音箱功放机产品基础知识

音箱、功放机产品基本知识培训教材

广州市迪声音响有限公司GUANGZHOU DESAM AUDIO CO.,LTD

第一章放大器

一、概述

放大器(Amplifier)是音響系統中最基本的設備,它的任務是把信號源的微弱電信號進行放大以驅動揚聲器發出聲音。由于放大器的輸入和輸出都是電信號,不牽涉到复雜的能量變換過程(如傳聲器把聲能變成電能,揚聲器把電能變成聲能等),所以它是音響系統中技朮比較成熟、各項電聲指標比較高的設備。在國產專業音響設備中,進步最快,最能替代進口設備的產品就是一批國產名牌專業功率放大器。

放大器按其在音響系統中所處的位置及其分工不同,可分為前置放大器(前級)和功率放大器(后級)兩大類。前置放大器的主要任務是把從各种信號源(如話筒、唱机、CD唱机等)輸入的信號進行選擇和放大,并提供各种控制功能如均衡控制、音量控制、響度控制、平衡控制、音調控制和帶寬控制等。前置放大器的輸出電平一般定為0dB(即0.775V)或略高一些,它只能驅動耳机放聲,必須經過功率放大器進一步放大才能驅動揚聲器放出宏亮的聲音。功率放大器的主要任務則是把來自前置放大器(在專業音響系統中則是來自調音台)的信號進行功率放大以驅動揚聲器發聲。

在民用音響中,前級和后級的組合有兩种方式,一种把前、后級裝在一起成為一個單元,稱為合并式放大器或稱為擴音机,這种結构較簡單,用得較普遍。另一种就把前級与后級分開裝成兩台設備,這時的功率放大器常稱為“純后級”,這种結构較复雜,成本較高,但搭配較靈活。專業音響系統中則几乎全部是前、后級分開,而且大多數情況下是由調音台代替了前置放大器。只有少數是例外,如中、小功率的背景音樂擴聲机、公共廣播机、卡拉OK机等仍然是采用合并式。

下面分別敘述前置放大器和功率放大器的結构、特性和應用。重點放在功率放大器,而前置放大器僅作扼要介紹。

1、前置放大器

圖1 - 1是典型的立体聲前置放大器(Pre Amplifier)。因為立体聲放大器的左、右通道

完全相同,所以只畫其中一路。

從圖中可,信號源有: 唱机、調諧器、錄音机和線路輸入(LINE IN)或輔助輸入(AUX IN)。

這個輔助輸入是為了增加靈活性,例如在需要時,可供連接CD机、影碟机、錄像机、電子琴、電吉它、電倍司(低音電吉它) 、合成器等高電平(100mV以上)信號或其他線路的輸出信號等。

图1-1前置放大器的组成

不同的信號源,不僅輸出電平和要求与之匹配的負載各不相同,而且它們各自的頻率特性也有很大的差

异。因此,前置放大器必須根据各信號源的特性而給予相應的放大和阻抗匹配、頻率均衡、甚至衰減,以保証不論選用何种信號源,都能達到所規定的輸出電平和獲得平坦寬闊的頻率特性。一般要求前置放大器輸出電壓能達到0dB,即0.775V 或1V 左右。表1 - 1為几种常見的信號源輸出電平和負載阻抗。從表中可見,信號源的輸出電平高至數百亳伏(如調諧器)甚至2V(如CD 机),低至1mV(如動圈式拾音頭),相差懸殊。但我們要求前置放大器的輸出無論對任何信號源都應達到1V 左右。因此,前置放大器對各信號的放大量就不應該一致。例如對1mV 的動圈式拾音頭的放大就要1000倍(60dB),而對200mV 輸出的調諧器則只需放大5倍(14dB)。 一般來說,前置放大器中主通道的放大量不用太大,只要滿足高電平輸入的信號源能獲得1V 輸出就可以了。當然,由于音調控制電路等有衰減作用,設計應留有一定余量。至于低電平的信號源(如唱頭、話筒)可通過各自獨立的均衡放大器,獲得足夠的放大量,再通過信號源選擇器加至主通道中。

表1-1 常見信號源輸出電平及負載阻抗

信號源選擇器的作用是使用戶隨心所欲地選擇各類信號源。信號源選擇器大多是旋鈕式或按鍵式,其中,輕触式的按鍵選擇器,內部多用微處理器管理。

大多數前置放大器都設有音調控制器和立体聲平衡調節器。典型的音調控制器特性見圖1 - 2。一般來

图1-2音调控制器特性

立体聲平衡的簡易控制,見圖1 - 3。 從圖可見,通過對電位器RP 的調整可以使L(左)和R(右)聲道的音量達到平衡。如果左右聲道不平衡,人的左右兩耳就會產生附加的聲級差,從而使聲像產生不必要的偏移,立体聲

的

图1-3平衡控制器

說,音調控制器都有高低音調整旋鈕,可以

通過它們的調整使高、低音得到适當提升

或衰減。通常,高低音的最大提升或衰減量

在±20dB 左右。進行音調提升的主要原因

是:人耳對聲音的頻率響應是不平直的,尤

其是響度較低時,對中頻(1kHz~3kHz)特別

敏感, 而對高頻与低頻則敏感性特別差。

所以,通過音調控制器提升高、低頻,以補

償人耳的不足。此外,聆听的的環境也可能對高頻或低頻有不同的損耗,音調控制器也可以補償這些環境之不足。

聲像還原就會失真。在工程調試時,該調

節器還便于人們獨立調試左、右聲道。

把該調節器滿調向左,便只有左聲道信

號;反之便只有右聲道信號。

前置放大器還有均衡控制、響度控

制、帶寬控制等功能,此處從略。

如前所述,由于在專業音響系統中多配置調音台而很少使用單獨的前置放大器,故對此不作深入講述。

2、功率放大器

功率放大器(Power Amplifier)的任務是放大來自前置放大器的信號,產生足夠的不失真

輸出功率,以驅動揚聲器正常工作。与前置放大器相比,功率放大器是處于大信號輸入和大信號輸出的工作狀態。功率放大器件的電壓電流動態范圍很大,所以容易引起非線性失真。另外由于整個音響系統的功率損耗絕大部分都在這里,因此還有電源效率的問題。

+聲頻功率放大器按工作狀態分有甲類(A類) 、甲乙類(AB類)和乙類(B類),還有所謂A

類和AA類等等。甲類放大在正弦信號輸入的整個周期內都有集電极電流流通,所以,輸出的波形失真最少,但是沒有輸入信號時,依然存在著相當大的靜態電流,所以效率很低;甲乙類放大在沒有信號時也會有小的靜態電流,效率較高,但失真較大;乙類放大器沒有輸入信號時,其靜態電流為0,效率最高,但失真也最大。一般來說,家庭和專業音響大部分功率放大器都采用甲乙類,也有采用甲類的。

按電路形式來區分,功率放大器有: 單管功率放大器和雙管推挽功率放大器,帶輸出變壓器和不帶輸出變壓器等。不帶輸出變壓器的功率放大器又分為OTL和OCL(既無輸出變壓器和無輸出電容器),絕大部分的專業音響都采用OCL電路,而背景音樂、緊急廣播用的放大器由于需要較高的電壓傳輸,故普遍采用帶輸出變壓器的放大器。

二、功率放大器的技朮指標

80、90年代頒布的兩項國家標准、行业標准──SJ/T10406-93聲頻功率放大器(擴音机)通用技朮條件, GB9001-88聲頻功率放大器(擴音机)測量方法──對聲頻功率放大器提出了整机頻率特性、諧波失真系數、功率帶寬、最大輸出功率、信號噪聲比和阻尼系數等十多項基本參數,并將功率放大器分為三個等級,分別提出不同的技朮指標要求。

下面參照上述兩項國家標准,對音響工程中最常用的一些主要指標分別作出說明。另外對某些外國標准中常見的指標也作一簡介。(另2000年又頒布了SJ/T11217-2000家庭影院用環繞聲放大器通用規范)

1、整机頻率特性

整机頻率響應(Frequency Response)又稱為頻率特性,簡稱“頻響”。是指整個通道(帶音調

控制的擴音机其音調控制器置于正常位置)在正常工作狀態下,在規定頻帶內相對參考頻率的振幅傳輸頻率響應,單位用分貝(dB)表示。它是衡量一台放大器對不同頻率音頻信號放大量的均勻度的重要指標,例如國標規定一級功率放大器的頻響為20Hz~20kHz, ≦±0.5dB;而三級功率放大器頻響則為80Hz~12.5kHz, ≦±2dB。目前优質高保真功率放大器的頻響可以達到20Hz~20kHz, ±0.1dB。此外,有些產品說明書還直接給出放大器的頻響特性曲線,更為直觀。

2、諧波失真系數

諧波失真系數,一般也稱作總諧波失真(Total Harmonic Distortion,縮寫為THD)是指在規定頻帶內,標稱額定輸出功率及標稱額定輸出功率以下,功率放大器輸出信號的最大諧波失真系數。其數值等于放大器輸出信號中由于失真而新增加的各諧波成份的均方根值与有用信號(基波)有效值之比的百分數。即:

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