功率放大器

langzizhou · 发表于 2005-6-29 04:55:00

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对于大众来说，音响系统的好坏直接从品牌及价格中了解，但是对于专业音响爱好者来说却是通过音质的输出、纯净度及厚重比来进行分辨，特别是音箱的参数，功率是最多被我们提到的。我们甚至很容易看到，两款同样功率的音箱，在中等或较大音量下有截然不同的表现，声音失真的情况更是时有发生，难道这组与功率输出相关的数据又是“数字游戏”？功率放大器的主要功能是放大信号并提供负载（扬声器）足够的功率。功率放大器对音质的影响主要取决于输入信号能否在不失真的状态下得到放大与传输，给负载以足够大的功率。功率放大器放大和传输的信号不同于简谐信号，是一个瞬时变化的复杂信号。
PASS功放
如果我们从波形来看这个信号，这个原始的信号具有很多尖峰，它们的能量不大，但是峰很尖、很高。这些尖峰对响度的贡献很小，但对音质的影响却很大。如果发生削波，则放大的声音听起来让人感到发燥、发硬。这与我们平时所说的主观听音中的细节有一定的关系。如果在功率放大时，只注意能量的传输（对应的量为响度），而不注意传输过程中波形的变化（造成失真），那么，我们有可能听到的声音可以很响，但是不好听。对于有源音箱来说，功放部分是做在音箱内部，它要做的工作同样是驱动扬声器，为扬声器带来足够的输出功率。而我们看到的关于音箱功率的标称写法并不是很标准，一般音箱厂商标注“音箱”的功率指的都是功率放大器（有源音箱的功率放大电路部分）的“输出功率（RMS）”，RMS（rootmeansquare）是指均方根，目前在多媒体音箱标注中，大多为均方根功率。均方根功率与平均功率、额定功率都不相同。具体算法是对样本每一点功率值平方取均值后再开方，具体均方根如何计算我们暂且不去深究，我们接下来需要讨论的是“均方根”功率与额定功率、扬声器功率的关系。
探索声音魅力须知功率放大器背后秘密

功率放大器放大的信号是一个复杂的信号，根据声学工程方面的多种乐器和不同剧种节目信号的调查结果，大部分节目信号的最大均方根功率（即节目信号的峰——峰值在负载上的功率）与平均均方根功率（即节目信号在负载上的平均功率）之比为3～10，最高达12.7。如果功率放大器的额定功率对应于节目信号的平均均方根功率，那么功率放大器的最大输出功率应为其3～10倍方能保证输出信号不出现削波。这就是为什么我们选用功率放大器的功率要比放大节目信号的平均均方根功率大得多的缘由，这也是我们通常说的功率储备。从目前低端产品来看，功率放大器的最大输出功率应该做不到10倍于信号均方根功率的功率储备，大家在设计时功率储备也肯定是不一样的。这也就是我们在平时测试时会遇到在不同音量或者较大音量下出现失真问题的原因之一。而另一方面，多媒体音箱在标注功率时也很少有说明这个功率到底是额定功率、最大输出功率、输出RMS功率甚至扬声器功率，这是一个非常混乱的参数指标。

另外，在我们如果留意一些扬声器上的铭牌，上面也有一个与功率相关的值，这个值和功率放大器的输出有什么关系？在设计文档中，我们可以看到如下的叙述：“为了保证功放所配接的扬声器系统的安全，要求功放的额定输出功率与所配接的扬声器系统的标称功率相当”，“为了保证足够的功率储备，通常选用扬声器功率的1.2～2倍的功率放大器”等。这种提法实际是不正确的，功率放大器的功率与扬声器的功率不是同一概念。功率放大器的输出功率一般是指一定失真限制条件上的正弦输出功率。我们通常看到的厂家在功率后都标明规定的总谐波失真为0.1%，当功放在额定负载上的输出信号达到该失真时的输出电压称为最大输出电压，用这电压来计算功率放大器的输出功率，就是功率放大器标称的输出功率，这也可以理解为该功放的最大输出功率。

而扬声器的标称功率，厂家经常提供的是粉噪功率，它是指在扬声器额定频率范围内，馈给以规定的模拟节目信号，连续工作100小时而不产生热和机械损坏的功率。显然，这两个功率是从完全不同的角度作出的规定和测试的，两者是不可比的。如果厂家能提供扬声器的正弦功率（指用正弦信号作为测试信号时馈给的功率），则两者有可比性。然而，厂家一般不提供这一数据。那么，对扬声器而言，扬声器的粉噪功率与正弦功率是否有一定的对应关系呢？答案是——没有！扬声器的粉噪功率和正弦功率对于不同结构、不同材料和不同规格的扬声器完全不同，后者还与频率有关。因此，在音箱和功放设计中用功率放大器的功率与扬声器标称功率作比较以表征其功率储备的方法也是不可取的。

显然，将扬声器功率与功放功率的数字去做比较没有任何意义。而从上文大家也可以了解到，目前我们谈论的类似功率是否充足、功率储备是否足够的话题，基本只能建立在主观听音的感受上，去看音箱上的标注实在没有什么意义，因为大家的标注方法并不规范，标准不同，自然也就没有什么可比性了。

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