等原因造成的高音单元烧毁的问题，不影响高音效果，不负重功放，不会出现高音嘎然而止的现象。对上述几种烧毁高音的因素，它的保护效果可达91%。
通过上述分析，可以使我们很清楚的了解到：音箱烧高音单元的一个重要原因，是功率放大器的功率太小，而不是太大。功率放大器送出的信号本身就是削幅信号，导致损坏音箱。所以，在配置音响时，一定建立正确的认识，要用“大马拉小车”的方案，防止功率放大器送出削幅信号而损坏高、中音扬声器单元。在进行音响系统的设计时，功放与音箱的设计功率要按上述原则进行匹配，实际操作中各个环节的设备要运用合理，才能做到既保护好设备，又能使音响系统达到最佳的效果。 | 
