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功率放大器应该如何选——参数详解

功率放大器简称功放,一般特指音响系统中一种最基本的设备,俗称“扩音机”,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。其控制能力直接关系到声音质量,在某种程度上决定了整个系统能否提供良好的音质输出。

       功能:将微弱的电声信号转换为强大的功率能量(电压及电流的放大)

       目的:控制音箱完成最终电能转声能的工作

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  1. 功放分类

移频功放除了普通功放的放大信号驱动扬声器扩声的功能外,还能有效的抑制现场啸叫,保证语音的传输质量,即使在环境较差的场合,也能极大限度地抑制回啸,保护音响设备不会因啸叫而烧坏。

    移频功放广泛应用于高档多媒体电教室、培训室,小型会议室或其他简单扩声场合,话筒可直接接入移频功放,还能有效抑制话筒对音箱产生的啸叫,并且支持背景音乐接入进行扩声。

1)按使用形式:定阻式功放、定压式功放。

2)按工作形式:模拟功放、数字功放。

3)按导电方式: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)。

  •         A类功放

纯甲类功放又称为A类功放,这种放大器输出级中的两个或两组输出管永远处于导电的状态,不管有无信号输入,它们都保持传导电流,并使这两个电流等于交流电的峰值。A类功放的工作方式具有最佳的线性,每个输出管均放大信号全波,完全不存在交越失真。

        A类功放最大的缺点是效率低,因为无信号时仍有满电流流入,电能全部转为高热量。当信号电平增加时,有些功率可进入负载,但许多仍转变为热量。A类功放优点则是重播音乐的理想选择,能提供平滑的音质,音色圆润温暖,高音透明开扬。

  • B类功放

        乙类功放又称为B类功放,它的工作原理与纯甲类功率放大器完全不同。当处于工作状态时,晶体管的正负通道通常是处于关闭的状态除非有信号输入。在正相的信号通过时,只有正相通道工作,而负相通道关闭,两个通道绝不会同时工作。所以在没有信号的部分,完全没有功率损失。

        在正负通道开启关闭的时候,常常会产生跨越失真,特别是在低电平的状态下。严格意义上,B类功放并不属于高保真功放。B类功放效率大约为75%,产热量要比A类功放低,一般使用较小的散热器。

  • AB类功放

        甲乙类合并式功放又称为AB类功放,它兼容了A类和B类功放的优势,在两者的性能上做了平衡,是目前主流的功放产品。AB类功放通常拥有两个偏压,没有信号时也会有少量电流通过输出管;信号较小的时候,使用A类功放工作模式,获取最佳线性。信号达到一定电平的时候,自动切换到乙类功放工作模式,获取更好效率。AB类功放优点是可以获得不错的音质保真度、提高效率并减少出热量。存在的缺点则是会产生交越失真。

  • D类功放

        丁类功放又称为D类功放,发烧友常说的数码功放。D类功放直接将负载和供电器连接,电流流通点输出管没有电压,因此没有功率的消耗。当输出管关闭的时候,全部电源供应电压就会出现在晶体管上。没有电流也就不消耗功率,理论上D类功放的工作效率为100%。

        D类功放的优点是效率最高,供电器可以缩小,几乎不产生热量,无需大型散热器,机身体积与重量也显著减少,理论上是失真低、线性佳。但D类功放工作复杂,增加的线路本身亦难免有偏差,所以成功的产品甚少,市面D类功放售价也不便宜。

        在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。认为A类功放声音最为清新透明,具有很高的保真度。但是,A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。B类功放虽然效率提高很多,但实际效率仅为50%左右,在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合,仍感效率偏低不能令人满意。所以,效率极高的D类功放,因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。

        由于近年来数字音响技术和集成电路技术的发展,D类功放技术趋于成熟切价格越来越低,进一步显示出D类功放的发展优势。

  • 按输出级放大元件数量:单端放大器、推挽放大器。
  • 按功放管类型:胆机(使用电子管)、石机(使用晶体管)、IC功放(集成电路功放)。
  • 按功能: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。
  • 按用途:AV功放、Hi-Fi功放。
  • 按使用人群: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重放功放时,声音干冷硬不耐听。

        “民用功放”详细分类又有“HI-FI功放”“AV功放”“卡拉OK功放”以及把各种常用功能集于一体的所谓“综合功放”。

        “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。

2. 功放工作模式

1)STEREO(立体声):两个独立的音频信号对应两个独立功放通道。

2)PARALLEL or MONO(单声道):一个音频信号对应两个独立功放通道。

3)BRIDGE(桥接模式):两个功放通道合并成单个功放通道,对应一个信号输入,负载阻抗相同的条件下功率提升3.5倍以上。

3. 功放参数

  • 输出功率(output power)

表明该功率放大器在一定负载下输出功率的大小,一般在功放说明书上标明在8欧姆负载,4欧姆负载或2欧姆负载状态下的输出功率,同时也会表明功放在桥接状态下,8欧姆负载时或4欧姆负载时的输出功率。这个输出功率表示功放的额定输出功率,而不是最大或者峰值输出功率。

  • 负载阻抗(load impedance)

表明功放的负载能力,负载的阻抗越小,表明功放能通过的电流能力就越强,一般来说,大部分的功放最低负载阻抗为4欧姆,品质好的功放最低负载一般为2欧姆。双通道时能够负载4欧姆的功放,在桥接状态下可以负载最低为8欧姆,双通道时能够负载2欧姆的功放,桥接状态下可以负载4欧姆。桥接状态下只能负载8欧姆的功放,不可以负载更低的阻抗,否则会造成功放因为电流过大而烧毁。

  • 频响范围(frequency range)

表明功放可以进行放大的工作频段,一般为20-20000赫兹,一般在此数据后面有一个后缀,比如-1/+1dB,这代表这个频率范围的误差或浮动范围,这个数值约小,表明频率范围内的频响曲线更平直。如果功放的频响范围以-3分贝为测试条件,这个功放出来的声音可能就没有那么平直了。

  • 总谐波失真(THD,total harmonic distortion)

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。谐波失真还有奇次和偶次之分,奇次谐波会使人烦躁、反感,容易被人感知。一般来说,总谐波失真在1000赫兹附近最小,所以大部分功放表明总谐波失真是用1000赫兹信号做测试,但有些更严格的厂家也提供20-20000赫兹范围内的总谐波失真数据。总谐波失真在1%以下,一般耳朵分辨不出来,超过10%就可以明显听出失真的成分。这个总谐波失真的数值越小,音色就更加纯净。一般产品的总谐波失真都小于1%@1kHz,但这个数值越小,表明产品的品质越高。有些功放听起来让人感到烦躁,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。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,它们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,像意大利Sinfoni(诗芬尼)功放的总的谐波失真就在0.01%以下。

  • 互调失真(IMD,intermodulation distortion)

互调失真是由于功放内部的晶体管工作特性引起的,使正弦波的波形发生畸变而产生的。互调失真的存在,直接影响到声音的音质,电子管放大器没有互调失真,所以一般来说晶体管放大器听起来感觉没有电子管功放那么柔和,舒服。一般互调失真的数值如果大于0.1%,这个功放的声音就感觉生硬,发涩,不抒展。

  • 共模抑制比(CMRR)

共模抑制是用来衡量共模信号被放大器抑制程度的一个综合指标,详细的定义不赘述了,这个参数一般用负值表示,比如-60dB,这个指标也是严重影响放大器的音质的指标,此指标数字越低,功放的音质就越好。

  • 阻尼系数(damping factor)

这是功放内阻和负载阻抗的比值,阻尼系数=音箱的阻抗÷(功放的内阻+音箱线的阻抗),高阻尼系数的功放对音箱单元的控制能力加强,可以让单元的反应更加接近功放输出信号的要求,但过高的阻尼系数将导致音箱的低频延展性变差,声音干硬。比较低的阻尼系数可以获得柔和的低音,但过低的阻尼系数将造成低音变得拖沓,不干净。一般的功放阻尼系数在200-1000@8欧姆之间。音箱线质量不好,线电阻大同样会影响功放的阻尼系数,造成功放对音箱的控制力减弱,声音变散。

  • 输入灵敏度(input sensitivity)

这是个电压概念,表明当功放达到满功率输出时,在输入端的信号电压的大小,一般的功放的输入灵敏度电压为0.775v(0dB)到1.5v(+6dB)之间,灵敏度电压越高,输入灵敏度越低。有些高品质功放,输入灵敏度低是由于采用更深的负反馈电路,所以具有更低的失真,更宽的频响和更好的音质。

  • 信噪比(S/N or SNR or Hum and Noise)

指功放信号电压和本底噪声电压的比值,这个数值越大,表明功放的噪声更低。一般专业产品的信噪比都在100分贝左右,用正值标注时,越高越好(有些功放采用负值标注,数值越小越好)。衰减功放的输入电平增益(关小功放音量旋钮)会降低功放的信噪比。

  • 通道串扰(crosstalk)

意味着功放内部两个放大通道之间通过电路耦合产生的串音,此指标不好,一个声道的信号就会串到另外一个声道去,从而在另外一个通道产生不干净的声音,通道串扰的数值一般为-60分贝左右。这个数值用负值标注时,数值越低,表示两个放大通道之间的分离度越高,声音越干净。

  • 转换速率(Slew Rate)

衡量放大器的响应速度一般是用电压转换速率其定义是在1微秒时间里电压升高幅度,如果以方波测量的话则是电压由波谷升至波峰所需时间,单位是V/u s,数值愈大表示瞬态响应度越好,感觉声音的速度快,能量集中。专业功放的转换速率一般都可以做到40V/u s以上。转换速率低于20V/u s的功放出来的声音会感觉拖沓和发散。

  • 高通滤波器(high pass filter or HPF)

音响系统中,有时会有一些极低频的次声波(infrasonic)信号夹杂在全音频信号当中,这些次声波信号人耳听不见,但是这种信号进入音箱,就会导致低音喇叭产生自激,并导致喇叭损坏,所有,有些功放内部装有次声波消除滤波器,有些是在后面板设置开关,可以在需要的时候切除无必要的30赫兹或40赫兹以下的频率,保护喇叭的安全。

  • 限幅器(limiter)

这是功放的保护措施之一,在功放输入电压超过输入灵敏度电压时,对输入信号进行限幅,从而避免功放因为过高的输入电压产生削波失真。有些功放的限幅器是自动启动的,有些功放在后面板安装了限幅器启动开关来控制限幅器的启动状态。

  • 接地开关(ground left)
  • 效率

效率用来量度多少输入能量是应用于放大器输出的。甲类(A类)放大器效率十分低下,约在10-20%之间,最大不超过25%。现代甲乙类(AB类)放大器一般效率都在35-55%之间,理论值可达78.5%。有报道说商用的丁类(D类)放大器的效率可高达97%。放大器的效率限制了总功耗中有用部分所占的比例。注意,效率越高的放大器散热量越小,通常在几个瓦特的设计中也无需风扇。

4. 选购要点

  • 接口是否齐全

一部AV功放应当具备的最基本输入输出接口,应当包括以下这些:同轴、光纤、RCA多声道输入接口,用于输入数码或模拟音频信号;喇叭输出接口,用于向音响输出信号。

  • 环绕声格式是否齐备

流行的环绕声格式主要有DD和DTS,以上两种均为5.1声道。现在这两种格式已发展到DDEX和DTS ES,均为6.1声道。

  • 所有声道功率是否单独可调

有的廉价功放是将双声道分成五个声道,声道要大就一块大,要小就一块小,而真正合格的AV功放每个声道都可以单独调节。

  • 功放的重量

一般来说,应尽量选择较重的机种,理由是较重的器材首先电源供应部分较强,功放大部分的重量都来自于电源与机箱,器材较重,就表示他使用的变压器数值较大,或使用了容量较大的电容,这些对于放大器而言是提升品质的做法。其次是机箱较重,机箱的材料与重量对声音有着一定程度的影响,某些材质做成的机箱,对于机箱内电路和外界散步的无线电波隔绝有着一定的帮助。机箱的重量较高或结构较稳定,还可以避免器材受到无谓的振动而影响声音。三是较重的功放,用料通常较为丰富扎实。