邸兵成 发表于 2006-10-14 15:48:00

深入详解功率与阻抗的匹配

深入详解功率与阻抗的匹配
在汽车音响的改装过程中,首先要考虑的就是器材的搭配问题。这种搭配分为音色的搭配与功率的匹配。音色的匹配每个发烧友都有独特的心得,每种不同的器材搭配到一起会有全新的聆听感受,这就要求车主多试多听。但在功率匹配方面就不同,尽管现在的汽车功率放大器,大多是晶体管类别,对于喇叭的阻抗(负载的阻值)要求不高,但由于功率放大器的电子电路设计,电子元器件等,都有着它固有的物理特性,在功率放大器设计时,也会有设计师们自身对作品的定位与考虑。这也是汽车音响的功率放大器有着多种声道配置以及负载匹配的原因。但究竟要如何来匹配汽车音响的功率放大器与喇叭?这些产品的功率,阻抗等的规定标称的参考依据是什么?如何才是正确的功率与喇叭的合理搭配?这对于许多汽车音响玩家来说,被这些复杂的电声参数都会搞得头晕脑胀。
阻抗的匹配基础
在实际的应用中,许多人都有这样的疑惑:一个功放驱动一个低音效果最好?如果是这样,那么驱动两个低音时会减弱每个低音的所得功率么?深入地说,如果你要驱动四个S10L5的低音,你是用四个功率放大器每台推一个低音还是一台或两台功放来推?无论你选用哪种功率放大器来推,都会碰到这类问题。还有些人会问到这样的问题:DX300.2桥接300W来推4欧的低音,低音的效果会更好?会不会缩短功放的使用寿命?
从电子学来看,无论功率放大器接了多少个低音,都只会认为一个终端负载。例如,功放驱动一对并联4欧的喇叭,其实就是一个2欧的喇叭。也就是说,无论你有多少个不同的喇叭,或者用各种串并联电路,功放都视同一个负载,即一个低音。有些人可能会认为,一个功放接一个低音可以获得最大的功率,其实这种做法通常是用在SPL声压比赛上,对于常规的安装与使用来说,一台大功率的功放来推几个低音,还是几个功放加起来获得同样的功率来推是一样的效果。其实功率放大器与低音的连接的核心原则是阻抗的匹配,即将喇叭进行串并联组合,使它们的总负载阻抗与功放的最佳阻抗配匹配。例如你并联一个双音圈4欧的喇叭,喇叭的阻抗就是2欧,然后找一台功放,它的设计就是2欧工作状态稳定,这就是良好的匹配,这种匹配当然也不是刚好将功放的功率全部释放出来;事实上,正如一台车的引擎,通常是在正常工作状态下而不是让它工作在满功率状态,这种状态下,更易对发动机造成伤害。
从另外一个角度来看,功放的使用寿命,并不在于因低音的个数而会导致使用期限缩短,而是不合适的阻抗。例如,一个功放的设计阻抗是2欧的,它驱动一个1.6欧的喇叭工作状态良好,可能和推动一个2.2欧的使用寿命一样。但由于每个电器在其电路里都有最弱环节,它们有可能在某个时候会出现故障,这种故障有可能随时发生,但这与使用寿命无关,而是不合适的阻抗会使这台功放发生故障的机率大大提升。当然,也有可能某台功放完全不会发生故障。
阻抗越低,输出功率越大?
由于许多的汽车功放都可以桥接使用,有些功放还标称1欧状态下工作稳定等,这使许多人在选择功放或者喇叭时,会让人为阻抗越低,输出功率就越大,但这并不是事实。尽管根据物理学的欧姆定律计算上可以验证这句话,但是在实际的产品上做不到的。例如,如果你有一个单声道的功放,它在4欧姆下输出功率为100W,根据欧姆定律,在1欧姆状态下,输出功率可为400W,同理推算,在0.5欧姆的作用下它能产生800W。实际上,现在的工业技术可以制造出这样一个功放,使它能产生那样的功率,但是这并不现实:这是因为100W的功放具有135安培的保险,4号线或更粗的电源连接,那它的价格一定是800W或1000W功放的标价了。即便是真的能够设计一台功放,它可以在0.5欧状态下工作,但这台功放的工作也会非常危险,因为0.5欧几乎等同于短路;这就如同你的车的发动机,总是在满功率靠近红线的状态下工作,就会产生许多不稳定的因素。
稳定,这也是汽车功放在工作时的一个重要指标。在电子学里,稳定并不代表毫无节制,而是不能波动,起伏等。这种现象在电子电器里都会碰到,无论是制作昂贵的精密仪器或者只是最简单的保护电路。制作一台0.5欧负载的功率放大器其实也非常简单,成本也不高,但是功率输出方面会少得可怜。
从汽车音响后市场的功率放大器的标称功率来看,许多的功放的最佳工作状态是负载为4欧或者2欧。例如,一台功率放大器我们可以测试出它在4欧状态下的输出功率为110W,当负载为2欧时,功率可达126W,而不是理论上的翻一倍220W。在1欧状态下,它的功率可能降到了75W,而在0.5欧时,它有可能输出最高只达18W。这台功率放大器也可以说是0.5欧状态下工作稳定,但只能说是相对于功率放大器的本身,用来推低阻抗大功率的喇叭的话,可能就不是很合适,这就是功率放大器本身的设计和元器件的限制。因此,在功率放大器的搭配方面,尽量使功率放大器在它的设计的负载阻值和功率范围内。
如上例所说的功率放大器,在4欧状态下的输出功率为110W,当负载为2欧时,功率可达126W,而不是理论上的翻一倍220W。这表明了几个概念:第一,这台功放的设计应该就是4欧的负载。如果将它接一个2欧的喇叭,并不会让它在输出上有3dB(输出功率大一倍,喇叭频率响应相应增加3dB),反而会使它更容易接近功放的失真度。
第二,我们可以从功率放大器自身的保险可以看出功率,例如功放的保险为一对30A的保险,从这里可以估算出来,功放的最大功率为720W,相对于一般AB类功率放大器的效率为50%,那它的实际输出功率应该不超过360W。如果是D类或者T类功率放大器,它们的效率可能更高一些,通常按80%左右来估算,也可以得出功率放大器的实际功率。
喇叭的功率
喇叭的功率,相对于功率放大器来说,更让许多人不明白。比如,一对标称额定功率80W,峰值功率160W的喇叭,用50W的功放似乎也可以轻松地推动起来。功率放大器与喇叭功率的匹配,是不是功率越大越好呢?或者里面还有什么内在的关系?
喇叭的额定功率,许多标称为RMS功率,从技术上来说是最低平均值的意思,扬声器标准定义为8小时连续不失真功率,也就是说,扬声器用粉红噪声连续8小时工作后不失真的最大功率。这个功率,其实并不是喇叭的音乐功率,而是它所能承受的热功率。
为了确保功率放大器不会有削波失真或常常处于临界状态,通常相对于喇叭的功率,功放的功率大约20%-50%。这样就可以使喇叭处于较宽松的功率范围,而且不易使整个系统链产生失真现象。

yinpin 发表于 2006-10-16 03:55:00

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