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功放机知识
什么是功放,功放简介,功放的分类,功放的性能指标、参数
功放简介
功放俗称“扩音机”他的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大,推动音箱防声。
一套
良好的音响系统功放的作用功不可没。
功放是音响系统中最基本的设备,它的任务是把来自信号源(专业音响系统中则是来自调音台)的
微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。
功率放大器简称功放,可以说是各类音响器材中最大的一个家族了,其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后,产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。
由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
功放分类
按功放中功放管的导电方式不同,可以分为甲类功放(又称A类)、乙类功放(又称B类)、
甲乙类功放(又称AB类)和丁类功放(又称D类)。
甲类功放是指在信号的整个周期内(正弦波的正负两个半周),放大器的任何功率输出元件都
不会出现电流截止(即停止输出)的一类放大器。
甲类放大器工作时会产生高热,效率很低,但固有的优点是不存在交越失真。
单端放大器都是甲类工作方式,推挽放大器可以是甲类,也可以是乙类或甲乙类。
乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大
器,每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。
乙类放大器的优点是效率高,缺点是会产生交越失真。
甲乙类功放界于甲类和乙类之间,推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于
一个周期。
甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题,效率又比甲类放大器高,因此获得了极为广泛的应用。
丁类功放也称数字式放大器,利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号,具有效率高,体
积小的优点。
许多功率高达1000W的丁类放大器,体积只不过像VHS录像带那么大。
这类放大
器不适宜于用作宽频带的放大器,但在有源超低音音箱中有较多的应用。
按功放输出级放大元件的数量,可以分为单端放大器和推挽放大器。
单端放大器的输出级由一只放大元件(或多只元件但并联成一组)完成对信号正负两个半周的
放大。
单端放大机器只能采取甲类工作状态。
推挽放大器的输出级有两个“臂”(两组放大元件),一个“臂”的电流增加时,另一个“臂”的电流则减小,二者的状态轮流转换。
对负载而言,好像是一个“臂”在推,一个“臂”在拉,共同完成电流输出任务。
尽管甲类放大器可以采用推挽式放大,但更常见的是用推挽放大构成乙类或甲乙类放大器。
按功放中功放管的类型不同,可以分为胆机和石机。
胆机是使用电子管的功放。
石机是使用晶体管的功放。
按功能不同,可以前置放大器(又称前级)、功率放大器(又称后级)与合并式放大器。
功率放大器简称功放,用于增强信号功率以驱动音箱发声的一种电子装置。
不带信号源选择、
音量控制等附属功能的功率放大器称为后级。
前置放大器是功放之前的预放大和控制部分,用于增强信号的电压幅度,提供输入信号选择,
音调调整和音量控制等功能。
前置放大器也称为前级。
将前置放大和功率放大两部分安装在同一个机箱内的放大器称为合并式放大器,我们家中常见
的功放机一般都是合并式的。
按用途不同,可以分为AV功放,Hi-Fi功放。
AV功放是专门为家庭影院用途而设计的放大器,一般都具备4个以上的声道数以及环绕声解码功能,且带有一个显示屏。
该类功放以真实营造影片环境声效让观众体验影院效果为主要目的。
Hi-Fi功放是为高保真地重现音乐的本来面目而设计的放大器,一般为两声道设计,且没有显
示屏。
按照使用元器件的不同,功放又有“胆机”[电子管功放],“石机[”晶体管功放],“IC功放”[集成电路功放]。
近年来由于新技术,新概念在胆机中的使用,使得电子管这个古老的真空器件又大放异彩,它的优美的声音,令许多烧友拜倒。
资深的发烧友几乎都有一台。
“IC功放”由于他的音色比不上上两种功放所以在HI-FI功放中很少看到他的影子。
功放大体上可分为三大类“专业功放”“民用功放”“特殊功放”。
专业功放”一般用于会议,演出,厅,堂,场,馆的扩音。
设计上以输出功率大,保护电路完善,良好的散热为主。
大多数“专业功放”的音色用于HI-FI重放时,声音干硬不耐听。
“民用功放”详细分类又有HI-FI功放”AV功放”KALAOK功放”以及把各种常用功能集于一体
的所谓“综合功放”。
“HI-FI功放”就是我们发烧友的功放了,它的输出功率一般大都在2X150瓦以下。
设计上以“音
色优美,高度保真”为宗旨。
各种高新技术集中体现在这种功放上。
价格也从千余元到几十万元不
等。
HI-FI功放”又分“分体式把前级放大器独立出来],和“合并式”把前级和后机做成一体]。
一般
的讲,在同档次的机型中“分体式”在信噪比,声道分割度等指标上高于“合并机”[不是绝对的]。
且易
于通过信号线较音。
合并式机则有使用方便,相对造价低的优点,平价合并机输出功率一般大都设
计在2X100W以下,也有不少厂家生产2X100W以上的高档合并机。
AV”功放是近年脱缰而出的一匹黑马,随着大屏幕电视,多种图象载体的普及,人们对“坐在
家里看电影”的需求日益高涨,于是集各种影音功能于一体的多功能功放应运而生。
“AV”是英文AODIOVIDIO即音频,视频的打头字母缩写。
“AV功放”从诞生到现在,经历了杜比环绕,杜比定向逻辑,AC-3,DTS的进程,AV功放的与普通功放的区别,在于AV功放有AV选择杜比定向逻辑解码器,AC-3,DTS解码器,和五声道功率放大器。
以及画龙点睛的数字声场[DSP]电路,为
各种节目播放提供不同的声场效果。
但是由于AV功放在电路的信号流通环节上,经过了太多而且复杂的处理电路,使声音的纯净度”受到了过多的“染色”,所以用AV功放兼容HI-FI重放时效果不理想。
这也是很多HI-FI发烧友对AV功放不肖一顾的原因。
“KALAOK功放”也是近年发展起来的一种功放。
它与一般功放的区别在于“KALAOK功放”有混响器从过去的BBD模拟混响发展到现在的DIGETAL数字混响],变调器,话筒放大器。
近年来一些厂家为了市场的需求,把包括AV功放,KALAOK功放在内的各种功能组合成一体即所谓“综合功放”,这是一种大杂烩功放,什么都有,什么也做不好,是一种面向农村的抵挡功放。
“特殊功放”顾名思义就是使用在特殊场合的功放,例如警报器,车用低压功放等等,在此不再
介绍。
功放的性能指标
功放的主要性能指标有输出功率,频率响应,失真度,信噪比,输出阻抗,阻尼系数等。
功放输出功率:
单位为W,由于各厂家的测量方法不一样,所以出现了一些名目不同的叫法。
例如额定输出功率,最大输出功率,音乐输出功率,峰值音乐输出功率。
功放音乐功率:
是指输出失真度不超过规定值的条件下,功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。
功放峰值功率:
是指在不失真条件下,将功放音量调至最大时,功放所能输出的最大音乐功率。
功放额定输出功率:
当谐波失真度为10%时的平均输出功率。
也称做最大有用功率。
通常来
说,峰值功率大于音乐功率,音乐功率大于额定功率,一般的讲峰值功率是额定功率的5--8倍。
功放频率响应:
表示功放的频率范围,和频率范围内的不均匀度。
频响曲线的平直与否一般用
分贝[db]表示。
家用HI-FI功放的频响一般为20HZ--20KHZ正负1db.这个范围越宽越好。
一些极
品功放的频响已经做到0--100KHZ。
失真度:
理想的功放应该是把输入的讯号放大后,毫无改变的忠实还原出来。
但是由于各种原
因经功放放大后的信号与输入信号相比较,往往产生了不同程度的畸变,这个畸变就是失真。
用百
分比表示,其数值越小越好。
HI-FI功放的总失真在0。
03%--0。
05%之间。
功放的失真有谐波失
真,互调失真,交叉失真,削波失真,瞬态失真,瞬态互调失真等。
信噪比:
是指信号电平与功放输出的各种噪声电平之比,用db表示,这个数值越大越好。
一
般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。
输出阻抗:
对扬声器所呈现的等效内阻,称做输出阻抗。
一台功放的性能指标完好不一定证明有好的音色,这是初烧友必须认识到的。
这也是众多发烧
友苦苦探索追求的。
什么是前级功放和后级功放
功放的工作原理就是将音源播放的各种声音信号进行放大,以推动音箱发出声音。
从技术角度看,功放好比一台电流的调制器,它将交流电转变对直流电,然后受音源播放的声音信号控制,将不同大小的电流,按照不同的频率传输给音箱,这样音箱就发同相应大小、相应频率的声音了。
由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
功放一般分为前级功放、后级功放与合并级功放,合并机就是把前级、后级集于一身的机器。
前级是用来把信号作初步放大、调节音量的;而后级则是把前级来的信号作大量放大来推动扬声器。
前级也分为有源及无源两种。
有源的前级是使用电源把信号放大,而无源的前级就只有调节音量的功效。
老实讲,现今成功的无源前级不多,因为音源与后级的内阻有很大分别,只靠一个音量开关把音源与后级连接起来,内阻的差别会使动态、细节、频应尽失!
有源的前级除了调节音量外,还可作初部广大及降低音源及后级间内阻之别,即用作缓冲。
后级是把从前级来的信号放大给杨声器用的,后级必须够力去推动扬声器。
所谓够力,不是指越大声越够力。
必须有能力去支持整个乐团的大场面而不失其细节。
分开前、后级比合并机好,因为各自有更大的空间去造得更精密。
而两者间也更少干扰,细节表现较多;而且,分开前后级会发烧友有更多推动机的选择,更多东西可玩儿。
功放按当前音响消费的需求,民用音响中的功放已基本定型为两大类,即纯音乐功放和家庭影
院AV功放。
1、纯音乐功放
纯音乐功放在设计上强调最低的信号失真,忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧以满足人们对音乐的最佳欣赏要求,这就是人们常说的HI-FI(hi-fidelity,高保真)。
在设计和
生产上,纯音乐功放的要求极为严格。
纯音乐功放品质的高低并不完全由它的技术指标所决定,不能简单地看它标注的功率多少高,频响多么宽,失真多么低,而应该特别注重其设计生产工艺和音乐的解晰力。
比如技术指标并不太高的胆机就要比很多晶体管功放声音好听。
2、AV功放
一般来说包括功放部分和信号处理部分。
其功放部分原理上与传统功放没有什么区别,只不过增加了几个声道,也就是将几个功放结合在了一起;其信号控制处理部分涉及信号的音频、视频选择、信号解码处理、信号声场处理以及收音、监听等功能。
一般一台高品质的AV功放首先应该在影视节目的信号处理上有较好的声场还原,声道隔离度要高,气氛渲染也不能太夸张;其次在功放部分的音质表现上,尤其是主声道的音质要求尽量接近较好的纯音乐功放。
功放的工作方式
1、A类功放(又称甲类功放)
A类功放输出级中两个(或两组)晶体管永远处于导电状态,也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流,并使这两个电流等于交流电的峰值,这时交流在最大讯号情况下流入负载。
当无讯号时,两个晶体管各流通等量的电流,因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压,故无电流输入扬声器。
当讯号趋向正极,线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流,下方的输出晶体管则相对减少电流,由于电流开始不平衡,于是流入扬声器而且推动扬声器发声。
A类功放的工作方式具有最佳的线性,每个输出晶体管均放大讯号全波,完全不存在交越失真(SwitchingDistortion),即使不施用负反馈,它的开环路失真仍十分低,因此被称为是声音最理想的放大线路设计。
但这种设计有利有弊,A类功放放最大的缺点是效率低,因为无讯号时仍有满电流流入,电能全部转为高热量。
当讯号电平增加时,有些功率可进入负载,但许多仍转变为热量。
A类功放是重播音乐的理想选择,它能提供非常平滑的音质,音色圆润温暖,高音透明开扬,
这些优点足以补偿它的缺点。
A类功率功放发热量惊人,为了有效处理散热问题,A类功放必须采
用大型散热器。
因为它的效率低,供电器一定要能提供充足的电流。
一部25W的A类功放供电器
的能力至少够100瓦AB类功放使用。
所以A类机的体积和重量都比AB类大,这让制造成本增加,
售价也较贵。
一般而言,A类功放的售价约为同等功率AB类功放机的两倍或更多。
2、B类功放(乙类功放)
B类功放放大的工作方式是当无讯号输入时,输出晶体管不导电,所以不消耗功率。
当有讯号时,每对输出管各放大一半波形,彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大,在两个输出晶体管轮换工作时便发生交越失真,因此形成非线性。
纯B类功放较少,因为在讯号非常低时失真十分严重,所以交越失真令声音变得粗糙。
B类功放的效率平均约为75%,产生的热量较A类机低,容许使用较小的散热器。
3、AB类功放
与前两类功放相比,AB类功放可以说在性能上的妥协。
AB类功放通常有两个偏压,在无讯号时也有少量电流通过输出晶体管。
它在讯号小时用A类工作模式,获得最佳线性,当讯号提高到某一电平时自动转为B类工作模式以获得较高的效率。
普通机10瓦的AB类功放大约在5瓦以内用A类工作,由于聆听音乐时所需要的功率只有几瓦,因此AB类功放在大部分时间是用A类功放工作模式,只在出现音乐瞬态强音时才转为B类。
这种设计可以获得优良的音质并提高效率减少热量,是一种颇为合乎逻辑的设计。
有些AB类功放将偏流调得甚高,令其在更宽的功率范围内以A类工作,使声音接近纯A类机,但产生的热量亦相对增加。
4、C类功放(丙类功放)
这类功放较少听说,因为它是一种失真非常高的功放,只适合在通讯用途上使用。
C类机输出效率特高,但不是HI-FI放大所适用。
5、D类功放(丁类功放)
这种设计亦称为数码功放。
D类功放放大的晶体管一经开启即直接将其负载与供电器连接,电流流通但晶体管无电压,因此无功率消耗。
当输出晶体管关闭时,全部电源供应电压即出现在晶体管上,但没有电流,因此也不消耗功率,故理论上的效率为百分之百。
D类功放放大的优点是效率最高,供电器可以缩小,几乎不产生热量,因此无需大型散热器,机身体积与重量显著减少,理论上失真低、线性佳。
但这种功放工作复杂,增加的线路本身亦难免有偏差,所以真正成功的产品甚少,售价也不便宜。
有一些D类功放集成块音色音质很好,不过它们现在还只应用在汽车音响中,一些有兴趣的
DIY高手把它们改制到了家用音响中。
部功放从外表虽然不能断定音质,但如能观察到供电变压器和滤波电容的大小,便已先对此
机的性能或素质略知一二。
A类功固然需要巨大的供电器,即使AB类机也是愈大愈好。
今日许多优质功放都采用环形变压器,取其效率较方型变压器高而漏磁少。
滤波电容等于水塘,储水量越多,供水量越足,功放的供电充足稳定,才能保证输出晶体管输出最大时仍有取之不尽的电能。
许多英国制造的合并式功放虽然功率并不太大,但却有一个非常充沛的供电器,配合简单的讯号通道可以达成优异的声音。
有些产品的面板上除了音量、平衡、讯源选择和电源掣外,其它的控制全部取消,令讯号通道尽量缩短。
为追求声音纯美,不惜牺牲控制功能。
功放技术指标的解读与应用。
2008-10-2922:
24
以清华大学TW-2008X世纪版为例
1、输入灵敏度:
200mv
2、谐波失真度:
0.01%
3、输出功率:
2X100W(RMS.8欧)
4、信噪比:
96dB(不计权)
5、频率响应:
3-156KH2(-3dB)
6、阻尼系数:
280
1输入灵敏度200mv,是指功放输出额定功率时所需最小输入信号电压,其要求输入》200MV即可,如小于此输入值,功放将达不到额定输出功率。
CD、VCD、DVD—般输出为2V,大大高于200mv,使用决无问题(一般国际标准在150-220mv之间),此项可忽略不计。
2谐波失真度:
这是功放一项极重要的指标,谐波失真是非线性失真的一种,它是放大器在工作时的非线性特征所引起的,失真结果是产生了新的谐波分量,使声音失去原有的音色,严重时声音发破、刺耳。
谐波失真还有奇次和偶次之分,奇次谐波会使人烦噪、反感,容易被人感知。
为何有些功放听起来让人感到烦噪,感觉疲劳,就是失真较大所引起的。
对功放影响最大的就是失真度,一般高保真要求谐波失真在0.05%以下,越低越好。
TX-2008能做到0.01%,应该说是不错的,进口高档功放可做到0.002左右,令人玩味无穷、久听不厌,就是因为做到了极小的失真度的原因。
除了谐波失真外,还有互调失真,交叉失真,削波失真,瞬态失真,相位失真等,由于篇幅关系暂免叙述。
总之,诸多失真是影响功放质量的罪魁祸首。
考核功效的优劣,首先要看它的失真度。
3输出功率,功率问题最令初哥们迷惑,其各厂家标识也很混乱,下面逐一讲解:
A、额定输出功率,称为(RMS),指放大器输出的音频信号在总谐波失真范围内,所能输出的最大功率,是最常见的,也是比较实在的标注。
B、削波功率,指放大器输出正弦波信号刚刚开始削波时的功率,它比额定功率要大1.6-2倍。
C、音乐输出功率,指输出失真不超过规定值的条件下,功率放大器对音乐信号瞬间最大输出功率。
简称(MPO)。
D、峰值输出功率:
功放所能输出的最大音乐功率称为峰值输出功率,简称(PMPO),它不考虑
失真,通常为(RMS)功率的8倍左右,它的出现是厂家出于商业目的,并无实际意义。
早期双卡录音机大都用此功率来标注。
那么(RMS,8欧)又是什么意思呢?
是指8欧情况下可输出额定100W功率,如在4欧情况下,还可增加1.5-2倍的输出功率(这要看机器内部变压器的容量和用管数量了)高档功放甚至可以工作在2欧,主要是功放内部用料的功率富裕量因素决定的。
一般甲乙类功放最低只能工作在4欧以上。
通常功放标注以(RMS)具多,用它来选配音箱与之配合是比较妥当的。
如何来验证功放的(RMS)功率呢,业余情况下有二种简便的方法:
①用功放输出电压有效值的平方与负载的比值来表示,即P=V2/R,P为有效功率,V为功率输出端交流电压,R音箱标称阻抗。
如测得交流摆幅为20V,音箱阻抗为8欧20&0弋=50W,音箱4欧时=100W,所得结果为
近似值。
②直观估算法:
一般甲乙类功放,如采用300VA电源变压器,按效率70%计,即300X
0.7=210W吃=105W(每声道)也就是这台功放输出功率最大不会超过2X105W,反过来计算,
如果2X100W的功放,按要求那么它所采用电源变压器的容量一定不会小于300VA。
TW-2008完全符合这一要求,还留有不少的余量。
一些进口AV功放,5-7个声道、每声道总标百余W,总功率上千W,但电源变压器就那么大,天晓得他们是用什么功率标准算出来的,日系AV最明显,总以6欧来唬人,真正按8欧算出来有实足的100W(每声道就不错了)用过AV功放的人都知道,大动态时往往显得脚软。
故我常推荐购AV功放,最好选择中档以上,否则形同鸡肋。
4信噪比:
数值越大越好,一般用(S/N)表示,用信号功率Ps与噪声功率Pn的比值的分贝数表示,S/N=10lgPs/Pn=20lgVs/Vn(db)(公式不好打,只好改为左视)
式中Vs、Vn分别为信号电压与噪声电压。
信噪比与输入信号电平的增加,信噪比也逐渐加大,但当输入信号电平达到某一数值后,信噪比基本保持不变,按目前高保真要求。
信噪比应达95dB以上为好,进口高档机往往可达110-124dB,其性能可想而知了。
再说计权问题,有的信噪比后面有A计权字样,A计权是指将噪声信号通过(附图)所示计取曲张加权网络后测得的结果,由于人们对于高、低频段的噪声相对来说不太灵敏,所以出现了(附图)所示形状的曲线,计权噪声更加直观地代表人们实际感受到的噪声信号状况(图打不出来,请见谅)。
总之,信噪比越大,表明混在信号里的噪声越小,放音质量越好,便重放音乐清晰,干净而有层次。
5频率响应,早期俗称功率带宽,指谐波失真不超过规定值时,功放的1/2额定功率频带宽度,即有高低端下跌一半(-3dB)的两个频率点之间所包括的频带,称之为功率带宽,它很有实用价格。
如日本安桥AV功放早期频响为20—30KHz(±0.5dB)现采用(WRAT)宽频技术后,频响达50
—100KHZ(+1—3dB)。
高级进口功放,低频可从0Hz开始(直流化),因为功放在满额定功率工作是很少见的,如果放大器工作正常,频率响应一定非常好,几乎是一条直线,通常可远远超出可听音范围(20—20KHz)。
TW—2008x功放频响达到(3—156KHz—3dB)确实是不错指标了。
几乎可以完美再现各种音乐的细节,实属国产之精品。
6阻尼系数,(主要是对低频而言,是直接影响低音音质的极重要的技术参数),敢标这个技术指标,说明该功放设计达到了一定的水平,一般功放不给出这个指标,众所周知,喇叭的口径越大,低音相对就越好,但音盆越大其运动惯性也随之加大,此惯性使它很难与音频信号同步运动,往往表现出的声音混浊不清,尤其在低频欧100-400Hz,容易造成声染色,使人听起来模糊不清,很不自然。
为什么有些烧友家中的音箱中喇叭,低频信号强时颤振不止,低音老感觉不干净,这就是音盆惯性所引起的。
音响工程师们注意到这一点,对功放采取一些技术措施,如选择多管并联,低内阻(毫欧级)大功率管,提高±工作电压,选择优质线材等,极力提高阻尼系数,使它能够针对喇叭惯性运动,产生“电阻尼”作用,使音盆的运动与音频信号同步运动,尽可能使音盆在驱动信号结束后很快恢复到零位(即中心位置),这种阻止效果就是阻尼系数(D来量),D=Rs/Ri,Rs=喇叭音卷阻抗,Ri=功放输出内阻,D越大,音盆与信号同步效果就越好,低音就越纯越干净,重放效果就越好。
早期功放阻尼系数要求10-50,现在的功放可以做几百甚至上千。
TW-2008能做到280也确实不易了。
转换速率:
功放的转换速率(Siewrate),它极大地影响着高音重放质量与性能(一般厂家不给出此项指标)转换速率越快,高音音质就越佳。
越能准确地捕捉到稍纵即逝的高频信息,(选用运
放的烧友都知道,尽量选用宽频响,高速率型的,如AD847转换速率达300V/us.就是考虑转换速率问题)。
高档功放可做到十几至几十V/us,低中档功放都根本不敢标出,这种转换速率的数值高低,与设计,用料有密切关系,但也不宜太高,太高会产生人耳听不见的超音信号,指20KHz以上,不但对改善音质无作用,反而容易烧坏高音喇叭,不过正规厂家设计时都会考虑这个问题,高级功放往往会采取可调转换速率技术。
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