功率放大器及其与音箱的匹配

功率放大器及其与音箱的匹配

一、本讲主要内容：

1. 熟悉功率放大器的性能指标

2. 熟悉音箱的性能指标

3. 掌握选购功放和音箱的技能

4. 了解功率放大器与音箱（组）的匹配知识

5. 知道功率放大器与音箱（组）匹配的标准

一、功率放大器与音箱的性能指标

（一）功率放大器的性能指标

1．频率响应

人耳能够听到的频率范围在20Hz-20kHz之间，因此放大器的频率范围理论上应做到20-20kHz（±3dB）平直就足够，但事实上音乐中含有的许多乐器或反射泛音谐波有很多是超出这个频率范围的。由于人耳对声音的判别精度可达到0.1dB，有些高级放大器的频响标称20-20kHz的不均匀度为正负0.1dB，当以±3dB不均匀度测量时它们的时频响可能达到10Hz至50kHz甚至更宽。从改善瞬态反应的目的考虑，放大器应该有更宽广的频应范围，现代高级放大器的频响应能达到从10Hz-100kHz（±3dB）。但放大器的频响也不是越宽越好，否则易引入高频或低频干扰，反而使S/N降低或诱发互调失真。

2．谐波失真

物体在受到外界的干扰振动后会出现一个呈周期性衰减振动。例如，两端固定的吉它弦线在中部受到弹拨时，会产生一个肉眼可见的大振动，这个振动称作基波（Fundemental），弦线除了沿中点作大幅度摆动外，线的本身还有许多肉眼很难看到的细小振动，它们的频率都比基波高，这些振动频率被称为谐波（Harmonics），乐器产生的谐波常叫做泛音（Overtone）。除了由信号源产生谐波外，声音振动波传播时遇上障碍物产生的反射、绕射和折射也会产生谐波。放大器线路中的各种电子元件、接线和焊点会在一定程度上降低放大器的线性表现。当音乐信号通过放大器时，非线性特性会令信号产生某种程度的变形扭曲，即相当于在信号中加入了一些谐波，这种信号变形的失真称为谐波失真。当输出功率接近最大值时，谐波失真急剧加大，特别是晶体管放大器会因接近过载（Overload）会发生将信号的顶部齐平削去的严重波形畸变失真。谐波失真一般用百分比来表示，百分比数越小即是放大器产生的谐波少，也就是说信号波形的失真较低。

3．互调失真

互调失真是指整个可听频带中高低频混合成全频的过程引起的失真。产生互调失真的过程其实是一种调制过程，这是因为在放大器的非线性作用下，不同频率的信号会自动相加和相减，产生出两个在原信号中没有的额外信号，当原信号为N个时，输出信号便会有3N个，可想而知，可听频带中由互调失真所产生的额外信号数量相当惊人。

由于互调失真信号全部是音乐频率的相加相减得出的信号，因此人耳对它较为敏感，虽然互调失真和谐波失真都是由放大器的非线性引起，两者都是在正弦波中加入一些额外的频率成份，但它们性质

并不相同，谐波失真是对原信号波形的扭曲，它就算是单一频率信号通过放大线路也会产生失真、但互调失真却是不同频率之间的互相干扰造成的，放大器中互调失真往往大于谐波失真，而且它的测量远比谐波失真复杂，而且在今天仍未有统一的测量标准。要大量降低互调失真，可采用电子分频方式来限制每路放大器和扬声器的工作频带。

4．信噪比（Signal Noise Ratio）

信噪比是信号噪声比的简称，它是指信号电平与噪声电平之比值，通常以分贝（dB）为单位，一般来讲，放大器的信噪比要有85dB以上才有较佳的听感，如低于此值时有可能在音乐间隙中听到的噪音。

（二）音箱的性能指标

1．频响范围

频响范围是考查音箱性能优劣的一个重要指标，它与音箱的性能和价位有着直接的关系，其分贝值越小说明音箱的频响曲线越平坦、失真越小、性能越高。如：一音箱频响为60Hz~18kHz+/-3dB。从理论上来讲，构成声音的谐波成分是非常复杂的，并非频率范围越宽声音就好听，不过这对于中低档的多媒体音箱来讲还是基本正确的。

2．灵敏度

灵敏度是指在给音箱输入端输入1W/1kHz信号时，在距音箱喇叭平面垂直中轴前方一米的地方所测得的声压级。灵敏度的单位为分贝(dB)。音箱的灵敏度每差3dB，输出的声压就相差一倍，普通音箱的灵敏度在85～90dB范围内，85dB以下为低灵敏度，90dB以上为高灵敏度，通常多媒体音箱的灵敏度则稍低一些。

3．功率

根据国际标准，功率有两种标注方法：额定功率与最大承受功率。额定功率是指在额定频率范围内给音箱一个规定了波形的持续模拟信号，音箱所能发出的最大不失真功率，而最大承受功率是音箱不发生任何损坏的最大电功率。但音箱的功率也不是越大越好，以适用为主，对于普通家庭用户的20平方米左右的房间来说，50W的功率就足够，没有必要去过分追求高功率，在后面的内容中，我们还会详细讲解音箱和功放的功率匹配问题。

4．失真度

音箱的失真度是指电声信号转换的失真。声波的失真允许范围是10%内，一般人耳对5%以内的失真不敏感。

5．信噪比

音箱信噪比指回放声音时，正常声音信号与噪声信号的比值。信噪比低，小信号输入时噪音严重，在整个音域的声音明显变得浑浊不清，严重影响音质。信噪比低于80dB的音箱（包括低于60dB的低音炮）建议不购买。

6．阻抗

阻抗是指输入信号的电压与电流的比值。音箱的输入阻抗一般分为高阻抗和低阻抗两类，一般高于16欧姆的是高阻抗，低于8欧姆的是低阻抗，音箱的标准阻抗是8欧姆。市场上音箱的标称阻抗有

4欧姆、5欧姆、6欧姆、8欧姆、16欧姆等几种，虽然这项指标与音箱的性能无关，但是最好不要购买低阻抗的音箱，推荐值是标准的8欧姆。

二、音箱与功放的功率匹配问题

音箱功放的功率匹配问题是音频系统构建的重要问题，处理不好则会对音箱和功放的安全造成隐患。下面我们分两种情况为大家介绍音箱与功放的匹配问题。

（一）功放的输出功率小于音箱（组）的承受功率

功放输出功率不足，结果是功放开到超载，产生削波失真（削波失真是功放管饱和时，信号被削波，输出信号幅度不能进一步增大而引起的一种非线性失真。削波失真会使声音变得模糊而且抖动。削波失真是无法消除的，只有在聆听音乐时注意不要使放大器达到满功率极限）也满足不了音箱对功率的需要，显然，音箱不能输出它能输出的最大声压，自然，也就满足不了我们对声压的需要。从表面上看，音箱好像是安全的，只是声音大小不够和失真不好听而已，但实际上由于功放产生削波失真，其输出信号已经变成具有方波特性的音频信号，而这个信号中，高频率信号的比例成分已远远大于正常音乐信号，通过音箱分频器分配到音箱高音单元中的电功率大大高于正常值，将超过高音单元（音箱中的高音喇叭）自身的承受能力，高音单元会损坏，同时，过大的方波信号成分也会给低音喇叭单元造成过载损坏。

功放的功率小于喇叭的功率在放小声的情况下是没问题,但在大声大动态下就会有严重的失真

（二）功放的输出功率大于音箱的可承受功率。

在这种情况下，一方面在操作中很容易造成音箱长时间在超过它额定功率的情况下工作或瞬间输入功率过大，也必然会损坏，通常是损坏低音喇叭单元（高音成分少于低音）；另一方面，功放功率过大，很小的增益设置即可带来足够的响度（音调、响度、音色），从而限制了信号的动态范围。

实际应用中，为节省开支给音箱配置较小功率的功放或为了所谓的“功率储备充足”给音箱配置很大功率的功放都是不合适的，这些配置都会给设备造成损坏。

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，一般音箱的高音损失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，它在输入音频信号的控制下，输出大小不同的电流给音箱，使之发生大小不同的声音，在一定阻抗条件下，要想让标称功率（额定功率）为200W的功放达到400W或几倍的输出其实很容易，只是功放的失真（THD）将会大大地增加，这种失真主要产生在中、低频信号中的高频谐波，其失真越大，高频谐波能量就越大，而这些高频失真信号都将随高频音乐信号一同进入高音头，这就是为什么小功率功放推大音箱会发生烧高音头的原因。

其次，功放与音箱的功率配置与目标响度（声压）以及所使用场合也有一定的关系。在一定目标响度下，应该让音乐信号的动态在每件器材上都能得到充分的保证，如果功放功率太大，其增益设置（音量大小调节钮）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，既然浪费开支，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。根据以往经验，一般语言、音乐扩音场所和大动态的迪厅等场所是有区别的。一般扩音场所信号起伏小，不需要功放长时间或很快提供很大电流给音箱，所以功放功率应该比要求强劲有力的大动态扩音场所的功率要小。值得注意的是，功放的选定必须由音箱决定，在一定的目标响度（声压）下，音箱可以比设计