从技术指标了解功率放大器品质

发布时间:2016-11-09 15:46:38

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许多人认为音响器材的指标没多大意义,因为许多测试指标优良的放大器听感也都只是一般。这里我们不可能否认人耳聆听会带有很多的个人主观因素,因此常常带有很大片面性。因此在盛行“以耳朵收货”说法的今天我们仍然认为放大器指标也仍然是衡量其性能的一个重要标志。

通常我们讲测试放大器技术指标的方法有两种:静态和动态。这里静态指标是指在稳定状态下以正弦波进行测量所得的数据,测试项目包括有频率响应、谐波失真、信噪比、互调失真以及阻尼系数等。而动态指标是指用较复杂的如方波、窄脉冲等信号测量得到的数据,包括有相位失真、瞬态响应和瞬态互调失真等。要反映出全面的放大器品质,动态测试数据必不可少。
 
为了可以更加方便读者全面认识和了解放大器的各个方面,这里针对一些较为重要的技术指标规格进行简单的介绍。希望对大家有所帮助。
 
一、频率响应
 
频率响应范围也是有明确规定的,当输出电平在某个低频点下降3dB ,则该点为下限频率,同样在某个高频点下降3dB时为上限频率。这个3dB点称为不均匀范围或叫做半功率点(Half Power Point),因为电平正好下降3dB时,放大器的输出功率正好下降了一半。
 
平时我们都说人耳能听到的频率范围在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,像新一代音源SACD和DVD Audio的频响范围已超出传统的20kHz,因此现代高级放大器的频响应能达到从10Hz-100kHz(±3dB)。
 
二、互调失真(Intermodulation Distortion)
 
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也是一种调制过程,这是因为每个电子线路或每台放大器非线性作用下,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a个时,输出信号便会有3a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。
 
三、界面互调失真(Interface Intermodulation Distortion)
 
这种失真较少为人知道和提及,它和下面提到的阻尼系数一样,不但和放大器线路有关,而且和音箱也有很大关系。
不管是交流马达或是直流马达都有可逆性的,也就是讲在某种条件下它们能充当发电机,直流马达其实在结构上和直流发电机没有什么区别,永磁式直流马达的转轴转动,就能在接线端上产生出一定的电压,同理,动圈式喇叭的振膜运动时就会在接线端上产生电压,电压的大小与运动的速度和幅度有关。
 
四、瞬态互调失真(Transient Intermodulation Distortion)
 
瞬态互调失真,简称TIM失真,这是在70年代才公开发布的失真,它与负反馈关系密切。众所周知,负反馈(Negative Feedback)的作用是将输出值倒相变为负数,随后将之反馈到输入端,和设定值相减,得出误差信号,然后控制器就会根据误差大小做出修正,从而大幅度减少失真。
 
瞬态互调失真是当信号速度超过放大器的瞬态响应能力范围之外才会发生的,另外,除了这处失真外,过快的信号也会产生另一种即振铃(Ringing)失真现象,当输入信号速度快而幅度小时,最先出现的是振铃现象,当这个信号的速度快到某种程度时瞬态互调失真也会出现,但当信号速度快兼幅度大时,是直接进入瞬态互调失真状态。各种各样的速度快但幅度小的高频干扰噪音,最容易引发振铃,这就是音响设备要有完善的抗干扰措施的一大原因。
 
五、阻尼系数(Damping Factor)
 
阻尼系数是功放额定输出阻抗,它是取扬声器输入阻抗和放大器输出内阻之间的比例,并表示对某一个过程中进行变化的物理量加以抑制的状态。在扬声器中,要抑制振膜在没有信号输入的情况下所作的惯性振动。扬声器的振膜是不能用机械阻尼方式来制动的,它只能使用电磁方式的阻尼,而这种方式要求系统必须尽量处于发电机状态。
 
六、转换速率(Transient Response)
 
放大器的转换速度是指放大器对猝发信号或脉冲信号的跟随或响应能力,即瞬态响应能力。它是衡量放大器性能的一大指标。除了因放大器大环路负反馈的时间延迟诱发瞬态互调失真外,放大器转换速度慢也令瞬态互调失真升高。
 
放大器的响应速度一般是用电压转换速率(Slew Rate)来衡量,其定义是在1微秒时间里电压升高的幅度,就是方波来测量时就是电压由波谷升到波峰所需时间,单位是V/μs,瞬态响应越高,数值愈大。优秀的放大器转换速率都在15V/μs以上。对于声音精要求不高的系统,我们可以单独选择瞬态响应或频率响应去判断器材的性能,但在要求高的系统中,两者都要考虑。


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