音響人必搞懂問(wèn)題(一):揚(yáng)聲器的電阻抗
來(lái)源:蘭格 編輯:小月亮 2020-07-05 17:12:09 加入收藏
我發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者在選購(gòu)擴(kuò)大器包括前級(jí)和后級(jí)時(shí),常會(huì)詢問(wèn)它的輸入阻抗、輸出阻抗及輸出內(nèi) 阻是多少?功率和驅(qū)動(dòng)能力有多強(qiáng)?膽機(jī)好力還是晶體管機(jī)好力?橋接又如何?選購(gòu)揚(yáng)聲器時(shí)也 想了解它的功率、效率、阻抗等等感覺(jué)似是而非的問(wèn)題,我相信看了下文應(yīng)該有滿意的答案了。
我們首先從阻抗談起。阻抗是音響中最??吹降淖盅哿耍敲此降资侵甘裁?阻抗與電阻不是完全一致的東西。阻抗就是電阻加電抗,詳細(xì)地說(shuō),就是電 阻、電容抗、電感抗在向量上的總和。在相同電壓下,阻抗越高電流越小,阻抗越低電流越大。
一般音響器材常見(jiàn)提到阻抗的地方有:喇叭的阻抗,前后級(jí)放大器的輸入阻抗,前級(jí)的輸出阻抗, (后級(jí)經(jīng)常不稱作輸出阻抗,而稱輸出內(nèi)阻),信號(hào)導(dǎo)線的傳輸阻抗等。若說(shuō)到器材內(nèi)部電子線路及零件的各部分阻抗那就更琳瑯滿目復(fù)雜得多了,在此我們只介紹有關(guān)音響器材標(biāo)稱的阻抗具有什么實(shí)質(zhì)意義?
“揚(yáng)聲器的電阻抗”
現(xiàn)在先從喇叭的阻抗談起。目前,世界各國(guó)的揚(yáng)聲器廠家每天都在制造出千萬(wàn)只品種與性能各異的揚(yáng)聲器,以滿足日益增長(zhǎng)的 Hi—Fi市場(chǎng)與 AV市場(chǎng)的需要,但揚(yáng)聲器的標(biāo)稱阻抗卻都遵循4 Ω、8Ω、16Ω、32Ω這樣一個(gè)國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)系列。
這代表了什么呢?
這代表了揚(yáng)聲器諧振頻率的FO至第二個(gè)共振峰 Fz之間所呈現(xiàn)的最低阻抗值。實(shí)際上喇叭構(gòu)成輸出線路中一個(gè)帶電抗的電阻,只不過(guò)它的電阻隨潘放的音樂(lè)的頻率而變,這個(gè)動(dòng)態(tài)的電阻就稱為阻抗。它可不是一 個(gè)常數(shù)值,而是隨著頻率的不同而不同,甚至可能會(huì)起伏得很可伯,可能在某頻率高到十幾 Ω或二十幾Ω,也可能在某頻率低到 I Ω或以下。
當(dāng)后級(jí)輸出一個(gè)固定電壓給喇叭時(shí),依照歐姆定律,4Ω的喇叭會(huì)比8Ω的喇叭多流過(guò)一倍的電流,因此如果你會(huì)計(jì)算功率的話,你就會(huì)明白為何一部 8Ω輸出的100瓦的晶體后級(jí),在接上4Ω喇叭時(shí)會(huì)變?yōu)?00瓦了。當(dāng)然除非特殊需要,沒(méi)有一個(gè)揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)專家會(huì)設(shè)計(jì)出類似于2.5 Ω、5Ω、10Ω、15Ω這樣非標(biāo)稱阻抗系列的揚(yáng)聲器供應(yīng)市場(chǎng)。
誰(shuí)都知道一個(gè)二單元的音箱(一個(gè)高音一個(gè)低音)通常采用1只8Ω的高音單元和 1只8Ω的低音單元組成,如果三單元的音箱(一個(gè)高音二個(gè)低音)通常都采用1只8Ω的高音單元和2只4Ω的低音單元串聯(lián)組成,或者用 I只8Ω的高音單元和2只16Ω的低音單元并聯(lián)組成,以達(dá)到整個(gè)音箱的8Ω輸入阻抗與功率放大器8 Ω輸出阻抗相匹配。
當(dāng)如上所述,喇叭的阻抗值不斷下降時(shí),后級(jí)輸出一個(gè)固定電壓,它的電流就會(huì)愈來(lái)愈大,你確定你的后級(jí)能輸出這么大的電流嗎?你知道喇叭阻抗不斷下降的結(jié)果到后來(lái)就相當(dāng)于是把喇叭線直接短路,所有的晶體管后級(jí)放大器,其輸出電流的能力均有其設(shè)計(jì)上的限制,超出此范圍,機(jī)器就要燒掉了。
這也就是為什么一般人常說(shuō)的:后級(jí)的功率不用大,但輸出電流要大的道理。當(dāng)然這種講法也不太規(guī)范。因?yàn)楝F(xiàn)今的高保真晶體管功率放大器基本屬定壓型放大器,以輸出功率=負(fù)載 的電流平方x負(fù)載阻抗來(lái)計(jì)算,大功率時(shí)電流大,小功率時(shí)電流小亦屬于正常。真正有機(jī)會(huì)在既定的負(fù)載上有“大電流輸出”的,還是大功率放大器。
早期日本放大器給人的印象就是功率標(biāo)示很高,但輸出電流能力 則令人質(zhì)疑,其實(shí)輸出功率和驅(qū)動(dòng)能力之間的關(guān)系十分微妙。講到“輸出功率”的高低與“驅(qū)動(dòng)能力”的強(qiáng)弱,兩者雖然沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系,但卻有相對(duì)的聯(lián)系。
輸出功率很容易從數(shù)字顯示 5OW、100W、200W甚至更多,但是驅(qū)動(dòng)能力的辨識(shí)就得依靠慧眼,甚至得真正度過(guò)才知道。功率放大器的驅(qū)動(dòng)對(duì)象是喇叭,驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng),也就表示越能壓得住喇叭。當(dāng)然你會(huì)問(wèn),什么樣的喇叭難推?
我的看法是:低效率的(86db以下的),低阻抗的(4 Ω或以下的),靜電式和鋁帶式等等,都是很考功放搭配的。而功放的驅(qū)動(dòng)能力則完全體現(xiàn)在電流的供給上,電壓×電流,就是真正的“功率”。
如果有一 部功放,其功率標(biāo)稱是100W×2(8 Ω ),200W×2(4 Ω ),400W×2(2 Ω),我們通常稱他是“大電流”設(shè)計(jì),這種功放的驅(qū)動(dòng)能力就會(huì)比較強(qiáng)。
小小一套日本產(chǎn)的床頭音響組合動(dòng)不動(dòng)就是 300W,可是 KRELL的300W后級(jí)你想一個(gè)人扛是扛不動(dòng)的。這種高電壓低電流的日本放大器如遇上現(xiàn)在滿街都是的低阻抗喇叭,一下子就軟了腳。4Ω喇叭的需求電壓比 8Ω低,但需求電流卻比較大,就以4W為例,8 Ω喇叭是0.7A,而4 Ω喇叭則吃lA電流,故為何大家都說(shuō),低阻抗喇叭比較難推動(dòng)。
正由于低阻抗喇叭“吃”電流,故晶體后級(jí)逐漸形成大電流設(shè)計(jì)。只要負(fù)載電流夠,晶體機(jī)的輸出 功率會(huì)隨著喇叭阻抗的降低而提開(kāi)。但膽機(jī)固有輸出變壓器隔離,功率不隨喇叭阻抗變化,因此當(dāng)喇叭阻抗猛往下降時(shí),膽機(jī)就可能使不上力,因此時(shí)喇叭欲吃電 流,但膽機(jī)卻是電壓組件,無(wú)法提供電流,此時(shí)是不是晶體機(jī)比膽機(jī)夠力?
有些放大器的設(shè)計(jì)是可以把兩個(gè)聲道結(jié)合起來(lái)成為一個(gè)單聲道來(lái)運(yùn)作。通常其功率比原來(lái)兩個(gè)聲道功率之和還要大。這種技術(shù)稱為橋接或同極耦合。放大器是否可以橋接是取決于原來(lái)的設(shè)計(jì)。大部分的放大器都不能橋接,如果說(shuō)明書(shū)沒(méi)有說(shuō)明,則不要作此嘗試,否則可能會(huì)損壞機(jī)器,其實(shí)這樣做亦并非是好事,因?yàn)樗鼤?huì)使放大器忍受低阻抗的 能力降低。
如果有一對(duì)喇叭的阻抗很高,像早期的 RogerslS3/5A,那放大器的輸出功率豈不是減少?這是對(duì)晶體管機(jī)而言的,對(duì)于膽機(jī)卻是好事;因?yàn)槟憴C(jī)有輸出變壓器,所以其輸出功率不會(huì)隨負(fù)載阻 抗變動(dòng)而變動(dòng),故無(wú)論負(fù)載阻抗變大或變小,膽機(jī)可維持穩(wěn)定的功率輸出,遇到3/5a等高阻抗喇叭時(shí),膽機(jī)比晶體機(jī)來(lái)得夠力。晶體機(jī)驅(qū)動(dòng)高阻抗喇叭會(huì)降低功 率,但也有例外,因?yàn)橛袀€(gè)別晶體管機(jī)亦使用輸出變壓器,其輸出功率不會(huì)隨負(fù)載阻抗變動(dòng)而變動(dòng)。
阻抗是音響圈中最??吹降淖盅哿?,但是它到底意所何指呢?許多人在看到喇叭標(biāo)示的阻抗值是四或八歐姆的時(shí)候,會(huì)直覺(jué)地拿起三用電表往喇叭的二個(gè)接線端子一量,看看到底是不是正確,可 惜的是絕大部份的人都失望了,因?yàn)橛萌秒姳砩系碾娮铏n量出來(lái)的結(jié)果并沒(méi)有和喇叭上面所標(biāo)示的一致。原因呢?因?yàn)槟阏`會(huì)了,你搞錯(cuò)了。
阻抗與電阻不是完全一致的東西。在國(guó)中的物理課本上,我們第一次接觸到有關(guān)電學(xué)方面的理論,其中提到了有關(guān)電壓、電流、電阻以及電功率之間的原理和 數(shù)學(xué)關(guān)系。絕大部份沒(méi)有繼續(xù)進(jìn)修電學(xué)方面的課程或從事于電子專業(yè)的人士,其畢生的電學(xué)常識(shí)乃盡粹于斯,這還是當(dāng)年上 課沒(méi)打瞌睡,經(jīng)努力、認(rèn)真、用功學(xué)習(xí)后才能擁有的輝煌成果,難怪你會(huì)把阻抗當(dāng)成電阻了。
阻抗從字面上看就與電阻不一樣,其中只有一個(gè)阻字是相同的,而另一個(gè)抗字呢?簡(jiǎn)單地說(shuō),阻抗就是電阻加電抗,所以才叫阻抗;周延一點(diǎn)地說(shuō),阻抗就是電阻、 電容抗及電感抗在向量上的和。
在直流電的世界中,物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻,世界上所有的物質(zhì)都有電阻,只是電阻值的大小差異而已。
電阻小的物質(zhì)稱作 良導(dǎo)體,電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體,而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體,則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外,電 容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng),這種作用就稱之為電抗,意即抵抗電流的作用。
電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗,簡(jiǎn)稱容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電 阻一樣是歐姆,而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系,頻率愈高則容抗愈小感抗愈大,頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問(wèn) 題,具有向量上的關(guān)系式,因此才會(huì)說(shuō):阻抗是電阻與電抗在向量上的和。
一般音響器材常見(jiàn)被提到阻抗的地方有喇叭的阻抗,前后級(jí)擴(kuò)大機(jī)的輸入阻抗,前級(jí)的輸出阻抗,(后級(jí)通常不稱輸出阻抗,而稱輸出內(nèi)阻),信號(hào)導(dǎo)線的傳輸阻 抗(或稱特性阻抗)等。若說(shuō)到器材內(nèi)部電子線路及零件的各部份阻抗那就更琳瑯滿目復(fù)雜多多了,非三言兩語(yǔ)可說(shuō)明清楚。在此我們專只約略介紹有關(guān)音響器材標(biāo) 示的阻抗具有什么樣的實(shí)質(zhì)意義。
由于阻抗的單位仍是歐姆,也同樣適用歐姆定律,因此一言以蔽之,在相同電壓下,阻抗愈高將流過(guò)愈少的電流,阻抗愈低會(huì)流過(guò)愈多的電流。光是這么簡(jiǎn)單一句 話,你可知道多少音響器材的搭配學(xué)問(wèn)盡在其中嗎?
先從喇叭的阻抗談起。最常見(jiàn)到的喇叭阻抗的標(biāo)示值是八歐姆,也有很多是四歐姆,這代表了什么呢?
這代表了這對(duì)喇叭在工廠測(cè)試規(guī)則時(shí),當(dāng)輸入1KHz的正弦 波信號(hào),它呈現(xiàn)的阻抗值是四或八歐姆;或是是在喇叭的工作頻率響應(yīng)范圍內(nèi),一個(gè)平均的阻抗值。它可不是一個(gè)固定值,而是隨著頻率的不同而不同,甚至可能會(huì) 起伏得很可怕,可能在某頻率高到十幾廿幾歐姆,也可能在某頻率低到一歐姆或以下(這種喇叭通常被視為后級(jí)的殺手,當(dāng)年以Apogee最為著名)。
好,讓我 們來(lái)腦力激蕩一下;當(dāng)后級(jí)輸出一個(gè)固定電壓給喇叭時(shí),依照歐姆定律,四歐姆的喇叭會(huì)比八歐姆的喇叭多流過(guò)一倍的電流,因此如果你會(huì)計(jì)算功率的話,你就會(huì)明 白為何坊間會(huì)傳言一部八歐姆輸出一百瓦的晶體后級(jí),在接上四歐姆喇叭時(shí)會(huì)自動(dòng)變?yōu)槎偻叩牡览怼?/p>
可是你先別高興,以為占到了便宜,天下沒(méi)有白吃的午餐,當(dāng)喇叭的阻抗值一路下降時(shí),后級(jí)輸出一個(gè)固定電壓,它流過(guò)的電流就會(huì)愈來(lái)愈大,你確定你的后級(jí)能輸 出這么大的電流嗎?
你知道喇叭阻抗一路下降的結(jié)果到后來(lái)就有點(diǎn)像是把喇叭線直接短路的意思,所以阻抗值有時(shí)會(huì)低至一歐姆的Apogee喇叭被稱作后級(jí)殺手 的原因,你明白了吧!所有的電晶體后級(jí)擴(kuò)大機(jī),其輸出電流的能力均有其設(shè)計(jì)上的限制,超出此范圍,機(jī)器就要燒掉了。這也就是為什么一般人常說(shuō)的:后級(jí)的功 率不用大,但輸出電流要大的似是若非的道理(這個(gè)問(wèn)題以后我們會(huì)詳細(xì)討論)。
同理,如果有一對(duì)喇叭的阻抗很高,像早期15的RogersLS 3/5A,那擴(kuò)大機(jī)的輸出功率豈不自動(dòng)減半?沒(méi)錯(cuò)!如果這對(duì)喇叭的效率又很低的話,你要它發(fā)出高音壓來(lái),能不動(dòng)用高功率擴(kuò)大機(jī)嗎?江湖有傳言:上揚(yáng)唱片在臺(tái)北市中山北路的門(mén)市有一對(duì)15的Rogers LS 3/5A,作為背景音樂(lè)之用。
推它的擴(kuò)大機(jī)是一部日本早期的Technics綜合擴(kuò)大機(jī)而已,但均盛贊它好聲,你言如何?早期日本擴(kuò)大機(jī)給人的印象就是功率標(biāo)示很高,但輸出電流能力則令人頗有微詞,君不見(jiàn)小小一套床頭音響組合動(dòng)不動(dòng)就是 300W嗎?可是KRELL的300W后級(jí)你想一個(gè)人扛是扛不動(dòng)的。這種高電壓低電流的日本擴(kuò)大機(jī)一遇上現(xiàn)在滿街都是的低阻抗喇叭,一下子就軟腳了,但是 如果碰上了高阻抗喇叭,例如……,會(huì)不會(huì)就成了名符其實(shí)的當(dāng)哈利遇上莎莉呢?搭配之妙啊!豈可等閑視之。
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