2017-02-07 16:58

功放與音箱之間匹配原則

作者：北斗星音頻企業(yè)    點(diǎn)擊：1140

　　功放與音箱的配置所涉及的方面很多，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(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)我們會(huì)遇到一些用戶或設(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(chǔ)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(shè)備造成損壞。

　　大家都知道，在進(jìn)行廳堂聲學(xué)設(shè)計(jì)后，需要根據(jù)一系列計(jì)算確定音箱選型，然后再由所選音箱的功率、阻值匹配合理的功放。

　　但是究竟兩者功率如何選配才能達(dá)到最佳匹配呢？

　　首先，在人耳聽域的20Hz~20kHz內(nèi)，真正集中大量能量的音樂信號(hào)一般在中、低頻段，而高頻段能量僅相當(dāng)于中、低頻段能量的1/10。所以，一般音箱高音損失的功率比低音喇叭低得多，以求高低音平衡；而功放好比一個(gè)電流調(diào)制器，它的輸入音頻信號(hào)的控制下，輸出大小不同的電流給音箱，使之發(fā)出大小不同的音量。

　　在一定負(fù)載的條件下，要想讓小功率輸出的功放驅(qū)動(dòng)更大動(dòng)態(tài)表現(xiàn)能力的音箱時(shí)，功放的失真（THD）將會(huì)大大地增加，如圖：

　　由于功放功率不足而產(chǎn)生了過載失真，此時(shí)最易燒毀高音喇叭，原因是功放在過載情況下輸出直流信號(hào)，信號(hào)被削波，波形接近于方波，產(chǎn)生大量諧波失真，高頻諧波高出原信號(hào)而燒毀高音喇叭。

　　而在不少人的概念里，只要功放功率大，就有可能燒音箱。雖然有些功放沒有失真指示，但由于設(shè)備配置已經(jīng)先天不足，失真有可能在使用中時(shí)有發(fā)生，這時(shí)失真指示已失去意義。況且，由于使用者的經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì)的限制，功放的失真往往容易被忽略。

　　其次，功放與音箱的功率配置與目標(biāo)響度以及所使用場(chǎng)合也有一定的關(guān)系。不同的使用場(chǎng)合及使用用途，目標(biāo)響度及動(dòng)態(tài)范圍不同；

　　如上圖所示，這是交響樂的動(dòng)態(tài)范圍，信號(hào)的最大響度和最小響度差值很大，要使現(xiàn)場(chǎng)有好的音樂動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，功率儲(chǔ)備量就必須得足夠；

　　在一定目標(biāo)響度下，應(yīng)該讓音樂信號(hào)的動(dòng)態(tài)在每時(shí)間段上都能得到充分的體現(xiàn)，如果功放功率太大，其增益設(shè)置很小時(shí)，響度已達(dá)到要求，但這時(shí)功放的增益就限制了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。

　　所以，功放功率不能太大；否則，既浪費(fèi)開支，又會(huì)帶來響度和音樂動(dòng)態(tài)無法兼顧以及音箱負(fù)荷過重的麻煩。另外，所謂的“功率儲(chǔ)備”也應(yīng)該針對(duì)音箱而言，值得注意的是，功放的選定必須由音箱決定，不應(yīng)該有“功率儲(chǔ)備”的概念去配置功放。換句話說，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。

　　綜上，在功放與音箱配置中，功放功率的確是關(guān)鍵，但功放與音箱匹配原則應(yīng)該是統(tǒng)一的。具體如下：

　　一、功率匹配 
　　二、功率儲(chǔ)備量匹配
　　三、阻抗匹配 
　　四、阻尼系數(shù)的匹配

　　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)最佳聆聽聲壓來確定。我們都有這樣的感覺：音量小時(shí)、聲音無力、單薄、動(dòng)態(tài)出不來，無光澤、低頻顯著缺少、豐滿度差，聲音好像縮在里面出不來。

　　音量合適時(shí)，聲音自然、清晰、圓潤、柔和豐滿、有力、動(dòng)態(tài)出得來。但音量過大時(shí)，聲音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感覺。因此重放聲壓級(jí)與聲音質(zhì)量有較大關(guān)系，規(guī)定聽音區(qū)的聲壓級(jí)最好為80~85dB（A計(jì)權(quán)），我們可以從聽音區(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。

　　功率儲(chǔ)備量匹配

　　音箱：為了使其能承受節(jié)目信號(hào)中的猝發(fā)強(qiáng)脈沖的沖擊而不至于損壞或失真。

　　功放：電子管功放和晶體管功放相比，所需的功率儲(chǔ)備是不同的。這是因?yàn)椋弘娮庸芄Ψ诺倪^荷曲線較平緩。對(duì)過荷的音樂信號(hào)巔峰，電子管功放并不明顯產(chǎn)生削波現(xiàn)象，只是使顛峰的尖端變圓。這就是我們常說的柔性剪峰。而晶體管功放在過荷點(diǎn)后，非線性畸變迅速增加，對(duì)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重削波，它不是使顛峰變圓而是把它整齊割削平。有人用電阻、電感、電容組成的復(fù)合性阻抗模擬揚(yáng)聲器，對(duì)幾種高品質(zhì)的晶體管功放進(jìn)行實(shí)際輸出能力的測(cè)試。結(jié)果表明，在負(fù)載有相移的情況下，其中有一臺(tái)標(biāo)稱100W的功放，在失真度1%時(shí)實(shí)際輸出功率僅有5W！由此對(duì)于晶體管功放的儲(chǔ)備量的選?。焊弑Ｕ婀Ψ牛?0倍、民用高檔功放：6～7倍、民用中檔功放：3～4倍，而電子管功放則可以大大小于上述比值，我們常取1.2-2倍。

　　對(duì)于系統(tǒng)的平均聲壓級(jí)與最大聲壓級(jí)應(yīng)留有多少余量，應(yīng)視放送節(jié)目的內(nèi)容、工作環(huán)境而定。這個(gè)冗余量最低10dB，對(duì)于現(xiàn)代的流行音樂、蹦迪等音樂，則需要留有20~25dB冗余量，這樣就可使得音響系統(tǒng)安全，穩(wěn)定地工作同時(shí)音樂細(xì)節(jié)能夠充分體現(xiàn)出來。

音樂細(xì)節(jié)、動(dòng)態(tài)表現(xiàn)不足

音樂細(xì)節(jié)得以充分體現(xiàn)

　　如上圖，同樣的音樂信號(hào)，圖一即是細(xì)節(jié)無法體現(xiàn)出來；圖二為在足夠的功率儲(chǔ)備的情況下，音樂細(xì)節(jié)及動(dòng)態(tài)得以充分體現(xiàn)；這樣細(xì)節(jié)可以使整個(gè)音樂“畫面”看起來更立體，這樣的聲音才是有起伏的融入情感的聲音。

　　音箱與功放功率匹配的疑惑：

　　我們經(jīng)常說語言擴(kuò)聲場(chǎng)所，功放的功率應(yīng)該配置為音箱額定功率的1.2-1.5倍，演出場(chǎng)所，功放的功率應(yīng)該配置為音箱額定功率的1.5-2倍；

　　并非是功放功率一定得是音箱功率的1.2-2倍，才能推得動(dòng)音箱；是否能夠推得動(dòng)音箱取決于音箱的靈敏度和轉(zhuǎn)換效率；例如：兩只音箱靈敏度分別為80dB，100dB，額定功率都是100W，那么，在1m處要得到100dB聲壓級(jí)，靈敏度為80dB的音箱，我們需要給它100W的功率，而靈敏度為100dB的音箱，我們只需給它1W的功率；計(jì)算公式：80dB+10lg100-20lg1=100dB+10lg1-20lg1==100dB；所以說，揚(yáng)聲器系統(tǒng)是否易驅(qū)動(dòng)，取決于揚(yáng)聲器系統(tǒng)的靈敏度，揚(yáng)聲器系統(tǒng)是否能夠發(fā)揮足夠的動(dòng)態(tài)特性，取決于功率放大器的功率余量。

　　阻抗匹配，它是指功放的額定輸出阻抗，應(yīng)與音箱的額定阻抗（負(fù)載阻抗）相一致。此時(shí)，功放處于最佳設(shè)計(jì)負(fù)載線狀態(tài)，因此可以給出最大不失真功率，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，音響系統(tǒng)能工作，但功放有過載的危險(xiǎn)，要求功放有完善的過流保護(hù)措施來解決，對(duì)電子管功放來講阻抗匹配要求更嚴(yán)格。

　　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。由于內(nèi)阻實(shí)際上是音響的電阻元器件，所以阻尼系數(shù)就決定了音箱所承受的電阻尼量。電阻尼越大會(huì)使音箱的電阻尼過重，降低瞬態(tài)響應(yīng)的指標(biāo)。

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