2017-02-07 16:58

功放與音箱之間匹配原則

作者：北斗星音頻企業    點擊：1216

 　　功放與音箱的配置所涉及的方面很多，功放與音箱的具體配置，一般來說與設計人員的經驗、愛好、聽音習慣等因素有關，很難找到一個統一的標準。有時我們會遇到一些用戶或設計人員為了節省開支常給音箱配置較小功率的功放，有些用戶又為了所謂的“功率儲備充足”給音箱配置很大功率的功放。顯然，這樣做都是不合適的。重要的是，這樣配置會給設備造成損壞。

 　　大家都知道，在進行廳堂聲學設計后，需要根據一系列計算確定音箱選型，然后再由所選音箱的功率、阻值匹配合理的功放。

　　但是究竟兩者功率如何選配才能達到最佳匹配呢？

 　　首先，在人耳聽域的20Hz~20kHz內，真正集中大量能量的音樂信號一般在中、低頻段，而高頻段能量僅相當于中、低頻段能量的1/10。所以，一般音箱高音損失的功率比低音喇叭低得多，以求高低音平衡；而功放好比一個電流調制器，它的輸入音頻信號的控制下，輸出大小不同的電流給音箱，使之發出大小不同的音量。

 　　在一定負載的條件下，要想讓小功率輸出的功放驅動更大動態表現能力的音箱時，功放的失真（THD）將會大大地增加，如圖：

 　　由于功放功率不足而產生了過載失真，此時最易燒毀高音喇叭，原因是功放在過載情況下輸出直流信號，信號被削波，波形接近于方波，產生大量諧波失真，高頻諧波高出原信號而燒毀高音喇叭。

 　　而在不少人的概念里，只要功放功率大，就有可能燒音箱。雖然有些功放沒有失真指示，但由于設備配置已經先天不足，失真有可能在使用中時有發生，這時失真指示已失去意義。況且，由于使用者的經驗和素質的限制，功放的失真往往容易被忽略。

 　　其次，功放與音箱的功率配置與目標響度以及所使用場合也有一定的關系。不同的使用場合及使用用途，目標響度及動態范圍不同；

 　　如上圖所示，這是交響樂的動態范圍，信號的最大響度和最小響度差值很大，要使現場有好的音樂動態表現，功率儲備量就必須得足夠；

 　　在一定目標響度下，應該讓音樂信號的動態在每時間段上都能得到充分的體現，如果功放功率太大，其增益設置很小時，響度已達到要求，但這時功放的增益就限制了信號的動態范圍。

 　　所以，功放功率不能太大；否則，既浪費開支，又會帶來響度和音樂動態無法兼顧以及音箱負荷過重的麻煩。另外，所謂的“功率儲備”也應該針對音箱而言，值得注意的是，功放的選定必須由音箱決定，不應該有“功率儲備”的概念去配置功放。換句話說，在一定的目標響度下，音箱可以比設計值大一些，以備不同用途，而功放的功率應該嚴格由音箱決定，沒有太大的靈活性。

 　　綜上，在功放與音箱配置中，功放功率的確是關鍵，但功放與音箱匹配原則應該是統一的。具體如下：

　　一、功率匹配 
　　二、功率儲備量匹配
　　三、阻抗匹配 
　　四、阻尼系數的匹配

　　功率匹配，為了達到高保真聆聽的要求，額定功率應根據最佳聆聽聲壓來確定。我們都有這樣的感覺：音量小時、聲音無力、單薄、動態出不來，無光澤、低頻顯著缺少、豐滿度差，聲音好像縮在里面出不來。

 　　音量合適時，聲音自然、清晰、圓潤、柔和豐滿、有力、動態出得來。但音量過大時，聲音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感覺。因此重放聲壓級與聲音質量有較大關系，規定聽音區的聲壓級最好為80~85dB（A計權），我們可以從聽音區到音箱的距離與音箱的特性靈敏度來計算音箱的額定功率與功放的額定功率。

　　功率儲備量匹配

　　音箱：為了使其能承受節目信號中的猝發強脈沖的沖擊而不至于損壞或失真。

 　　功放：電子管功放和晶體管功放相比，所需的功率儲備是不同的。這是因為：電子管功放的過荷曲線較平緩。對過荷的音樂信號巔峰，電子管功放并不明顯產生削波現象，只是使顛峰的尖端變圓。這就是我們常說的柔性剪峰。而晶體管功放在過荷點后，非線性畸變迅速增加，對信號產生嚴重削波，它不是使顛峰變圓而是把它整齊割削平。有人用電阻、電感、電容組成的復合性阻抗模擬揚聲器，對幾種高品質的晶體管功放進行實際輸出能力的測試。結果表明，在負載有相移的情況下，其中有一臺標稱100W的功放，在失真度1%時實際輸出功率僅有5W！由此對于晶體管功放的儲備量的選取：高保真功放：10倍、民用高檔功放：6～7倍、民用中檔功放：3～4倍，而電子管功放則可以大大小于上述比值，我們常取1.2-2倍。

 　　對于系統的平均聲壓級與最大聲壓級應留有多少余量，應視放送節目的內容、工作環境而定。這個冗余量最低10dB，對于現代的流行音樂、蹦迪等音樂，則需要留有20~25dB冗余量，這樣就可使得音響系統安全，穩定地工作同時音樂細節能夠充分體現出來。

音樂細節、動態表現不足

音樂細節得以充分體現

 　　如上圖，同樣的音樂信號，圖一即是細節無法體現出來；圖二為在足夠的功率儲備的情況下，音樂細節及動態得以充分體現；這樣細節可以使整個音樂“畫面”看起來更立體，這樣的聲音才是有起伏的融入情感的聲音。

　　音箱與功放功率匹配的疑惑：

　　我們經常說語言擴聲場所，功放的功率應該配置為音箱額定功率的1.2-1.5倍，演出場所，功放的功率應該配置為音箱額定功率的1.5-2倍；

　　并非是功放功率一定得是音箱功率的1.2-2倍，才能推得動音箱；是否能夠推得動音箱取決于音箱的靈敏度和轉換效率；例如：兩只音箱靈敏度分別為80dB，100dB，額定功率都是100W，那么，在1m處要得到100dB聲壓級，靈敏度為80dB的音箱，我們需要給它100W的功率，而靈敏度為100dB的音箱，我們只需給它1W的功率；計算公式：80dB+10lg100-20lg1=100dB+10lg1-20lg1==100dB；所以說，揚聲器系統是否易驅動，取決于揚聲器系統的靈敏度，揚聲器系統是否能夠發揮足夠的動態特性，取決于功率放大器的功率余量。

　　阻抗匹配，它是指功放的額定輸出阻抗，應與音箱的額定阻抗（負載阻抗）相一致。此時，功放處于最佳設計負載線狀態，因此可以給出最大不失真功率，如果音箱的額定阻抗大于功放的額定輸出阻抗，功放的實際輸出功率將會小于額定輸出功率。如果音箱的額定阻抗小于功放的額定輸出阻抗，音響系統能工作，但功放有過載的危險，要求功放有完善的過流保護措施來解決，對電子管功放來講阻抗匹配要求更嚴格。

　　阻尼系數的匹配，阻尼系數KD定義為：KD=功放額定輸出阻抗（等于音箱額定阻抗）/功放輸出內阻。由于內阻實際上是音響的電阻元器件，所以阻尼系數就決定了音箱所承受的電阻尼量。電阻尼越大會使音箱的電阻尼過重，降低瞬態響應的指標。

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