文／林彥君
還沒正式踏入研究音響的世界前，筆者曾經買過一對桌上型揚聲器，當年還不懂什麼規格數據，走進店裡隨便挑個看起來順眼價格也尚可接受的揚聲器就帶回家了。那對揚聲器一直以來都是擺在桌上聆聽音樂使用，聽了幾個月倒也都相安無事。某天一群朋友來訪，將那對揚聲器搬到客廳唱歌助興，當大夥玩得興致正高昂之際，其中一顆單體突然啪地一聲，只見一縷青煙緩緩飄出，伴隨著陣陣燒焦味，伴我多時的揚聲器就這樣宣告罷工。
如何找到合適的擴大機
究竟是什麼原因造成揚聲器燒毀呢？這關係到揚聲器的最大承受功率以及擴大機的輸出功率。組合出一套適合自己的音響系統需要做足許多功課，閱讀許多資訊，每一個環節、每一項器材都有學問與細節。而購買綜合擴大機或後級擴大機時，第一個要決定的就是你需要多大的輸出功率。擴大機需要多大的功率，與揚聲器的靈敏度、聆聽空間的大小、以及所需的聆聽音量有關。
擴大機的瓦數往往與價格成正比，若擴大機的功率不足，便無法發揮揚聲器的真正實力，聲音聽起來會受到限制且缺乏動態。因此，許多人為了省麻煩，乾脆花大錢買個高功率的擴大機一勞永逸，殊不知一般家用音響根本用不到這麼大的瓦數，花太多預算在超過自己需求的擴大機上，不僅會壓縮到其他器材的預算分配，使用不當，還可能把揚聲器燒壞。
在上一期的「看觀念」中，詳細介紹了頻率的概念及頻率響應所代表的意義。本篇將延續上一集的概念，從最基本的「分貝」開始，介紹分貝、聲壓、與分貝聲壓級的差異，了解基本觀念後，再來談談揚聲器的頻率響應、靈敏度、最大承受功率、聆聽距離與擴大機輸出功率的關聯等，告訴您如何計算自己喜歡的揚聲器所適合的擴大機功率，以最經濟的預算，買到最適合您的擴大機。
「分貝」 究竟是什麼？
分貝（dB）這個字眼想必對大家來說都不陌生，但要明確地解釋分貝是什麼，往往說不出個所以然來，在音響的世界裡，許多規格與數據都跟分貝扯上關係，想組合出一套適合自己的音響系統，就從了解分貝開始。
簡單來說，分貝只是日常生活中眾多單位之一而已，只不過，分貝不是「絕對單位」，而是「比較單位」。所謂的絕對單位是指公分、公斤、秒等單位，這些單位有非常明確的定義。例如，若說「那裡有一根 100 公分的香蕉」，馬上就可以讓人意識到那是一根非常巨大的香蕉。但是，若說 A 香蕉的長度是 B 香蕉的「兩倍」長時，只能知道 A 香蕉與 B 香蕉的長度比值為 2，無法知道這兩根香蕉的確切長度。如果 B 香蕉是 10 公分，那麼 A 香蕉就是 20 公分；如果 B 香蕉是 100 公分，那麼 A 香蕉就是 200 公分，這肯定是一根可以角逐金氏世界記錄的巨無霸香蕉。
由此可知，「倍數」是一個「比較單位」。而「分貝」也是相同的概念，它是一個「比較」兩個相同單位之數值大小的單位，只是表達方式跟倍數有些許不同罷了。
分貝與倍數之間是可以轉換的，就像公分與公尺間可互相轉換一樣，每個分貝值都可以找到相對應的倍數值。不過，這兩者的轉換並非加減乘除那麼簡單，而是用對數（Log）去換算。Log 一出現，想必會勾起許多人高中數學課的痛苦回憶，還好，只要問 google 就可以輕易查到分貝與倍數的轉換對照表，不需要會計算，對照表格很容易就可以理解 3 dB、10 dB 換算成倍數是多少倍。
一般人對分貝的理解通常僅限於比較聲音的大小，但其實分貝也被廣泛地用來描述電壓、功率、電能強度等之間的大小。上圖列出了功率的倍數與分貝間的轉換關係，第三列是倍數，第四列是分貝。3 dB 到底是多少呢？換算成倍數的話，大約相當於兩倍；10 dB 相當於 10 倍；20 dB 相當於 100 倍；30 dB 則相當於 1000 倍。
對照上圖可知，若擴大機 A 的輸出功率（PA）為 1 W，擴大機 B 的輸出功率（PB）也是 1 W，兩擴大機的輸出功率相等，則稱兩擴大機的輸出功率差異為「0 dB」。若 PB 為 1 W，PA 為 2 W，PA 為 PB 的 2 倍，則稱擴大機 A 的輸出功率比擴大機 B 多了「3 dB」。
那麼，若 PB 是 500 W，PA 是 1000 W，兩擴大機的輸出功率換算成「dB」會相差多少呢？很抱歉，雖然兩者的輸出功率足足差了 500 W，但只要 PA 為 PB 的兩倍，擴大機 A 的輸出功率一樣也只比擴大機 B 多了「 3 dB」而已。隨著擴大機瓦數的增加，要提升「3 dB」的功率也就越不容易。
由以上可知，正的分貝值代表 PA 大於 PB，0 分貝代表 PA 與 PB 相等，那麼，分貝可以是負的嗎？當然可以。別忘了，分貝是兩個數值比較得來的結果，若是負的分貝值，則代表 PA 小於 PB。舉個例子來說。若 PB 為 1 W，PA 為 0.5 W，PA 只有 PB 的一半，0.5 倍換算成分貝即為「-3 dB」。
了解原理 溝通更方便
分貝的計算為什麼要如此搞怪刁鑽呢？所有單位的出現不外乎是為了實用與描述方便。當描述身高時，公分就已經很夠用了，但如果要描述臺北與高雄的距離，348 公里顯然比 34800000 公分要簡單明瞭得多。而分貝出現後，便能更簡潔地表達功率與聲壓的比值。
在電能與聲學的世界裡，兩功率或兩聲壓的比值動輒數百萬倍甚至數億倍是常有的事，1,000,000,000,000 倍相較於 120 dB，後者看起來是不是友善多了呢？（還在數有幾個零的朋友，前面那個看起來很恐怖的數字是一兆。）
除了功率的分貝與倍數間的轉換之外，分貝與倍數的轉換其實又可細分為兩類，第一類用於功率，第二類則用於聲壓、電壓、以及電流等。附表一列出了完整的分貝與倍數對照表，上表截取了部分的附表一，左側欄位是功率的倍數，右側欄位是聲壓、電壓之倍數。
細心的讀者應可發現，同樣是 3 dB，在功率的世界裡是 2 倍，在電壓的世界裡則是 1.4 倍，兩者的轉換比例有些許不同，這是因為電壓與功率是互相影響的，當輸出電壓變為 1.4 倍時，其輸出功率會變為 2 倍；當電壓變為 2 倍時，功率則會變為 4 倍，若是以分貝為量尺，依上表將倍數換算成分貝後，電壓變動的數值便會與功率變動的數值相同，使用起來會方便許多。若想知道詳細的計算方式，可參考下方的公式說明。
振幅與分貝聲壓級
使用分貝的優點還不僅於此，再更進一步談分貝之前，先回頭來談談何謂聲音的大小。聲音的出現是因為物體振動擠壓空氣，進而使空氣的壓力產生疏密變化。如下圖所示，物體振動的幅度越大，空氣壓力的疏密變化就越大，空氣壓力變化的程度，反應在人的主觀聽覺即為「聲音的響度」。用壓力變化的強度來衡量一個聲音的大小，這就是聲壓（Sound Pressure，簡稱 SP）的概念。描述「聲壓」的單位是 Pa（帕斯卡），而 1 Pa 的壓力有多大？試試抽取五張衛生紙平放在你的肚子上，你的肚子所感覺到的壓力大概就是 1 Pa 。
用聲壓來描述聲音的大小雖然準確，但卻有個明顯的問題，聲壓的變化範圍非常大！人耳所能感知的最小壓力變化與所能承受的最大壓力變化相差了 100 萬倍。此外，聲壓大小與「聽感響度」有相當大的差距，並非正比關係。這件事情早在 100 年前就被一個叫貝爾的人發現了，就是發明電話的那位貝爾先生，而「分貝」就是以他為名來紀念他的發現。
舉個例子來說，低聲耳語的聲壓大概是 0.0002 Pa，日常的交談聲大約是 0.02 Pa。兩者的聲壓足足差了 100 倍，但很顯然的，兩者的聽感響度絕對沒有差到 100 倍，若以聲壓來描述聽感響度，顯然會與日常感覺有相當大的出入。於是，為了較為精準地反應人耳的聽感響度，科學家將聲壓轉換為聲壓級（Sound Pressure Level，簡稱 SPL），單位為分貝。問題來了，剛剛才說分貝是兩個數值比較出的結果，如果不知道比較的基準點，要怎麼知道 20 分貝到底是多少呢？你的 20 分貝跟我的 20 分貝是一樣的東西嗎？
因此，為了溝通上的方便，國際上將人耳所能聽見的最小聲壓變化量（0.00002 Pa，或記為 20 µPa，亦稱為聽覺閾值），定義為聲壓級的參考基準值，約相當於三公尺外一隻蚊子飛行的聲音，所有聲音的分貝值都是跟 20 µPa 比較得來的。有了固定的比較基準值，分貝就可以作為絕對單位使用了。並且，為了與作為相對單位使用的「分貝」做出區分，還給了他一個新名字叫做分貝聲壓級（dBSPL ），只是日常使用時為了省事通常簡稱為分貝。
聲壓在換算時應對照附表 1 之右側欄位。上圖為常見的分貝聲壓級與日常聽感的對照圖。低聲耳語的聲壓約為聽覺閾值的 10 倍，換算成聲壓級為 20 dBSPL，而日常交談的聲壓約為聽覺閾值的 1000 倍，相當於 60 dBSPL，分貝聲壓級遠比聲壓符合人耳的聽感差異。
由上圖可知，0 dBSPL代表該聲波的聲壓等於 20 µPa，並非寂靜無聲的狀態。若是負的 dBSPL，則代表該聲波的聲壓小於 20 µPa。舉個例子，潛水艇的聽音器可以聽到水下 100 公尺外一隻蝦子吃東西的聲音，約為 -80 dBSPL，20 英里外一個人說話的聲音約為 -30 dBSPL。所以，負分貝的聲音是客觀存在的，只是人耳聽不到而已。
分貝做為絕對單位使用的例子還不僅於此。只要在計算分貝時有一個固定的比較基準值，那麼分貝就可以做為絕對單位使用。像是以 1 瓦特（W）作為基準值的 dBW，以 1 豪瓦（mW）作為基準值的 dBmW，以及以 1 伏特（V）作為基準值的 dBV，都是以分貝作為絕對單位使用的例子。
細說頻率響應
頻率響應代表一揚聲器可確實重現之頻率範圍。理想狀況下，只要輸入訊號的功率相同，不論訊號是 20 Hz 還是 20 kHz ，揚聲器都應該要能輸出相同聲壓的聲音，以達到「原音重現」的目標。但現實中當然沒有這麼完美的揚聲器。受限於單體本身的物理特性，以及音箱內部的空氣共振等原因，在相同的輸入功率下，不同頻率的輸出聲壓一定會有所增減。揚聲器的頻率響應是如何測得呢？對揚聲器輸入相同功率、不同頻率的聲波，並記錄各頻率輸出訊號的聲壓級大小，即可得到頻率響應圖。上圖就是一個典型的頻率響應圖，橫軸代表訊號的頻率（Hz），縱軸則代表輸出訊號的聲壓級（dBSPL）。可以看出，頻率響應曲線並非一條直線，而是高高低低變化，並且，超過一定的頻率範圍後，輸出的聲壓會大幅衰減，可知揚聲器的輸出頻率範圍是有極限的。
輸出訊號的聲壓隨著頻率增減變化，豈不會影響聽感嗎？好在，你的耳朵並沒有你想像中那麼靈敏。人耳對於不同頻率的響度差異分辨能力不高，一般來說，在不同頻率下，±3 dB 的聲壓變化，尚在聆聽時可接受的差異範圍內。
以上圖為例，該揚聲器平均輸出的聲壓級約為 80 dBSPL，因此，輸出訊號的聲壓級在 77 dBSPL ～ 83 dBSPL 之間，都是可被接受的。可別小看 ±3 dB 的變化，+3 dB 代表該頻率的輸出功率為平均值的 2 倍，-3 dB 則代表該頻率的輸出功率只剩下平均值的一半，以功率的角度來看，變動範圍是非常大的。
範例中的揚聲器，頻率響應已經算是相當平直了，聲壓變動範圍超過 6 dB 的揚聲器在市面上也是非常普遍的。因此，完整的頻率響應標示，應該在頻率範圍之後，再加上聲壓變動的範圍。範例中的揚聲器，頻率響應即為 60 Hz ～ 18 kHz±3 dB，代表該揚聲器在 60 Hz ～ 18 kHz 之間的聲壓變動範圍約為 ±3 dB，60 Hz 又稱為低頻截止點（f3），18 kHz 則為高頻截止點。
輸出功率的陷阱
有了足夠的知識背景後，就可以正式進入主題了。在決定需要多大的功率之前，首先要學會如何判斷輸出功率的量測標準，並不是數字大的就一定比較好。同樣的一篇作文，標準較嚴苛的老師可能只給 70 分，標準寬鬆的老師也許會給到 98 分。音響系統的數據也是一樣的道理，在比較數據前，先睜大眼睛看看，這是依照哪個老師的評分標準打的分數。
擴大機一般都會標示單一聲道的輸出功率，標示分為兩種，一種是平均輸出功率（Root Mean Square, RMS），另一種是最大瞬間輸出功率（Peak Music Power Output, PMPO）。PMPO 僅代表擴大機於短暫的瞬間裡可輸出的最大功率，其數值往往高達數百瓦甚至數千瓦。RMS 則代表擴大機長時間連續性輸出時可達到的最大功率，這個數值才是擴大機的真正實力。
有些廠商或店家會以 PMPO 來吹噓自家擴大機有多強勁多厲害，然而，擴大機講求的是長久播放時可輸出的功率大小，且各家廠商的測試標準不一，所謂的「短暫瞬間」根本沒有定義，有的是 1 秒，有的是 0.5 秒，因此這個數值看看就好，基本上沒太大的參考價值。
在測量輸出功率時，輸入的訊號是單一頻率還是全頻段 （20 Hz ~ 20 kHz）也很重要。輸送 1 kHz 50 W 比輸送全頻段 50 W 要容易得多。此外，單聲道輸出時量測到的功率也會比雙聲道同時輸出時大，多數的擴大機標示的都是單一頻率、單聲道輸出時的最大功率，實際聆聽時不可能只播放單一頻率、單一聲道，因此，實際使用時的瓦數要再打個折扣。
隨著輸出功率的增加，擴大機的總諧波失真（Total Harmonic Distortion, THD）也會跟著提高，進而影響聽感的純淨度。總諧波失真的條件訂在 0.1% 或 1%，量測出來的數據可能會差到數十瓦，前者對聲音品質的要求遠較後者來得高。
因此，在比較擴大機的輸出功率時，不能只看單一的數字，還要留意是以何種標準量測。是 RMS 還是 PMPO？測試訊號是單一頻率還是全頻段？是雙聲道同時輸出還是只輸出單一聲道？總諧波失真的條件是 0.1% 還是 1%？把所有條件考量進去後，才能較客觀地比較擴大機的輸出功率。完整的輸出功率標示還需包含後端負載的阻抗值，最大輸出功率會依揚聲器的阻抗不同而有所變動，阻抗要講得清楚又是另一個故事了，有機會再慢慢說明。
音響小撇步：
在相同頻率下，一般人應可分辨 ±1 dB 的聲壓變化；敏銳一點的人甚至可以分辨 ±0.5 dB 以下的聲壓變化。好奇你的耳朵有多靈敏嗎？以下這個穩站可以測試你的耳朵對聲壓變化的靈敏度，也可聽聽看 ±3 dB 的響度差異聽起來是什麼感覺喔！上網搜尋：3dB Level Difference
本文轉載自《音響入門誌》vol.2：擴大機篇。
