2017-02-07 16:58

功放与音箱之间匹配原则

作者：北斗星音频企业    点击：1149

　　功放与音箱的配置所涉及的方面很多，功放与音箱的具体配置，一般来说与设计人员的经验、爱好、听音习惯等因素有关，很难找到一个统一的标准。有时我们会遇到一些用户或设计人员为了节省开支常给音箱配置较小功率的功放，有些用户又为了所谓的“功率储备充足”给音箱配置很大功率的功放。显然，这样做都是不合适的。重要的是，这样配置会给设备造成损坏。

　　大家都知道，在进行厅堂声学设计后，需要根据一系列计算确定音箱选型，然后再由所选音箱的功率、阻值匹配合理的功放。

　　但是究竟两者功率如何选配才能达到最佳匹配呢？

　　首先，在人耳听域的20Hz~20kHz内，真正集中大量能量的音乐信号一般在中、低频段，而高频段能量仅相当于中、低频段能量的1/10。所以，一般音箱高音损失的功率比低音喇叭低得多，以求高低音平衡；而功放好比一个电流调制器，它的输入音频信号的控制下，输出大小不同的电流给音箱，使之发出大小不同的音量。

　　在一定负载的条件下，要想让小功率输出的功放驱动更大动态表现能力的音箱时，功放的失真（THD）将会大大地增加，如图：

　　由于功放功率不足而产生了过载失真，此时最易烧毁高音喇叭，原因是功放在过载情况下输出直流信号，信号被削波，波形接近于方波，产生大量谐波失真，高频谐波高出原信号而烧毁高音喇叭。

　　而在不少人的概念里，只要功放功率大，就有可能烧音箱。虽然有些功放没有失真指示，但由于设备配置已经先天不足，失真有可能在使用中时有发生，这时失真指示已失去意义。况且，由于使用者的经验和素质的限制，功放的失真往往容易被忽略。

　　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。不同的使用场合及使用用途，目标响度及动态范围不同；

　　如上图所示，这是交响乐的动态范围，信号的最大响度和最小响度差值很大，要使现场有好的音乐动态表现，功率储备量就必须得足够；

　　在一定目标响度下，应该让音乐信号的动态在每时间段上都能得到充分的体现，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。另外，所谓的“功率储备”也应该针对音箱而言，值得注意的是，功放的选定必须由音箱决定，不应该有“功率储备”的概念去配置功放。换句话说，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。

　　综上，在功放与音箱配置中，功放功率的确是关键，但功放与音箱匹配原则应该是统一的。具体如下：

　　一、功率匹配 
　　二、功率储备量匹配
　　三、阻抗匹配 
　　四、阻尼系数的匹配

　　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。我们都有这样的感觉：音量小时、声音无力、单薄、动态出不来，无光泽、低频显著缺少、丰满度差，声音好像缩在里面出不来。

　　音量合适时，声音自然、清晰、圆润、柔和丰满、有力、动态出得来。但音量过大时，声音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感觉。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），我们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。

　　功率储备量匹配

　　音箱：为了使其能承受节目信号中的猝发强脉冲的冲击而不至于损坏或失真。

　　功放：电子管功放和晶体管功放相比，所需的功率储备是不同的。这是因为：电子管功放的过荷曲线较平缓。对过荷的音乐信号巅峰，电子管功放并不明显产生削波现象，只是使颠峰的尖端变圆。这就是我们常说的柔性剪峰。而晶体管功放在过荷点后，非线性畸变迅速增加，对信号产生严重削波，它不是使颠峰变圆而是把它整齐割削平。有人用电阻、电感、电容组成的复合性阻抗模拟扬声器，对几种高品质的晶体管功放进行实际输出能力的测试。结果表明，在负载有相移的情况下，其中有一台标称100W的功放，在失真度1%时实际输出功率仅有5W！由此对于晶体管功放的储备量的选取：高保真功放：10倍、民用高档功放：6～7倍、民用中档功放：3～4倍，而电子管功放则可以大大小于上述比值，我们常取1.2-2倍。

　　对于系统的平均声压级与最大声压级应留有多少余量，应视放送节目的内容、工作环境而定。这个冗余量最低10dB，对于现代的流行音乐、蹦迪等音乐，则需要留有20~25dB冗余量，这样就可使得音响系统安全，稳定地工作同时音乐细节能够充分体现出来。

音乐细节、动态表现不足

音乐细节得以充分体现

　　如上图，同样的音乐信号，图一即是细节无法体现出来；图二为在足够的功率储备的情况下，音乐细节及动态得以充分体现；这样细节可以使整个音乐“画面”看起来更立体，这样的声音才是有起伏的融入情感的声音。

　　音箱与功放功率匹配的疑惑：

　　我们经常说语言扩声场所，功放的功率应该配置为音箱额定功率的1.2-1.5倍，演出场所，功放的功率应该配置为音箱额定功率的1.5-2倍；

　　并非是功放功率一定得是音箱功率的1.2-2倍，才能推得动音箱；是否能够推得动音箱取决于音箱的灵敏度和转换效率；例如：两只音箱灵敏度分别为80dB，100dB，额定功率都是100W，那么，在1m处要得到100dB声压级，灵敏度为80dB的音箱，我们需要给它100W的功率，而灵敏度为100dB的音箱，我们只需给它1W的功率；计算公式：80dB+10lg100-20lg1=100dB+10lg1-20lg1==100dB；所以说，扬声器系统是否易驱动，取决于扬声器系统的灵敏度，扬声器系统是否能够发挥足够的动态特性，取决于功率放大器的功率余量。

　　阻抗匹配，它是指功放的额定输出阻抗，应与音箱的额定阻抗（负载阻抗）相一致。此时，功放处于最佳设计负载线状态，因此可以给出最大不失真功率，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，音响系统能工作，但功放有过载的危险，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格。

　　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。由于内阻实际上是音响的电阻元器件，所以阻尼系数就决定了音箱所承受的电阻尼量。电阻尼越大会使音箱的电阻尼过重，降低瞬态响应的指标。

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