行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
放大器的技術(shù)規(guī)格
技能開展進(jìn)程
自從愛迪生在1877年創(chuàng)造留聲機(jī)至今已有120多年了,由當(dāng)年機(jī)械式錄音/重播體系開展到現(xiàn)在的高科技數(shù)碼體系,其間的行進(jìn)可謂翻天覆地。不過在這120多年中的音響技能開展卻是很不均勻的,在創(chuàng)造留聲機(jī)后的大約60至80年中,音響技能的開展是恰當(dāng)緩慢的不過也取得了必定的效果,例如錄放音以電動辦法替代了機(jī)械辦法,開端選用多極真空管等等。
使音響技能得以快速開展是在927年,美國貝爾實驗室發(fā)布了劃時代的負(fù)反應(yīng)(負(fù)回輸,NFB)技能,聲頻擴(kuò)大器從此開端步入了一個新紀(jì)元。所謂高保真(High Fidelity)擴(kuò)大器,其開山祖師應(yīng)該是追溯至1947年宣布的威廉遜擴(kuò)大器,其時Willianson先生在一篇規(guī)劃Hi Fi擴(kuò)大器的文章中介紹了一種成功運用負(fù)回輸技能,使失真降至0.5%的膽機(jī)線路,音色之靚在其時可謂前無古人,迅即風(fēng)行全世界,成為了Hi Fi史上一個重要的里程碑。在威廉遜擴(kuò)大器問世后4年,即1951年,美國Audio雜志又宣布了一篇“超線性擴(kuò)大器”的文章。第二年6月,又宣布了一篇將威廉遜擴(kuò)大器超線性擴(kuò)大器相結(jié)合的線路規(guī)劃。由於超線性規(guī)劃將非線性失真大起伏下降,許多人硌起仿效,再次構(gòu)成了一個熱潮。超線性規(guī)劃的影響時至今日21世紀(jì)依然存在,可以說威廉遜擴(kuò)大器和超線性擴(kuò)大器標(biāo)志著負(fù)回輸技能在音響技能中的老練。從那時分隔端,擴(kuò)大器的規(guī)劃和品種可謂百花爭艷。技能的行進(jìn)是前70年所望鹿莫及的。
擴(kuò)大器的的規(guī)范是衡量其功能的一個重要目標(biāo),當(dāng)然另一個重要目標(biāo)是以耳朵收貨。常聽發(fā)燒友說音響器件的規(guī)范沒多大含義,許多測驗數(shù)據(jù)優(yōu)秀的擴(kuò)大器其聲響卻慘不忍聽。這話只說對了一半,首要這優(yōu)秀的數(shù)據(jù)一般是在產(chǎn)品開發(fā)階段測驗原型機(jī)時得出的。在許多出產(chǎn)階段一般來說其功能都會打必定的扣頭,視乎器件的層次而定。其次的就是現(xiàn)在的科技盡管使擴(kuò)大器功能取得很大改進(jìn),但要對20~20KHz的聲頻信號作出人耳無法發(fā)覺失真的擴(kuò)大,是一件極不簡略的事,何況一般擴(kuò)大器的所謂功能規(guī)范僅僅給出寥寥幾項數(shù)據(jù),其間大多數(shù)僅僅在某些物定條件下丈量的。根本不足以反映擴(kuò)大器的根本功能。
用以鑒定擴(kuò)大器的技能規(guī)范的辦法分為動態(tài)和靜態(tài)兩種,靜態(tài)規(guī)范是指以穩(wěn)態(tài)下弦波進(jìn)行丈量所得的目標(biāo)。這實際上是屬於古典主動操控理論(Classical Control Theory)中的頻率剖析法。在二十世紀(jì)二三十的代便已開端運用。測驗項目包括有頻率呼應(yīng),諧波失真,信噪比,互調(diào)失真及阻尼系數(shù)等。動態(tài)規(guī)范是指用較雜亂的信號例如方波,窄脈沖等所丈量得的目標(biāo),包括有相位失真,瞬態(tài)呼應(yīng)及瞬態(tài)互調(diào)失真等。動態(tài)測驗實際上也類似工業(yè)主動操控體系中常見的瞬態(tài)呼應(yīng)測驗,只不過工業(yè)測驗常用的是階躍信號(Step Signal)而音響測驗則用縮短了的階躍信號——方波。要大體上反映出擴(kuò)大器的質(zhì)量,有必要歸納考慮動態(tài)測驗和數(shù)據(jù)。至於人耳試聽方面由於含有較多主觀要素,在此不打算詳加評論。由於大部份廠商對其產(chǎn)品一般都僅僅給出少量參數(shù)敷衍完事,故此筆者期望藉此機(jī)會對一些較重要的音響器件規(guī)范作一番介紹,便利新進(jìn)發(fā)燒友及一些非工程技能人仕對音響技能有更深入的體會。
頻率呼應(yīng)
在許多技能目標(biāo)中,頻率呼應(yīng)是最為人們所了解的一種規(guī)范。一部分?jǐn)U大器而言。理論上只需求做到20至2萬周頻率呼應(yīng)平直就已滿足,但是真實的樂音中含有的泛音(諧波)是有可能逾越這個規(guī)模的,加上為了改進(jìn)瞬態(tài)反響的體現(xiàn),所以對擴(kuò)大器要求有更高的頻應(yīng)規(guī)模,例如從10 Hz~100 kHz等。習(xí)慣上對頻率呼應(yīng)規(guī)模的規(guī)定是:當(dāng)輸出電平在某個低頻點下降了3分貝,則該點為下限步率,相同在某個高頻點處下降了3分貝,則定為上限頻率。這個數(shù)分貝點有別的一個稱號,叫做半功率點(Half Power Point)。由于當(dāng)功率下降了一半時,電平恰好下降了解情況分貝。有一點有必要指出的是半功率點對某些電子設(shè)備及主動操控體系雖有必定的含義,但對音響器件就未必適宜,由于人耳對聲響的解析度可到達(dá)0.1分貝。所以有一些高檔器件標(biāo)稱20至20K到達(dá)正負(fù)0.1分貝,這實際上經(jīng)起標(biāo)稱10至50K+3DB規(guī)范有可能更高。順帶一提的是,頻應(yīng)曲線圖實際上是有兩幅的,在操控工程中“波特圖”(Bode Plot)。其間的幅頻曲線圖就是咱們常見的頻率呼應(yīng)圖,另一幅叫做相頻曲線圖,是用來表明不同頻率在通過了擴(kuò)大器后所發(fā)作的相位失真(相位畸變)程度的。相位失真是指信號由擴(kuò)大器輸入端至輸出端所發(fā)作的時刻差(相位差)。這個時刻差天然是越小越好,否則會影響負(fù)回輸線路的作業(yè)。除此之外相位失真也和瞬態(tài)呼應(yīng)有關(guān),尢其是和近年來日益遭到重視的瞬態(tài)到調(diào)失真有著密的聯(lián)絡(luò)。對於Hi Fi擴(kuò)大器而言,相位失真最少要在20~20KHz+-5%規(guī)模之內(nèi)。
諧波失真
任何一個天然物理體系在遭到外界的擾動后大都會呈現(xiàn)一個呈衰減的周期性振蕩。舉例來說,一根半米長兩頭因定的弦線在中心遭到彈撥的話,會發(fā)作一個1米波長的振蕩波,稱為基波(Fundemental),弦線除了沿中心點作大起伏搖擺外,線的自身也人作出許多肉眼很難發(fā)覺的細(xì)微振蕩,其頻率一般都是比基波高,并且不止一個頻率。其巨細(xì)品種由弦線的物理特性決定。在物理學(xué)上這些振蕩波被稱為諧波(Harmonics)。為了便利差異,由樂器所發(fā)作的調(diào)和波常被為泛音(Overtone)。諧波除了由信號源發(fā)作外,在振蕩波傳達(dá)的時分假如遇上障礙物而發(fā)作反射,繞射和折射時相同是會發(fā)作諧波的。
不管是基波或諧波自身都是“純粹”的正弦波(注:正弦波是周期性函數(shù),由正半周和負(fù)半周組成,但決不能將其負(fù)半周稱為負(fù)弦波!)但它們組成在一起時卻會發(fā)作出許多廳形怪狀的波形。圖三:就是一個基波加一個二次諧波(頻率高一倍,起伏小一半)所組成的一個波形。咱們所了解的方波就是由一個正弦波基波加上許多的廳次(單數(shù))諧波所組成,這也解說了為什么方波常常被用作測驗信號的原因。
擴(kuò)大器的線路充滿著各式各樣電子零件,接線和焊點,這些東西可多或少都會下降擴(kuò)大器的線性體現(xiàn),當(dāng)音樂信號通過擴(kuò)大器時,非線性特性會使音樂信號發(fā)作必定程度的扭曲變形,依據(jù)前述理論這恰當(dāng)於在信號中參加了一些諧波,所以這種信號變形的失真被為諧波失真。這就不難理解為什么諧波失真常用百分比來表明。百分比小即表明擴(kuò)大器所發(fā)作的諧波少,也就是說信號波形被扭曲的程度低。由不同的物理體系所發(fā)作的諧波其成份也不相同。但都有一個共通點,那就是諧波的頻率越高,其起伏越小。所以對音頻擴(kuò)大器而言,使聲響呈現(xiàn)顯著可聞失真的是頻率最接近基波的二至三個諧波失真分量。
廠商在標(biāo)定產(chǎn)品的諧波失真時,一般只給出一項數(shù)據(jù),例如0.1%等。但是由擴(kuò)大器所發(fā)作的諧波卻并不是一項常數(shù),而是一項與信號頻率和輸出功率有關(guān)的函數(shù)。圖四表明出兩臺典型晶體管雙聲道擴(kuò)大器的諧波失真與信號頻率的聯(lián)絡(luò)曲線。圖五則是一部輸出為100W的晶體管擴(kuò)大器諧波失真與輸出功率的聯(lián)絡(luò)曲線。由圖中可見,當(dāng)輸出功率接近最大值時,諧波失真急劇添加。由于晶體管在接近過載(Overload)的情況下會發(fā)作削波現(xiàn)象。將一個信號的頂部齊平削去一塊顯著地是一種嚴(yán)重的波形畸變。諧波失真天然會大起伏添加。
諧波失真并非徹底一無是處,膽機(jī)的聲響之所以柔美悅耳,原因之一是膽機(jī)首要發(fā)作偶次諧波失真。即頻率是基波頻率2‘4’6‘8’…倍的諧波。由于諧波電平緩頻率成反比,所以2次諧波起伏大,影響也大,其他的由於起伏小,所以影響也大,其他的由於起伏小,所以影響細(xì)微,盡管二次諧波技能上講是失真,但由於其頻率是基波的一倍,剛好是一個倍頻程,也就是說右以和基波組成音樂上的純八度。咱們知道純八度是最調(diào)和,悅耳的和聲。所以膽機(jī)聲響香甜,音樂感豐厚也就不難理解。在40年代時,有許多較“小型”的收音機(jī)成心參加恰當(dāng)程度的二次諧波失真。意圖是制造“重低音”去取悅消費者。聲響右能會很過癮,但是和高保真的要求卻是徹底各走各路。
信號噪聲比
信號噪聲比(Signal Noise Ratio)簡稱訊噪比或信噪比,是指有用信號功率與無用的噪聲功率之比。一般貝計量,由于功率是電流和電壓的函數(shù),所以訊噪比也可以用電壓值來核算,即信號電平與噪聲電平之比值,僅僅核算公式稍有不同。以功北率核算訊噪比:S/N=10 log 以電壓核算訊噪比:S/N=10 log 由于訊噪比和功率或者是電壓成對數(shù)聯(lián)絡(luò),要進(jìn)步訊噪比的話便要大起伏地進(jìn)步輸出值和噪聲值之比,舉例來說,當(dāng)訊噪比為100dB時,輸出電壓是噪聲電壓的一萬倍,以電子線路來說,這并不是一件簡略的事。
一臺擴(kuò)大器如有高的訊噪比意味著背景寧靜,由于噪聲電平低,許多被噪聲掩蓋著的弱音細(xì)節(jié)會顯現(xiàn)出來,使浮音添加,空氣感加強(qiáng),動態(tài)規(guī)模增大。衡量擴(kuò)大器的訊噪比是好或者是壞沒有嚴(yán)厲的判別數(shù)據(jù),一般來說以大約85dB以上為佳,低于此值則有可能在某些大音量傾聽情況下,在音樂空隙中聽到顯著的噪音。除了訊噪比外,衡量擴(kuò)大器噪音巨細(xì)也可以用噪聲電平這個概念,這實際上也是一個用電壓來核算的訊噪比數(shù)值,只不過分母是一個固定的數(shù):0.775V,而分子則是噪聲電壓,所以噪聲電平緩訊噪比的分別是:前者一個絕對值,后者則一個相對數(shù)。
在許多產(chǎn)品闡明書中的規(guī)范表數(shù)據(jù)后邊,常常會有一個A字,意思是A-weight,即A計權(quán),計權(quán)的意思是指將某個數(shù)值按必定規(guī)則權(quán)衡輕重地修改正,由于人耳對中頻特別靈敏,所以假如一臺擴(kuò)大器的中頻段訊噪比滿足大的話,那么即使訊噪聲比在低頻和高頻段稍低,人耳也不易發(fā)覺。可見假如選用了計權(quán)辦法丈量訊噪比的話,其數(shù)值必定會比不選用計權(quán)辦法為高。以A計權(quán)來說,其數(shù)值會較不計權(quán)高約會分貝。
互調(diào)失真
望文生義,互調(diào)失真(Intermodulation Distortion)是指由於信號相互調(diào)制所引起的失真,調(diào)制一詞正本是指一種在通訊技能中,用以進(jìn)步信號傳送功率的技能。由於含有聲響、圖畫,文字等的原始信號“加進(jìn)”高頻信號里邊,然后同志將這個組成信號發(fā)送出去。這種將高低頻相“加”的進(jìn)程和辦法稱為調(diào)制技能,所組成的信號稱為調(diào)制信號。調(diào)制信號除保存高頻信號的首要特征外,還包括有低頻信號的所有信息。發(fā)作互調(diào)失真的進(jìn)程實質(zhì)上也是一種調(diào)制進(jìn)程,由於一個電子線路或一臺擴(kuò)大器不行能做到徹底抱負(fù)的線性度,當(dāng)不同頻率的信號一起進(jìn)入擴(kuò)大器被擴(kuò)大時,在非線性效果下,每個不同頻率的信號就會主動相加和相減,發(fā)作出兩個在原信號中沒有的額定信號,原信號如有三個不同頻率,額定信號便會有6個,當(dāng)原信號為N個時,輸出信號便會有N(N-1)個??梢韵胂竦氖牵?dāng)輸入信號是雜亂的多頻率信號,例如管弦樂時,由互調(diào)失真所發(fā)作的額定信號數(shù)量是多么的驚人!
由於互調(diào)失真信號悉數(shù)都是音樂頻率的和興差信號,和天然聲響徹底同,所以人耳對此是相靈敏的,不幸的是,在許多擴(kuò)大器中,互調(diào)失真往往大於諧波失真,部份原因是由于諧波失真一般比較簡略抵擋。
盡管互調(diào)失真調(diào)和波失真相同是由擴(kuò)大器的非線性引起,兩者在數(shù)學(xué)觀點上看相同是在正浞導(dǎo)號中參加一些額定的頻率成份,但它們實際上是不盡相同的,簡略的說,諧波失真是對原信號波形的扭曲,即使是單一頻率信號通過擴(kuò)大線路也會發(fā)作這種現(xiàn)象,而互調(diào)失真卻是不同頻率之間的相互攪擾和影響,丈量互調(diào)失真遠(yuǎn)比丈量諧波失真雜亂,并且至今沒有有一致的規(guī)范。
瞬態(tài)互調(diào)失真
瞬態(tài)互調(diào)失真(Transient Intermodulation Distortion),得稱TIM失真。是什么時分被發(fā)現(xiàn)的筆者搞不清楚,但是TIM丈量辦法則遲至70年代才揭露宣布。由於瞬態(tài)互調(diào)失真與負(fù)回輸密切相關(guān),所以在評論瞬態(tài)互調(diào)失真時就需求先從負(fù)回輸說起。負(fù)回輸(Negative Feedback)是一種廣泛運用於各類工程技能范疇,簡音而有用的操控技能,負(fù)回輸正本是屬於操控技能中的閉環(huán)操控(Close Loop Control)體系的一個環(huán)節(jié),但由于運用廣泛,所以常常被用作閉環(huán)操控的代名詞。負(fù)回輸實際上是一種普遍存在於人們?nèi)粘H兆又械奶烊灰?guī)律,舉例來說,當(dāng)咱們駕馭轎車的時分,假如發(fā)現(xiàn)轎車違背得駛道路,咱們就會向相反方向扭動方向盤,使轎車駛回正確道路。在這里咱們的眼睛就是充任負(fù)回輸通道的效果,負(fù)責(zé)把輸出值(轎車得駛方向)回饋給發(fā)掘器(大腦) ,然后操控器將輸出值和設(shè)定值(正確方向)相互比較(相減),然后依據(jù)比較后的差錯,宣布批改信號(扭方向盤)去糾正由此可見,負(fù)回輸?shù)男Ч菍⑤敵鲋档瓜啵ㄗ優(yōu)樨?fù)數(shù)),隨后將之回饋至輸入端,和設(shè)定值相減,得出差錯信號,然后操控器就會依據(jù)差錯巨細(xì)作出批改。
在電子擴(kuò)大線路中,由於零件的對稱,溫度的改變,噪音的攪擾以及其他種種原因,使讀號的被擴(kuò)大的一起,無可避免地被參加各式各樣的失真,而負(fù)回輸則能有效地下降這些失真。舉一個簡略的例子來說,如擴(kuò)大器在擴(kuò)大一個正弦波信號時,參加了一個失真的方波信號,這個正弦加方波的信號會被負(fù)回輸線路反相,然后加饋至輸入端,和正本的正弦波相減,使正本的信號起伏變小之除還含有一個相反的方波,這個新的信號在通過擴(kuò)大器時相同會被再次參加一個失真的方波信號,由於信號里邊已有一個相反的方波,這樣正反方波便會相互抵消,使輸出信號只含有正弦波,這就顯著地下降了失真。不過負(fù)回輸?shù)娜毕菀彩呛茱@著的,由于負(fù)回輸令輸入信號和回饋的輸出信號相減,下降了信號電平,假如要使輸出信號相沽,下降了信號電平,假如要使輸出信號被擴(kuò)大到滿足的強(qiáng)度,擴(kuò)大器的擴(kuò)大率(增益)便要加大,所幸的是這并非難事,尢其是晶體管機(jī)。假如咱們將負(fù)回輸量加大,使輸出信號下降到和輸入信號電平相同的程度,即徹底沒有擴(kuò)大,這種擴(kuò)大器線路有一個特別的稱號,叫緩沖擴(kuò)大器(Buffer Amplifier)。盡管信號沒有被擴(kuò)大,但由于擴(kuò)大器一般都是輸入阻抗高,輸出阻抗低。所以緩沖擴(kuò)大器常被用作阻抗匹配之用。
已然負(fù)回輸能有效地下降失真,但為會么又會引起瞬態(tài)互調(diào)失真呢?正本問題出在時刻上,其間又以晶體管機(jī)最為嚴(yán)重。和真空管比較,晶體管有堅因經(jīng)用,體積小,重量輕擴(kuò)大率高級長處,其缺陷是作業(yè)特性不安穩(wěn),易受溫度等要素影響而發(fā)作失真甚至失控。處理辦法之一是選用高達(dá)50至60dB左右的深度負(fù)回輸。反正晶體管的擴(kuò)大率很高,獻(xiàn)身一些無所謂,由於選用了大深度的負(fù)回輸,大起伏削減了失真,所以晶體管機(jī)很簡略取得高明的技能規(guī)范。不過費事也就因此而起,為了削減由深度負(fù)回佃所引起的高頻寄生振蕩,晶體管擴(kuò)大器一般要在前置推進(jìn)級晶體管的基極和集電極之間參加一個小電容,使高頻段的相位稍為滯后,稱為滯后價或稱分補(bǔ)價,但是不管電容如何細(xì)微,總需求必定時刻來充電,當(dāng)輸入信號含有速度很高的瞬態(tài)脈沖時,小電容來不及充電,也就是說在這一剎那線路是處於沒有負(fù)回輸狀況。由於輸入信號沒有和負(fù)回輸信號相減,構(gòu)成信號過強(qiáng),這些過強(qiáng)信號會訟擴(kuò)大線路瞬時過載(Overload)。由于晶體管機(jī)負(fù)回輸量大,信號過強(qiáng)程度更高,常常到達(dá)數(shù)十倍甚至數(shù)百倍,成果使輸出信號削波(Clipping)。這就是瞬態(tài)互調(diào)失真,由于在晶體管線路最多呈現(xiàn),所以也被稱為“原子?!甭暋?/span>
順帶一提的是,這種負(fù)回輸時刻推遲問題在工業(yè)操控體系中也常常遇到,稱為純推遲(Dead Time)問題,其起因絕大部份是由于感應(yīng)器(Sensor)設(shè)備方位太遠(yuǎn)。例如在一個恒溫?zé)崴髦?,瘟度勘探被設(shè)備在遠(yuǎn)離發(fā)熱順的方位,成果是當(dāng)勘探器感應(yīng)到水溫滿足時,在發(fā)熱器鄰近的水溫早就已通過熱了。這樣的操控成果必定是水溫在過熱和過冷之間大幅搖擺,稱為操控超調(diào)(Overshoot)或體系振蕩。純推遲至今依然是困擾主動操控技能的一大難題,有關(guān)處理辦法的論文由五十年代至今少說也有上千篇,但一直找不到一個簡略而卓有成效的辦法。
盡管負(fù)回輸呈現(xiàn)時刻推遲欠好抵擋,但要處理也不是沒有辦法,咱們可以爽性讓它呈現(xiàn),或即使其呈現(xiàn)也不至於構(gòu)成太大的損壞,辦法有多種,例如只用小量大環(huán)路負(fù)回輸,這樣即命名呈現(xiàn)負(fù)回輸時刻推遲,輸入信號也不至於過強(qiáng)。所削減的負(fù)回輸量則由只跨越1個擴(kuò)大級的部分負(fù)回輸替代,,部分負(fù)回輸途徑短,時刻快,不易誘發(fā)瞬態(tài)互調(diào)失真。真空管作業(yè)安穩(wěn),不必定要用大深度負(fù)回輸按捺失真,何況其失真多數(shù)是人耳愛聽的偶次諧波失真所以膽機(jī)沒有一般所謂的“原子?!甭?。至於其他用於線路規(guī)劃上防備瞬態(tài)互調(diào)失真的辦法,因觸及較多枯燥的理論,這里就不一一介紹了。
除了在線路規(guī)劃上防備瞬態(tài)互調(diào)失真外,發(fā)燒友還可以采納另一項辦法去削減瞬態(tài)互調(diào)失真,那就是盡量利用各種屏蔽和濾波辦法去削減各種高頻攪擾信號進(jìn)入擴(kuò)大器,盡管這些信號有許多是屬於人耳聽不見的射頻攪擾,但由于其頻率很高,極易誘發(fā)瞬態(tài)互調(diào)失真,令輸入級過載,使音樂信號得不到正常的擴(kuò)大。
變換速率
瞬態(tài)互調(diào)失真除了由擴(kuò)大器大環(huán)路負(fù)回輸?shù)臅r刻推遲引發(fā)外,擴(kuò)大器速度不夠快也是一個重要的原因,假如擴(kuò)大器的速度夠快的話即使在相同負(fù)回輸條件下,瞬態(tài)互調(diào)失真度也可以下降。擴(kuò)大器的速度是一個淺顯的描述,正確的說法應(yīng)該是指擴(kuò)大器的瞬態(tài)呼應(yīng)才能(Transient Response)。在操控理論中,瞬態(tài)呼應(yīng)和頻率呼應(yīng)是衡量體系功能的兩大辦法。它們的長處是不需經(jīng)詳細(xì)了解整個體系的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型,只需求依據(jù)體系對特定輸入信號的呼應(yīng)曲線介可估算出體系對特定輸入信號的呼應(yīng)曲線便可估算出體系的特性,然后作出補(bǔ)償或改進(jìn)。但相反來說,假如咱們知道某個體系的數(shù)學(xué)模型,也可以不經(jīng)測驗就估算出該體系的呼應(yīng)辦法。
關(guān)于精確度要求不高的體系,咱們可以選擇性地采納瞬態(tài)呼應(yīng)法或頻率呼應(yīng)法去評價體系功能,而關(guān)于要求高的體系,兩者都有必要加以考慮。作瞬態(tài)應(yīng)測驗時常用的信號是單位階躍函數(shù)(Step Signal)和單位脈沖函數(shù)(Impulse)。為便利起見,擴(kuò)大器測驗多用前者的特別辦法:方波/。一個較為抱負(fù)的方波含有一個速度極高的電壓上升沿和降沿,用來測驗擴(kuò)大器的瞬態(tài)響是十分適宜的。
衡量擴(kuò)大器的呼應(yīng)速度一般是用電壓變換速率(Slew Rate,臺灣稱“反轉(zhuǎn)率”)。其定義是在1微秒時刻里電壓升高起伏,假如以方波丈量的話則是電壓由波谷升至波峰所需時刻,單位是V/u s,數(shù)值愈大表明瞬態(tài)呼應(yīng)度越了,高功能擴(kuò)大器的變換速率一般都可以做到25V/u s以上。
進(jìn)步瞬態(tài)呼應(yīng)度最簡略接的辦法是選用高頻特性好的零件。也可以用恰當(dāng)?shù)沫h(huán)路負(fù)回輸來改進(jìn),這似乎是一個自相矛盾的做法,但現(xiàn)實否則,瞬態(tài)互調(diào)失真僅僅當(dāng)信號速度超越擴(kuò)大器的瞬態(tài)呼應(yīng)才能規(guī)模之外才會發(fā)作。
除了瞬態(tài)互調(diào)失真外,過快的信號也會發(fā)作另一種失真現(xiàn)象,叫做鈴振(Ringing),兩者的本質(zhì)相同。當(dāng)輸入信號速度快而起伏小時,首要呈現(xiàn)的是鈴振現(xiàn)象,只有當(dāng)這個信號的速度快至某個程度時才會呈現(xiàn)瞬態(tài)互調(diào)失真,但是當(dāng)信號速度快兼起伏大時,鈴振沒有發(fā)作便已進(jìn)入瞬態(tài)互調(diào)失真狀況。最簡略引發(fā)鈴振現(xiàn)象的信號就是各式各樣的速度快但起伏小的高頻攪擾噪音,這就是為什么音響設(shè)備要有完善的抗攪擾辦法的原因之一。
界面互調(diào)失真(Interface Intermodulation Distortion)
界面互調(diào)失真算是一個較新和較少人提及的擴(kuò)大器規(guī)范。和下面即將提及的阻尼系數(shù)相同,除了和擴(kuò)大器線路有關(guān)外,和揚(yáng)聲器也有很大聯(lián)絡(luò)。所以在介紹這兩項規(guī)范前,先簡略地說一說揚(yáng)聲器有關(guān)這方面的特性。
現(xiàn)在的音響揚(yáng)器絕大部分都是選用電動式原理的動圈式喇叭,其結(jié)構(gòu)包括一個用作發(fā)作磁場的永久磁鐵及一人音圈。從構(gòu)造上來說動圈式揚(yáng)聲器屬於一種特別辦法的直流馬達(dá),由于音圈只需求來回運動而不是旋轉(zhuǎn),所以不需運用直流馬達(dá)上常見的炭刷和換向器(俗稱“銅頭”)
不管是溝通馬達(dá)或是直流馬達(dá),都是具有可逆性的,即在某種條件下可當(dāng)作發(fā)電機(jī)來運用。直流馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上和直流發(fā)電機(jī)沒有不同,尤其是永久磁錢式直流馬達(dá),只需可以使它的轉(zhuǎn)軸滾動,就可在其接線端上發(fā)作出必定的電壓。對動圈式揚(yáng)聲器來說,只需咱們用手按壓振膜,就必定會在接線端上發(fā)作電壓,巨細(xì)則視乎按壓的速度和起伏而定。
由于損耗和非線性化的影響,揚(yáng)聲器不行能對由擴(kuò)大器輸出的悉數(shù)電能加以利用而會有剩下電能發(fā)作,別的由于振膜的機(jī)械慣性原因,在音圈中也會發(fā)作剩余電能。由前者所發(fā)作的問題穩(wěn)為界面互調(diào)失真,而后者則會使揚(yáng)聲器的低頻操控力變差。
界面互調(diào)失真和揚(yáng)聲器內(nèi)阻及負(fù)回輸線路有關(guān)。當(dāng)擴(kuò)大器輸出的電能無法悉數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量時,剩余的電能就必定會在揚(yáng)聲器線圈中發(fā)作出額定的反電勢(Back emf),這個反電勢會由喇叭線回饋至擴(kuò)大器的輸出端,然后依擴(kuò)大器內(nèi)阻的巨細(xì)構(gòu)成一個電壓,這個電壓會被負(fù)回輸線路反應(yīng)至輸入端,和輸入信號渾然一體。使中低頻聲響混濁,剖析力和層次感大減。
要下降界面互調(diào)失真,關(guān)鍵之處是要下降負(fù)回輸量和擴(kuò)大器內(nèi)阻(即進(jìn)步阻尼系數(shù))。有許多Hi-End晶體管擴(kuò)大器正是選用這種準(zhǔn)則進(jìn)行規(guī)劃的。除此以外,雙線接駁也是另類改進(jìn)途徑,由于分隔的高低音線路使低頻端的反電勢不會對高頻信號發(fā)作影響,然后改進(jìn)音質(zhì)。
阻尼系數(shù)(Damping Factor)
阻尼系數(shù)的揚(yáng)聲器阻抗和擴(kuò)大器輸出阻譏之間的份額。望文生義,阻系數(shù)是表明對某一個進(jìn)程中進(jìn)行改變的物理量加以按捺的程度。以揚(yáng)聲器來說,要按捺的是揚(yáng)聲器振膜在沒有電信號輸入的情況下所作的慣性振蕩,簡略地說這是一個制動動作。揚(yáng)聲器的振膜是不能用機(jī)械阻尼辦法來制動的,所能運用的僅僅電磁辦法的阻尼。而這種辦法要求體系有必要盡量處於發(fā)電機(jī)狀況。
前面的評論曾提及揚(yáng)聲器會很簡略進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀況,當(dāng)輸入電讀號消失后的一會兒,揚(yáng)聲器振膜在慣性效果不還在振蕩。這種振蕩會在音圈中發(fā)作出一個感應(yīng)電壓,這時假如擴(kuò)大器輸出阻譏低的話,就恰當(dāng)於在揚(yáng)聲器端子上并接一個很小的電阻,音圈上的感應(yīng)電壓就會唆使一個較大數(shù)值的電流流經(jīng)擴(kuò)大器的內(nèi)阻郵局就是說揚(yáng)聲器此時變成電源,而擴(kuò)大器的功率輸出級線路卻變成負(fù)載。依據(jù)電磁感應(yīng)規(guī)律,這個電流是音圈在永久磁鐵的磁場中振蕩所發(fā)作的,所以這個音圈電流就必定會發(fā)作一個和振蕩方向相反的力去抵消振蕩。擴(kuò)大器的內(nèi)阻越小,電流就越大,抵消慣性振蕩的效果也就越強(qiáng)。由於這個電流的能量是會在電阻上變成熱量消耗掉,所以這種制動辦法在電機(jī)操控技能中稱為“能耗制動”(Dynamic Bracking)。揚(yáng)聲器在重播低頻時的振幅最大,所構(gòu)成的慣性振蕩也最嚴(yán)重,不加以按捺的話會使低頻操控力變差,缺少力度、彈性和層次感,但過份按捺則會使聲響變乾。
膽機(jī)由于有輸出火車的線圈電阻存在,阻尼系數(shù)大極有限,相反地,晶體管機(jī)選用多管并聯(lián)絡(luò)等辦法可容易將阻尼系數(shù)提升至一百幾十,甚至到達(dá)數(shù)百。不過可異一個阻巴系數(shù)的要求,這也就構(gòu)成了不同的揚(yáng)聲器和擴(kuò)大器之間會有各種不同音色的配搭。
對選用了大一半路負(fù)回輸?shù)臄U(kuò)大器來說,阻尼系數(shù)并不是僅有會對揚(yáng)聲器進(jìn)行剎車的東西,由于揚(yáng)聲器的慣性振蕩電流流經(jīng)擴(kuò)大器的輸出內(nèi)阻時,將會發(fā)作某個數(shù)值的電壓,負(fù)回輸線路即時將之反應(yīng)至輸入端,令擴(kuò)大線路認(rèn)為呈現(xiàn)了一個不應(yīng)呈現(xiàn)的失真電壓,立刻發(fā)作一個反相的信號加以抵抗。這但是一種最強(qiáng)力的馬達(dá)電制動辦法,稱為“反接制動”(Plugging)。不過也是一種最少運用的辦法,由于令一臺馬達(dá)突然反轉(zhuǎn)會發(fā)作巨大的機(jī)械沖擊力而損壞機(jī)器,但揚(yáng)聲器正本就是規(guī)劃成不斷前后運動的設(shè)備,所以這種辦法理論上徹底沒有問題,但是實際上卻常常出問題,費事又是來自傲回輸。
揚(yáng)聲器不是麥克風(fēng),由振膜振蕩發(fā)作的電壓,不會像麥克風(fēng)尋樣準(zhǔn)確,所以擴(kuò)大器生的抵消電壓也不行能做到徹底和振蕩巨細(xì)持平,方向相反。成果是使按捺進(jìn)程呈現(xiàn)不安穩(wěn),低頻不是油滑而迅速地削減,這個進(jìn)程其實和界面互調(diào)失真的進(jìn)程十分類似。某些原子粒擴(kuò)大器的低頻操控力還不如膽機(jī),原因也就在於此。
衡量擴(kuò)大器功能還有一些其他的規(guī)范,這篇文章所提及的僅僅些較多發(fā)燒友重視,加上經(jīng)常呈現(xiàn)爭議的規(guī)范。筆者決不是什么專家,僅僅由于作業(yè)時往往需求一起統(tǒng)籌電機(jī)和電子甚至機(jī)械方面的技能原理,頭痛之馀發(fā)覺在發(fā)燒范疇中有許多的技能或問題,現(xiàn)象等等,其實都是一些在其他工程技能范疇早已被人了解和知道的東西,其自身并不艱深和奧秘,僅僅不同職業(yè)解說 辦法不同而令人摸不著頭腦,這篇文章當(dāng)試用一些具體的比喻解說和差異一些常令人混肴的規(guī)范。期望一些非工程人仕的發(fā)燒友能有更明晰的概念。
擴(kuò)大器技能開展到今日信任已很難在線路規(guī)劃和資料運用方面作出特別技能打破。高質(zhì)素的器件只能是靠仔細(xì)認(rèn)真的態(tài)度,對過往常被人忽視的,許多的瑣碎技能規(guī)范一點一滴地去改進(jìn),每行進(jìn)一上都很不簡略,本錢和效果越來越不成份額。所謂平,靚,正僅僅相對而言,技能是用錢砌出來的,有許多所謂高科技軍事技能,運用的僅僅那些各國大專院校和研究機(jī)構(gòu)的學(xué)者,為了進(jìn)步自己的學(xué)術(shù)位置,在揭露渠道上宣布的理論研究效果,根本無密可保,難僅僅難在預(yù)研,規(guī)劃,實驗,出產(chǎn)和確保質(zhì)方面的工藝技能,像Hi-Dnd器件相同,所投入的本錢往往是天文數(shù)字,得回來的有可能僅僅一項單靠改造老機(jī)器便能運用的工藝,但假如不肯付出的話,能有收成嗎?