专业音响系统 功放与音箱搭配的要素

发表时间:2014/5/23 发布者:中安恒信|专业音响|音响工程|4000-900-803 www.bjzahx.cn

功放音箱搭配4要素
  功放音箱配接四要素 功放与音箱配接讲究冷暖相宜、软硬适中,以实现整套器材还原音色呈中性,这仅是从艺术方面考虑。然而从技术方面考虑的要素有:
    一、功率匹配
    二、功率储备量匹配
    三、阻抗匹配
    四、阻尼系数的匹配

  如果我们在配接时认识到上述四点,可使所用器材的性能得到最大、最充分的发挥。

功率匹配

  为了达到高保真聆听的要求,额定功率应根据最佳聆听声压来确定。我们都有这样的感觉:音量小时、声音无力、单薄、动态出不来,无光泽、低频显著缺少、丰满度差,声音好像缩在里面出不来。音量合适时,声音自然、清晰、圆润、柔和丰满、有力、动态出得来。但音量过大时,声音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感觉。因此重放声压级与声音质量有较大关系,规定听音区的声压级最好为80~85dB(A计权),我们可以从听音区到音箱的距离与音箱的特性灵敏度来计算音箱的额定功率与功放的额定功率。

功率储备量匹配

  音箱:为了使其能承受节目信号中的猝发强脉冲的冲击而不至于损坏或失真。这里有一个经验值可参考:所选取的音箱标称额定功率应是经理论计算所得功率的三倍。

    功放:电子管功放和晶体管功放相比,所需的功率储备是不同的。这是因为:电子管功放的过荷曲线较平缓。对过荷的音乐信号巅峰,电子管功放并不明显产生削波现象,只是使颠峰的尖端变圆。这就是我们常说的柔性剪峰。而晶体管功放在过荷点后,非线性畸变迅速增加,对信号产生严重削波,它不是使颠峰变圆而是把它整齐割削平。有人用电阻、电感、电容组成的复合性阻抗模拟扬声器,对几种高品质的晶体管功放进行实际输出能力的测试。结果表明,在负载有相移的情况下,其中有一台标称100W的功放,在失真度1%时实际输出功率仅有5W!由此对于晶体管功放的储备量的选取:
    高保真功放:10倍
    民用高档功放:6~7倍
    民用中档功放:3~4倍
    而电子管功放则可以大大小于上述比值。

  对于系统的平均声压级与最大声压级应留有多少余量,应视放送节目的内容、工作环境而定。这个冗余量最低10dB,对于现代的流行音乐、蹦迪等音乐,则需要留有20~25dB冗余量,这样就可使得音响系统安全,稳定地工作。

阻抗匹配

  它是指功放的额定输出阻抗,应与音箱的额定阻抗相一致。此时,功放处于最佳设计负载线状态,因此可以给出最大不失真功率,如果音箱的额定阻抗大于功放的额定输出阻抗,功放的实际输出功率将会小于额定输出功率。如果音箱的额定阻抗小于功放的额定输出阻抗,音响系统能工作,但功放有过载的危险,要求功放有完善的过流保护措施来解决,对电子管功放来讲阻抗匹配要求更严格。

阻尼系数的匹配

  阻尼系数KD定义为:KD=功放额定输出阻抗(等于音箱额定阻抗)/功放输出内阻。 由于功放输出内阻实际上已成为音箱的电阻尼器件,KD值便决定了音箱所受的电阻尼量。KD值越大,电阻尼越重,当然功放的KD值并不是越大越好,KD值过大会使音箱电阻尼过重,以至使脉冲前沿建立时间增长,降低瞬态响应指标。因此在选取功放时不应片面追求大的KD值。作为家用高保真功放阻尼系数有一个经验值可供参考,最低要求:晶体管功放KD值大于或等于40,电子管功放KD值大于或等于6。

  保证放音的稳态特性与瞬态特性良好的基本条件,应注意音箱的等效力学品质因素(Qm)与放大器阻尼系数(KD)的配合,这种配合需将音箱的馈线作音响系统整体的一部分来考虑。应使音箱的馈线等效电阻足够小,小到与音箱的额定阻抗相比可以忽略不计。其实音箱馈线的功率损失应小于0.5dB(约12%)即可达到这种配合。

    玩功放,如同玩其它音响器材一样,主观试听必不可少,客观指标又不能不要,说起主观试听,也真让人无所适从,今天这篇文章说这台功放声音较“硬”,明天那份杂志又说它对弦乐还原很“温柔”,内行人又会说条件不同嘛,结论也不同,于是乎有些人又回到了技术指标的领域里来,在这里总算能躲开那些空而又玄的“形容词”。然而,在客观指标这块领地里,你的烦恼会少些吗?我看也未必。在功放的许多技术指标的背后,总会有一些必要的测试条件,你的任务应该是探究这些条件的实际意义,掌握了它的来龙去脉之后,就会对指标不至于看得太迷信。下面仅举几个方面加以说明。

    1.频中曲线:大多数功放是指在额定输出功率时的频率特性,如标出20Hz~20KHz,±0.1dB,有些功放的高频端标到了100KHz,这个100 KHz你必须小心看待,因为有的功放在制造时是靠整体零件的特性来保证做到此高频,而有的设计者是靠负馈技术来达到100 KHz,可以说这二台功放的音质会有明显的差异。有一个倾向值得注意,目前不少功放的高频越标越高,它和音乐的提高是否有必然的联系,还没有统一的说法。

    2. 输出功率:这是一个牵扯到不少相关因素的指标,如失真度指标的限制、音箱阻抗的不同也会带来输出功率的变化等,假设某台功放标出2×50W,THD<0.1%,1KHz,8Ω时,我们就知道了,这是在音箱阻抗为8Ω时测出,音箱的阻抗并不是一成不变的数值,有的音箱采用多单元驱动,它的常规阻抗就可能是4Ω。另外,当音箱工作于低频段时,它阻抗有可能降低至4Ω,甚至2Ω,功放对这种低阻抗音箱的驱动能力,并未见有指标标出,此外,THD为总的谐波失真,如果失真达1%,对应的输出功率极有可能会上升,可能会达到2×80W,这时输出功率的含义就明显变化了。另外不家一种情况,我们用全频带的信号输入,负载阻抗固定为8Ω,你会发现频率越低,功放的输出功率越会下降,这是因为声音的能量大部分集中在低频段,因而用上述的中频信号(1 KHz)来表示功放的输出功率那就很片面了。如果有一台功放是这样标法:2×50W/8Ω,2×100W/4ΩTHD<0.1%(20Hz~20KHz输入时),那么这台功放指标明显优于上一台。

    3.阻尼系数:这项指标反映了功放对音箱的扬声器单元的控制能力,它是音箱的阻抗与功放的输出内阻的一个比值,一般认为大一些较好,但须注意,这项指标测试时往往没有将功放至音箱的连接线的内阻算进去,而恰恰是这个内阻对阻尼系数有较大影响。在我们平时系统的实际聆听中,如果换上几付不同牌号的喇叭线,就会发现音色会有偏硬或偏软的区别,这就是线的内阻影响了阻尼系统进而影响了系统的音色,如果你发现并承认了这个结果,你就不会象某些人那样对音箱线能改变音色这一点感到不可理喻。

    4.失真度:这是一个很多人关心的指标,它包含的种类较多,如互调失真、瞬态互调失真、相位失真及我们经常接触到的在音响说明书里标示的谐波失真,功放的指标里标明的总谐波失真事实上是一个比较“死板”的失真,它是用单一的频率输入,检测功放输出端的多余成分去和原波形比较而得出的一个百分比,由于我们平时接触到的声响会同时有许多不同频率的成分,因此,针对谐波失真的单调性,有的功放标出了互调失真指标,它是用二个不同的频率如用70Hz调制6 KHz,并按一定的强度比例输进功放检测输出的失真成分,尽管仍不够全面,但毕竟实用些了。瞬态互调失真检测则更进了一步,它用一个猝发的互调信号输入,能检测出功放在瞬间输入脉冲信号时,输出会否出现削波现象。至于相位失真是检验功放对不同频率输入时产生的输出相移,它对音色的还原有较大影响,可惜许多功放都未提及,在此也不多叙述。

    5.信噪比:顾名思义,是指功放输出的有用信号与无用的本底噪声的比值,目前的功放信噪声指标已完全能应付一般的音乐类节目,而我认为更应关心本底噪声,可试验一下将功放音量放至最小听听噪声的大小,当然是愈小愈好。了解了以上这些指标的隐藏着的含义,你或许不会被技术指标的表面数据所迷惑,若要较全面地反是映一台功放对音乐的还原能力,靠几个硬性指标当然是远远不够的,也基于这个理由,世界各国对音响器材的测试手段、方法、内容等都花了不少功夫,并且制定了相应的测试标准,在德国标为DIN标准,日本多采用EIAJ标准,而美国则习惯采纳国际高保真协会的IHF标准。这么多不同搞清楚客观指标的发烧友说不定又是“一头雾水”!看来,不是得回到逐步提高自身试听能力的那条路上去因为,玩音响,没有捷径,只有靠多听,多比较,才能真正玩好音响。

    功放与音箱的匹配多从音箱的效率考虑,低于85db的一般难推出靓声,另外特别是功放的电流驱动能力不是很充沛时,4欧姆阻抗会令低音表现力度不足,所以虽然功放与音箱匹配并非难点,但是要配合理想却不容易。在功放的性能参数上有“阻尼系数“这一条,一般的都大于100,其实阻尼系数又称衰减因子(日本机器多采用这种称呼),它表示功放的输出内阻,例如当负载为8欧姆时,对于阻尼系数=100的纯功放,表示输出内阻=0.08欧姆,即输出内阻=8/0.08=100。输出内阻越小,负载的阻抗波动对声音的影响越小,很多高档发烧功放的阻尼系数大于500,其作用是对负载的控制能力非常强,因为音箱阻抗随声音频率变化多端,特别是在100Hz以下低音箱阻抗往往变小,倘若纯功放不具备上述技术参数,声音会变得非常差,当然也淡不上Hi-Fi发烧。发烧音响配置时纯功放对负载的控制能力很大的影响部分在喇叭线材,当阻尼系数=100时,喇叭线材上的线阻(损耗)已不容忽视,尤其考虑在整个音频道0-20000Hz范围内的线材损耗。胆机的音色视发烧友各人所爱决定,而胆机由于使用输出变压器,其阻尼系数往往小于100,这点与晶体管功放有明显区别,当然麦景图功放虽然也是晶体管,但使用输出变压器声音亦不同一般。

    8欧时的输出功率如果是100W,那么在4欧时输出功率就可能会是150W或200W

   是说8欧时不失真的输出功率需要100W,4欧时不失真输出功率就可能需要150W或200W

功放的疑惑

   谈到音箱的效率和功放的输出功率匹配的问题,我曾经举出一个例子,一对高达92dB的音箱,竟然需要动用到过千瓦的功放才可以达到靓声的境界,原因何在? 这关系到音箱和功放的设计取向。先谈音箱的设计为什么会令到一对音箱效率高但却大食无伦的原因。近代的音箱,喇叭单元的组合多是两路以上的组合,有些甚至用到几十只单元的旗舰级的组合。由于使用的单元众多,分音器的设计更为复杂,为了迁就每只单元的工作特性、效率和矫正单元工作时的相位,分音器邵用上了不小的电容、电阻和线圈,而这些零件都会消耗不少的功率,虽然单元的灵敏度和效率很高,用很少的功率便可推动它,可是在众多单元一起工作时,所需的推动电流便很大,如功放的电流输出不足的话,轻则引起失真,若强行把音量加大的话,功放本身又没有过荷保护的设计时,就会烧悼功放,甚或把音箱的单元也烧掉。

   发烧友常有一个误解,以为上大瓦数的功放一定好力,其实瓦数的大小只是功放其中一项指标,最重要的还足看它输出的电流量的大小才是关键所在。君不见市面上那些只有几公斤的便携式的旅行音响组合所标你的功率也有几百瓦吗?你会相信一部只用几个大号电池的功放有此能耐吗?只要你想想,几百瓦功率的电饭堡已可以煮饭,你试试用几个电池可以做到吗?这些连制造厂家看到了也脸红的数字,只是一些商人的嘘头而已要。电流充足,功放一定要有强大的电源供应,配合强大的输出级才可以做到,当电流能应付音箱众多单元的需求时,才能达到靓声的效果,这就是近代的旗舰级或那些高档的功放,只有三数百瓦的输出,而其体重惊人的原因。音箱和功放配合的原则,不光是看音箱的效率,还需要看它对电流的要求。光是看它的效率而去配功放的话,往往就犯了我以前所说过的例子中的错误。

   谈到这里,你可能会想到,是不是我有一部大瓦数而电流强劲的后级,就可以配合世界上任何的音箱,无往而不利? 您错了!有很多人曾试过用一些大电流的功放去推某些高效率的音箱,但效果反而不及一些细瓦数和细电流的功放,原因何在?这牵涉到喇叭单元设计的问题,特别是那些7O年代前设计的音箱,和那些号角式的音箱。那年代一般厂家出产的功放只有几瓦至几十瓦的品种。当时的音箱单元设计灵敏度和效率都很高,需要的电流很小,只需几瓦的功放便可推到震天响,而有很多厂家至今仍在生产此类音箱,计有JBL、KLipsh、Lowther、Altec、TAD等品牌。这类产品,在不断改良之下,有些不单可以只有高效率的特性,更可以承受很大的功率,但有些产品只能用低功率的功放才靓声,例如Lowther的产品,你若用一些稍大功率(例如超过10瓦)的功放便完全失去它那独特的韵味和美感从Klipsh(杰士)的音箱也只适宜一些低瓦数而音色美的功放去推动才靓声,要是你用一些强劲电流而高瓦数的功放去推它,声音只显得硬梆梆,呱呱叫完全失去它本身的音色和气质。      

    除了上述的现象外,更有趣的是,一些低效率的音箱,用一些细功率的功放去推它,也推得头头是道,这又如何解释呢?另外,有些人用一部100瓦的机去推它竟然输给一部只有几十瓦的功放,连力水也输掉,这又是什么原因呢?此外,一部几瓦的胆机,听起来,它的力水比一些几十瓦的石机的表现也不差多少,原因在哪里呢?为什一部几十瓦的功放会把音箱单元烧掉而一部几百瓦的功放在同音量下却不会烧单元呢? 我相信,这都是发烧友感到迷惑的地万

    该指标是指输入信号的电压与电流的比值。音箱的输入阻抗一般分为高阻抗和低阻抗两类,高于16Ω的是高阻抗,低于8Ω的是低阻抗,音箱的标准阻抗是8Ω。市场上音箱的标称阻抗有4欧姆、5欧姆、6欧姆、8欧姆、16欧姆等几种,虽然这项指标与音箱的性能无关,但是最好不要购买低阻抗的音箱,推荐值是标准的8Ω,这是因为在功放与输出功率相同的情况下,低阻抗的音箱可以获得较大的输出功率,但是阻抗太低了又会造成欠阻尼和低音劣化等现象。

    先谈阻抗,现在的家用音箱基本上是低阻抗设计,一般在4欧~8欧之间。而家用高保真晶体管功率放大器的输出设计,绝大多数是定压式输出,对负载的阻抗没有太大的要求,一般不小于4欧,就没有安全上的问题。如一台功率放大器标注(8欧、60W/ch),只是说明在负载阻抗8欧时,每声道最大可输出60W的功率,并不是说一定要连接阻抗8欧的音箱。如果你的音箱阻抗在4欧~8欧之间,大可以不必考虑阻抗匹配问题。

    现在,发烧友普遍还有一个说法:就是如果功率放大器有(8欧、60W/ch)的输出功率,那么,当接上4欧音箱时,就可以有120W/ch的输出功率了。这里特提一下,这种说法不完全正确。对于功率放大器而言,负载阻抗的降低,可以使功率放大器的最大输出功率增加,但并不一定是线性关系,这要受功率放大器的电源供应和未级功率管的性能的限制。具体到每一台机,则要看说明书才能确定。

    再谈功率,一般情况下,家用音箱会标明其最大承受功率。如你买的音箱的最大承受功率是100W,但不表明你一定要买一台100W输出功率的功率放大器。因为,在高保真的情况下,要求功率放大器有10倍以上的储备功率。功率放大器的储备功率大些,在小音量时聆听,音质会好些,所以,一般人往往购买一些功率较大的功率放大器去推承受功率较少些的音箱。如一对承受功率100W的音箱,可以买一台最大输出功率150W的功率放大器去推。这样,会不会很容易烧坏音箱呢?不会的。通常一对正品的音箱,在瞬间可以承受十倍于它的最大承受功率而不会损坏。况且一般人也不会将音量开到这么大。一对灵敏度为89db的音箱,通常一般人只会将功率放大器开到5W~10W,就觉得足够音量了。

    最后,提醒读者注意的是,功率放大器的功率标法,通常欧美的机都按电工委员会(IEC)的标准标出,日本的机则按标准(EIAJ)标出。同样的功率,按日本的标准会高出约三分之一。


 

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