智能音箱 之 功放與揚聲器(喇叭)的匹配關系

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1. 功放的概念  

功率放大器簡稱功放,俗稱 “擴音機”,是音響系統中最基本的設備,它的任務是把來自信號源(專業音響系統中則是來自調音臺)的微弱電信號進行放大以驅動揚聲器發出聲音。

2. 功放的分類

功率放大器分為A 類,B 類,AB 類和D 類,

A 類即使沒有信號輸入時,也工作在偏置區,效率最低,理論效率只有25%;

B 類如果沒有信號輸入,幾乎不消耗功耗,理論效率78%;

AB 類效率與B類相當,但相對于B 類,失真更小;

D 類利用極高頻頻率的轉換開關電路來放大音頻信號,具有很高的效率,通常能夠達到85%以上。

3. 功放的重要指標

評價功率放大器主要從輸出功率電源紋波抑制比(PSSR),總諧波失真加噪聲(THD+N),關閉電流(Shutdown current), 工作電壓(Power supply),還有功放的轉換效率等。

最大輸出功率(POCM),輸出功率反映了一個音頻功率放大器的負載能力,通常音頻放大器廠家會提供產品的在工作電壓一定條件和額定負載下的的最大輸出功率。

電源紋波抑制比(power supply rejection rate)是音頻放大器的輸入測量電源電壓的偏差偶合到一個模擬電路的輸出信號的比值。PSRR 反映了音頻功率放大器對電源的紋波要求,PSRR 值越大越好,音頻放大器輸出音質就越好。

總諧波失真(total harmonic distortion)是指一個模擬電路處理信號后,在一個特定頻率范圍內所引入的總失真量。噪聲(noise)是指通常不需要的信號。有時是由于熱或者其他物理條件產生的在線路板上的其它電氣行為(干擾).從THD+N 的定義不難看出總諧波失真和噪聲越小越好。

關斷電流(Shutdown current)關斷電流越小,說明在待機條件下的放大器功耗小。輸出偏移電壓小有利于電池壽命的延長。

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4. 功放和喇叭如何匹配

  音箱的瞬時峰值功率可以達到額定功率的4倍,即100瓦的音箱,可以承受400瓦的瞬時峰值功率。

  功放的瞬時峰值功率輸出可以達到額定功率的2倍,即100瓦的功放可以輸出瞬時峰值200瓦的功率。

  在高動態等音樂場合例如交響樂等演出,為了高的動態效果,按2倍音箱功率來配功放。否則容易燒壞音箱。

  一般的會議場合動態變化是不大的,我們可以按照1比1來功率配功放。

? ? ? 很多時候我們采取一種折中的方法來配功放,即1.1-1.5倍的音箱額定功率來配功放。

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5. 功放和喇叭匹配原則

5.1 功率匹配  

常有人將功率放大器的額定功率與揚聲器的額定輸入功率等同起來,認為只有這兩個功率指標完全相同時,才稱為功率匹配。

這種看法是片面的,它們是兩個完全不同的概念,不可混淆。

功率放大器的額定輸出功率是指失真所限制的功率,超過這個輸出功率的電平,功放輸出將產生削波失真,必須留有相當大的

動態余量。揚聲器的額定輸入功率是指揚聲器在規定時間內連續工作不損壞的極限功率。

國家標準規定揚聲器的額定輸入功率是指給揚聲器該功率粉紅噪聲信號電平,使揚聲器連續工作100h不損壞的極限功率。

(1)用小功率的功放去推動大功率的揚聲器,會出現“推不動”的情況,功放動態范圍不夠,就是功率稍大的時候失真迅速增加,

? ? ? ?? 而且難以實現全頻段的平衡。

(2)功放的持續輸出功率值小于揚聲器的持續輸出功率最容易導致揚聲器的損壞。

? ? ? ?? 因為假如功放的持續輸出功率100W,揚聲器的持續輸出功率200W。當連接系統后,一旦調節音量旋鈕,輸出功率在100W

? ? ? ?? 左右時,功率放大器已經處于滿負荷運轉狀態,而揚聲器還有很多余量。一旦用戶繼續提高音量,這時候的輸出功率超過

? ? ? ? 了功率放大器的持續輸出功率值,也就造成失真,這種失真被稱為“削波失真”,被稱為“揚聲器殺手”。因為這種失真信號,

? ? ? ? 即使功率很小也能產生類似直流的電信號很輕易地就能燒毀揚聲器的線圈

? ? ? ?? 對于一款持續輸出功率200W的揚聲器來說,失真率為50%的150W電信號比無失真的300W信號更可怕!

(3)反之,功放的持續輸出功率遠遠大于揚聲器的功率,則在其極限輸出聲壓級狀態連續工作,極易被燒壞

   所以一般要求功放的額定輸出功率要適當大于喇叭的額定輸入功率。否則容易燒壞喇叭。

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5.2 阻抗匹配 

功放阻抗與揚聲器阻抗相等的情況最為理想。此時功放與揚聲器均處于良好的工作狀態,功放工作在最佳的負載線狀態,

可以給出最大的不失真功率,能獲得良好的聲音效果。

  (1)如果功放的阻抗小于揚聲器的阻抗,比如一只4Ω的功放接上一個8Ω的音箱:根據功率P=U*U/R,可算出功放的輸出

? ? ? ? ? ? ? ? 功率僅為額定功率的一半,則喇叭音量比較小,但是不會損壞設備,所以可以采用這種配置,但是不推薦。

  (2)如果功放的阻抗大于揚聲器的阻抗,比如一只阻抗為8Ω的功放接上阻抗為4Ω的音箱,由于實際接的負載僅為4Ω,

根據功率P=U*U/R,此時的電流I變成之前的1.4倍左右,此時功放處于過載的狀態,很容易將功放燒毀。

所以一定不能用大阻抗的功放推動小阻抗的揚聲器。

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5.3 頻帶匹配   

為了獲得較快速的動態響應和較好的高頻特性,功率放大器的頻帶應相當寬。通常功率放大器的電頻率響應要求平直,

其頻帶寬度應當遠大于揚聲器的聲頻率響應寬度。

揚聲器的聲頻率響應寬度最多只能達到20Hz-20KHz,而功率放大器的電頻率響應寬度可達10Hz-100KHz。

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關于匹配參考了電子發燒友上的文章:http://www.elecfans.com/yuanqijian/dianshengqijian/20180412661069_a.html 。

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