功放技术参数的分析

音响技术基础知识

A Vtechnology

艺术团体经常进行巡回演出，音响器材尤其是功率放大器要经过火车、汽车运输，各种地形复杂的道路会带来振动，所以要求功率放大器结构非常结实、抗振特性良好、设计科学、加工工艺精细。在不同城市、乡镇进行的文艺演出还会遇到各种意想不到的复杂情况，如演出剧场或现场的电网电压不稳定，或临时演出由于观众较多，需要加大额定输出功率提高现场演出的响度以满足室外演出的需要等。因此要求功率放大器有适应多种功能的能力，除要求功能全外，更主要的还要有很高水平的音色质量表现，如对美声演唱要求有很宽的频带(频率通带)才能把美声歌曲优美的泛音表现出来，从而丰富声乐音色的艺术表现，而对于音乐中各种乐器的个性色彩的表现又要求功放有极低的本底噪声，即有很高的信噪比和极低的失真度，才能将各种不同乐器的乐音细节明朗地表现出来。这就要求功率放大器有很高水平的技术参数来做保证。

1 技术参数

1.1 功率放大器的额定功率

额定功率指在规定的总谐波条件下功率放大器长期承受额定负载阻抗上的输出功率，是适用的功率。

最大输出功率是在不考虑失真的情况下，给功率放大器输入足够大的信号电平，将音量开至最大时，功率放大器所能输出的最大功率。这是短时间使用的功率。

峰值功率是指功率放大器在处理音乐信号时能够在瞬间输出的最大功率。峰值功率反映功率放大器处理音乐信号的能力，是一个参考功率。

提高功率放大器输出功率的方法有两种方法。一种是降低负载阻抗。输出电压不变的情况下将8 Ω改变成4 Ω，理论上输出功率会增加2倍，但因功率放大器内部直流电源容量和晶体管耗数功率的限制，实际上可提高功率为1.6倍。另一种采用桥式跨接法，双通道立体声可选用桥接方式进行跨接使用。

双通道立体声桥接后理论上是每声道的4倍功率，实际上的输出功率约为3倍。这种模式可选用但并不提倡。电路电桥要求每个双声道放大器的技术指标完全相同，保持0点电位始终保持0电位。如某个电位有点偏离，某个电路稍有点不平衡，一只功率放大器就会驱动另一只功率放大器，两只功率放大器就会产生相位差和电平差，使输出波形产生严重的失真。当不平衡状态严重时，由于相互“倒灌”可导致功率放大器的损坏。所以临时现场扩声的应急时可采用桥式接法，室内固定专业音响系统均不选用。

1.2 频率响应范围

频率响应是指功放对音频信号的各个频率分量的放大能力，他表明功放在通频带宽度内各个频率分量的不均匀程度特性等。

理想的频率特性曲线是平直的，即功放的输出电平在各个频率都比较平直，说明功放对各个频率分量的放大能力是均匀的。如功放的频率特性曲线有波峰波谷，说明功放对某频率放大能力过强(形成波峰)，对某频率的放大能力过弱(形成波谷)。如果功放的频率特性有较大的波峰和波谷，放音的音色就会变差，所以一般波峰波谷的存在不准许超过3 dB，严格的指标是±2 dB。

人耳听觉的频率范围是20 Hz~20 kHz，如果频响范围达到这个标准则为高水平。

为完美地表现乐音的表现力，充分地表现出高频泛音的频率空间，要求功放有足够频带的宽度，以表现音色的个性，对频带的上限要有适度的扩张频带，20 kHz以上也要有一定的空间。

对频带的下限扩张可保证次低音的重放。如果功放频带不够宽，则音色会变得干涩、生硬，以致于当一些音色相近的乐器同时演奏时，代表他们各自音色特点的泛音被削波损失，从而造成辨别不出到底是哪种乐器发出的声音。

1.3 阻尼系数

大口径的低音扬声器，因为音圈运动的惯性而不能与音频的驱动信号同步，纸盆的余振使扬声器重放声音混浊不清。尤其是400 Hz以下的频率影响最大。

功放技术参数的分析李鸿宾

基础知识

音响技术

A Vtechnology

当功放和扬声器连接以后，功放对扬声器的音圈惯性运动有制动作用。原理是纸盆上的音圈在磁声中，做切割磁力线的运动，此时会产生一个感应电动势。这个电动势与功放的输出内阻构成一个电流回路，感应电流与扬声器内磁场的作用产生一个阻止纸盆运动的力，使纸盆在驱动信号结束后能够很快地恢复到中心位置0位。这种功放对纸盆的过量运动的电子制动能力就叫阻尼系数。阻尼系数D =R s /R i ，其中，R s 为扬声器的(音箱)内阻，R i 为功放输出的内阻。

由公式可知，输出阻抗越小(内阻)，阻尼系数越大。D 阻尼系数越大，扬声器音圈恢复原位的能力就越强，对低音重放的效果就越好，一般专业功放的阻尼系数都在100~200，高保真功放的阻尼系数则在500以上。1.4 转换速率

转换速度表示给功放一个输入(IN)信号在1 μs 时间内其输出电压的变化。因为在音乐中有很多乐器的乐音发音速度很快，如钢琴、打击乐器的始振时间很短。这个脉冲信号包括拨弹乐器乐音的振幅很陡地上升，时间很短，功放应将这个快速变化的音频信号准确、如实地放大，如转换速率不够快，这些快速变化的乐音的音色特性就会受到损害，这是功放对快速变化的跟随能力。转换速率低也就会使功放产生瞬态互调失真。一般专业功放转换速率为10~90 V/μs；高保真音响为500~600 V/μs。1.5 信噪比

信噪比是说明功率放大器信号动态范围的一个技术指标，是指在额定功率下，功放输出端的信号电压有效值，与无信号输入时输出端上的噪声及交流声的电压有效值之比。信噪比值越大表示听音时音质越干净。1.6 声道隔离度

声道隔离度又称通道间的串音衰减，是指右声道的输出电压与馈入右声道中产生的电压的分贝比值。

声道隔离度越高，左右声道越纯净，重放音乐时声场的音源定位越准确，可更加准确地反映各个乐器的位置。1.7 失真度

失真度是由于功放放大特性的非线性引起输出信号中产生新的谐波失真信号发生。功放的失真可分为总谐波失真和互调失真两个非线性失真的技术参数指标。

总谐波失真是功放输入端输入一个没有失真的纯

正弦波信号，然后在功放额定功率下测量输出信号中正弦波基波与他的各项谐波之比。

当两个以上的音源送入功放的输入端，在输出端就有音频信号输出，并有非线性失真所造成的“和频”、“差频”谐波失真信号，影响乐音的泛音音色与和声效果(主要是引起音色的泛音结构的改变)。所以功放的非线性失真，互调失真越小越好。非线性失真越小，音色的保真度就越好。

2 功率放大器的保护系统

2.1 过流保护电路

当功率放大器的输出回路中额定匹配阻抗发生变化时，8 Ω→4 Ω→2 Ω→1 Ω时，甚至于发生短路状态时，功率放大器的输出回路中电流迅速增加，会烧毁功率放大管。所以为防止功放管因电流过大而被烧毁，在功放回路中增设了过流保护电路，当功放回路中的电流超过额定值时，保护电路中的开关管被打开，发出控制信号将功放的工作电源切断，使功放停止工作，从而保护功放管。当功放的输出阻抗调整后，功率放大器才会恢复正常的工作。2.2 过压保护电路

功率放大器在输入信号电平过大时，功放的输出电压就会成倍地增加，超过额定限度，此时过强的输出电压会损坏扬声器的音圈，严重时则会烧毁扬声器的音圈，尤其是高音单元的音圈。所以为防止大信号的电平信号送入功放的输入(IN)电路中而损坏扬声器，在功放电路中增加了过压保护电路。当输入电平信号过大时，功放输出(OUT)电路的电压会升高超过额定限度，保护电路的开关被打开，将这个过高的电压经过系数电阻送入到前三级放大电路的IN 端，这两个信号的相位相反，所以功放的输出电压越大，送入前三级的输入端的电压也就越大，因为这个电压与IN 信号相位相反，这样就减小了IN 信号的电平，从而控制OUT 电压，从而保护扬声器不受过大的电压冲击而损坏扬声器单元。2.3 延时开关电源

当开启电源，由延迟电路控制一个电源开关继电器来打开电源，可避免功率放大器与其他电器设备同时开启而产生较强的浪涌电流，对设备造成损害。