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发信人: jackneng01(猫少) 整理人: jackneng01(2001-12-25 16:24:44), 站内信件 |
| 电工学、电子学、电声学以及振动学中经常出现阻抗与阻尼这两个术语。平日生活中对“阻”字常常采取讨厌的态度。车船行进遇到阻力有害，工作中遇到阻力也是不希望的。然而当转动的车轮与地面无摩擦阻力时各种车辆则无法前进；当刹车时同样希望这种摩擦阻力越大越好。
闲话少叙，现就音响系统中的阻抗与阻尼做一简要阐述。 根据电声词典，阻抗(impedance)被定义为：具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电流所起的阻碍作用称为阻抗，用Z表示：Z=(R2+(ωL-1/ωC)2)1/2，单位是欧[姆]，符号是Ω。阻尼(damping)：振动系统因受到阻力所产生的振动幅度减弱或振动能量随运动距离、时间而耗损的现象。 一、功率放大器的阻尼系数功放的任务是驱动扬声器，因而功放是扬声器的电阻尼，所以这个阻尼对扬声器的放音质量有密切关系。阻尼过大或过小，音质都会受到影响。 阻尼系数过低，则放大器对扬声器低频段控制力弱，低音乏力，混浊不清，拖尾音现象加重。并能掩蔽部分中低音，重放音乐缺乏力度与层次。阻尼系数过高(过阻尼)，将使扬声器的声音干涩、失去弹性。 功放的阻尼系数fD是功放额定输出阻抗(常为其驱动的扬声器阻抗)与功放输出内阻的比值，它表征着功放输出内阻给予扬声器的电阻尼状态。由此看来，阻尼系数的意义含有双重性，它联系着功放与扬声器。即它们之间欲想良好地工作，需达到合理的阻尼系数匹配。早期电子管功放统治天下时，由于输出变压器内阻较高，扬声器要求的阻尼系数是1-3左右。晶体管功放出现后，由于其输出内阻较低，扬声器要求的fD值大大提高，由十几至几十甚至超过一百。 二、扬声器的额定阻抗众所周知，扬声器的阻抗是其频率的函数，由于其函数关系的复杂化，不易用数字式表达，常用图像法－－阻抗频率特性表示，即阻抗特性曲线。扬声器的额定阻抗是一个纯电阻的阻值，在确定信号源的有效电功率时，用它来代表扬声器，此值由产品标准规定，用于匹配和测量。在额定频率范围内，阻抗模值的最低值不应小于额定阻抗的80%。在额定频率范围以外的任何频率(包括直流)的阻抗小于此值时，则在产品说明书中给出，最好是一条阻抗曲线。额定阻抗用替代法测试。 额定阻抗，国家标准规定优选系列为2、4、8、16、32Ω，非优选值：2.5、4.6、25、40Ω。一般扬声器的额定阻抗多为8Ω，但也有用5Ω或6Ω的。 阻抗频率曲线是扬声器的阻抗模值随频率变化的曲线，对扬声器系统，在给出额定阻抗值的同时，还应给出阻抗曲线和阻抗曲线最低点的阻抗值。扬声器的阻抗曲线如图所示。测量阻抗曲线可用恒压法或恒流法，通常优选恒流法。当然，由于技术的进步，现在有了更先进的测试系统，例如惠威集团采用的MLSSA自动分析系统，几秒钟内即可测出扬声器22个参数，而用LEAP分析系统除有测阻抗曲线、相频曲线外，更用其进行箱体设计和分频器设计，误差小于1dB。 事实上，扬声器的额定阻抗是由扬声器制造厂给出的。对于纸盆扬声器。它是扬声器共振频率f0以上第一个阻抗最小值，用Zc表示。 由电路分析可知，在f0附近，当力阻越小，力系数A=BL越大时，阻抗峰值越高，其峰值可达音圈直流电阻RDC的十几倍。 现对阻抗频率曲线进行简要分析如下： 1、当扬声器工作频率远小于f0时，音圈的感抗(ωL)很小，音圈移动感应出的反电动势也不高，阻抗接近于直流电阻。此时音圈自感所产生的反电动势与运动所产生的反电动势的大小相等，相位相反，互相抵消。因此规定在谐振点以上的最小阻抗值为扬声器的额定阻抗(也称标称阻抗)，既然此是扬声器的最小阻抗值，根据欧姆定律表达式I=U/Zc，此时电流最大。如果扬声器及驱动它的放大器在最大电流时能正常工作，即在最"重"的负载下能正常工作，那么它在其它阻抗值(对应不同工作频率)时自然能更好的工作。这也正是选此值为额定阻抗的主要理由。另外，在fc处的Zc值相对于f0处的Zmax值稳定得多则是另一个理由。 2、由于扬声器的直流电阻略低于其额定阻抗，因而当不知额定阻抗时，可用万用表测出其直流电阻值，乘以1.1左右的系数，再圆整成4、8、16、32等数值，即可知扬声器的额定阻抗(对于非标准额定阻抗值的情形除外)。 3、由于扬声器力学系统的谐振特性必然反映到电阻抗上来，因此可以通过测量扬声器阻抗特性的方法得知力学系统谐振频f0。事实上，这也是测量成品扬声器谐振频率f0值的常用方法。 4、当扬声器的工作频率f满足式f0 < f < fc时，阻抗呈容性(容抗=1/ωc与频率成反比)，阻抗随频率的升高而降低。当工作频率达到f0时，电路发生串联谐振(电压谐振)，由于此时阻抗取极小值，在振动工程上称为反共振。 5、当f > fc时，阻抗又成为频率的增函数，呈现为感性，不过此阶段曲线上升的速率较f < f0频段为慢。 扬声器的输入电功率P就是用额定阻抗Zc计算的：P=U2/Zc，其中U为扬声器音圈两端的电压。 三、扬声器的阻尼 任何一个振动系统，当施加一个力后，它就会往复振动，如果振动过程中受有阻力，那么会逐渐停下来，否则就会永远振动下去。事实上后者是不存在的，因为任何一个系统在振动过程中都要或多或少受到一些阻力，扬声器的振膜(俗称纸盆，但不一定是纸做的)也不例外。 当扬声器与功放连接后，功放电路的输出阻抗和扬声器的阻抗即成为并联网络，相当于在扬声器音圈两端并联一个很小的电阻，它会使振膜的自由振动受到阻尼。功放输出阻抗越小，对扬声器的阻尼就越大，因此，就用阻尼系数来描述功放电路对扬声器的阻尼程度，它被定义为扬声器阻抗与功放输出阻抗(功放内阻)之比。 可见，阻尼系数(阻尼因数)是联系功放与扬声器的一个带有公共性的参数。对每一个高保真扬声器，均要求一个最佳阻尼系数，此值应由扬声器制造厂给出，遗憾的是至今尚未见到哪个扬声器厂提供该参数。实际应用中应该是根据扬声器的阻尼系数来选择功放，以得到适合自己的阻尼。 一般地说，希望阻尼系数大些为好。阻尼系数小时，扬声器的输出声压频率特性、高次谐波失真特性都要变坏。 扬声器出厂后，其品质因数Qt便已确定。可是当它与放大器连接后，实际形成的阻尼系数将反过来影响Qt，其计算由下式确定： Qe=Qt1+fy K+fy K=RDC Zmax 式中，Qe——存在扬声器阻尼系数fy影响的品质因数: Qt——扬声器的品质因数； RDC——扬声器音圈的直流电阻； Zmax——扬声器在谐振频率f0处的阻抗值。 当放大器与扬声器之间的连线的电阻不可忽略时，fy的定义表达式的分母中尚应计入此电阻值，这就会使阻尼系数变小，其影响是有害的，这也正是人们追求5N、7N扬声器接线的理由，至于其合理性与否且看下文分解。 阻尼系数一般要求应大于5，对高级高保真放大器要求在20以上。 对放大器本身来说，提高阻尼系数的唯一措施是降低内阻，比较困难；而在放大器以外存在降低阻尼系数的因素则有扬声器接线电阻、接触电阻等。因此，为减小这些电阻，应采用截面粗的多芯优良导线，接头用螺丝联接等。另外，由于无法预知放大器能与何种扬声器配接，所以放大器的阻尼系数还是做得较大为好。 四、阻抗匹配 阻抗匹配是指放大器的额定输出阻抗等于所驱动音箱的额定阻抗，这时音箱得到的功率最大，而失真最小。 放大器的输出形式有定阻抗输出和定压输出两种。比如电子管放大器的输出端一般有三个接线柱，分别标注"0"、"4Ω"、"8Ω"，这是定阻抗输出式，与音箱配接时，要按号对座，这样我们就称为阻抗匹配，即放大器与音箱获得最佳配合。负载阻抗过大或过小即谓失配现象。当扬声器和放大器无法匹配时，可在扬声器上串、并联相应阻值的电阻，当然这样会损失一部分功率。 目前广泛使用的晶体管(含集成电路)放大器，常加有负反馈，使其在额定功率范围内，即使负载有变化，其输出电压和失真度指标变化也都很小，这种放大器属于定电压输出式。它和音箱的连接很方便，对音箱的阻抗要求不苛刻，即使负载阻抗比放大器的阻抗大一些，对使用上影响也不大。这种放大器的性能比较稳定，即使负载很轻，也不会发生振荡之类的故障，甚至在负载近乎于短路的情况下也不至于烧坏大功率输出管。因此，要配接音箱时不象定阻输出放大器要求的那么严格。 当音箱与放大器较远时，馈线的影响就需加以考虑。馈线不仅有直流电阻，而且还有感抗和容抗。扬声器的低频特性基本上只受直流电阻影响，而高频特性又只受电抗成分的影响。扬声器阻抗通常为8Ω甚至4Ω的较低值，所以馈线的电感是对高频特性产生影响的因素。在当代高保真重放系统中，即使音箱距放大器只有两三米远，对它们之间的连线要求也越来越高，首先是要求材料为纯铜(达不到！)，所谓5N、7N无氧铜线，其次是在线的绞合和绝缘屏蔽上下功夫，以减小感抗和容抗，以致极品音箱线每对(至多共6米长)数千元甚至上万元，还有信号线也被炒到千多元或数千元一条(最多1.5米长)，至于其性价比是高还是低，甚至还是暴利，笔者未做研究，更未亲聆其美声，难做结论。但至少下面几种情况需提请经济型发烧友注意： 采用如此高档的线材，肯定比不采用为好。但能好出多少需研究它的周围环境： 环境之一：放大器内部音频电流接线以及电路板的镀铜层是否也采用了5N或7N线呢？如果没有采用，它所损失的和变"坏"的信号，音箱线能给追回多少呢？或者能再生多少呢？ 环境之二：音箱内部的接线也使用5N、7N线？数米长的电感线圈用线是否是5N、7N的？笔者猜想，万元以下的音箱，厂家恐怕不舍得用5N、7N线吧！ 环境之三：即使全部音频线都用上了极品，那么密密麻麻的焊点用的是什么材料呢？几元钱一盘的焊锡丝导电率是否与7N线相仿？线材经销商大可不必不高兴，因为这只是笔者的愚见，聪明特别是有经济实力的发烧友决不会受此影响的 <img src=http://uh1.gz.163.com photo?name=jackneng01 alt=http://uh1.gz.163.com photo?name=jackneng01> 
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