音响人必搞懂问题:放大器的输出入阻抗
“放大器的输出入阻抗"
一般我们常耳闻的说法是:扩大机的输入阻抗是愈高愈好,而输出阻抗是愈低愈好。为什么呢?
因为输入阻抗高了,从讯号源来的讯号功率强度就可以不必那么大。
这么说也许还有读者不甚了解,让我们再回想一下欧姆定律;假设讯源输出不甚了解,让我们再回想一下欧姆定律;假设讯源输出一个固定电压,传送往下一级,如果这一级的输入阻抗高,是不是由讯源所提供的讯号电流就可以降低?
如果输入阻抗非常非常的高,则几乎不会消耗讯号电流(当然还是会有)就可以驱动这一级电 路工作,换句话说就是几乎只要有讯号电压,电路就可以正常工作;但是对于低输入阻抗的电路呢?就正好相反了,它必须要求讯号能源能提供较为大量的讯号电流,因为在同一个电压下,低输入阻抗会流进较大的讯号电流,如果讯源提供的电流强度不足以满足下一级电路的需求,它就不能完美地驱动下一级电路。而讯源的 电压和电流的乘积就是讯源的功率了。
何谓低输出阻抗呢?它有什么好处呢?
通常低输出阻抗被提到地方大半是指前级扩大机的输出阻抗,后级通常是称作输出内阻的。前级的低输出阻抗有几个好处:
一.通常会强调低输出 阻抗即表示了它有较大的电流输出能力,容易搭配一些低输入阻抗的器材(后级);
二.低输出阻抗可以驱动长的讯号线及电容量较大的负载,以音响用前级为例;前级的输出阻抗在与讯号线结合后,输出阻抗加上讯号线本身固有的电阻与电容会形成一个RC滤波的网路,当输出阻抗愈高时,则经过讯号线后的讯号,其高频端 的滚降点就会越低,反之则愈高。
你应该不会希望高频滚降点移进耳朵听得到的音频范围吧?
所以遇上电容量大的讯号线,你还是选一部输出阻抗低一点的前级较为保险。这也是为什么每一种讯号线会有不同声音部份原因。
有了以上大略的说明,你应该可以明白;所谓扩大机输入阻抗愈高愈好,输出阻抗愈低愈好,其主要理由即在此一在与其它器材互相搭配时,其匹配性比较高。
那么照此说来,我们就把每一部扩大机不论是前级或是后级的输入阻抗都设计得很高,输出阻抗都设计得很低,不是就完美无缺了吗?
让我们再从输入阻抗看起,由于高输入阻抗所需的讯号电流较少,可知连接其上的讯号线中流动的电流必较小,因此对于讯号线品质的要求就可以不必那么高,因为少了一个电流的干扰因素在内,这也是高输入阻抗带来的另一个优点。但是高输入阻抗的优点既然这么多,为什么市面上找得到的高输入阻抗前级或后级竟寥寥可数呢?
让我偷偷问你,你有没有用过收音机?
你知道收音机的讯号是从哪儿来的吗?从空中来,你答对了。从空中来,你可知道空中存在有多少的电磁波?多到集合你全家老小的手指头加脚指头 都数不完,这些可都不是你想要的音乐讯号哦!
当空中的这些电磁波被作用有点像天线的讯号线拾取后,虽然只是一点点的杂讯电压,但是一个高输入阻抗电路却能 轻易地将其放大(正是其优点),于是乎,当有人抓了一把沙子放进你热腾腾的大卤面时,你还以为是黑胡椒粉呢!
易感染杂讯,就是音响器材在设计输入阻抗时,明知高输入阻抗的诸多优点,但也不能任意设计得很高的主要原因,胆敢设计成高输入阻抗者,必有其对抗杂讯干扰 的过人之处,Cello有一款前级名为Encore IM,其标称输入阻抗即高达IM,为HI-END音响界最有名的高输入阻抗前级。但这个纪绿被日本SONY公司所出品的一款输入阻抗高达2M 的前级给突破了。
虽然Cello的1M前级在音响界已是不得了的事情,但就电路的输入阻抗而言,还不算太高啦。随便一个FET做为输入级的IC它的输入阻抗都可以高达百万 M,就像前阵子有点红的BUF-03这颗适合作为缓冲器的IC它的输入阻抗就有这么高呢!常见的前级的输入阻抗,在早期真空管的时代,由于真空管本身的输 入阻抗就比较高,因此大都设计成500K或250K,晶体前级则大多数是100K或50K。近来则输入阻抗有愈设计愈低的趋势,20K、10K也已经很常 见了。
后级的输入阻抗则大部份是47K,高一个的有100K,20K,10K的也所在多有。最近德国着名的HI-END音响厂家MBL,所推出的旗舰后级MBL9010输入阻抗是多 少呢?5K!没有少写一个零,就是5K。好像说了半天,高输入阻抗有多少多少的好处,就是有人不来这一套,至于好不好声呢?就请自行参阅相关的评论报导 吧!
低阻抗输入有什么优点?
首先感染杂讯的问题会降得很低,可以大幅提高信号杂音比,使得音乐的纯度提高,音质就比较好。另外低的,输入阻抗有较好的相位特性,这 一点是比较少有人提出来讨论的,一般常见被提出来的是频宽特性,总谐波失真特性等,而相信失真则很少被提及(至少在所有公开的性能规格中),MBL的看法 是高输入阻抗与讯号线的电容量所引起的相位失真较大,而这对声音的影响将很深。因此MBL 9010采用低的输入阻抗,以较低的相位失真来求得在音质上的完美,当然在这个时候,你必须采用一部拥有更低阻抗输出的前级来搭配了。
前面提及了也有知名厂家采用低阻抗的输入,这是肇因于现今大多数市售前级的输出阻抗均已相当的低,因此在后级的输入阻抗部份就可以酌情降低。假如你前级的 输出阻抗高于后级的输入阻抗,这是不能匹配的,切记!切记!
至于说前级的输入阻抗呢?
以目前大部份市售品前级的设计而言,输入阻抗就由音量控制器给决定了。绝大多数的设计都是输入的讯号经过讯源选择后就经由音量控制的可变电阻作分压,再进入主放大线 路,所以这个音量控制的可变电阻值就成了输入阻抗了。
另外一些前级的设计是输入讯号先进入一个缓冲级,输入阻抗就由这个缓冲级的输入阻抗来决定,由于缓冲 级电路的输入阻抗极高,因此,输入阻抗值极高的前级,其接受讯号的前端部份,可能就有输入缓冲级的设计。但是,输入缓冲级的阻抗也可以不必一定得设计得很 高,例如MBL 6010前级的输入部份就设有输入缓冲级,而其设定的输入阻抗值则是47K。
一如前面所述,前级的输出阻抗如果能够低的话,则后级的输入阻抗就可以不必设计得那么高,那么同理,如们我们所使用的讯源的输出阻抗也够低的话,那 么前级的输入阻抗有必要那么高吗?今天有很多音响迷的系统之中,只有数位讯源一种而已,而如今的数位音源由于 本身内部已经具有类比放大的电路,而且有愈来愈多厂家将类比讯号的输出阻抗做得极低。
最有名的例子就是Theta,其在类比讯号输出的地方加了一个高回转 率、高输出电流、低输阻抗的输出缓冲级BUF-03,这颗IC的输出阻抗低至只有2,由此看来,其搭配的前级的输入阻抗有必要很高吗?
一般音响器材常见被提到阻抗的地方有喇叭的阻抗,前后级扩大机的输入阻抗,前级的输出阻抗,(后级通常不称输出阻抗,而称输出内阻),信号道线的传 输阻碍抗(或称特性阻抗)......等等。由于阻抗的单位仍是欧姆,也同样适用欧姆定律,因此一言以蔽之,在相同电压下,阻抗愈高将流过愈少的电流,阻 抗愈低会流过愈多的电流。
最常见到的喇叭阻抗的标示值是八欧姆,这代表了这对喇叭在工厂测试规格时,当输入1KHz的正弦波信号,它呈现的阻抗值是八欧姆;或者是在喇叭的工作 频率响应范围内,一个平均的阻抗值。它可不是一个固定值,而是随着频率的不同而不同。当后级输出一个固定电压给喇叭时,依照欧姆定律,四欧姆的喇叭会比八 欧姆的喇叭多流过一倍的电流,理论上一部八欧姆输出一百瓦的晶体后级,在接上四欧姆喇叭时会自动变为二百瓦。
当喇叭的阻抗值一路下降时,后级输出一个固定电压,它流过的电流就会愈来愈大,到最后就有点像是把喇叭线直接短路,所以阻抗值有时会低至一欧姆的限 制,超出此范围,机器就要烧掉了。这也就是一般人常说的:后级的功率不用大,但输出电流要大的似是若非的道理。
功率放大器与扬声器之间的配接主要要注意阻抗匹配和功率匹配两个方面。阻抗匹配有输入输出变压器的功率放大器,配接的扬声器阻抗应与其额定输出阻抗相一 致。而采用OCL或OTL电路的扩音机,就不必那么严格,扬声器的阻抗可以在一定范围内变动。如果配接4欧姆扬声器,输出功率增大一倍,只要功 放级性能好,失真不会增大很多。如果功率管温升不过高,扩音机仍能安全工作。
功率匹配正确的配接方法是,功率放大器的输出功率应比扬声器的标称功率大1~3倍。如果扬声器的标称功率选得过大而扩音机的推动功率不足,此时扬声器 虽然能响,但往往是扩音机音量开得很大,已引起严重的削顶失真,而声音仍然显得不足。
汽车音响车载功放与技术参数的认识
功率放大器简称功放。车载功放就是车载影音系统中的音频功率放大器。其作用是将音频输入的信号进行选择与入处理,进行功率放大,使电信号具有推动音箱的能力。汽车功放和普通家庭影院中的功放略有不同,由于很多车载主机集成了功率放大功能,起到前级放大功能,因此车载功放有时又被称为后级放大,也就是说可以连接已经放大过的高电平输入。
功放是一套好的音响必不可少的组成。主机上所带的功放往往不能很真实地放大声音电流,所以要想有好的音乐感受就必须加装功放。一般来说,功放的功率要大于喇叭的功率。
由于车载功放连接了主机和扬声器,因此购买功放时必须考虑和主机与扬声器之间的配合,它直接关系着音乐重放的效果和器材的寿命。车载功放的匹配主要有阻抗匹配、功率匹配。
汽车音响系统的搭配问题中最常见的发生在功放和主机之间,首先是信号输出问题,不是所有的主机都可以外接功放。要外接功放主机至少要有1组前置输出,较好的主机会有3组以上。其次是主机的输出信号电压要在2 V以上,高保真主机可以达到4 V以上,这样才可以保证功放有良好的“原材料”进行加工。由于功放的能量源是独立于主机的,所以平时主机和功放之间功率的搭配一般不存在问题。
什么是车载功放的桥接功能?
桥接功能是指为增加输出功率而将车载功放与车载主机作一种特别的连接,将双声道的车载功放改接为单路的车载功放,输出功率一般可以提高一倍,从而使它满足某些特殊用途的需要(如用来推动超低音扬声器)。通常带有桥接功能的车载功放有相应的开关,以选择是让功放在桥接还是非桥接下工作。使用桥接功能后,音源的一个声道占用功放的两个声道,每一个声道负责放大声波的半个周期,两个合起来放大声波的整个周期。桥接功能也有其缺点,由于功放的两个声道难以保证完全对称,因此可能造成声音失真,此外在两个一半的周期过渡时还可能产生交越失真。
什么是车载功放的信噪比?
信噪比:是指输出信号当中音乐信号和噪音信号之间的比例,数值越大代表声音越干净。
什么是车载功放的输入阻抗?
输入阻抗:通常表示功率放大器的抗干扰能力的大小,一般会在5 000~15 000Ω,数值越大代表抗干扰能力越强
车载功放:负载阻抗?
负载阻抗是指车载功放正常工作时所能支持的负载,也就是车载扬声器的阻抗,其单位是欧姆(Ω)。目前,大部分车载功放的负载阻抗是在2-8欧姆。负载阻抗越低则车载功放的电流输出能力越大,越容易搭配一些低阻抗的车载扬声器,而且也越容易驱动比较长的信号线。
在选购车载功放时,也一定要注意与车载扬声器的阻抗匹配问题,也就是其负载阻抗范围要不小于车载扬声器的阻抗,最好是与载扬声器的阻抗相当,只有这样车载功放才能安全工作并提供最理想的功率输出。
什么是车载功放的失真度?
失真度:指输出信号同输入信号相比的失真程度,数值越小质量越好,一般在0.05%以下。
什么是车载功放的支持声道数?
是指车载功放所能支持的声道数量,目前常见的车载功放都是2-5声道不等。所谓声道(Sound Channel)是指声音在录制或播放时在不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号,所以声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量。理论上声音的完全真实再现需要无限多的拾音器、无限多的声道和无限多的扬声器,这实际上无法办到,只能利用特定的音效技术尽量真实地再现声音。所以声道数越多,人耳所听到的声音也就越连续、跳跃感就会越少,声音也就越真实越完美。
对于车载功放而言,其各声道的音频信号是分别单独放大的;在选购时,还需要注意车载主机、车载功放与车载扬声器的声道匹配问题,即三者的声道数最好保持一致,以做到物尽其用,打造一个完美的车内视听空间。
很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务,这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口,而功率放大器在整个音响系统当中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
目前市场上车用功率放大器的种类很多,分类方法也比较复杂。
最常见的是按照工作方式分为:A类、B类、AB类、D类。
A类(甲类)是指放大器每隔一定时间收集一次主机传输过来的音频信号,并将其放大后传输给扬声器,而这一过程当中的“缓冲作用”保证了系统能够输出温和、平顺的声音信号,不足之处在于消耗的能量较大。
B类(乙类)功率放大器则是取消了前面所说的“缓冲作用”,放大器的工作一直处在适时状态,但是音质方面较前者就要差了一些。优点是效率高,缺点是会产生交越失真。
AB类(甲乙类)放大器,实际上是A类和B类的结合,每个器件的导通时间在50%~100%之间,有效解决了B类放大器的交越失真问题,效率又比A类放大器高,可以称得上是当前比较理想的功率放大器。
D类(丁类)放大器也称数字放大器,无信号输入时放大器处于截止状态,不耗电。工作时,靠输入信号让晶体管进入饱和状态,晶体管相当于一个接通的开关,把电源与负载直接接通。在理想情况下,D类功放的效率为100%。
技术参数:
1、频响能力(Power Band Width):音域20Hz ~ 80KHz ,而喇叭频响由低音至高音相应要求有20Hz ~ 20KHz 这范围的响应能力。但作为信号传输的“瓶颈”的功放的频响则要求更宽,如:7Hz ~ 80KHz Hz,以保证信号的完整。
2、信噪比(Signal To Noise Ratio ):这是最直接反映功放素质的参数,一般都在80dB的比值以上,高质素的产品往往达105dB以上,追求声底纯净,不容忽视。
3、失真度(THD):这个可结合功放另外两个重要的指标:额定功率(Rms)和最大功率(Peak Power)一齐讨论。一台功放在其Rms功率情况下工作,失真应该比较小,一般达0.5% ~ 0.01%这个范围。Peak 功率或桥接时,信号可能产生变形、削波等失真,比值会高: 0.5% ~ 1%都是正常的。比值越小,当然越理想。
4、输入灵敏度(Input Sensitivity):这是针对不同厂家,不同品牌的主机、前级音源而设置的调校电平,范围由100mv ~ 4V甚至更高,调音时须与音源匹配。
5、输入阻抗(Input Impedance):一般要求功放输入阻抗要高,输出阻抗要低,输入阻抗越高,越有效阻隔各类杂讯,常见值 10KΩ或更高。
6、负载能力(Load Impedance):家用功放一般是8Ω/4Ω两种;车用功放、立体声时:2Ω至8Ω;桥接:4Ω至8Ω。但个别特别设计的功放,阻抗可以低至0.1Ω,能力不凡。这个时候,一台功放,则可以并接几十个低音单元,营造理想的声压级。这个场景,恐怕要在音响比赛时才能见到。
7、工作电压:车用一般是10V ~ 15 V正常工作。
8、阻尼系数(Damping Factor):由额定负载(4Ω)输出阻抗计算出来,普遍认为:输出阻抗越小,阻尼系数越高,则该功放越好。事实上高素质的功放,比值大多50以上,个别甚至超500,虽则专家认为:50左右已经足够。我个人经验:系数高,则线材要求可放宽。过高则影响音色,但对低音表现有帮助。
9、转换速率(Slew Rate):单位时间内功率放大器最高放大级将较强的信号激励放大为高压,强电流的交流音频的能力,高档机种30V/us以上,个别超50V/us。比值高,转换能力好,音乐的层次、动态结合扬声器能接近原声还原发挥。
汽车音响常用功放IC图谱
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