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    音響功放如何匹配?學會這一招就夠了!
    更新:2021-3-12 9:53:20 稿件:睿銘 調整大小:【

    揚聲器和功放怎么匹配?除了看功率和阻抗,還要注意什么呢?


    研 究 過 程

    我們先假設最大輸入電壓Emax為20 Vrms (IEC噪聲),持續(xù)3分鐘。有兩個公式可以確定額定功率數(shù)值。


    ▲公式1和2:電壓,電流和電阻的功率計算

    第一個需要知道電壓和阻抗(簡化為等效電阻)。第二個需要知道電壓和電流。

    ▲ 圖1 揚聲器的阻抗圖

    圖1上圖表顯示了揚聲器的阻抗曲線(Z)。下圖顯示的是普通揚聲器中標示的1/3- oct平均值。阻抗的值是多少?有三個可能。

    最小阻抗(Zmin)為4.4Ω,位于157Hz。

    額定阻抗(Znom)為5.5Ω。即Zmin乘以1.25。

    平均阻抗(Zavg)為10.2Ω。

    哪個阻抗應該用來計算額定功率?

    使用Zmin的額定功率是91W。

    使用Znom額定功率為72W。

    使用Zavg的額定功率是40W。

    基于電流曲線得到的功率。

    接下來,我們用一個電流分流器來測量Emax的實際電流。圖2顯示了在Emax下測量的功放輸出電壓(20 Vrms)和電流分流器的電壓(194 mV)。分流器電阻為0.1Ω。根據(jù)歐姆定律(I = E/R),電流是1.9A。功率使用第二個方程計算是40W。

    ▲ 圖2為Emax和Eshunt的時域圖(180秒中取了10秒)

    也就是說,對于寬帶信號,功放能看到負載的平均阻抗。對于窄帶信號,如正弦波,功放可以看到阻抗曲線上的任何值。因此Z值的作用有兩個:

    1.將阻抗曲線簡化成“一個數(shù)字”。

    2.防止制造商夸大揚聲器的阻抗。如果一個4Ω揚聲器的額定阻抗標注為8Ω,用戶可能會用一個功放通道推兩只音箱。

    電壓——公用數(shù)值

    注意,功率計算方法的公用數(shù)值是Emax。它是精確測量的,無可爭議。一個揚聲器的額定功率只有在Emax可以計算的時候才有用(公式2)。標示最大功率會產(chǎn)生來自市場的壓力,發(fā)布保守的功率也同樣是有代價的。這些可能會給終端用戶帶來一些問題。比如下面一些場景。

    通過公式2從額定功率中計算Emax。

    1 情景

    制造商使用Zmin來計算額定功率(91W)并采用最接近的阻抗通用值(8Ω)。如果終端用戶通過這兩個值計算Emax,將得到27Vrms。這將超過揚聲器的熱限值,可能造成損壞。

    2 情景

    用Znom計算額定功率(72W)。功率放大器GUI實時監(jiān)控放大器的輸出功率。終端用戶將揚聲器驅動到72W。27Vrms將會通過揚聲器,再次超過了Emax。

    3 情景

    揚聲器的Emax是20Vrms。如果有必要把揚聲器驅動到這個RMS電壓,需要一個更大的放大器。12 dB是一個合理的峰值空間,這意味著放大器需要能夠通過80Vrms的信號峰值。這樣功放的一個正弦或脈沖測試功率會有將近400W @ 8 Ω。具有這種額定功率值的功放將摧毀揚聲器,因為使用高度壓縮的信號,其輸出電壓很容易超過20 Vrms。

    為了讓客戶購買合適的功放,制造商給揚聲器標示的額定功率為200W,并建議他們購買兩倍大小的放大器?自然而然,這就產(chǎn)生了上面3的最終結果?紤]到揚聲器的額定功率為200 W連續(xù),用戶會燒掉揚聲器。

    4 情景

    除額定功率外,制造商還應標示出Emax。在情景3的基礎上,技術人員在功放中配置一個RMS限幅器,使其低于此值。可達到最大聲壓級,且揚聲器沒有危險。


    結 論

    本研究中的揚聲器處理20 Vrms的IEC噪音3分鐘。無論額定功率如何,Emax都是20 Vrms。將Emax轉換為功率需要使用阻抗值。由于阻抗并非完全固定,會在溫度等因素作用下產(chǎn)生變化,所以得到的額定功率也不確定。

    終端用戶的錯誤假設很容易導致?lián)P聲器損壞。
    除了用于揚聲器的銷售,標注的揚聲器額定功率幾乎沒有實際用途。說一個揚聲器可以“處理” *W或功放可以輸出*W是非常危險的表述語言。有意義的揚聲器額定功率要確定Emax,可以很容易地對其進行監(jiān)控來保護揚聲器。因為它的峰值空間要求也能幫助選擇適當?shù)墓Ψ艁眚寗訐P聲器。

    功放或揚聲器的額定功率是表示產(chǎn)品性能特征的簡明方式。兩者都涉及電壓,電流,阻抗和時間。功率公式能讓這些參數(shù)簡潔地表達為某個瓦數(shù)值。只要提供足夠的信息可以反向進行數(shù)學運算,以從額定值中獲取原始電壓,電流和阻抗值。但很少有廠商會這樣做,結果是功率標示影響了用戶的購買判斷。我們將努力推行良好的工程實踐標準,為音頻產(chǎn)品更好的匹配功放,同時做好保護工作。

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