音箱，特别是其中的高音扬声器，是整个音响系统中最为脆弱、最易损坏的部件，为了减少扬声器烧毁的危险，需要从系统设计、操作使用以及音箱本身增加保护电路等多方面采取措施。

1．操作使用的注意事项

操作使用时应特别注意功率放大器输出的音量要适当，尤其要避免一些强大冲击信号造成扬声器损毁。每逢开机、关机，插拔电源插头以及插拔各个部件的信号线等动作时，都应先把调音台音量控制适当关小；话筒跌落地面以及强烈的反馈啸叫都会对扬声器造成威胁，应力求避免。音响系统的启动和关闭应有正确的顺序：开机时，应先接通各个前级(包括信号源、调音台、处理器)的电源，最后才接通功率放大器电源；关机时则先把调音台音量关至最小，再切断功放电源，最后才关闭各个前级的电源，这样就可以把对扬声器的冲击减至最小。近年有厂家生产了所谓“电源顺序控制器”的设备(国产劲龙牌约1000元1台)，利用电子延时继电器的动作，使各台设备能按预先设定的先后次序接通和切断电源，提高了操作的安全性，避免管理人员误操作时带来不必要的损失。

至于在系统设计和保护电路方面，采用前述的系统控制器是保护音箱的有效办法，目前已在大功率的音响系统中普遍采用。下面再介绍在系统设计(特别是功率放大器与音箱的匹配)以及音箱本身的保护电路等方面的一些资料和信息，供读者参考。

2．避免因削波失真而危及高音扬声器

烧毁扬声器单元的电能量全部来自于功率放大器。从直觉考虑，额定输出功率过大的功放级，会对额定输出功率偏小的扬声器构成威胁，这是任何一名音响系统设计人员和操作人员都很容易想得到并会力求避免这种情况出现。但在大量营业性歌舞厅直到不少单位的礼堂、俱乐部中，人们经常遇到的烦恼问题却是一台功率不大(小于或等于音箱功率)的功率放大器反而在不知不觉中把高音扬声器烧毁。这种现象往往令人迷惑难解。

要想找出为什么小功率功率放大器竟然会烧毁较大功率音箱中的高音扬声器的原因，首先要弄清两个问题：一是音乐信号的特性，二是功率放大器输出功率的特性。

当我们唱一首歌或听一首乐曲时，乐音中包含了从低音到高音的不同频率成分，而这些不同频率成分中所具有的能量并不是均匀分布的，而是比较集中于中音区和低音区，这称为音乐信号能量分布的自然属性。通常在3KHz以上的高音区的能量要比中、低音区的能量低10dB-20dB。因此在正常情况下一个由高音单元和低音单元组成的2分频音箱中，高音扬声器承受的功率仅为低音扬声器承受功率的十分之一左右。各音箱厂家设计产品时基本上都参照这一关系来安排。例如一只100W的音箱，通常就选用一只100W的低音扬声器，再配一只20W左右的高音扬声器，在这种情况下这个高音扬声器已经具备了双倍的承受过载能力了。

关于功率放大器的额定输出功率，在本书第二章中曾作过介绍。在专业功放中，我们通常都用“最大不失真输出功率”这个指标来表征功放的额定容量，以一台100W／8Ω的功率放大器为例，这个指标表示这台功率放大器在合适的输入信号推动下，在谐波失真(THD)不超过0.5％时，在8Ω负载上可以提供100W的功率而长期安全地工作。但这并不表明这台功率放大器在任何情况下都是输出100W，特别是当负载阻值变化或输入信号电平变化时，这台功放的功率会在很大范围内(例如从0变化到200W甚至更多!)变化。先讨论负载阻抗值的影响：这台功放在保持失真度为0.5％的前提下，如果负载阻抗降为4Ω例如两只8Ω扬声器并联连接)，其输出功率就会上升到约150W，而功放的发热程度也随之增加，但通常仍可长期安全工作；如果负载阻抗再降为2Ω(四只8Ω扬声器并联)时，输出功率会增加到200W左右，发热更严重。一般的功率放大器都不宜在这种状态下长期工作，以免过热损坏。也有例外的情况，如高峰(CREST)、QSC和JBL等产品，在说明书上明确标出了在2Ω负载时的额定不失真输出功率，则应当可以放心使用。

下面再讨论输入信号电平大小对功率放大器工作状态的影响。在负载为8Ω不变的条件下，如果输人信号为零(话筒无人说话或音量控制关死)，则输出功率当然也为零。随着输入信号电平增大则功率放大器的输出功率也增大，当输入信号达到额定数值时，输出功率将达到额定值(100W)，此时失真会等于或低于额定值(0.5％)。如果继续增大输入信号电平(例如把调音台的推子推得很高)，则功率放大器的输出功率将超过其额定值100W而继续升高，且失真系数也会增大，往往超过其额定值(0.5％)，这种状态称为过荷驱动。

图4—17显示一台功率放大器正常工作时不失真输出的正弦波形，此时该信号的平均输出功率约为峰值输出功率的一半。图4—18是当功率放大器被过荷驱动出现削波失真的波形，此时平均输出功率将接近峰值输出功率的数值。图4—19显示功率放大器被过荷驱动达到饱和状态，正弦波输出信号变成了方波信号，此时的平均输出功率就等于峰值输出功率。由电工原理关于谐波分析的傅立叶级数理论可知，一个周期性的非正弦波信号是由频率从低至高排列的一连串正弦波信号所组成，分别称为基波、二次谐波(频率为基波的二倍)、三次谐波(频率为基波的三倍)……等。具体包含有哪些谐波成分则依非正弦波的波形不同而定。例如一个频率为1KHz的正弦波信号，在严重削波失真变得接近方波形状时，除保留1KHz的基波外，还会产生一连串奇次谐波，即3KHz、5KHz、7KHz．…．·等谐波信号。正弦波被削波越严重，其产生的高次谐波成分越多。正是这些由削波失真而带来的高次谐波信号，对高音扬声器构成最大的威胁，被称为高音扬声器的头号“杀手”。这时乐音中低音与高音成分的分布比例已不再依照前述的音乐信号能量分布自然属性(大约10比1)的关系，而是高音分量被大大增强，导致高音扬声器有烧毁的危险。

由此引出一个看似简单其实不算简单的问题，到底功放与音箱两者的“功率匹配”应当如何掌握？许多书刊常常笼统地提到，“功率放大器功率应等于或不大于音箱的功率就确保安全”。如果不考虑波形失真的影响时，这个结论当然是对的，因此许多小功率民用音响或背景音乐系统的确是按这个原则设计的。但对于大功率的专业音响系统，问题就要复杂些。以一间歌舞厅为例，用一台200W或150W的功放去推一只200W音箱，看似很安全，但由于激励不足，放音乏力，于是操作者就可能会情不自禁地继续推大调音台的输出，结果当有突发的瞬态很大的信号来到时，就出现前述的过荷驱动，由于削波失真而产生大量高次谐波，轻则使音质恶化(模糊、暗淡)，严重时就有可能烧毁高音扬声器。反过来，如换用一台200W以上但不超过400W的功放来推这只200W的音箱，亦即功放留有足够的功率储备余量(Headroom直译为“头顶空间”)，这时对突发的瞬态很大的信号仍能承受而不会失真，听起来很清晰、明亮，而且安全。当然也不能无限制地加大功率放大器的功率。否则，强大的虽然并不失真的信号功率也会导致扬声器(包括低音扬声器)的音圈发热变形甚至烧毁。

JBL公司近期印发的一份“技术备忘录”中明确建议，使用JBL音箱的用户应按“功率放大器功率是扬声器额定功率的一倍半或二倍”进行匹配。即200W的音箱，功放功率不应低于300W至400W。认为这样的匹配能确保声音不失真，并减少损毁扬声器的危险。

许多专业音箱厂家在其产品技术说明书中除了标出各型音箱的额定功率外，还列出推荐(或建议)的功率放大器功率值(Recommended Amplifier Power)，这给音响系统设计者和使用者带来更大的方便。如本章表4—9中的JBIA8系列音箱和表4—22到表4—26的BOSE 802Ⅱ、402和502等音箱的技术说明中都标明了推荐放大器功率的数值。

3．扬声器保护电路

为了解决高音扬声器容易烧毁的问题，各大扬声器和音箱生产厂家纷纷研究开发了多种新型的扬声器保护电路，使它们的产品能在满负荷状态下更安全地工作。以JBLTR系列和MR900系列为例，其高音保护电路的英文名称为Sonic Guard，意译为“声音的保镖”。这位保镖是“隐形侠”，在正常工作状态时，我们感觉不到它的存在，当喇叭单元超越了警戒线，保镖就会现身并不令人觉察地进行保护，这就是Sonic Guard的关键技术。

一般扬声器保护电路设计有两种方案。其一是断路保护，即在扬声器单元过荷之前，将信号断开。虽然扬声器是受保护了，但表演突然中断，破坏了演出气氛。其二是用于高档系列产品的控制器，其实它是多组限幅器，限制了信号的幅度，功率过荷的机会当然会大为减小，但这样却往往扼杀了音乐的动态，令演出变得平淡乏味。

由此可见上述两种都是折衷的解决方法。据厂家介绍，Sonic Guard能克服上述问题。在重播低音鼓或其他敲击乐器时，乐音中包含了许多动态幅度非常大的信号，这些信号的幅度虽大，但能量不多，不会烧毁音圈，Sonic Guard就让它通过，保存了原来音乐的神韵，维持了优良的清晰度。当平均功率加大，累积在音圈的温度提升到危险水平时，Sonic Guard开始发挥功能，将过量的能量旁路，使具有破坏性的脉冲衰减至安全水平，保护高音扬声器音圈不易被烧毁。

JBL的高音保护电路还配置有显眼的指示装置。当Sonic Guard启动开始保护时，在音箱接线端子盒上的红色指示灯便开始闪亮。红灯不亮时表示音箱不需要保护，处在安全工作状态；红灯偶然闪亮表示音箱仍然安全，但已经处在临界点，不应再把音量加大；假若红灯长期亮着，表示音箱已处于危险工作状态，过量的能量可能会烧毁高音以外的其他元件，此时使用者必须马上将输入功率减小。

厂家还提示用户，Sonic Guard指示灯与普通的峰值指示灯不一样，它并不跟踪瞬时峰值。何时启动保护电路是根据高频波形所含的能量来决定的(包括负载循环和持续时间等因素)，因此，Sonic Guard允许那些为保持声音特征(如音乐感和清晰度等)所必不可少的音乐瞬时峰值通过。