音响中的阻抗与匹配

时间:2022-10-15 01:41:26

音响中的阻抗与匹配

阻抗与匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输;反之当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。一般音响器材常见被提到阻抗的地方有喇叭的阻抗、前后级功放的输入阻抗、前级的输出阻抗(后级通常不称输出阻抗,而称输出内阻)、信号导线的传输阻抗(或称特性阻抗)等。若说到器材内部电子线路及零件的各部份阻抗那就更复杂了,本文只介绍有关音响器材标示的阻抗具有的实质意义,由于阻抗的单位仍是欧姆,也同样适用欧姆定律,因此一言以蔽之,在相同电压下阻抗愈高将流过愈少的电流,阻抗愈低会流过愈多的电流。

放大器与音箱的匹配是选型时需要重要考虑的问题,它直接关系着音乐重放的效果和器材的寿命。放大器与音箱的匹配主要有阻抗匹配、阻尼匹配和功率匹配。对功率放大器来说,阻抗匹配是第一位的。它要求作为负载的音箱(扬声器)阻抗不应小于放大器的额定负载阻抗。如功率放大器原设计接8Ω负载,应与8Ω或8Ω以上阻抗的音箱连接。当配接16Ω音箱,使用中除了输出功率减小一半以外,尚未带来其他明显影响;而当配接4Ω负载时,输出功率将增加近一倍,如果音量又开得较大,则有可能使大功率晶体管损坏。现在有些放大器对音箱阻抗允许有可变范围,如4-16Ω;在这种情况下,阻抗每变小一倍,功率就升高1.6倍。如标定8Ω阻抗下,额定功率为100W的放大器,若改接4Ω阻抗的音箱,放大器的输出功率则为160W。一般情况下,对阻抗有范围的放大器,取其阻抗范围的中值比较合适。

功率匹配一般指功率放大器的额定功率与扬声器的额定功率相适应。从目前的趋势来看,功率放大器的额定功率有较大幅度增长(从几十瓦增长到上百瓦),而扬声器系统的额定功率由于电声器件的结构所限增长较慢。一般来说,放大器的额定功率应大于音箱额定功率的1/4比较合适,即125W的放大器推动100W的音箱。这样,既可以推动音箱全力工作,又可以保证器材的安全。因为一般扬声器都有一定的抗过载能力,其允许值为额定功率的一倍半左右。故按上述方法进行功率匹配仍是比较安全的。

阻尼系数是指音箱阻抗与放大器输出阻抗之比。实践表明,当阻尼系数较小时,扬声器低频特性、输出声压频率特性、高次谐波失真特性均会变差。阻尼系数过大,对实际性能影响并不显著。

但是在音响设备上的所谓匹配,实际上是两种意义上的阻抗匹配:电压传输意义上的阻抗匹配和功率传输意义上的阻抗匹配。事实上在音响设备上有意义的讨论是指:功率传输意义上的阻抗匹配。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。即功放输出阻抗和所连接的音箱负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响,同时又可得到最大的功率输出。

首先要强调,一台理想的功放,其输出内阻应该是非常低而接近于“0”的。如果无法做到理想,那么电子管机因具有比较高的输出阻抗而应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱;而晶体管放大器输出阻抗比较低一些,在安全输出电流范围内则无特别限制,可以连接比较宽范围阻抗的音箱。在实际工作中功放与音柱搭配考虑以下因素。

一、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。

二、功率储备量匹配

音箱:为了使其能承受节目信号中的触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。对过荷的音乐信号波峰,电子管功放并不明显产生削波现象,只是使波峰的尖端变圆。这就是人们常说的柔性剪峰。而晶体管功放在过载后,非线性畸变迅速增加,对信号产生严重削波,它不是使波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;民用高档功放为6-7倍;民用中档功放为3-4倍;而电子管功放则可以大大小于上述比值。

三、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。

四、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值过大会使音箱的电阻尼过重,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。

音响设备中,除了功放与音箱的连接外,基本上是属于:电压传输意义上的阻抗匹配。

对电子设备互连来说,信号源连接放大器,前级连后级,无论是在理论设计或工程实用上,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上,就可认为阻抗匹配良好,从而达到视听感觉最佳,声音还原度高,直逼真实效果。

参考文献:

1、黄继昌.无线电爱好者实用资料图表集[M].人民邮电出版社,1990.

2、王以真.实用扩声技术[M].国防工业出版社,2004.

[作者单位:湖北省第二师范学院(虎泉校区)]

上一篇:小议公路客运企业电子结算 下一篇:实施新会计准则效率性分析:从文化视角的思考

被举报文档标题:音响中的阻抗与匹配

验证码:

点击换图

举报理由:
   (必填)
紧急删除:

 13882551937、13808266089 服务时间:8:00~21:00 承诺一小时内删除

免责声明
发表评论  快捷匿名评论,或 登录 后评论
评论