關於功放的正確調整及安全匹配音箱方法的計算及說明

許多音頻行業內的系統工程師，對於系統中專業的後級功放如何正確設置音量旋鈕的位置都存在一些問題，各種理論應有盡有，一套系統中無論配置什麼音箱、功放、調音臺、及周邊器材，最終功放的音量旋鈕全部開到最大或者習慣的某個位置。這種設置有兩個問題：第一是系統的安全性存在一定的隱患，第二是降低系統整體的信噪比。下面我們利用科學的計算方法來對系統進行測量及調試，保證系統即滿足最佳的使用效率又保證工作在非常安全的區域。

我們的工作是擴聲系統工程師，在保證系統各級之間匹配合理的基礎上提供給終端用戶具備平滑曲線以及極少聲干涉的擴聲系統，由現場調音師根據使用的需要進行藝術調整（相當於我們提供一張純淨而且無修飾底色的白紙，由藝術家來勾勒宏偉的藍圖）。

調整系統應分爲兩個步驟，第一步：系統電壓校正，對擴聲系統鏈路中所有設備的輸入及輸出端進行電壓的校正,這樣既可以有效避免信號在放大過程中不會因某些處理設備的最大輸入電壓小於上一級設備的輸出電壓，而產生的削波失真。而且可以對功率輸出電壓進行合理的設定從而真正意義保證整個系統的安全。第二步：聲學缺陷校正，對系統的頻響曲線、高通、低通、延時進行統一的物理校正。以上兩個步驟要完全分開操作，不可混合操作。

一、開始之前大家必須瞭解幾個系統搭配最爲重要的幾個參數：

Ø    功放的音量旋鈕的意義：以POWERSOFT功放爲例，旋鈕的對應的dB的參數名稱叫做（電壓增益），電壓增益表示的是放大電路對輸入信號的放大能力，使用的表示方法是分貝表示法。dB值越大說明放大的能力越強，反之越弱。其計算公式爲  

dB＝20log（輸出電壓/輸入電壓）。

Ø    所有設備都具備dBu的參數，例如調音臺的最大輸入輸出爲xx dBu、數字音頻處理器的最大輸入輸出xx dBu、功放的最大輸入xx dBu，dBu名稱爲電壓電平，利用電壓關係所確定的電平稱爲絕對電壓電平，簡稱電壓電平，其計算公式爲dBu=20log(電壓/0.7746V)，此參數就是表示其設備可以提供最大不失真的輸入輸出電壓是多少。這個參數對於設備之間的匹配連接是非常重要的。例如調音臺的輸出電壓高於音頻處理器的最大輸入電壓將會直接造成音頻信號進入音頻處理器時已經失真了。

Ø    計算音箱的最大輸入電壓，其公式爲V=√功率X阻抗，已知音箱的參數可以計算其最大安全的輸入電壓是多少，這個參數相對於音箱的使用安全及穩定性是十分重要的。

Ø    正確掌握調音臺的各種輸入接口的定義（平衡低阻輸入-----卡儂輸入接口、平衡高阻輸入-----三芯6.35輸入接口、非平衡高阻輸入-----RCA蓮花輸入接口）及各種接口的最大輸入電壓電平（高阻與低阻輸入對信號電壓的放大倍數是不同的，例如將輸出電壓較高的高阻線路輸出電平接入調音臺的低阻卡儂輸入，會造成無論如何衰減電壓增益，信號始終處於削波失真狀態），首先保證調音臺前端的信號源輸出信號接口類型與調音臺的輸入接口類型相符合，而且音源設備的最大輸出電壓必須符合調音臺輸入的電壓電平範圍內。

二、測量需要的工具如下：數字萬用表一塊、SMAART軟件一套或者信號發聲設備及片源（發送各種頻率的正玄波及粉紅噪聲）、示波器軟件一套（調音臺的電壓電平輸出顯示燈在紅區的情況下依然會有一部分預留不失真輸出餘量，每個品牌設計不同餘量也不同，此設備的目的在於測量觀察調音臺在輸出最大不失真波形，然後根據這個當前輸出的狀態測量最大不失真輸出電壓。同樣很多調音臺最大輸出電壓的參數是不計失真的，我們在使用過程中會有誤差。如果沒有此設備，也可以將調音臺的輸出電平調整到最接近峯值燈的位置，然後測量其輸出電壓，這種方法對於部分調音臺會有誤差，但在沒有示波器的條件下也是非常可行的）、外置聲卡一塊、帶log及根號的計算器一個。

三、需要的系統組成：測試設備（A&H I-live112 一臺、A&H IDR32一臺、EAW UX8800一臺、POWERSOFT M50Q一臺、EAW VFR159一臺），根據該系統進行測算完成兩種狀態的設置，第一系統本底噪聲忽略不計的情況下如何針對系統設置音頻處理器的安全輸出電壓。第二要求系統本底噪音極低的使用場所，如何通過計算提高系統的信噪比。

四、具體操作測量計算步驟：

1、系統本底噪聲忽略不計的情況下如何針對系統設置音頻處理器的安全輸出電壓：

ü  首先確定A&H I-live112 配合A&H  IDR32，輸入接口的物理參數是否與音源設備（聲卡的輸出）電壓電平相符合，IDR32爲XLR話筒/線路輸入爲一體化自適應結構接口，接入低阻話筒信號最大允許輸入電平+32 dBu，高阻線路信號（25dB衰減）最大允許輸入電平+22 dBu,參與測試的聲卡高阻線路輸出最大電壓電平爲9.3dBu，完全在調音臺輸入電壓電平範圍內，可以正常進行接入。

ü  計算EAW VFR159音箱的最大輸入電壓：輸入電壓=√功率X阻抗 ，

   VFR159最大輸入電壓=√600W X8歐，VFR159最大輸入電=69.3V。

計算結果VFR159最大輸入電壓爲69.3V。

ü  測量功放的放大倍數，計算功放的電壓增益：使用聲卡與M50Q功放直接相連（功放音量旋鈕旋轉到最大），應用SMAART工具軟件發送400HZ正玄波，利用萬用表對其輸入輸出電壓進行測量，一下是M50Q的實際測量3次的結果。（輸入2.26V對應輸出89.7V。輸入1.44V對應輸出57.5V。輸入0.77V對應輸出30.7V。）實測以上的結果我們計算M50Q的電壓增益。

dB＝20log（輸出電壓/輸入電壓），

dB＝20log（89.7V /2.26V）

dB＝20log（39.69）

dB＝32

計算結果M50Q的最大電壓增益爲32 dB，

ü  計算功放旋鈕旋轉到最大，輸出69.3V電壓（VFR159的最大輸入電壓）時對應的信號輸入電壓是多少，這個數值就是UX8800輸出的最大輸出電壓。

dB＝20log（輸出電壓/輸入電壓）

32＝20log（69.3V /輸入電壓）

1.6= log（69.3V /輸入電壓）

39.81=69.3V /輸入電壓

輸入電壓=69.3V /39.81

輸入電壓=1.74V

計算結果UX8800輸出的限制器的最大輸出電壓應設置爲1.74V。

換算成dBu爲  dBu=20log(電壓/0.7746V)

               dBu=20log(1.74V/0.7746V)

               dBu=2.22

計算結果UX8800輸出的限制器的最大輸出電壓應設置爲2.22 dBu。

嚴格依照以上的計算結果對系統進行設置保證系統工作在最大安全功率輸出。

2、系統本底噪音極低的使用場所，如何通過計算提高系統的信噪比：

ü  應用 SMAART 工具軟件發送 400HZ 正玄波，用示波器測試 A&H I-live112 配合A&H IDR32的最大不失真波形，然後測試實時輸出電壓，該電壓爲調音臺最大不失真輸出電壓。測試方法將調音臺的輸出端推到 0dB，測試輸入端推子推到 0dB 偏下的位置，將輸入電壓增益旋鈕慢慢打開，調整到輸出波形開始失真爲止（此時輸入端電壓增益達到最大），隨之回調到無失真狀態。在將輸入端推子推慢慢向上推，觀察波形使其達到無失真的最大幅度（此時單路輸出的電壓增益達到最大）。在將總輸出的推子慢慢向上推，觀察波形使其達到無失真的最大幅度，此時調音臺的總電壓增益達到最大，輸出電壓電平爲調音臺不失真的最大輸出電壓。實際測量值爲 6.17V。

ü  確定UX8800的最大輸入電壓電平是多少，廠家提供資料的參數爲18 dBu（6.2V）,完全匹配來自調音臺的輸出電壓，可以直接相連無需中間增加衰減器。

ü  確定功放M50Q的最大輸入電壓電平是多少，廠家提供資料的參數爲17.8 dBu（6V），所以UX8800輸出最大電壓電平應設置在6V。

ü  計算M50Q在6V電壓電平輸入的狀態下輸出69.3V（VFR159的最大輸入電壓），電壓增益應該設定到多少dB是正確的。

dB＝20log（輸出電壓/輸入電壓）

dB＝20log（69.3V/6V）

dB＝21

以上計算得出前端系統調整到最大無失真狀態下輸出電壓電平設定爲6V，功放M50Q電壓增益調整爲21 dB是最合理的。此狀態系統安全且信噪比最高。

五、總結：

爲什麼要用正玄波信號進行系統校正呢？因爲只有在正玄波的狀態下可以測量其系統的準確固定電壓。正玄波信號校正電壓完畢後，利用粉紅噪聲信號（能量分佈最接近實際音樂信號）對擴聲系統進行微調（只需要對調音臺的輸入電壓增益進行微調，略微增加3dB----6 dB左右）。對於現場沒有聲卡或者電腦的情況下，可以利用軟件製作相應的音頻頻率文件的CD碟，通過CD碟片來對系統進行科學的校正。

       如何選擇測試頻率呢？如果是全頻音箱，頻率可以選擇400HZ正玄波進行測試（400HZ的頻率在示波器上的波形形狀、諧波失真等相對顯示的比較直觀準確，方便我們進行分析）。如果是外置兩分頻或者三分頻音箱，必須對音箱的每個頻帶分別按照以上的公式進行調整（例如三分頻音箱必須計算高音、中音、低音分別的功率及最大輸入電壓，以及所對應的功放的電壓增益來最終計算及測量，確保系統的工作安全），頻率選擇要根據音箱的高音、中音、低音的設計工作頻率範圍決定，建議在其工作範圍中心位置比較準確。如果是低頻音箱的測試頻率選擇在80HZ----100HZ相對比較理想。

       系統工程師由於各種原因，在現場沒有條件使用示波器或者系統噪聲很小，完全可以達到預期標準，無需觀察調音臺最大輸出無失真波形，只需要系統合理搭配，確保系統安全穩定的情況下我們該怎樣做呢？方法很簡單，但必須有正玄波及粉紅噪聲的發生源或者CD片源，這個是系統校正的基礎。發送正玄波信號到調音臺單路輸入，將單路輸出推子與總輸出推子推到0的位置（在此位置的情況下，輸入信號經過電壓增益放大後無失真，輸出決對不會失真），慢慢打開輸入電壓增益，在輸入峯值燈不會亮起的情況下，慢慢旋轉到總輸出電平指示到達最大（總輸出電平指示峯值燈亮起時旋迴一點點，使其熄滅），此時是調音臺理論上的最大電壓輸出。在此狀態下測量電壓輸出，依照以上的公式及方法進行計算調整，這種方法是非常簡單準確的，您只需要告訴使用者，輸入增益與輸出電平不要超過峯值即可。

       國內大多功放面板旋鈕最大值標稱0dB,輸入可以選擇0.775V、1.0V、1.44V，這種標稱方法的含義是(功放旋鈕旋轉到最大0dB的位置，如果輸入選擇0.775V，代表輸入0.775V的音頻信號電壓功放輸出將達到最大，同理可證1.0V與1.44V)。通過以上的測量方法同樣我們可以計算該功放的電壓增益是多少dB，也可以通過實際測量最終輸出電壓的方法來對系統進行校正，最終完成第一步系統電壓校正。

        電壓校正完畢之後就是第二步聲學缺陷校正，首先合理及正確的擺位是非常關鍵的，它是擴聲系統的物理基礎。其次是低音與全頻的延時處理、補聲與主擴的延時處理、左中右及臺脣音箱的延時處理。再次是利用參量均衡對系統的頻響曲線進行細緻校正，高通濾波器及低通濾波器對每隻音箱的工作頻段進行劃分。最後對所有前端音源設備輸出到調音臺輸入端的電壓增益進行匹配，使其達到無失真狀態下的最大值，效果器與直達聲疊加比例的調整。

通過以上相對簡單的科學測量及計算方法，可以即可保證系統的使用安全又可保證系統發揮應用的最佳性能。