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浅谈功放和音箱的匹配问题
更新时间:13-05-18

        在专业声领域里,功放与音箱配置所涉及的方面很多,例如功率匹配、功率储备量匹配、阻抗匹配、阻尼系数的匹配等。在配接时认识到上述几点,可使所用器材的性能得到充分的发挥,达到理想的效果。
 1、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。大家都有这样的感觉:音量小时声音无力、单薄、动态较小、无光泽、低频显著缺少、丰满度差;音量合适时声音自然、清晰、圆润、柔和丰满、有力、动态较大;音量过大时,声音生硬不柔和、毛糙、有刺耳的感觉。因此重放声压级与声音质量有较大关系,规定听音区的声压级最好为80-85dB(A计权),可以从听音区到音箱的距离与音箱的特性灵敏度来计算音箱的额定功率与功放的额定功率。
        大家都知道,在进行厅堂声学设计时,需要根据一系列计算确定音箱功率,然后再由音箱功率确定功放功率。首先,通常在人耳听域的20Hz-20kHz内,集中大量能量的音乐信号一般在中、低频段,高频段能量仅相当于中、低频段能量的1/10,一般音箱高音损失的功率比低音低得多。而功放好比一个电流调制器,它在输入音频信号的控制下,输出大小不同的电流给音箱,使之发生大小不同的声音,在一定阻抗下,可以实现标称功率200W的功放达到400W或几倍的输出,但是功放的失真(THD)将会大大增加,这种失真主要产生在中、低频信号中的高频谐波,其失真越大,高频谐波能量就越大,这些高频失真信号都将随高频音乐信号一同进入高音头,这就是为什么小功率功放推大音箱会发生烧高音头的原因。其次,功放与音箱的功率配置与目标响度以及所使用场合也有一定的关系。在一定目标响度下,应该让音乐信号的动态在每件器材上都能得到充分地保证,如果功放功率太大,其增益设置很小时,响度已达到要求,但这时功放的增益就限制了信号的动态范围。所以,功放功率不能太大,否则,既浪费开支,又会带来响度和音乐动态无法兼顾以及音箱负荷过重的麻烦。
        总之,功放的选定必须由音箱决定,在一定的目标响度下,音箱可以比设计值大一些,以备不同用途,而功放的功率应该严格由音箱决定,没有太大的灵活性。功放与音箱功率配置的具体标准应该是:在一定阻抗条件下,功放功率应大于音箱功率,但不能太大。在一般应用场所功放的不失真功率应是音箱额定功率的1.2-1.5倍;而在大动态场合则应该是1.5-2倍。参照这个标准进行配置,既能保证功放在最佳状态下工作,又能保证音箱的安全,即使对经验不足的操作人员,只要不是操作严重失误或前级周边设备调校不当,就能让音箱和功放工作在稳定状态。
2、功率储备量匹配
        所谓的“功率储备”是针对音箱而言,按照AES标准,一般音箱可以在短时间内承受高于它额定输入功率4倍(6dB)的瞬间峰值输入功率,即一个标称300W的音箱,短时间可以承受1200W的输入功率。按照美国FTC实验室的标准,在电源供应能力足够大的情况下,功放可以瞬间输出高于其额定输出功率3dB的峰值输出功率,也就是说一台额定输出功率为300W的功放,可以短时间提供2倍于额定输出功率的峰值输出功率(600W)。如果要求一台能够提供1200W峰值输出功率的功放,这台功放的额定输出功率就需要达到600W,要让功放和音箱都能够完全把各种音乐峰值信号表现出来,功放的额定输出功率就要等于音箱输入功率的2倍。
        但是,这种配置下,要求你不能把功放的额定功率完全加到音箱上,如果完全加上,音箱实际上在承受了超过它额定输入功率1倍的输入功率,也就是音箱始终处于超负荷工作状态,这对音箱而言是非常危险的,所以按照功放输出功率和音箱输入功率为2:1的比例,目的仅在于让音箱可以表现其峰值输出能力,但对功放输入电平的控制就比较严格。在正常情况下,功放额定输入电平为0dB,此时功放输入电平设置要比额定功率输入电平低3dB,也就是说在让600W的功放只工作在300W的状态,当一个具有4倍(6dB)峰值特性的信号进入功放的时候,功放的实际输入电平就达到了6+(一3):+3dB,而此时功放瞬间输出功率也就达到额定输出功率的l倍,正好和音箱的峰值输入功率匹配。如果不这样控制电平,比如同样额定600W的功放推300W的音箱,功放仍按照其额定输入电平,那么功放就正常输入600W的功率,音箱等于有l倍的输入功率,当一个+6dB(4倍)的峰值信号进入的时候,功放峰值输出功率要达到2400W,但是功放的峰值输出能力只有2倍,它不能发出4倍的不失真功率,此时就对音频信号进行削波,将正弦波的音频信号变成了方波信号,扬声器就很容易受损伤。
        总结设置控制电平有两种方式:第一种为设定系统正常工作电平全部为OdB,当功放前级的设备输出电平指示为OdB的时候,把功放的音量电位器减小3dB;第二种为设定系统正常工作电平全部为OdB.然后把调音台的输出电平在正常情况下减小3dB。
3、阻抗匹配
        阻抗匹配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,功率处于最佳设计负载状态,可以输出最大不失真功率。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,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。
4、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+线阻。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,电阻尼量越重,当然功放的KD值并不是越大越好,KD值过大会使音箱电阻尼过重,以至使脉冲前沿建立时间增长,降低瞬态响应指标。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。
5、总结
        综上所述,只有充分考虑到影响功放与音箱匹配的几个重要因素,功率匹配、功率储备量匹配、阻抗匹配、阻尼系数匹配等,才能使所用设备的性能得到充分的发挥,在达到理想扩声效果的同时,保护了设备的安全。

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