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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)品使用說明中向用戶推薦了所配功放的具體牌號或型號,但還是有局限性,因?yàn)橛脩艚?jīng)常面對諸多型號的功放,無從下手。

功放與音箱的配置所涉及的方面很多,例如功放品牌、功率管類型的選擇及低靈敏度音箱應(yīng)配置哪種功放等。功放與音箱的具體配置,一般來說與設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、愛好、聽音習(xí)慣等因素有關(guān),很難找到一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。有時我們發(fā)現(xiàn)一些用戶或設(shè)計(jì)人員為了節(jié)省開支常給音箱配置較小功率的功放,有些用戶又為了所謂的“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,這樣配置會給設(shè)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,功放功率的確定原則應(yīng)該是統(tǒng)一的。

大家都知道,在聲學(xué)設(shè)計(jì)后,需要根據(jù)一系列計(jì)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(dá)到******匹配呢?下面我們一起了解一下。

1、功率匹配

為了達(dá)到高保真聆聽的要求,額定功率應(yīng)根據(jù)******聆聽聲壓來確定。大家都有這樣的感覺:音量小時聲音無力、單薄、動態(tài)較小、無光澤、低頻顯著缺少、豐滿度差;音量合適時聲音自然、清晰、圓潤、柔和豐滿、有力、動態(tài)較大;音量過大時,聲音生硬不柔和、毛糙、有刺耳的感覺。因此重放聲壓級與聲音質(zhì)量有較大關(guān)系,規(guī)定聽音區(qū)的聲壓級******為80-85dB(A計(jì)權(quán)),可以從聽音區(qū)到音箱的距離與音箱的特性靈敏度來計(jì)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(shè)計(jì)時,需要根據(jù)一系列計(jì)算確定音箱功率,然后再由音箱功率確定功放功率。首先,通常在人耳聽域的20Hz-20kHz內(nèi),集中大量能量的音樂信號一般在中、低頻段,高頻段能量僅相當(dāng)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。而功放好比一個電流調(diào)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(xiàn)標(biāo)稱功率200W的功放達(dá)到400W或幾倍的輸出,但是功放的失真(THD)將會大大增加,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(biāo)響度以及所使用場合也有一定的關(guān)系。在一定目標(biāo)響度下,應(yīng)該讓音樂信號的動態(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(shè)置很小時,響度已達(dá)到要求,但這時功放的增益就限制了信號的動態(tài)范圍。所以,功放功率不能太大,否則,既浪費(fèi)開支,又會帶來響度和音樂動態(tài)無法兼顧以及音箱負(fù)荷過重的麻煩。

總之,功放的選定必須由音箱決定,在一定的目標(biāo)響度下,音箱可以比設(shè)計(jì)值大一些,以備不同用途,而功放的功率應(yīng)該嚴(yán)格由音箱決定,沒有太大的靈活性。功放與音箱功率配置的具體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是:在一定阻抗條件下,功放功率應(yīng)大于音箱功率,但不能太大。在一般應(yīng)用場所功放的不失真功率應(yīng)是音箱額定功率的1.2-1.5倍;而在大動態(tài)場合則應(yīng)該是1.5-2倍。參照這個標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)不足的操作人員,只要不是操作嚴(yán)重失誤或前級周邊設(shè)備調(diào)校不當(dāng),就能讓音箱和功放工作在穩(wěn)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(biāo)準(zhǔn),一般音箱可以在短時間內(nèi)承受高于它額定輸入功率4倍(6dB)的瞬間峰值輸入功率,即一個標(biāo)稱300W的音箱,短時間可以承受1200W的輸入功率。按照美國FTC實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn),在電源供應(yīng)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,也就是說一臺額定輸出功率為300W的功放,可以短時間提供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(dá)到600W,要讓功放和音箱都能夠完全把各種音樂峰值信號表現(xiàn)出來,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(fù)荷工作狀態(tài),這對音箱而言是非常危險(xiǎn)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(xiàn)其峰值輸出能力,但對功放輸入電平的控制就比較嚴(yán)格。在正常情況下,功放額定輸入電平為0dB,此時功放輸入電平設(shè)置要比額定功率輸入電平低3dB,也就是說在讓600W的功放只工作在300W的狀態(tài),當(dāng)一個具有4倍(6dB)峰值特性的信號進(jìn)入功放的時候,功放的實(shí)際輸入電平就達(dá)到了6+(一3):+3dB,而此時功放瞬間輸出功率也就達(dá)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(wèi)倍的輸入功率,當(dāng)一個+6dB(4倍)的峰值信號進(jìn)入的時候,功放峰值輸出功率要達(dá)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(yáng)聲器就很容易受損傷。

總結(jié)設(shè)置控制電平有兩種方式:******種為設(shè)定系統(tǒng)正常工作電平全部為OdB,當(dāng)功放前級的設(shè)備輸出電平指示為OdB的時候,把功放的音量電位器減小3dB;第二種為設(shè)定系統(tǒng)正常工作電平全部為OdB.然后把調(diào)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(yīng)與音箱的額定阻抗相一致。此時,功率處于******設(shè)計(jì)負(fù)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,功放有過載的危險(xiǎn),要求功放有完善的過流保護(hù)措施來解決。對電子管功放來講,阻抗匹配要求更嚴(yán)。

4、阻尼系數(shù)的匹配

阻尼系數(shù)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(nèi)阻+線阻。由于功放輸出內(nèi)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(dāng)然功放的KD值并不是越大越好,KD值過大會使音箱電阻尼過重,以至使脈沖前沿建立時間增長,降低瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。保證放音的穩(wěn)態(tài)特性與瞬態(tài)特性良好的基本條件,應(yīng)注意音箱的等效力學(xué)品質(zhì)因素(Qm)與放大器阻尼系數(shù)(KD)的配合。這種配合需將音箱的饋線作音響系統(tǒng)整體的一部分來考慮。應(yīng)使音箱的饋線等效電阻足夠小,小到與音箱的額定阻抗相比可以忽略不計(jì)。其實(shí)音箱饋線的功率損失應(yīng)小于0.5dB(約12%)即可達(dá)到這種配合。

放大器與音箱的匹配是選型時應(yīng)重要考慮的問題,它直接關(guān)系著音樂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。對功率放大器來說,阻抗匹配是******位的。它要求作為負(fù)載的音箱(揚(yáng)聲器)阻抗不應(yīng)小于放大器的額定負(fù)載阻抗。例如,功率放大器原設(shè)計(jì)接8Ω負(fù)載,應(yīng)與8Ω或8Ω以上阻抗的音箱連接。當(dāng)配接16Ω音箱,使用中除了輸出功率減小一半以外,尚未帶來其它明顯影響;而當(dāng)配接4Ω負(fù)載時,輸出功率將增加近一倍,如果音量又開得較大,則有可能使大功率晶體管損壞。

現(xiàn)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(biāo)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(yáng)聲器的額定功率相適應(yīng)。從目前的趨勢來看,功率放大器的額定功率有較大幅度增長(從幾十瓦增長到上百瓦),而揚(yáng)聲器系統(tǒng)的額定功率由于電聲器件的結(jié)構(gòu)所限增長較慢。

一般來說,放大器的額定功率應(yīng)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100W的音箱。這樣,既可以推動音箱全力工作,又可以保證器材的安全。因?yàn)?,一般揚(yáng)聲器都有一定的抗過載能力,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(shù)是指音箱阻抗與放大器輸出阻抗之比。實(shí)踐表明,當(dāng)阻尼系數(shù)較小時,揚(yáng)聲器低頻特性、輸出聲壓頻率特性、高次諧波失真特性均會變差。阻尼系數(shù)過大,對實(shí)際性能影響并不顯著。因此,比較一致的看法是:阻尼系數(shù)應(yīng)在10~100之間。

總之,功放與音箱功率搭配的具體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是:在一定阻抗條件下,功放功率應(yīng)大于音箱功率,但不能太大。在一般應(yīng)用場所,功放的不失真率應(yīng)是音箱額定功率的1.2-1.5倍左右;而在大動態(tài)場合則應(yīng)該是1.5-2倍左右。參照這個標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)不足的操作人員,只要不是操作嚴(yán)重失誤或前級周邊設(shè)備調(diào)校不當(dāng),就能讓音箱和功放工作在穩(wěn)定狀態(tài)。

在專業(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(shù)的匹配等。在配接時認(rèn)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(dá)到理想的效果。



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