功放参数全面解析入门

功放参数全面解析
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。

立体声(两路)模式(stereo mode or dual mode)：一般的功放内部具有两个独立的放大电路，可以分别接受两路不同的信号分别进行放大并输出，这种工作状态称为立体声(两路)模式。

桥接模式(bridge mode)：桥接模式是利用功放内部的两个放大电路相互推挽，从而产生更大输出电压的方式，功放设定为桥接模式后，成为一台单声道放大器，只可以接受一路输入信号进行放大，输出端为两路功放输出的正端之间。

并联输入模式(parallel mode)：此方式将功放的两路输入信号通道进行并联，只输入一路信号来同时驱动两个放大电路，两个输出端输出信号相同。

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)：表明功放工作时，由于电路不可避免的振荡或其他谐振产生的二次，三次谐波与实际输入信号叠加，在输出端输出的信号就不单纯是与输入信号完全相同的成分，而是包括了谐波成分的信号，这些多余出来的谐波成分与实际输入信号的对比，用百分比来表示就称为总谐波失真。

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。

互调失真(IMD)：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)：功放的机箱一般与电源变压器屏蔽相连，功放机箱也具有接地端，但这个“地”
与信号的“地”不同。

当电源的接地端存在干扰时，打开接地开关让功放机箱的接地与之相接可以降低交流声干扰，如果电源地线没有干扰就不要接通
功放参数指标(上)
放大器的的规格是衡量其性能的一个重要指标，当然另一个重要指标是以耳朵收货。

常听发烧友说音响器材的规格没多大意义，许多测试数据优良的放大器其声音却惨不忍听。

这话只说对了一半，首先这优良的数据一般是在产品开发阶段测试原型机时得出的。

在大量生产阶段一般来说其性能都会打一定的折扣，视乎器材的档次而定。

其次的就是目前的科技虽然使放大器性能获得很大改善，但要对20~20KHz的声频信号作出人耳无法察觉失真的放大，是一件极不容易的事，况且一般放大器的所谓性能规格只是给出寥寥几项数据，其中大多数只是在某些物定条件下测量的。

根本不足以反映放大器的基本性能。

用以评定放大器的技术规格的方法分为动态和静态两种，静态规格是指以稳态下弦波进行测量所得的指标。

这实际上是属於古典自动控制理论（ClassicalControlTheory）中的频率分析法。

在二十世纪二三十的代便已开始使用。

测试项目包括有频率响应，谐波失真，信噪比，互调失真及阻尼系数等。

动态规格是指用较复杂的信号例如方波，窄脉冲等所测量得的指标，包括有相位失真，瞬态响应及瞬态互调失真等。

动态测试实际上也类似工业自动控制系统中常见的瞬态响应测试，只不过工业测试常用的是阶跃信号（StepSignal）而音响测试则用缩短了的阶跃信号——方波。

要大体上反映出放大器的品质，必须综合考虑动态测试和数据。

至於人耳试听方面由於含有较多主观因素，在此不打算详加讨论。

由於大部份厂商对其产品一般都只是给出少数参数应付了事，故此笔者希望藉此机会对一些较重要的音响器材规格作一番介绍，方便新进发烧友及一些非工程技术人仕对音响技术有更深入的领会。

频率响应
在众多技术指标中，频率响应是最为人们所熟悉的一种规格。

一部分放大器而言。

理论上只需要做到20至2万周频率响应平直就已足够，但是真正的乐音中含有的泛音（谐波）是有可能超越这个范围的，加上为了改善瞬态反应的表现，所以对放大器要求有更高的频应范围，例如从10Hz~100kHz等
频率响应
在众多技术指标中，频率响应是最为人们所熟悉的一种规格。

一部分放大器而言。

理论上只需要做到20至2万周频率响应平直就已足够，但是真正的乐音中含有的泛音（谐波）是有可能超越这个范围的，加上为了改善瞬态反应的表现，所以对放大器要求有更高的频应范围，例如从10Hz~100kHz等
习惯上对频率响应范围的规定是：当输出电平在某个低频点下降了3分贝，则该点为下限步率，同样在某个高频点处下降了3分贝，则定为上限频率。

这个数分贝点有另外一个名称，叫做半功率点（HalfPowerPoint）。

因为当功率下降了一半时，电平恰好下降了解情况分贝。

有一点必须指出的是半功率点对某些电子设备及自动控制系统虽有一定的意义，但对音响器材就未必合适，因为人耳对声音的解析度可达到0.1分贝。

所以有一些高级器材标称20至20K达到正负0.1分贝，这实际上经起标称10至50K+3DB规格有可能更高。

顺带一提的是，频应曲线图实际上是有两幅的，在控制工程中“波特图”（BodePlot）。

其中的幅频曲线图就是我们常见的频率响应图，另一幅叫做相频曲线图，是用来表示不同频率在经过了放大器后所产生的相位失真（相位畸变）程度的。

相位失真是指讯号由放大器输入端至输出端所产生的时间差（相位差）。

这个时间差自然是越小越好，否则会影响负回输线路的工作。

除此之外相位失真也和瞬态响应有关，尢其是和近年来日益受到重视的瞬态到调失真有著密的关系。

对於HiFi放大器而言，相位失真起码要在20~20KHz+-5%范围之内。

谐波失真
任何一个自然物理系统在受到外界的扰动后大都会出现一个呈衰减的周期性振动。

举例来说，一根半米长两端因定的弦线在中间受到弹拨的话，会产生一个1米波长的振动波，称为基波（Fundemental），弦线除了沿中心点作大幅度摆动外，线的本身也人作出许多肉眼很难察觉的细小振动，其频率一般都是比基波高，而且不止一个频率。

其大小种类由弦线的物理特性决定。

在物理学上这些振动波被称为谐波（Harmonics）。

为了方便区别，由乐器所产生的谐和波常被为泛音（Overtone）。

谐波除了由讯号源产生外，在振动波传播的时候如果遇上障碍物而产生反射，绕射和折射时同样是会产生谐波的。

无论是基波或谐波本身都是“纯正”的正弦波（注：正弦波是周期性函数，由正半周和负半周组成，但决不能将其负半周称为负弦波！）但它们合成在一起时却会产生出许多厅形怪状的波形。

图三：便是一个基波加一个二次谐波（频率高一倍，幅度小一半）所合成的一个波形。

大家所熟悉的方波就是由一个正弦波基波加上大量的厅
次（单数）谐波所组成，这也解释了为什么方波常常被用作测试讯号的原因。

放大器的线路充满著各种各样电子零件，接线和焊点，这些东西可多或少都会降低放大器的线性表现，当音乐讯号通过放大器时，非线性特性会使音乐讯号产生一定程度的扭曲变形，根据前述理论这相当於在讯号中加入了一些谐波，所以这种讯号变形的失真被为谐波失真。

这就不难明白为什么谐波失真常用百分比来表示。

百分比小即表示放大器所产生的谐波少，也就是说讯号波形被扭曲的程度低。

由不同的物理系统所产生的谐波其成份也不相同。

但都有一个共通点，那就是谐波的频率越高，其幅度越小。

所以对音频放大器而言，使声音出现明显可闻失真的是频率最接近基波的二至三个谐波失真分量.
厂商在标定产品的谐波失真时，通常只给出一项数据，例如0.1%等。

可是由放大器所产生的谐波却并不是一项常数，而是一项与信号频率和输出功率有关的函数。

图四表示出两台典型晶体管双声道放大器的谐波失真与讯号频率的关系曲线。

图五则是一部输出为100W的晶体管放大器谐波失真与输出功率的关系曲线。

] 谐波失真并非完全一无是处，胆机的声音之所以柔美动听，原因之一是胆机主要产生偶次谐波失真。

即频率是基波频率2‘4’6‘8’…倍的谐波。

因为谐波电平和频率成反比，所以2次谐波幅度大，影响也大，其余的由於幅度小，所以影响也大，其余的由於幅度小，所以影响轻微，虽然二次谐波技术上讲是失真，但由於其频率是基波的一倍，刚好是一个倍频程，也就是说右以和基波组成音乐上的纯八度。

我们知道纯八度是最和谐，动听的和声。

所以胆机声音甜美，音乐感丰富也就不难理解。

在40年代时，有许多较“小型”的收音机故意加入相当程度的二次谐波失真。

目的是制造“重低音”去取悦消费者。

声音右能会很过瘾，但是和高保真的要求却是完全背道而驰。

讯号噪声比
讯号噪声比（SignalNoiseRatio）简称讯噪比或信噪比，是指有用讯号功率与无用的噪声功率之比。

通常贝计量，因为功率是电流和电压的函数，所以讯噪比也可以用电压值来计算，即讯号电平与噪声电平之比值，只是计算公式稍有不同。

以功北率计算讯噪比：S/N=10log以电压计算讯噪比：S/N=10log由于讯噪比和功率或者是电压成对数关系，要提高讯噪比的话便要大幅度地提高输出值和噪声值之比，举例来说，当讯噪比为100dB时，输出电压是噪声电压的一万倍，以电子线路来说，这并不是一件容易的事。

一台放大器如有高的讯噪比意味着背景宁静，由于噪声电平低，很多被噪声掩盖着的弱音细节会显现出来，使浮音增加，空气感加强，动态范围增大。

衡量放大器的讯噪比是好或者是坏没有严格的判别数据，一般来说以大约85dB以上为佳，低于此值则有可能在某些大音量聆听情况下，在音乐间隙中听到明显的噪音。

除了讯噪比外，衡量放大器噪音大小也可以用噪声电平这个概念，这实际上也是一个用电压来计算的讯噪比数值，只不过分母是一个固定的数：0.775V，而分子则是噪声电压，所以噪声电平和讯噪比的分别是：前者一个绝对值，后者则一个相对数。

在许多产品说明书中的规格表数据后面，常常会有一个A字，意思是A-weight,即A计权，计权的意思是指将某个数值按一定规则权衡轻重地修改过，由于人耳对中频特别敏感，所以如果一台放大器的中频段讯噪比足够大的话，那么即使讯噪声比在低频和高频段稍低，人耳也不易察觉。

可见如果采用了计权方式测量讯噪比的话，其数值一定会比不采用计权方式为高。

以A计权来说，其数值会较不计权高约会分贝。

互调失真
顾名思义，互调失真（IntermodulationDistortion）是指由於讯号互相调制所引起的失真，调制一词本来是指一种在通讯技术中，用以提高讯号传送效率的技术。

由於含有声音、图像，文字等的原始讯号“加进”高频讯号里面，然后同志将这个合成讯号发送出去。

这种将高低频相“加”的过程和方式称为调制技术，所合成的讯号称为调制讯号。

调制讯号除保留高频讯号的主要特征外，还包含有低频讯号的所有信息。

产生互调失真的过程实质上也是一种调制过程，由於一个电子线路或一台放大器不可能做到完全理想的线性度，当不同频率的讯号同时进入放大器被放大时，在非线性作用下，每个不同频率的讯号就会自动相加和相减，产生出两个在原讯号中没有的额外讯号，原讯号如有三个不同频率，额外讯号便会有6个，当原讯号为N个时，输出讯号便会有N（N-1）个可以想像的是，当输入讯号是复杂的多频率讯号，例如管弦乐时，由互调失真所产生的额外讯号数量是多么的惊人！
由於互调失真讯号全部都是音乐频率的和兴差讯号，和自然声音完全同，所以人耳对此是相敏感的，不幸的是，在许多放大器中，互调失真往往大於谐波失真，部份原因是因为谐波失真一般比较容易对付。

由於互调失真讯号全部都是音乐频率的和兴差讯号，和自然声音完全同，所以人耳对此是相敏感的，不幸的是，在许多放大器中，互调失真往往大於谐波失真，部份原因是因为谐波失真一般比较容易对付。

虽然互调失真和谐波失真同样是由放大器的非线性引起，两者在数学观点上看同样是在正浞导号中加入一些额外的频率成份，但它们实际上是不尽相同的，简单的说，谐波失真是对原讯号波形的扭曲，即使是单一频率讯号通过放大线路也会产生这种现象，而互调失真却是不同频率之间的互相干扰和影响，测量互调失真远比测量谐波失真复杂，而且至今尚未有统一的标准。

功放参数指标(下)
瞬态互调失真
瞬态互调失真（TransientIntermodulationDistortion），得称TIM失真。

是什么时候被发现的笔者搞不清楚，但是TIM测量方法则迟至70年代才公开发表。

由於瞬态互调失真与负回输密切相关，所以在讨论瞬态互调失真时就需要先从负回输说起。

负回输（NegativeFeedback）是一种广泛应用於各类工程技术领域，简音而实用的控制技术，负回输本来是属於控制技术中的闭环控制（CloseLoopControl）系统的一个环节，但因为应用广泛，所以常常被用作闭环控制的代名词。

负回输实际上是一种普遍存在於人们日常生活中的自然规律，举例来说，当我们驾驶汽车的时候，如果发现汽车偏离得驶路线，我们就会向相反方向扭动方向盘，使汽车驶回正确路线。

在这里我们的眼睛就是充当负回输通道的作用，负责把输出值（汽车得驶方向）回馈给挖掘器（大脑），然后控制器将输出值和设定值（正确方向）互相比较（相减），然后根据比较后的误差，发出修正讯号（扭方向盘）去纠正由此可见，负回输的作用是将输出值倒相（变为负数），随后将之回馈至输入端，和设定值相减，得出误差讯号，然后控制器就会根据误差大小作出修正。

在电子放大线路中，由於零件的对称，温度的变化，噪音的干扰以及其他种种原因，使读号的被放大的同时，无可避免地被加入各种各样的失真，而负回输则能有效地降低这些失真。

举一个简单的例子来说，如放大器在放大一个正弦波讯号时，加入了一个失真的方波讯号，这个正弦加方波的讯号会被负回输线路反相，然后加馈至输入端，和原来的正弦波相减，使原来的讯号幅度变小之除还含有一个相反的方波，这个新的讯号在经过放大器时同样会被再次加入一个失真的方波讯号，由於讯号里面已有一个相反的方波，这样正反方波便会互相抵消，使输出讯号只含有正弦波，这就明显地降低了失真。

不过负回输的缺点也是很明显的，因为负回输令输入讯号和回馈的输出讯号相减，降低了讯号电平，如果要使输出讯号相沽，降低了讯号电平，如果要使输出讯号被放大到足够的强度，放大器的放大率（增益）便要加大，所幸的是这并非难事，尢其是晶体管机。

如果我们将负回输量加大，使输出讯号降低到和输入讯号电平相同的程度，即完全没有放大，这种放大器线路有一个特殊的名称，叫缓冲放大器（BufferAmplifier）。

虽然讯号没有被放大，但因为放大器一般都是输入阻抗高，输出阻抗低。

所以缓冲放大器常被用作阻抗匹配之用。

既然负回输能有效地降低失真，但为会么又会引起瞬态互调失真呢？原来问题出在时间上，其中又以晶体管机最为严重。

和真空管相比，晶体管有坚因耐用，体积小，重量轻放大率高等优点，其缺点是工作特性不稳定，易受温度等因素影响而产生失真甚至失控。

解决办法之一是采用高达50至60dB左右的深度负回输。

反正晶体管的放大率很高，牺牲一些无所谓，由於采用了大深度的负回输，大幅度减少了失真，所以晶体管机很容易获得高超的技术规格。

不过麻烦也就因此而起，为了减少由深度负回佃所引起的高频寄生振荡，晶体管放大器一般要在前置推动级晶体管的基极和集电极之间加入一个小电容，使高频段的相位稍为滞后，称为滞后价或称分补价，可是无论电容如何细小，总需要一定时间来充电，当输入讯号含有速度很高的瞬态脉冲时，小电容来不及充电，也就是说在这一刹那线路是处於没有负回输状态。

由於输入讯号没有和负回输讯号相减，造成讯号过强，这些过强讯号会讼放大线路瞬时过载（Overload）。

因为晶体管机负回输量大，讯号过强程度更高，常常达到数十倍甚至数百倍，结果使输出讯号削波（Clipping）。

这就是瞬态互调失真，因为在晶体管线路最多出现，所以也被称为“原子粒”声。

顺带一提的是，这种负回输时间延迟问题在工业控制系统中也常常遇到，称为纯延迟（DeadTime）问题，其起因绝大部份是因为感应器（Sensor）安装位置太远。

例如在一个恒温热水器中，瘟度探测被安装在远离发热顺的位置，结果是当探测器感应到水温足够时，在发热器附近的水温早就已经过热了。

这样的控制结果必然是水温在过热和过冷之间大幅摆动，称为控制超调（Overshoot）或系统振荡。

纯延迟至今仍然是困扰自动控制技术的一大难题，有关解决方法的论文由五十年代至今少说也有上千篇，但始终找不到一个简单而行之有效的办法。

虽然负回输出现时间延迟不好对付，但要解决也不是没有办法，我们可以干脆让它出现，或即使其出现也不至於造成太大的破坏，方法有多种，例如只用小量大环路负回输，这样即命名出现负回输时间延迟，输入讯号也。