談音響中的阻抗

1、談音響中的阻抗2009-08-11 09:40:22來源:作者: 【大中小】瀏覽:2947次評論 :0條談音響中的阻抗筆者發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者在選購前級、后級擴(kuò)大器時(shí)，常會詢問它的輸入阻抗、輸出阻抗及輸出內(nèi)阻是多少？功率和驅(qū)動(dòng)能力有多強(qiáng)？膽機(jī)好還是晶體管機(jī)好？橋接又如何？選購揚(yáng)聲器時(shí)也想了解它的功率、效率、阻抗等等感覺似是而非的問題。首先從阻抗談起。阻抗是音響是最常看到的字眼了，那么它到底是指什么呢？阻抗與電阻的概念不是完全一樣的。阻抗就是電阻加電抗，詳細(xì)地說，就是電阻、電容抗、電感抗在向量上的總和。在相現(xiàn)電壓下，阻抗越高電流越小，阻抗越低電流越大。一般音響器材常提到阻抗的地方有：揚(yáng)聲器的阻抗，前后級放

2、大器的輸入阻抗，前級的輸出阻抗，（后級經(jīng)常不稱作輸出阻抗，而稱輸出內(nèi)阻），信號導(dǎo)線的傳輸阻抗等。若說到器材內(nèi)部電子線路及零件和各部分阻抗那就復(fù)雜了在此只介紹有關(guān)音響器材標(biāo)稱的阻抗具有什么實(shí)質(zhì)意義。1 、揚(yáng)聲器的電阻抗現(xiàn)在先從揚(yáng)聲器的阻抗談起。目前，世界各國的揚(yáng)聲器廠家每天都在制造出千萬只品種與性能各異的揚(yáng)聲器，以滿足日益增長的Hi-Fi市場與AV市場的需要，但揚(yáng)聲器的標(biāo)稱阻抗卻都遵循 4Q, 8Q, 16Q, 32Q這樣一個(gè)國際化的標(biāo) 準(zhǔn)系列。這代表了什么呢？這代表了揚(yáng)聲器諧振頻率的峰值fo 至第 2 個(gè)共振峰fr 之間呈現(xiàn)的最低阻抗值，如圖 1 所示，實(shí)際上揚(yáng)聲器構(gòu)成的輸出線路是一個(gè)帶電抗的

3、電阻，只不過它的電阻隨播放音樂的頻率而變，這個(gè)動(dòng)態(tài)的電阻就稱為阻抗，它可不是一個(gè)常數(shù)值，而是隨頻率的不同而不同，甚至可能會起伏得很厲害，可能在某頻率高到十幾Q或二十幾Q,也可能在某頻率低到1Q或以下。當(dāng)后級輸出一固定電壓給揚(yáng)聲器時(shí)，依照歐姆定律，4Q的揚(yáng)聲器會比8Q的揚(yáng)聲器多流過一倍的電流，因此如果你會計(jì)算功率的話，你就會明白為何一部8Q輸出100W的晶體后級，在接上4Q揚(yáng)聲器時(shí)會變成200W 了。當(dāng)然除非 特殊需要，沒有一個(gè)揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)專家會冒天下眾多音視器材阻抗匹配要求之大不魅，設(shè)計(jì)出類似于2.5 0 5Q, 10Q, 15Q這樣非標(biāo)稱阻抗系列的揚(yáng)聲器供應(yīng)市場。誰都知道一個(gè)二單元的音箱 9

4、1個(gè)高音2個(gè)低音0通常都采用1只8Q 的高音單元和2只4Q的低音單元串聯(lián)組成，或者用1只8Q的高音單元和2只 16 Q的低音單元并聯(lián)組成，以達(dá)到整個(gè)音箱的 8 Q輸入阻抗與功率放大器8Q輸 出阻抗相匹配；但不一定每個(gè)人都知道揚(yáng)聲器的標(biāo)稱阻抗是隨頻率而變化的對數(shù)曲線。其阻抗公式由下式表示：Zr=R+jwL+（ BL） 2YmZr 揚(yáng)聲器的電阻抗R， L 揚(yáng)聲器音圈的等效電阻與電感（ BL） 2Ym 力學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的 “動(dòng)生電阻抗”其阻抗曲線示意圖如圖 1 所示圖 1 揚(yáng)聲器阻抗曲線示意圖從圖 1 中可以看出。在頻率fz 處就是揚(yáng)聲器的標(biāo)稱阻抗，在頻率fo 處揚(yáng)聲器的阻抗最大；在其它頻率時(shí)揚(yáng)聲器的阻

5、抗變化跌蕩起伏。當(dāng)頻率小于 fo 時(shí)， 揚(yáng)聲器的阻抗會趨向偏低，目前市售的揚(yáng)聲器幾乎都是如此。一般來說，低頻從數(shù)十赫茲到數(shù)百赫茲這一段，揚(yáng)聲器的阻抗達(dá)到最低點(diǎn)，這時(shí)要求功率放大器輸出足夠大的電流才能滿足揚(yáng)聲器圓滿工作的要求，產(chǎn)生既有低頻又有力度的震撼效果來。這在發(fā)燒友播放動(dòng)態(tài)激烈的LD盤或低頻豐滿的VCD, CD盤時(shí)均可以十分明顯地體會出來。因此不同型號的揚(yáng)聲器對功率放大器的吃電流能力也不同，吃電流能力大的揚(yáng)聲器，即使2X100W以上功率的放大器在低頻段重放時(shí)，也不能正常工作、往往出現(xiàn)失真。即使不出現(xiàn)失真，揚(yáng)聲器也剛剛達(dá)到啟動(dòng)工作狀態(tài)，沒有足夠的電流能量使其進(jìn)入最佳工作狀態(tài)，它的低頻必然會蒼白

6、無力，沒有厚度；同時(shí)由于電流能量不夠，也使揚(yáng)聲器振膜的振動(dòng)速度跟不上頻率變化的速度。這在當(dāng)前，不少發(fā)燒友把原來只適用于Hi-FI發(fā)燒的揚(yáng)聲器去充當(dāng)家庭影院專用揚(yáng)聲器時(shí)，上述這些情況就是有發(fā)生了。當(dāng)如上所述，揚(yáng)聲器的阻抗值不斷下降時(shí)，后級輸出一個(gè)固定電壓，它的電流就會愈來愈大，你確定你的后級能輸出這么大的電流嗎？你知道揚(yáng)聲器阻抗不斷下降的結(jié)果到后來就相當(dāng)于是把揚(yáng)聲器線直接短路，所有的晶體管后級放大器，其輸出電流的能力均有其設(shè)計(jì)上的限制，超出此范圍，機(jī)器就要燒掉遼也就是為什么一般人常說的：后級的功率不用大，但輸出電流要大的道理。當(dāng)然這種講法也不太規(guī)范。因?yàn)楝F(xiàn)今的高保真晶體管功率放大器基本屬定壓型放

7、大器，以輸出功率=負(fù)載的電流平方 項(xiàng)載阻抗來計(jì)算，大功率時(shí)電流大，小功率時(shí)電流小亦屬于正常。真正有機(jī)會在既定的負(fù)載上有 “大電流輸出” 的，還是大功率放大器。早期日本放大器給人的印象就是功率標(biāo)示很高，但輸出電流能力則令人質(zhì)疑，其實(shí)輸出功率和驅(qū)動(dòng)能力之間的關(guān)系十分微妙。講到 “輸出功率 ” 的高低與“驅(qū)動(dòng)能力” 的強(qiáng)弱，兩者雖然沒有絕對的關(guān)系，但卻有相對的聯(lián)系。輸出功率很容易從數(shù)字顯示， 50W， 100W， 200W 甚至更多，但是驅(qū)動(dòng)能力的辨識就得依靠慧眼，甚至得真正試過才知道。功率放大器的驅(qū)動(dòng)對象是揚(yáng)聲器，驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)，也就表示越能壓得住揚(yáng)聲器。當(dāng)然您會問，什么樣的揚(yáng)聲器難推？筆者認(rèn)為：低

8、效率的(86dB以下的)，低阻抗的(4Q或以下的)，靜電式和鋁帶 式等等，都是很考究功放搭配的。而功放的驅(qū)動(dòng)能力則完全體現(xiàn)在電流的供給上，電壓 池流，就是真正的 功率”。如果有一部功放，其功率標(biāo)稱是100W<2(8Q) , 200W<2 (4Q) , 400W<2 (2Q),通常稱他是 大電流”設(shè)計(jì)，這種功放的驅(qū)動(dòng)能力就會比較強(qiáng)。小小一套日本產(chǎn)的床頭音響組合動(dòng)不動(dòng)就是300W，可是KRELL勺300W后級你想一個(gè)人扛是扛不動(dòng)的。這種高電壓低電流的日本放 大器如遇上現(xiàn)在滿街都是的低阻抗揚(yáng)聲器，一下子就軟了腳。4 Q的需求電壓比8Q低，但需求電流去吐匕較大，就以 4W為例，8Q揚(yáng)

9、聲器是0.7A,而4Q揚(yáng)聲器 則吃 1A 電流，故為何大家都說低阻抗揚(yáng)聲器比較難推動(dòng)。正由于低阻抗揚(yáng)聲器吃電流，故晶體后級逐漸形成大電流設(shè)計(jì)。只要負(fù)載電流夠，晶體機(jī)的輸出功率會隨著揚(yáng)聲器阻抗的降低而提升。但膽機(jī)因有輸出變壓器隔離，功率不隨揚(yáng)聲器阻抗變化，因此當(dāng)揚(yáng)聲器阻抗猛往下降時(shí)，膽機(jī)就可能使不上力，此時(shí)揚(yáng)聲器欲吃電流，但膽機(jī)卻是電壓組件，無法提供電流，此時(shí)是不是晶體機(jī)比膽機(jī)夠力？有些放大器的設(shè)計(jì)是可以把兩個(gè)聲道結(jié)合起來成為一個(gè)單聲道來運(yùn)作。通常其功率比原來兩個(gè)聲道功率之和不要大。這種技術(shù)稱為橋接或同極耦合。放大器是否可以橋接是取決于原來的設(shè)計(jì)的。大部分的放大器都不能橋接，如果說明書沒有說明，

10、則不要作此嘗試，否則可能會損壞機(jī)器，其實(shí)這樣做亦非是好事，因?yàn)樗鼤狗糯笃魅淌艿妥杩沟哪芰档汀Ｈ绻幸粚P(yáng)聲器的阻抗很高，像早期的Rogers LS3/5A那放大器的輸出功率豈不是減??？這是對晶體管機(jī)而言的，對于膽機(jī)卻是好事；因?yàn)槟憴C(jī)有輸出變壓器，故無論負(fù)載阻抗變大或變小，膽機(jī)可維持穩(wěn)定的功率輸出，遇到3/5a 等高阻抗揚(yáng)聲器時(shí)，膽機(jī)比晶體機(jī)來得夠力。晶體現(xiàn)驅(qū)動(dòng)高阻抗揚(yáng)聲器會降低功率，但也有例外，因?yàn)橛袀€(gè)別晶體管機(jī)亦使用輸出放大器，其輸出功率不會隨負(fù)載阻抗變動(dòng)而變動(dòng)。2、放大器的輸入和輸出阻抗在多級放大器中前級放大器對于后級來說是信號源，它的輸出阻抗就是信號源的內(nèi)阻；而后級相對于前級來說就是

11、負(fù)載，它的輸入阻抗就是信號源（前級放大器）的負(fù)載阻抗。放大器的輸入阻抗是愈高愈好，而輸出阻抗是愈低愈好。假設(shè)信號源輸出一個(gè)固定電壓往上一級，如果這一級的輸入阻抗高，是不是由信號源所提供的信號電流就可以降低呢？如果輸入阻抗非常高，則幾乎不會消耗信號電流就可以驅(qū)動(dòng)這一級電路工作，由于輸入高阻抗所需的信號電流較少，則連接其上的信號線中的電流必較小，因此對于信號線品質(zhì)的要求就可以不必那么高，這就少了一個(gè)電流干擾的機(jī)會。缺點(diǎn)：易感染噪聲其實(shí)所謂放大器輸入阻抗愈高愈好，輸出阻抗愈低愈好，其主要原因是與其它器材互相搭配時(shí)，其匹配性比較高。通常低輸出阻抗多數(shù)是指前級放大器的輸出阻抗，后級通常是稱作輸出內(nèi)阻的。

12、前級的低輸出阻抗有幾個(gè)好處：（ 1）一般強(qiáng)調(diào)低輸出阻抗即表示了它有較大的電流輸出能力，容易搭配一些低輸入阻抗的器材（后級）。（2）低輸出阻抗可以驅(qū)動(dòng)長的信號線及電容量較大的負(fù)載。另外感染噪聲的問題會降得很低，可以大幅提高信號信噪比，使音樂的純度提高，音質(zhì)就比較好。后級的低 輸出阻抗的好處是：可更有效地控制揚(yáng)聲器的有害的自由振動(dòng)。在電場的學(xué)中得知，揚(yáng)聲器是音圈流過一定頻率的電流使振膜移位而發(fā)聲 的，當(dāng)這一頻率電流結(jié)束時(shí)，其振膜自身質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性使其繼續(xù)自由振 動(dòng)，而下一音頻電流來時(shí)，其振膜還不能完全回復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)位置就被這下一 個(gè)音頻電流再驅(qū)動(dòng)。揚(yáng)聲器的振膜是在偏離靜止?fàn)顟B(tài)位置的狀態(tài)下接受驅(qū)動(dòng)

13、 的，所以必然會引起其振動(dòng)不完全隨下一個(gè)音頻電流的變化而變化。換句話來 說，當(dāng)接入音頻信號激勵(lì)后，即使激勵(lì)信號停止，揚(yáng)聲器的振動(dòng)也不不會立即 停止，而是逐漸衰減，聲音有拖尾感，發(fā)出原始信號中沒有的失真聲音，使音 響表現(xiàn)的音頻清晰度降低。理想的情況是上一個(gè)音頻電流結(jié)束時(shí)，揚(yáng)聲器的振 膜應(yīng)回復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的位置而不再繼續(xù)自由振動(dòng)。另外，由于音圈切割磁力 線，使得揚(yáng)聲器本身會產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓，這個(gè)感壓電壓與功放輸出級的電壓 疊加后產(chǎn)生信號失真。綜上所述，為消除這種余振而帶來的信號失真，必須對 揚(yáng)聲器的自由振動(dòng)進(jìn)行阻尼。功放的輸出相當(dāng)于一只低值的電阻，它與揚(yáng)聲器相關(guān)聯(lián)，揚(yáng)聲器得到音頻電流而移位發(fā)聲，當(dāng)

14、頻率電流結(jié)束時(shí)，揚(yáng)聲器振膜還會產(chǎn)生自由振動(dòng)，這時(shí)音圈也在磁體的磁場中切割磁力線而產(chǎn)生感生電壓，功放的內(nèi)阻由于是與其相關(guān)聯(lián)的，故此時(shí)對音圈自由振動(dòng)產(chǎn)生的感生電壓通過功放的輸了，等效內(nèi)阻形成電流短接而使音圈受到阻尼，從而加快揚(yáng)聲器振膜的停振。大家都知道，功率放大器的阻尼系數(shù)DF女聲器的額定阻抗/功率放大器額定輸出阻抗（也就是內(nèi)阻 +音箱線阻），其值的大小表示功放對其負(fù)載揚(yáng)聲器的駕馭能力的強(qiáng)弱，其值愈大表示對揚(yáng)聲器的駕馭能力愈強(qiáng)，反之則愈弱。所以當(dāng)功放的內(nèi)阻很小時(shí)，能夠有效地吸收揚(yáng)聲器共振時(shí)產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢，這種阻尼能力強(qiáng)，迫使振膜的停振加快（這也是人們?yōu)槭裁催x用低阻音箱線的重要原因之一）；當(dāng)功放的內(nèi)阻較大時(shí)，這種阻尼力弱，振膜自由振動(dòng)的時(shí)間