音响系统中的功放功能

吕中 · 发表于 2009-11-7 14:46:44

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看了本文的题目，你会说“用功放还是问题”？的确，在一个音响系统中，要用好功放确实不是你所想象的那样简单，真有必要探讨一番。
一．选用多大功率的功放？
大凡在选用功放前，首先碰到的问题是选用多大输出功率的功放，这不但关乎一个音响系统所能达到的效果和稳定性，而且关乎系统的造价。
大家知道一个功放的输出功率有很多种表示方法，有额定输出功率、音乐功率、峰值功率，他们之间可以相差数倍，有的相差十倍，而且这些输出功率的数值跟负载阻抗成反比，即负载阻抗越小，同一功放的输出功率越大。理论上，阻抗减小一半，输出功率增大一倍。
现在我们来定义功放的额定输出功率
。所谓额定输出功率是指在一定的负载阻抗下（通常是8Ω）及一定的谐波失真下（根据厂家给出的0.1%或0.3%等），在输入端馈入正弦波信号，在输出端负载上，获得的最大功率，利用公式P=U2/R求得。
这里要提醒大家注意的是，虽然定义功放的额定输出功率是一件非常严格的事，但有的厂家在宣传时还是不那么严格。有的以小负载时的额定功率作为标称值，有的甚至以音乐功率或峰值功率标注。大有误导公众之嫌。这就要靠我们利用掌握的知识及经验来判断。（后文将专门叙述）。
其次，在一个厅堂内如何来选功放？在实际应用中，我们一般不会直接选400W输出或800W输出的功放。因为功放输出的大小，对我们关心的在厅堂里声音够不够响，实在不是一回事。系统的功放输出的功率，从类型来讲，有是的推全频主声道音箱的，有是的推拉声象音箱的，有的是推舞台返送音箱的，有的是推超低音音箱的，数量、作用相差很大，同时又与所推的音箱的灵敏度相关，另外，还与厅堂的声学环境有很大关系。这么多因素对声压级大小（通常说声音响不响）的影响，我们可以用一个公式进行量化表征：
W=10（LP-LS+20lgr）/10
LP：测试点（音箱辐射距离处）要求的声压级dB；
LS：音箱灵敏度dB，由音箱参数给出；
r：音箱到测试点的距离m，也称音箱辐射距离
W：单只音箱所需的推动功率
我们就可以以此为根据，进行合理的确定功放输出的电功率大小。这里要注意的是：公式一般确定的是，主声道功放的输出功率。舞台返送音箱可以按主声道功率的30%-50%确定，超低音功放的输出功率可以按主声道功率的100%-150%确定，辅助音箱的功放功率可以按主声道功率的50%-100%确定。绝不可以采用毛估估，凭想象来确定。如果以这种方法来确定，其后果要么浪费（功率选得过大），要么达不到效果，极易造成功放的损坏（功率选得小），除非你非常有经验。

二．如何判断功放的好坏
对于一台功放，很多人往往不能判断其质量优劣。仅凭厂商提供的指标往往大同小异给人一头雾水，凭价格呢，在有的情况下也并不是价高就一定来好货。今天笔者就来谈谈如何从实际使用时的情况来判断功放的好坏，当然用仪器对指标测试另当别论。
拿到一台功放，我们可以简单地从以下几方面来判断：
1. 外观、包装
一台功放外包装，首先要看包装盒是否正气，印刷是否精美，信息是否完整（规格、产地、通过的认证等，）然后看包装的防震填充材料是否是环保型的。那些包装完好、合理、环保的，可认为是好功放。
2. 功放的外观
看面板表面处理是否精细，外壳板材是否厚实，螺丝、螺丝孔位是否精确，旋钮、接插件、文字印刷等是否准确、清晰。如果都是比较好的，也可认为功放质地不错。
3. 打开功放
看环形变压器的体积、重量是否与标注的输出功率相匹配，外观是否粗糙，再看滤波电容是否为正厂产品，容量、耐压是否足够（一般容量在10000uf 耐压在100—200v）布线是否清晰、合理，尤其是大功率管：一看其数量，随输出功率增大，大功率管数量可以从8只到24只配置甚至更多；二看其封装形式，是否为金属封装，塑封的就功率来说略小点；三看是否是知名厂家的产品，比如：三肯、东芝等。
4. 判断保护电路
看保护电路模块是否较为简单，正规的保护电路具有过流、过压、过温度、延时等功能。差的功放只有开机延时，无其他保护措施，电路很简单。
5. 开机通电
风扇噪音低、无变压器振动声、无其他异常声音，反之功放即为不良产品。
通过上述观察，一般即使不专业的人员，也能大概了解功放的品质及输出功率的大小，进而也可判断其价位。这里笔者给出功放大致的价格，供朋友们参考。过高过低都是有问题的。
进口品牌功放：输出功率在200W*2左右的（ 8Ω时），其价格在5000~7000元
输出功率在400W*2左右的（ 8Ω时），其价格在12000~15000元
国产品牌功放：输出功率在200W*2左右的（ 8Ω时），其价格在2000~3000元
输出功率在400W*2左右的（ 8Ω时），其价格在4000~7000元

吕中 · 发表于 2009-11-8 19:41:14

前两次我们谈了功放功率的确定和如何判断功放的好坏,今天我们来谈谈功放和音箱的接法。
一．功放与音箱的接法
我们知道功放是放大音频信号用以推动音箱喇叭单元的。但在实际应用中问题却相当复杂，为什么这样说呢？
大家知道，音箱有音箱的标称功率，而这种功率在实际应用中，信号电压并非都是某个频率的正弦波，而是可以分解为诸多谐波的复合波，其平均功率并非就是正弦波条件下的平均功率；第二功放的输出模式，前面我们分析过有立体声输出、并联输出和桥型输出三种模式，究竟应该如何选用呢？第三.功放的输出阻抗与音箱的输入阻抗有不同的含义，究竟是一样好还是尽量选择小阻抗的音箱好？等等。
因此，了解功放与音箱的接法是用好功放所必须了解的。
1、功率匹配
按照我们一般的理解，功放的功率与音箱相等是最合理、最安全的，其实不然。
由于定义、测试功放的输出功率，是采用正弦波平均额定功率，而音箱大都工作在放大音频信号状态，也就是非正弦波状态，考虑到对音频信号我们更多地以粉红噪声来代替，而粉红噪声信号的峰值电平比正弦波信号的平均值要大6倍，而要保证峰值信号完整放大（不削波），也即要求功放的输出功率必须是音箱功率的6倍，当然这是比较奢侈的，一般音箱大都不会工作在额定功率状态。我们可以选2倍，但不可以小于音箱的功率。
大家可能要问，为什么功放的输出不能小于音箱的功率呢？功放的功率小对音箱不是更安全吗？结论恰恰相反。
我们知道，功放的额定输出功率就是最大不失真功率（失真度一定），当我们加大输入信号的强度，功放的输出信号也会随着增大，但此时，其失真度迅速加大。从功放管的工作状态来说，处于饱和状态，从波形分析来看是产生了消波失真。即输入为正弦波时，输出为接近方波的波形。进一步

从理论分析，这样的波形按傅立叶级数展开，存在大量的高频谐波。因而对音箱的高音头是很大的冲击，大都会把音圈烧掉。
2、频率匹配
现在的功放，其频率响应一般可轻松地做到20~20K，但一般音箱大多只能做到80~16K，很少能做到20~20K，因此，我们在系统工作时，不应该也没有必要把功放的频响都工作在20~20K，而是借助周边设备进行低切或高切，以适应音箱的频带宽度，使声音变得好听。
3、阻抗匹配
功放与音箱都有各自的标称阻抗值，前已述。音箱的阻抗越小，功放的输出功率越大，但这时对功放的影响较大，主要是输出功率及稳定性。功放的输出功率增大，意味着流过功放管的电流增大，此时，功放管的温度要上升，温度上升，功放管的可靠性要下降；另一方面，由于功放的内阻及线阻的存在，音箱阻抗减少，相对线损增加，直接导致了音箱获得的功率减少，导致效率下降，因此要求两者阻抗要匹配，一般配8Ω或4Ω的音箱较合适，过大过小均不妥（尤其是多个音箱串、并联的时候）。
4、功放与音箱的联接
所谓联接主要是3个方面：一是相位问题，一般功放和音箱均用红、黑接线柱表示其极性（也即相位），一般在单个音箱的使用中，我们不需要考虑相位，在双声道（两个音箱工作）时，如两个音箱相距6~8米以上，我们也没必要考虑相位，因为两音箱的相关性不是很大，只有在多个音箱组合使用，且堆叠在一起时，我们才考虑相位问题，即相位必须一致。二是功放输出采用何种形式。前面我们说过功放有三种输出形式：双路输出、并联输出和桥型输出。我们应该如何来选择呢？据笔者的经验：一般情况下可以选择双路输出（立体声接法），这是常见的，但有时，一台功放不是作为立体声扩大形式，而是需要推动同一路信号的众多音箱或是超低音箱（无方向感，不分声道），这时我们可以用同一路信号输入的并联形式，其输出的两路均为同一信号，分别推一个音箱，而如果功放的输出功率小于音箱的功率（无条件换大，或者考虑经济性），我们可以采用桥型输出的方法，实际输出功率可达标称功率的3倍，轻松推音箱了（主要是超低音箱）；但这里要求功放的可靠性要好，两路放大器一致性要好，否则降低了功放的安全性，不宜提倡。三是音箱线的线径，这个问题在音箱线比较长时，大于10米时，尤其是30~50米时是非常重要的，因此，要求选择线径粗，材质好的音箱线，不能贪便宜，导致线损增加，阻尼系数的下降。

菜鸟 · 发表于 2009-11-8 21:55:42

今天，我们再来谈一下模拟功放与数字功放应该如何选择的问题。前面我们谈的均是模拟功放的使用问题，很多概念只有在此情况下成立，但随着技术的发展、器件的成熟，数字功放（尤其是大功率的数字专业功放）摆在了我们的面前，因此有必要介绍一下数字功放。

1.数字功放简介

笼统地讲，数字功放就是采用数字技术的功放。所谓数字技术就是以01011等形式，器件以开关工作状态对应来处理信号的一种技术。但是我们在音响领域以至自然界碰到的99%的信号均为连续变化的模拟量，直接是无法进行数字处理的。因而就有一个先把模拟转数字（A/D）的装置，再用数字的方式处理，然后再用受罪转模拟（D/A）的装置转回模拟信号的过程。虽然数字功放采用的器件不同，但形式大同小异。由于数字技术在小信号处理方面，器件、电路、技术已相当成熟，因而与我们的实际生活还是比较密切的，我们对此也很不陌生，但数字功放由于处理的是大信号，因此只有近来才应用到音响领域。

2.数字功放的分类

依笔者理解，如按数字技术采用的过程不同，可以如下分类：

a.全数字技术功放

所谓全数字技术功放就是数字技术应于功放的前级、后级及电源部分，是真正意义上的数字功放。

其信号处理是经A/D转换后，数字信号经小信号处理后，直接送数字功率放大，再经过D/A处理后，完成放大作用，同时其电源也采用数字技术的开关电源。

这类功放，理论上性能十分优异：失真度小于0.01%，转换速率40-70v/μs，阻尼系统>600，动态范围≥95dB，输出阻抗低至1Ω，电源效率>90%，体积高为1-2U，因而是今后功放发展的方向。

b.采用开关电源的功放

大家知道开关电源的效率高、干扰小、体积小（无需10000μF的大电容及笨重的电源变压器），在其它中小功率电器上广泛采用。目前由于器件技术的发展，大功率的开关电源开始实际应用，这给专业功放有了应用的条件。这种采用PWM技术（脉宽调制）也是数字技术，姑且也把它称做数字功放。

c.小信号采用数字技术的功放

与第一类功放类似，只是在功率放大部分仍采用传统的模拟技术及器件，既保留了数字功放信号处理方便、控制、保护完善的优势，同时延用了模拟功率放大技术，具有技术成熟、可靠的优势，也是一类可选择的数字专业功放。

3.数字功放的选用

理论上数字功放具有十分优异的性能，但现实是纯数字功放的售价还没有什么优势，尤其是大功率的数字功放，可以说十分昂贵，因而使用很少，只有在高档系统有应用，如高档场馆、电影还音等领域。同时大功率的数字放大（D类、T类放大器）的器件安全性还未完全解决，大功率的D/A转换不易实现，笔者建议，近期在专业音响领域，非必要不选用数字功放，至于小功率的AV音响、高保真的有源音箱，则有SONY、SHARP等品牌的器材可选用。

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