解决关于功放的难题

music_amd · 发表于 2006-5-6 05:51:00

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通过LIVE SOUND的反馈调查！QSC公司将对一些被误解的关于功放的电子原理进行定义和说明。
问：功放到底是做什么用的？
答：简单的说功放是为输入的音频信号提供电压和电流的增益以此来驱动音箱。其中电压增益是必需的，因为音频线路的电压峰值大概在8至12伏，而音箱需要更多的电压去产生适当的声压级。
电压增益被功放的电路和衰减器或增益控制器的位置所决定，它通常以倍数的形式表示，例如“40x”，或用分贝的形式来表示，例如“32dB”（等同于40x）。
当功放的增益在40X时，0.25V的输入将产生10V的输出，1V的输入将产生40V的输出，以此类推，输出达到功放的削波点为止。一个考虑周到的功放生产厂家将会在前面板、后面板或用户手册的某处告知用户真正的增益上限是多少。
电流的增益是必要的，因为要与功放的输入做比较。扬声器是阻抗非常低的设备，你可以把阻抗理解为通过设备的电压与电流数值的比值。这就是我们把分频器、调音台等其它设备接在功放的输入端而不给它加载特定电压的原因。
一个功放输入的阻抗可能通常是10、15或20千欧姆，这意味着一个线路电平信号，输入时电流非常微小，这就是为什么我们所使用的分频器，调音台或其它设备在驱动放大器时，输入不需要加入很大功率的原因。
但音箱必须做大量的工作，振动空气并发出声音。它们吸取电流，因为这些电流或电子流非常有用。电子流过扬声器的音圈产生磁场，再与扬声器的磁铁产生反作用力以驱动锥体或振膜前、后运动。大体上说就是电流使扬声器做剧烈的运动。从而，一个功放必须具有充足的电流容量，尽管输出的多少要完全取决于输出信号电压和负载阻抗。
在无负载连接的情况下，这意味着一个无穷大的负载阻抗，功放将产生电压但无电流。在8欧姆的情况下，功放将产生将要产生几乎相等的电压并且输出电流。在4 欧姆负载的情况下，功放将产生同样多的电压并输出相比较于8欧姆的时候两倍或更多的电流，以此类推（假定你永远在削波点以下运行。）
这就是功放所做的，它在其它方面的作用将在下面说明，请往下看。
问：如果把一台500W的功放衰减3dB, 它是不是就成了一台250W的功放？
答：不，它仍旧是一台500W的功放，它只是在500W满功率电平的基础上取走了3dB。例如，如果功放的输入灵敏度（最大持续功率状态下的电压）是1伏，将电位器衰减3 dB意味着在全部功率的范围内取走了1.4伏的电平。
问：我可以让功放一直工作在增益最大的状态吗？
答：不建议。这就是为何把增益控制旋钮放在您功放前面板最明显位置的原因 - 您可以调整增益。一些功放，尤其是为满足那些低输入灵敏度的大功率功放，这些功放有很大的放大增益，可以对电压放大60倍或80倍甚至更多。这些过大的增益可能超出了你的实际所需，因为功放不仅放大了信号，还会把系统中潜在的哼声和噪音放大。
因此如果你把功放开到最大，你可能会发现系统中的哼声和噪音太大了，特别是当你降低分频器、调音台以及系统中的其它设备的增益，并以提高功放的增益来补偿这些的时候。当然，你可以降低功放增益并增大输入信号从而全面的改善信噪比，只要避免对前级设备削波。
另一方面，把功放一直开得很大还有两个原因：
1.) 可以简单的重复使用，避免增益结构调整上的错误
2.) 你增益开到最大刚好获得了系统所需的电平。尽管这是美中不足的，至少可以简单的解决增益不足的问题。
问：我正在考虑进行功放的采购，但是它的输入灵敏度有2V。我怎样做才能获得全功率来驱动设备。
答：不必担心，任何专业音频设备在削波前至少可以满足输出+18dBu(6.16Vrms)线路电平。有些设备可以输出信号高达+24dBu(12.3Vrms)。所以即使用2V的峰值输入也没有问题，除非你让你的增益结构出现严重衰减。

问：我可否在同一个系统中同时使用统一的增益和相同的灵敏度设置的放大器？
答：绝对可以。你只需正确的计算增益和功率，这在我们进行下一步工作之前这是必须要做的。让我们明确下“统一的增益“的概念，其是指在放大器组中有相同的最大增益，尽管它们功率起点不同。这样做的好处是你可以制定周边系统的参考规则，例如：在8欧姆时“1V”输入=X瓦，或者在4欧姆时为2X瓦，或者在2欧姆时为4X瓦“等等。
“相同的灵敏度“ 是指放大器组有着相同或非常相似的输入灵敏度，无论其功率起点是多少。了解功放的灵敏度对于设置限制器和避免放大器削波是非常有用的，但了解了增益将有益于您计算系统的初始设置。
问：功放的规格是由“RMS（均方根功率）”或是“Peak（峰值功率）”来表示吗？
答：请避开这个误区… 其实根本没有“RMS功率“这一说法。这的确是一个经常使用的术语，它通常被理解为“continuous”持续功率或者是“long term”长期功率，但在技术角度上来讲，事实并非如此。所以不要把RMS理解为连续的功率。实际上你可以测量波形中任意部分的RMS 电压（有效值电压）或电流值，在长或短期内。
RMS是用来准确表达交流电压或电流的专业术语，它有助于解决测量问题和表达交流电。相比之下，DC是很容易测量的，测量电压为9V的电池，9V, 再测量一遍，仍旧是9V，没有变化，除了一些由于负载或其它影响造成的轻微的波动或骤降。
另一方面，交流电不断地迅速变化，你的电力做功周期为50或60次每秒，音频运行周期则从20到20000次每秒。
你可以选择很多的瞬时电压去测量，像20,-2, 92, 12, -29V.，但它们所描述的交流信号不全是有意义或准确的，你需要选择一个时间段内的样本（所选取的样本要么连续要么尽可能多）并取它们的平均值，并要描述其功率的含义。
因此，RMS代表的是均方根值，它是如何得来的呢？首先，它是交流电信号，以上图为例，这是一个简单的正弦波（绿色曲线），以零为起点，+1和-1为峰值，它可以是电压也可以是电流，但出于简单起见我们只将它认定为电压。
功率与电压的平方成正比，例如1V的负载是0.5V电压的两倍，但它对应着四倍的功率，因此我们确定了我们的第一条线索，电压的平方V2用红线表示。
请注意，它的频率增加了一倍，总是成正比，并在+1或0的时候达到峰值。这条曲线类似于电路中的瞬时功率。而实际功率的大小将取决于电流以及电压。
下一步，我们需要取功率的平均值，这就是我们要求的数值。在一个模拟测量电路中，这可以用积分电路，一些高级的AC RMS电压表可以让你选择积分时间。在数字信号处理器中，它可以做一个简单的数学运算。
平均功率的近似值（该近似值只是平均功率得模拟）用紫色的曲线表示。请注意，最初的波动后，中心的V2波形开始逐渐变得平缓并趋近于0.5。
现在继续回到电压问题，我们需要取平均功率近似值的平方根。我们求出的是RMS电压的有效值，用蓝线所表示。可以注意到在取值为0.707的时候曲线逐渐趋于平坦。
当你用电压的值乘以电流的值，你会求出功率的值。当你用电压有效值乘以电流的有效值，你求得的不是RMS功率有效值——你求得的是功率的平均值。因此，经常被我们称之为“RMS功率”的值实际上应该称之为“连续平均功率”。而将这些规格以数字的形式标示出来的功放才是可以信赖的功放。另外，请不要误解关于功放规格中“峰值”的这一概念。
问：有关功率的规格“FTC”和“EIA”表示什么？
答：这些是目前测量功率放大器的两种最常见的方法。不过多年前有一种被称为IHF测量法的标准，其中只涉及到当放大器削波时，在负载为8.4欧姆或2欧姆时所测量出的最大RMS电压。
测量中最重要的部分是在20毫秒内输入一个带有重复脉冲性质的1KHz正弦波信号，然后下降20dB（换句话说就是1%的功率）进行480毫秒测试，因此该规范测量出的是头顶空间余量，而不是连续功率，于是造成了许多蹩脚的功放厂家把这个漂亮的数据作为吹嘘自己的产品资本。
令人欣慰的是，IHF这种测量方式在现今已经停止使用。而EIA标准则是一个较为严谨的方法，这就需要使用恒定振幅的中频带信号进行测量。大多数功放厂家选择1kHz。放大器输出一个正弦波给功放指标上所标明的负载，如8Ω、4Ω或 2Ω，增益旋转达到功放削波点为止。
削波点被定义为正弦波的总谐波失真达到指定的数值时的电平，例如0.05%，0.1%或1%。
EIA规范的缺点是——除了有限的频谱，它是允许制造商在有负载的情况下每次进行单一通道驱动，这可以掩饰功放功率较弱的缺点，但并非所有的厂商都会钻这个漏洞的空子。
FTC是更加严格的标准，于1974年5月被采用，美国联邦贸易委员会为家庭娱乐设备所制定保护测量方法。FTC测试标准需要使用一个正弦波在指定的频率带宽内循环测试，取代了只使用单一中频带的EIA或是IHF。
尽管各类功放标称指标的频率范围或有不同，但通常所使用的测试范围为20Hz至20kHz。此外，所有通道将在同一时刻驱动负载，功率供给能力较弱的功放将会很容易“漏出马脚”。
但是FTC标准的最为苛刻之处是在于必须预先满足以下情形，包括：所有的通道要以1/3功率测试标准运行60分钟、全部通道参与测试、按标称阻抗测试、1KHz测试，在这期间功放不能出现过热、自动关机、电流限制或其它问题。
现在，说实话，制造商不可能按照所公布得参数去测试每一台功放，厂商已经将功放的耐久性作为设计过程中的一部分，因此我们可以知道功放部分指标是否合格。
但如果无法通过那些苛刻的测试要求,就无法达到FTC标准。这就是为什么有少数功放每个通道驱动2Ω的负载时可以通过EIA标准但是无法通过FTC标准的原因，尽管它们通常在2Ω的负载下可以正常运行。
与EIA标准一样，FTC所标称的最大功率取决于THD（总谐波失真）对应的失真电平。制造商所选择的THD的典型数值是0.025％，0.03％，0.05％，0.1％等。
不过，“THD(总谐波失真标准)”的选择，必须在250毫瓦时才开始生效，到达额定功率电平时，交越失真会变得更加明显。FTC是严谨和苛刻的测量标准，但也有一个缺点，因为它无法描述大多数功放在2Ω负载下运行时的性能。
问：我有一个2400W的功放，但它的手册上说，它在120W运行时电流仅12安培（110V）。他们是在开玩笑吗？
答：没有人在和你开玩笑，这确实有其道理。你需要让你的功放满功率运行来应付峰值和大的瞬态响应。幸运的是，对你的功放和供电系统来说，这些峰值和瞬态变化都不会持续很久。
具有良好功率贮备能力的功放可以短暂的释放出超越AC供电系统负荷的功率，但如果平均计算一段时间内的功率，即使在短暂的几秒内，表现出的实际功率也会远远低于峰值。
这就是所谓的峰值因数（又称波峰因数）, 不同类型的音乐和其它节目素材使它可高达20dB，这意味着，虽然达到了2400W的峰值削波点，但平均功率大概只有24W.
对音乐进行压缩可以获得一个低的峰值因数，同时运行在轻微削波状态下还可以提高一点平均功率。所以即使一个贝司手长时间演奏大音量和动态的音乐，如果利用压缩器，声音的处理将是很容易的事。
多数的安全机构测试使用的1/8倍全功率粉红噪声（与9dB的有效峰值因数相当）相当于典型的最大音乐电平，不会引起任何失真。
安全机构向来以严谨和保守著称，对于一般的常规操作的使用者来说，电流消耗测量级别在1/8th功率是一个相当安全的指标。

a76767676 · 发表于 2006-6-1 06:27:00

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