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如何保證功放與音箱的匹配
2017-12-04

在高保真音響領(lǐng)域里,器材的搭配是十分考究的,其中功放與音箱的配置是***重要的,雖然,一些音箱產(chǎn)品使用說(shuō)明中向用戶(hù)推薦了所配功放的具體牌號或型號,但還是有局限性,因為用戶(hù)經(jīng)常面對諸多型號的功放,無(wú)從下手。

功放與音箱的配置所涉及的方面很多,例如功放品牌、功率管類(lèi)型的選擇及低靈敏度音箱應配置哪種功放等。功放與音箱的具體配置,一般來(lái)說(shuō)與設計人員的經(jīng)驗、愛(ài)好、聽(tīng)音習慣等因素有關(guān),很難找到一個(gè)統一的標準。有時(shí)我們發(fā)現一些用戶(hù)或設計人員為了節省開(kāi)支常給音箱配置較小功率的功放,有些用戶(hù)又為了所謂的“功率儲備充足”給音箱配置很大功率的功放。顯然,這樣做都是不合適的。重要的是,這樣配置會(huì )給設備造成損壞。在功放與音箱配置中,功放功率的確是關(guān)鍵,也就是說(shuō),功放功率的確定原則應該是統一的。

大家都知道,在聲學(xué)設計后,需要根據一系列計算確定音箱功率,然后再由音箱功率確定功放功率,但是究竟兩者功率如何選配才能達到******匹配呢?下面我們一起了解一下。

1、功率匹配

為了達到高保真聆聽(tīng)的要求,額定功率應根據******聆聽(tīng)聲壓來(lái)確定。大家都有這樣的感覺(jué):音量小時(shí)聲音無(wú)力、單薄、動(dòng)態(tài)較小、無(wú)光澤、低頻顯著(zhù)缺少、豐滿(mǎn)度差;音量合適時(shí)聲音自然、清晰、圓潤、柔和豐滿(mǎn)、有力、動(dòng)態(tài)較大;音量過(guò)大時(shí),聲音生硬不柔和、毛糙、有刺耳的感覺(jué)。因此重放聲壓級與聲音質(zhì)量有較大關(guān)系,規定聽(tīng)音區的聲壓級******為80-85dB(A計權),可以從聽(tīng)音區到音箱的距離與音箱的特性靈敏度來(lái)計算音箱的額定功率與功放的額定功率。

大家都知道,在進(jìn)行廳堂聲學(xué)設計時(shí),需要根據一系列計算確定音箱功率,然后再由音箱功率確定功放功率。首先,通常在人耳聽(tīng)域的20Hz-20kHz內,集中大量能量的音樂(lè )信號一般在中、低頻段,高頻段能量?jì)H相當于中、低頻段能量的1/10,一般音箱高音損失的功率比低音低得多。而功放好比一個(gè)電流調制器,它在輸入音頻信號的控制下,輸出大小不同的電流給音箱,使之發(fā)生大小不同的聲音,在一定阻抗下,可以實(shí)現標稱(chēng)功率200W的功放達到400W或幾倍的輸出,但是功放的失真(THD)將會(huì )大大增加,這種失真主要產(chǎn)生在中、低頻信號中的高頻諧波,其失真越大,高頻諧波能量就越大,這些高頻失真信號都將隨高頻音樂(lè )信號一同進(jìn)入高音頭,這就是為什么小功率功放推大音箱會(huì )發(fā)生燒高音頭的原因。其次,功放與音箱的功率配置與目標響度以及所使用場(chǎng)合也有一定的關(guān)系。在一定目標響度下,應該讓音樂(lè )信號的動(dòng)態(tài)在每件器材上都能得到充分地保證,如果功放功率太大,其增益設置很小時(shí),響度已達到要求,但這時(shí)功放的增益就限制了信號的動(dòng)態(tài)范圍。所以,功放功率不能太大,否則,既浪費開(kāi)支,又會(huì )帶來(lái)響度和音樂(lè )動(dòng)態(tài)無(wú)法兼顧以及音箱負荷過(guò)重的麻煩。

總之,功放的選定必須由音箱決定,在一定的目標響度下,音箱可以比設計值大一些,以備不同用途,而功放的功率應該嚴格由音箱決定,沒(méi)有太大的靈活性。功放與音箱功率配置的具體標準應該是:在一定阻抗條件下,功放功率應大于音箱功率,但不能太大。在一般應用場(chǎng)所功放的不失真功率應是音箱額定功率的1.2-1.5倍;而在大動(dòng)態(tài)場(chǎng)合則應該是1.5-2倍。參照這個(gè)標準進(jìn)行配置,既能保證功放在******狀態(tài)下工作,又能保證音箱的安全,即使對經(jīng)驗不足的操作人員,只要不是操作嚴重失誤或前級周邊設備調校不當,就能讓音箱和功放工作在穩定狀態(tài)。

2、功率儲備量匹配

所謂的“功率儲備”是針對音箱而言,按照AES標準,一般音箱可以在短時(shí)間內承受高于它額定輸入功率4倍(6dB)的瞬間峰值輸入功率,即一個(gè)標稱(chēng)300W的音箱,短時(shí)間可以承受1200W的輸入功率。按照美國FTC實(shí)驗室的標準,在電源供應能力足夠大的情況下,功放可以瞬間輸出高于其額定輸出功率3dB的峰值輸出功率,也就是說(shuō)一臺額定輸出功率為300W的功放,可以短時(shí)間提供2倍于額定輸出功率的峰值輸出功率(600W)。如果要求一臺能夠提供1200W峰值輸出功率的功放,這臺功放的額定輸出功率就需要達到600W,要讓功放和音箱都能夠完全把各種音樂(lè )峰值信號表現出來(lái),功放的額定輸出功率就要等于音箱輸入功率的2倍。

但是,這種配置下,要求你不能把功放的額定功率完全加到音箱上,如果完全加上,音箱實(shí)際上在承受了超過(guò)它額定輸入功率1倍的輸入功率,也就是音箱始終處于超負荷工作狀態(tài),這對音箱而言是非常危險的,所以按照功放輸出功率和音箱輸入功率為2:1的比例,目的僅在于讓音箱可以表現其峰值輸出能力,但對功放輸入電平的控制就比較嚴格。在正常情況下,功放額定輸入電平為0dB,此時(shí)功放輸入電平設置要比額定功率輸入電平低3dB,也就是說(shuō)在讓600W的功放只工作在300W的狀態(tài),當一個(gè)具有4倍(6dB)峰值特性的信號進(jìn)入功放的時(shí)候,功放的實(shí)際輸入電平就達到了6+(一3):+3dB,而此時(shí)功放瞬間輸出功率也就達到額定輸出功率的l倍,正好和音箱的峰值輸入功率匹配。如果不這樣控制電平,比如同樣額定600W的功放推300W的音箱,功放仍按照其額定輸入電平,那么功放就正常輸入600W的功率,音箱等于有l倍的輸入功率,當一個(gè)+6dB(4倍)的峰值信號進(jìn)入的時(shí)候,功放峰值輸出功率要達到2400W,但是功放的峰值輸出能力只有2倍,它不能發(fā)出4倍的不失真功率,此時(shí)就對音頻信號進(jìn)行削波,將正弦波的音頻信號變成了方波信號,揚聲器就很容易受損傷。

總結設置控制電平有兩種方式:******種為設定系統正常工作電平全部為OdB,當功放前級的設備輸出電平指示為OdB的時(shí)候,把功放的音量電位器減小3dB;第二種為設定系統正常工作電平全部為OdB.然后把調音臺的輸出電平在正常情況下減小3dB。

3、阻抗匹配

阻抗匹配是指功放的額定輸出阻抗,應與音箱的額定阻抗相一致。此時(shí),功率處于******設計負載狀態(tài),可以輸出******不失真功率。如果音箱的額定阻抗大于功放的額定輸出阻抗,功放的實(shí)際輸出功率將會(huì )小于額定輸出功率;如果音箱的額定阻抗小于功放的額定輸出阻抗,功放有過(guò)載的危險,要求功放有完善的過(guò)流保護措施來(lái)解決。對電子管功放來(lái)講,阻抗匹配要求更嚴。

4、阻尼系數的匹配

阻尼系數KD定義為:KD=功放額定輸出阻抗(等于音箱額定阻抗)/功放輸出內阻+線(xiàn)阻。由于功放輸出內阻實(shí)際上已成為音箱的電阻尼器件,KD值便決定了音箱所受的電阻尼量。KD值越大,電阻尼量越重,當然功放的KD值并不是越大越好,KD值過(guò)大會(huì )使音箱電阻尼過(guò)重,以至使脈沖前沿建立時(shí)間增長(cháng),降低瞬態(tài)響應指標。保證放音的穩態(tài)特性與瞬態(tài)特性良好的基本條件,應注意音箱的等效力學(xué)品質(zhì)因素(Qm)與放大器阻尼系數(KD)的配合。這種配合需將音箱的饋線(xiàn)作音響系統整體的一部分來(lái)考慮。應使音箱的饋線(xiàn)等效電阻足夠小,小到與音箱的額定阻抗相比可以忽略不計。其實(shí)音箱饋線(xiàn)的功率損失應小于0.5dB(約12%)即可達到這種配合。

放大器與音箱的匹配是選型時(shí)應重要考慮的問(wèn)題,它直接關(guān)系著(zhù)音樂(lè )重放的效果和器材的壽命。放大器與音箱的匹配主要有阻抗匹配、阻尼匹配和功率匹配。對功率放大器來(lái)說(shuō),阻抗匹配是******位的。它要求作為負載的音箱(揚聲器)阻抗不應小于放大器的額定負載阻抗。例如,功率放大器原設計接8Ω負載,應與8Ω或8Ω以上阻抗的音箱連接。當配接16Ω音箱,使用中除了輸出功率減小一半以外,尚未帶來(lái)其它明顯影響;而當配接4Ω負載時(shí),輸出功率將增加近一倍,如果音量又開(kāi)得較大,則有可能使大功率晶體管損壞。

現在有些放大器對音箱阻抗允許有可變范圍,如4Ω~16Ω;在這種情況下,阻抗每變小一倍,功率就升高1.6倍。如標定8Ω阻抗下,額定功率為100W的放大器,如果改接4Ω阻抗的音箱,放大器的輸出功率則為160W。一般情況下,對阻抗有范圍的放大器,取其阻抗范圍的中值比較合適。

功率匹配一般指功率放大器的額定功率與揚聲器的額定功率相適應。從目前的趨勢來(lái)看,功率放大器的額定功率有較大幅度增長(cháng)(從幾十瓦增長(cháng)到上百瓦),而揚聲器系統的額定功率由于電聲器件的結構所限增長(cháng)較慢。

一般來(lái)說(shuō),放大器的額定功率應大于音箱額定功率的四分之一比較合適,即125W的放大器推動(dòng)100W的音箱。這樣,既可以推動(dòng)音箱全力工作,又可以保證器材的安全。因為,一般揚聲器都有一定的抗過(guò)載能力,其允許值為額定功率的1倍半左右。故按上述方法進(jìn)行功率匹配仍是比較安全的。

阻尼系數是指音箱阻抗與放大器輸出阻抗之比。實(shí)踐表明,當阻尼系數較小時(shí),揚聲器低頻特性、輸出聲壓頻率特性、高次諧波失真特性均會(huì )變差。阻尼系數過(guò)大,對實(shí)際性能影響并不顯著(zhù)。因此,比較一致的看法是:阻尼系數應在10~100之間。

總之,功放與音箱功率搭配的具體標準應該是:在一定阻抗條件下,功放功率應大于音箱功率,但不能太大。在一般應用場(chǎng)所,功放的不失真率應是音箱額定功率的1.2-1.5倍左右;而在大動(dòng)態(tài)場(chǎng)合則應該是1.5-2倍左右。參照這個(gè)標準進(jìn)行配置,既然能保證功放在******狀態(tài)下工作,又能保證音箱的安全,即使對經(jīng)驗不足的操作人員,只要不是操作嚴重失誤或前級周邊設備調校不當,就能讓音箱和功放工作在穩定狀態(tài)。

在專(zhuān)業(yè)聲領(lǐng)域里,功放與音箱配置所涉及的方面很多,例如功率匹配、功率儲備量匹配、阻抗匹配、阻尼系數的匹配等。在配接時(shí)認識到上述幾點(diǎn),可使所用器材的性能得到充分的發(fā)揮,達到理想的效果。



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