一文看懂音频功放的类别有几种
我们常见到的音频功放类别有A类、AB类、D类、H类,还有什么G类和T类,还听说有S类。这些都是为某一种独特的技术命名的。在专业舞台功放领域,采用什么技术的目的都是为了达到高效率,这样才可以得到相对更好的稳定性和低成本,但也相应要更复杂的线路来完成。
功放就是功率放大的缩写。 与电压或者电流放大来说,功放要求获得一定的、不失真的功率,一般在大信号状态下工作,因此,功放电路一般包含电压放大或者电流放大电路没有的特殊问题,具体表现在:①输出功率尽可能大;②通常在大信号状态下工作;③非线性失真突出;④提高效率是重要的关注点;⑤功率器件的安全问题。而对于音频功放电路,也需要注意以上的问题。
根据放大电路的导电方式不同,音频功放电路按照模拟和数字两种类型进行分类,模拟音频功放通常有A类,B类,AB类, G类,H类 TD功放,数字电路功放分为D类,T类。下文对以上的功放电路做详细的介绍和分析:
1.、A类功放(又称甲类功放)
A类功放,在信号的整个周期内都不会出现电流截止(即停止输出)的一类放大器。但是A类放大器工作时会产生高热,效率很低。尽管A类功放有以上的弊端,但固有的优点是不存在交越失真,并且内部原理存在着一些先天优势,是重播音乐的理想选择,它能提供非常平滑的音质,音色圆润温暖,高频透明开扬,中频饱满通透的优点。单端放大器都是甲类工作方式,推挽放大器可以是甲类,也可以是乙类或甲乙类。
2、B类功放(又称乙类功放)
B类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两个晶体管轮流放大输出的一类放大器,每一晶体管的导电时间为信号的半个周期,通常会产生我们所说的交越失真。通过模拟电路的调整可以将该失真尽量的减小甚至消失。B类放大器的效率明显高于A类功放。
3、AB类功放(又称甲乙类)
AB类功放界于甲类和乙类之间,推挽放大的每一个晶体管导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。因此AB类功放有效解决了乙类放大器的交越失真问题,效率又比甲类放大器高,因此获得了极为广泛的应用。
4、D类功放(又称丁类功放)
D类功放也称数字式放大器,具体型号很多,现已大量用于手机、数码产品、平板彩电等电器中,利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号,具体工作原理如下:D类功放采用异步调制的方式,在音频信号周期发生变化时,高频载波信号仍然保持不变,因此,在音频频率比较低的时候,PWM的载波个数仍然较高,因此对抑制高频载波和减少失真非常有利,而载波的变频带原理音频信号频率,因此也不存在与基波之间的相互干扰问题。许多功率高达1000W的丁类放大器,体积只不过像VHS录像带那么大。这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器,但在有源超低音音箱中有较多的应用。
5、G类功放
G类功放为一种多电源的AB类功放的改进形式。G类功放充分利用了音频都具有极高峰值因数 (10-20dB) 的这一有利条件。大多数时候,音频信号都处在较低的幅值,极少时间会表现出更高的峰值。下图是G类功放集成IC的一个典型功能框图。
G类放大器使用自适应电源轨,并利用一个内置降压转换器来产生耳机放大器正电源电压。充电泵对放大器正电源电压进行反相,并产生放大器负电源电压。这样便让耳机放大器输出可以集中于0V。音频信号幅值较低时,降压转换器产生一个低放大器负电源电压。这样便在播放低噪声、高保真音频的同时最小化了G类放大器的功耗,相比传统的AB类耳机放大器,G类放大器拥有更高的效率。
该类功放的放大原理与AB类功放放大相同,一个重要特点是供电部分采用两组或者多组电压,低功率运行使用低电压,高功率自动切换到高电压。
6、H类功放
该类功放的放大电路部分与AB类功放的原理相同,但是供电部分采用可调节多级输出电压的开关电源,自动检测输出功率进行供电电压的选择。
7、K类功放
K类功放是集成了内部自举升压电路和各种功放电路,大家都知道D类功放只是众多功放电路中其中一种效率比较高的数字功放,而K类功放只是根据需要将内部集成的自举升压电路和所需求的功放电路,如果需求效率高就加D类功放,要音质好就加AB类功放。
8、T类功放
该类功放的原理与D类功放的原理相同,但是信号部分采用DDP技术(核心是小信号的适应算法和预测算法)。工作原理如下:音频信号进入扬声器的电流全部经过DDP进行运算处理后控制大功率高频晶体管的导通或者关闭,从而达到音频信号的高保真线性放大。该类功放具有效率高、失真小,音质可以与AB类功放媲美的一类功放。
9、TD类功放
该类音频功放的放大部分与AB类功放原理相同,但是供电部分采用完全独立的高精度可调节无级输出的可调节数字电源,电压递进值为0.1V,自动检测功率来调节电压的升高或者降低。该类功放由于需要高精度可调节的数字电源,需要对电源有专门的设计,而不能集中在一个芯片上,因此,该类功放主要使用在高级音响上,而电路也比较复杂。
对于后面6、7、9类功放需要特殊的电源,因此不能将功能集中在一片IC上。而对于经典的A类,B类,AB类和D类功放有专门的IC。再实际的设计中,需要各种类型的,应用在不同领域的功放电路,只需要以此为基础,外加相应的电源或者处理模块。
超大功率产品普遍的采用根据音频信号特性,进行采样比较,并分级控制供电电压的一种技术,也有采用独立电源来完成的,相比AB类能提高最高25%的整机效率,但因为供电被分割切换,这就带来不避免的缺点。
譬如,对滤波电容的一致性提出了较高的要求,电容串联使用,其容量也将减少,滤波效果不理想,其耐用性和稳定性的下降也伴随而来。还有因为采用多级切换供电,也带来其特有的失真——开关失真。反映在音质的表现上就是高频段现出松散、噪、炸耳等的不好的感觉。低频也显得较硬,瘦。因为其电源结构的特点,这限定功率管功耗上没有很好的保护措施,也会令到烧管等现象不时发生。
为什么音箱功放需要调音(上)?
很多人都想不通,或者不明白为什么音箱功放需要调音。认为调音是玄学,是骗人的东西,不科学(科学派尤其反对这个)。甚至很多做技术的人都想不通。这里小编就简单谈谈为什么音箱功放这类产品需要调音的问题,说得不好不对的地方,欢迎提出来讨论。不欢迎预设立场的喷子或为了杠而杠的杠精。
对自己而言,调音是客观存在的,也是必须的。为什么需要呢,这个问题我是这么看的:原因主要有两个,一方面是因为我们机器标称的指标太少了;另一方面,完美的hifi机器是不存在的,因此,绝对的完美重现录音是不存在的,尤其是在功放上还是音箱上更是如此,在这么情况下,调音就是必须的。甚至是在解码音源上,看起来数据已经远远超过人的耳朵的极限了,但实际情况也并非如此(原因后说),调音仍然是客观存在的。
首先,完美地重播其实是不存在的,不管是音箱还是功放,哪怕是在参数上都是可以看出明显的问题的。
比如音箱,国家高保真标准要求,频响范围波动+/-4db即可(国际上也一样),这个指标是相当宽松的,不过AV级的音箱还是不能满足要求,现在hifi公认的标准是要求+/-3db。按这个标准,某个频段,最大差值有6db之多,不要说6db了,在大多数频段3db就是轻松可以分辨出来的差异了,6db简直可以用巨大来形容。
对音箱另一个重要指标是谐波失真THD,hifi标准要求是,200-3000Hz小于1%,这个指标也很低。一般hifi音箱,大约就200-20000Hz能做到1%以下吧,hi-end级别要求大于100Hz低于1%的谐波失真(基本上是各大家旗舰级的要求了,非标准,但想号称hi-end,这个也算个行业标准了)。而失真1%在中高频段是完全可以听出来的,2%的低频失真,动态大了也很容易糊。失真做好很难,比频响更难,但它对音箱的音质影响是最大的,没有之一。
这里顺便多说一句,谐波失真基本没有厂家会标,原因很简单,标出来不好看。不过自己标,自然声NS15和17都能保证在80Hz以上满足1%以下的THD失真的要求。当然也有标的,但不标总的谐波失真,也不标一次的,标二次三次的,还真能糊弄到人。有人在我文章下吹,说某品牌(很大的,全球排前三以内)谐波失真可以做到100Hz以上小于0.5%呢,然后觉得我的80Hz以上1%以下的谐波失真太差了。吓得我赶紧去看,结果就是这种。
频响曲线的波动我们叫线性失真,谐波失真、相位失真等叫非线性失真,它们对录音的还原都起着不小的作用。其中谐波失真影响是最大的,原因很简单,大家都做不好,瓶颈效应而已。扬声器的振动太大了,动不动就达6mm(+/-3mm的线性冲程),振膜在如此剧烈的振动下,不变形是不可能的。俺家的实木三文治6.5寸单元的振膜能在+/-6.5mm的线性冲程下保持80Hz以上谐波失真小于1%,可以说行业前三以内的恐怖指标了。
频响影响小些,因为做到+/-3db还是不难的,顶级能到+/-2db,这已经很小了,毕竟还有1db的测量误差在呢。通过DSP这类方法,频响曲线是可以进一步改善的。但其实然并卵,首先是频响直和不直,并不一定意味着好听和不好听,频响某些地方的变形,甚至可以让某一类或几类音乐更好听;更重要的是,DSP这类的方法在解决一个小问题的同时,引入了一个大问题,更多的相位失真。很多监听党拼命的提升频响的重要性,却有意无意的忽略谐波失真和相位失真,要么是真不知道,要么是装着不知道。当然,谐波失真也不是都难听的,偶次的就很好听,但这个不是人为随意可以控制的。纸盆、实木等天然软材料振膜的偶次失真就要高一些,硬的比如金属振膜等反过来。
不扯远了。对音箱而言,不管是+/-3db的频响失真还是1%的谐波失真,都不是人耳无法感知的。因此,音箱的声音,是无法准确还原录音的,失真是必然的、可闻的。在这种情况,叫嚣“XX的箱子就是录音师听到的声音,频响是一根直线,100%真实还原录音”之类,不是蠢就是坏。不那么还原有两种可能,一种是更难听,还有一种如上面所说,频响失真某些情况下也会很好听,谐波失真也一样,那,让这种失真好听而非不管它就很重要了。这就是调音了,有水平的能让失真比不失真更好听并不奇怪。反过来,不管它随便来,那难听的居多。而如何调就是水平体现了。
功放的参数感觉要好得多,但其实不然。晶体管的功放参数为什么看起来小,听起来大的主要原因晶体管机一旦过载,失真将会飞起,很快会从0.01%飞到10%甚至更多。因此,需要足够的功率余量去保证低失真。同时,为了控制住振膜的振动,也需要大电流去控制,有一个指标也与此相关,即阻尼系数。这里多说一句,阻尼系数不是越大越好,太大了,声音会死和硬。功放和喇叭有一个匹配的问题。
简洁的电路是有利于减少失真的,尤其是高频的失真。不过,管子少了,电路功率会小一些,电流也一样,对喇叭的控制能力也会更弱一点。不过,现在的元件,还是可以即保证电路上的简洁,又能做到不小的功率和控制力的。我最近推出来的A120功放,只用了一对管(单边),功率做到了近140瓦8欧,自己都吓了一跳(原本我的设计目标是100瓦)。管子少了,配对的问题就没有了。自己的300瓦的纯后级,一边也就用了6只管而已。当然,管子小并不意味着成本低。市场上便宜管三五元一只,贵的三五十,所以,光数管子看好坏是典型的错误做法(类似于看喇叭大小评判音箱优劣一样)。
最终的指标非常漂亮,输出功率近140瓦8欧,220瓦4欧,失真只有区区0.002%,信噪比110db,实测值。这个指标在功放里可谓天花板级别了。但惨的是,由于体积的原因,内部有点乱!真不如有些便宜的好看。
这样说来,似乎功放是不需要调音的。但其实不然,你用什么管子的声音是有区别的。不同种类的管子声音区别很大,同时便宜管子不仅需要多只管并联,就算单只指标也比昂贵的也会差很多(声音也一样)。运放也一样,不同品牌和不同型号的运放也是有差异的。耦合电容也一样,用Elan的和蒙多福的,苏伦的,声音都会不一样,并不是越贵越好。只要有选择,就是在调音。只不过玄学上要少些而已(下中会说到),因为IC的参数足够多。不过,不同参数对应的声音怎么样呢,并没有测试输出参数去对应(功放的电性能参数,一样少得要死),所以,听感一样是非常重要的。而只要需要听感,就需要调音。
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