又上乾貨!音視頻高級工程師深度解析功率放大器各類參數!

上一篇提到了揚聲器重要參數解析,因為很多專業揚聲器都是採用無源的方式(揚聲器本身不含功放部分),因此,有必要再來解析相對應功放部分的主要參數。

關於為什麼專業功放大多采用無源的方式,其主要是因為,在專業領域,對揚聲器本身的結構是很嚴格的,例如揚聲器開孔位置,腔體結構,材料密度等等,這些都會影響揚聲器本身的性能與音色,而且功放電路集成既會佔據揚聲器腔體空間,還或多或少會引入一些電噪聲,因此,專業領域很多揚聲器都是採用無源的方式。

當然現在也陸陸續續出現很多專業演出級的揚聲器,採用有源的方式,個人認為這主要歸功於,一、隨著科技的發展,目前很多材料的製作工藝,材料本身都性能大大提高,以前的問題逐漸被克服,二、數字功放的快速發展,為大功率、低失真,模塊集中化程度高,體積小等提供了有力條件,相信以後這種一體化,網絡化的設備會越來越多。

同樣,我們利用一個產品說明參數意義:

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如上為意大利功放PowerSoft K3的參數;

首先,我們看到的是通道數,這個參數是基本,無論工程中還是家用的設備,通道數一定要搞清楚,之前,有一個朋友找我,說他買了一個功放和6只音響,想把家裡改造成5.1聲道的家庭影院,問我怎麼接線,我看了他的功放,是個雙聲道的立體聲功放,他只是聽別人說5.1需要6只揚聲器,卻沒有考慮到功放是否支持。

接下來就是輸出功率,這個參數也是功放的最重要的參數,特別是工程設計中,揚聲器與功放功率匹配的計算中,就是依據該參數,例如,如上圖中,K3對應雙聲道模式時,2Ω對應每通道為2800W,4Ω對應2600W,8Ω對應1400W,結合之前揚聲器參數篇中所說,該功放在演出場所中,如果按照2:1的比例,其8Ω就可匹配700W的揚聲器。

這裡不得不引入一個概念——橋接模式,如上參數中,我們也看到後面有一項單聲道橋接模式,其實關於橋接,理解起來是很簡單的,就是把兩個放大線路的輸出端同時推一組揚聲器,橋接時兩個放大線路輸出的音頻波形是反相的,同時加載在揚聲器上,這樣負載就有了兩倍的音頻電壓,從而功率提升了四倍(這是在電流足夠、揚聲器阻抗一致的理想情況下,實際會因為功率限制,電流跟不上,往往橋接輸出功率一般翻1~3倍左右,像上圖中8Ω時,差不多增加了快4倍,而到了4Ω時則只有兩倍多,由此也能看出,該功放的功率最大差不多就5600W左右)。

目前,很多專業演出、KTV等功放,都支持橋接模式,將功放調整為橋接狀態後,揚聲器就不需要接地(黑色負極接線柱空接),揚聲器接線跨接在兩個紅色的輸出級上,相位則紅色接線柱會註明橋接的相位(也就是正負極)。

接下來就是該功放自身電源參數,與散熱參數,此處不解讀,通常在工程設計中,可能會涉及到散熱的問題,這主要與機房降溫有關,計算設備的總髮熱量,並依據計算結果配置空調系統,至於電源,國內只要都按照市電標準就沒有問題。

接下來,看音頻參數部分,首先是增益,關於功放的增益,有一些設備在參數標註時,並不是按照dB為單位,可能只是寫一個數字,例如40,這時,我們一定要注意觀察,看看廠家這個參數是忘記寫單位了還是根本就沒有單位,這主要是因為,增益其實就是放大倍數,沒有單位的時候,可能直接就是寫的放大倍數,如果有單位為dB時,則是另外一種表述方式而已,這兩者之間是按照20logx計算,例如,假設參數就是按照放大倍數為40,那麼計算20log40則為32dB,也就是說參數40和32dB是一樣的;

這樣做有什麼好處呢,我想可能這種dB表述的方式在信號中比較通用的原因吧,因為信號中,如果放大倍數很大的時候,寫起來其實不是很方便,例如放大倍數1000,如果轉換成dB,則只有60,相比與前面40倍對應的32dB,增加不明顯,方便我們更加直觀化理解。

我之所以說不是很理解,是因為其實功放的放大倍數一般都不是很大,像上圖中的Powersoft功放已經屬於國際著名品牌了,其最大也就35dB,差不多55倍多而已,因為這種dB的方式越大,優勢越明顯,反正入鄉隨俗吧。

接下來就是輸入靈敏度參數,這是個電壓概念,表明當功放達到滿功率輸出時,在輸入端的信號電壓的大小,一般的功放,輸入靈敏度電壓為0.775v(0dB)到1.5v(+6dB)之間,靈敏度電壓越高,輸入靈敏度越低。有些高品質功放,輸入靈敏度低是由於採用更深的負反饋電路,所以具有更低的失真,更寬的頻響和更好的音質。

如上表中參數,我們看出其輸入靈敏度電壓都比較高,就是因為該功放採用更深的負反饋電路設計,下一項參數最大輸入電平,這主要是針對調音臺等設備,它們通常採用dBu、dBV等標識方式,這與前面所說的dB換算都是同樣的理念,利用最大輸入電壓與20log(E/e)之間的關係,但是這裡需要注意,x與電路有關係,該功放反推參數,x差不多0.23V;門限顧名思義就是最小信號需求;

頻率響應與揚聲器一樣,也是一個重要參數,該參數要求也是越寬廣平直越好,如上參數20-20KHz,±0.5dB,可見該頻響非常好;

再說說信噪比,實際就是指功放信號電壓和本底噪聲電壓的比值,因此,這個數值越大,表明功放的噪聲更低,設備自然就越好,一般專業產品的信噪比都在100分貝左右,用正值標註(有些功放採用負值標註,數值越小越好),如上參數大於106,可見功放能力也是屬於高端設備,衰減功放的輸入電平增益(關小功放音量旋鈕)會降低功放的信噪比。

串音是指功放內部兩個放大通道之間通過電路耦合產生的串音,如果數值不好,一個聲道的信號就會串到另外一個聲道去,從而在另外一個通道產生不乾淨的聲音,通道串擾的數值一般為60分貝左右。如上設備,也是高於平常參數,這個數值用負值標註時,數值越低,表示兩個放大通道之間的分離度越高,聲音越乾淨。

總諧波失真和互調失真都是衡量一個功放好壞的參數,但是因為該參數解釋詳細,其相對比較專業,只是說概念也不會理解太多,我們無論是工程選擇或者其他的場所,看該參數時,只要明白其越小越好就行。

轉換率是指單位時間裡電壓升高幅度,例如,對於方波,就是指電壓由波谷升至波峰所需時間,如上表中為50V//μs,該參數自然是越大越好,越大說明功放瞬態響應高。

至於阻尼因數,是功放內阻和負載阻抗的比值,越高,說明功放對音箱單元的控制能力越強,但是太高的時候,會感覺聲音比較硬,而低阻尼係數則相對會感覺比較柔和,但是同樣也不能太低,否則會感覺聲音拖沓;

阻尼係數計算方式為:阻尼係數=音箱的阻抗÷(功放的內阻+音箱線的阻抗)。

再後面就是DSP參數和結構參數,因為DSP更多是關於其數模轉換部分的,此處不再贅述。

在最後,我需要說另外一些概念,首先,功放分定壓和定阻兩種,上面我們無論解釋揚聲器時或者解釋功放時,都是利用定阻思想說的,定壓與其類似,只不過不再考慮阻抗匹配,只需要功率大小對應就可以了。

第二、功放分很多類,大的類別分模擬和數字,但是模擬中根據放大電路的不同,又細分為A類、B類、AB類、G類、H類、TD類等,數字功放又細分D類和T類等,上面我們解釋的K3是屬於數字類的D類。

其中模擬A類功放優點是音質好,失真小,但是缺點是能量轉換效率很低,只有25%左右,因此一些民用HIFI功放還是A類;B類功放是為了克服A類能量轉換低的缺點出現的,它的能量轉換到75%,但是也伴隨著電路本身的特點,出現了交越失真,小信號時更加嚴重;因此目前基本沒有這種類型了;AB類則是克服A和B缺點的新電路設計,效率為65%,雖然低於B,但是它的音質好,失真小,目前有很多模擬功放就是AB類電路,至於G、H類則是在AB基礎上發展的,優缺點也同時並存,因為這些詳細解釋都涉及電路,因此,此處不展開。

到了數字功放,則是利用輸入的模擬信號波形與三角波,通過比較器,利用PWM脈寬調製技術調製成寬度不等的波形,然後再輸出給場效應管進行大功率電壓放大。

因為信號已經被調製到了波形的寬度上,因此信號的放大不再過多考慮失真的問題,從而實現更大功率放大,這也是數字功放最大的特點之一。


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