浅析音响电子功率放大器

来源:用户上传      作者: 陈迎伏

　　功率放大器简称功放，可以说它是各类音响器材中最大的一个家族了。其品牌、型号之多，实在举不胜举。虽然都称为功放，但以其主要用途来说，功放可以分做两个主要类别，这就是专用功放与民用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声以及录音监听等所使用的功放，一般在其技术参数上往往独特的要求，这类功放通常称之为专用功放或是专业功放。而用于家庭的Hi-Fi音乐欣赏、AV系统放音以及卡拉OK娱乐的功放，通常称之为民用功放或是家用功放。专用功放与民用功放尽管在一些特性参数上有所差别，但也很难说有一条泾渭分明的界线，比如用于音乐录音监听的功放很可能就是一台可用于家庭Hi-Fi甚至是Hi-end功放。
　　Hi-Fi功放与AV功放是目前家用功放中的两个主要类别。这两类功放用于不同的用途，设计的侧重也不同。Hi-Fi功放用于欣赏音乐，使用者追求的是尽可能的“原汁原味”。而AV功放的使用者追求的是与画面相配合的“现场”效果，甚至是夸张了的“现场”效果。这两类功放不宜直接比较孰优孰劣，比如价位同为三千多元的Hi-Fi功放与AV功放，Hi-Fi功放的成本投入只在两个声道上，而AV功放的成本投入则要兼顾5-6个声道，还要具有一定的效果处理功能，如果仅看其两个主声道的投入，肯定低于Hi-Fi功放两个声道的投入，其放音效果的差异是显而易见的。但是无论是Hi-Fi功放还是AV功放，都有高档精品型与超值普及型之分，比如天龙的AVC-A1型AV功放，当其用于音乐放音时，其音效不会比一台四、五千元的Hi-Fi功放逊色。
　　一般来说，很难能有一台可以对Hi-Fi、AV全兼容的AV功放，AV功放兼顾Hi-Fi音乐欣赏是有条件的，这一条件就是使用者欣赏音乐时的要求与标准，如果使用者仅是用来欣赏一些休闲音乐或是只要求能够听到乐曲的旋律，AV功放是比较容易满足的，但如果对音乐欣赏有较高的要求，一般的AV功放就难于满足了。
　　Hi-Fi欣赏的功放可以分作晶体管功放和电子管功放两大类，以前还有用集成电路或是模块电路的Hi-Fi功放，但是现在已经不多见了。晶体管功放和电子管功放并不存在着优劣的差异，只不过应用的器件不同（一是晶体管，另一是电子管），其物理基理与电路特点也不相同。电子管的电流是电子在真空中受电场力的吸引，运动形成的。而晶体管的电流是半导体元素的外层电子在电场力的作用下转移位置形成的。这种物理基理的不同，造成在实际应用中电路特点也不同。相对来说，电子管功放的工作电压较高，但工作电流比较小，而晶体管功放的工作电压较低，工作电流比较大。电子管功放与晶体管功放的音色确是有一定的差异，两者对瞬态信号的响应也不相同。这种不同都又分别适应了不同类别的音乐和不同的音乐欣赏者，所以目前的Hi-Fi功放中形成了晶体管功放和电子管功放并存的情况。不过，若是就品牌、型号、数量而言，晶体管功放所占的份额仍是绝对大于电子管功放。
　　晶体管功放输出级晶体管的工作状态，可以分为甲类功放与乙类功放。所谓甲类，是指使输出级晶体管在正弦交流信号的正负半周时均工作在线性区，而乙类则是仅使输出级的晶体管在正弦交流信号的正半周（或是负半周）工作在线性区。由于输出级晶体管的工作状态不同，输出级的电源利用效率（即输出功放与耗电功率之比）也不同。在实用的输出电路中，乙类的效率要比甲类的效率高2-3倍。比如马兰士PM80晶体管功放，在确定的供电电源条件下，工作在乙类时输出功率有100W，而在甲类时只有20W。甲类功放不存在交越失真，而且不论实际输出功率大小，输出级晶体的内阻均为恒定。而乙类功放总会有一定的交越失真（尽管这种失真可能极小），另外在大输出时输出级晶体管的内阻较小，但在小输出时输出级晶体管的内阻却比较大。这些不同，造成听感上也有不同，甲类功放的声音相对乙类功放而言比较柔和，另外对音箱的低频控制力也比乙类功放强，尤其是在小音量时低音的质感要好一些。甲类功放的这些特点，使得甲类功放在实际应用中不需要很大的输出功率余量，一台20-30W的甲类功放已经能够把大多数的音箱推动得很不错了。
　　前面提到了甲类功放的电源效率低，这一原因造成甲类功放工作时要散发大量的热量。为了使晶体管的工作温度不超过一定限度，需要较大体积和面积的散热器，这使得甲类功放的体积、重量都比较大。比如KRELL的KSD-50S甲类功放，输出为50W+50W，重量却有近30Kg，马兰士PM-80在工作状态下输出为20W+20W，重量也有13Kg。
　　常见的功放都是把放大小信号的前置放大器（前级）与功率放大器（后级）做在一个机壳中，这种功放常被称为“合并功放”。合并功放使用方便，又有比较好的性价比。但这种合并功放有一些固有的缺点，其中最不好克服的就是前级与后级之间的相互干扰问题了。为了解决这一问题，便把前级与后级分别做在两个机壳中，这样就有了纯后级功放。大多的纯后级功放都是双声道的结构形式，但这种结构形式使得两个声道相互干扰，问题又不太好解决，为了解决两个声道相互间的干扰便又出现了把两个声道分开的单声道纯后级功放。
　　把功率放大器分割开来，最主要的目的是要提高功放的素质，而不是追求这种形式。如果仅仅在形式上实现了相互分开，尽管可以解决相互干扰问题，但其他参数并未明显改善，那么这种分开对功放提高整体素质来说还是有限的。对于大多数的纯后级功放和单声道功放来说，都需要配接一台前级，因为纯后级功放与单声道功放是为了提高功放素质出现的，所以对前级的素质要求也应与其相适应。
　　功率放大器有晶体管与电子管之分，前级同样也有晶体管和电子管之分。对于音响爱好者与音乐爱好者而言，在选用前级与后级上有多种的组合形式，而不同的组合形式又有不同的音效特点，这使得用户又多了一些选配组合，与纯后级功放配接的前级对整个音响系统的优劣影响比较大。首先它必须具有一定的素质，否则纯后级或是单声道的优点便发挥不出来，甚至有可能把一台劣质前级的“毛病”突现出来，使整体音效反而更差了。其次，不同的前级后级配合其音色特点不同，使用者可以根据个人的偏爱选择不同的组合配接形式，比如，很多音响与音乐爱好者就喜欢用“胆前、石后”（即电子管前级，晶体管后级）的组合方式，觉得这样组合既发挥了晶体管后级功率输出大，瞬态响应好的特点，又领略了电子管前级音色甜美、醇厚的“韵味”。不过这种搭配也并不是“金科玉律”，因为具体的前级与后级都有各自的特点，而对音色的偏爱又因人而异，使用者可以依据具体的情况找出自己所喜爱的组合方式。
　　Hi-Fi功放应有的输出功率受很多因素影响。首先这一输出功率与所配接的音箱关系较大，其次还与功放的自身素质有关，最后与所使用的环境空间体积、吸音物体有关。
　　音箱有一项参数叫做灵敏度，它的单位是dB/m・W，所代表的意义是当音箱得到1W的电功率时距离音箱1m处产生的声压（dB）。某款音箱的灵敏度是90dB，在1m处得到90dB的声压需有1W的功率来推动；要得到100dB的声压，则需要10W的功率。但如果音箱的灵敏度是80dB（如ATC的SCM-10）,它要想达到100dB的声压,就需要100W的功率放大器来推动了。现实生活中,大多数音箱的灵敏度约为85-90dB，对这些音箱来说，10-30W的不失真功率就能够提供足够的声压了。

　　功放自身的素质，与功放应有的输出功率关系较大。功放的参数中有一项称为阻尼系数，这是表示对音箱控制能力的一项参数，但这一参数有一个适度范围，而且又和具体的音箱有直接关系。一般，如果一台功放的素质很好，在30W输出时仍能保持其性能参数在一定的水准。那么就没有必要去要求功放有更大的功率输出。可是如果功放的素质不很理想，当输出功率增加时会引起其性能参数的劣化，那么就应当使功放的输出功率有一定的余量，以保证在实用的输出功率下仍有一定的良好参数。通常情况下，当功放为甲类输出或是电子管功放，则不需要有过多的输出功率余量，20-30W的输出功率已经够用了。但如果是乙类功放或是素质较差的功放，这时应使功放的输出功率有较大的余量。另外，如果配接的音箱是大型倒相式，也应使功放有较大的输出功率余量。在从功放自身的素质考虑功放应有的输出功率时，将功率余量选得大些确实能改善功放与音箱的适配情况。
　　但这里还是要明确一下，选择输出功率较大的功放主要的意义，不是因为我们需要那样大的声压，而是要改善功放对音箱的适配状态。如果一台输出功率适度的功放已经能够把音箱控制得得心应手，那么就没有必要对这台功放提出更高的输出功率要求。
　　使用环境，也就是房间的空间体积与功放应输出的功率也有一定的关系，以上所谈及的输出功率大小，是以房间的空间体积40平方米以下而言，如果房间的空间体积较大，那么功放的输出功率则应加大一些。
　　吸音物体是指建筑物墙面装饰材料、墙面形状体、人数以及空气中的干湿度都会对音媒产生影响，这就是人们通常说的“声音吸收”。
　　电子管功放输出级的特点。电子管功放的功率输出级有三种电路类型，第一类是有输出变压器的推挽输出电路。这类输出电路类型在电子管功放中占了绝大多数。在推挽电路中的输出变压器中直流成分很少，二次谐波失真也很小，这类电路的输出功率可以做得比较大，所以适用范围也比较大。一般说对胆机音色有兴趣的音响爱好者来说，这类输出级的胆机很合适。不过这类功放的输出变压器的设计与工艺至关重要，如果输出变压器的设计与工艺上有不足之处，往往这类功放的频率响应、瞬态响应就不太理想。另外由于输出变压器的制约，所以配接音箱的适应范围较小。
　　第二类功率输出级的电路类型是单端甲类电路。这类电路也有变压器，但这类电路的输出变压器中有很大的直流成分，对输出变压器的要求比推挽输出电路中输出变压的要求要高。另外对供电电源的要求也比较高。这类输出电路的特点是二次谐波成分比较多，尽管这是一种谐波失真，但对音乐信号来说二次谐波是高度的谐合音，所以听起来很入耳。这一特点使得这种输出电路的功放在声音的音色上很有特点，尤其是当功放级采用三极管时人声听起来很甜美，室内乐中的弦乐听起来也很细腻，或者说这类功放的声音很有味道。但是这类功放的输出功率不容易做得大，所以如果配用的音箱灵敏度较低，在放送大型管弦乐曲时就比较勉强了。这类电子管功放都很受一些音响玩家的欢迎，往往在备有一台大功率晶体管功放之外，又备有一台此类功放，想来是在音色上互有所补，不过这也说明此类功放的音色特点确有动人之处。第三类电子管功放的输出级电路是OTL电路。所谓OTL电路就是无输出变压器电路。现代的晶体管功放输出级几乎全是OTL电路或是OTL电路的改进型。电子管和晶体管的特性参数与工作状态不同，晶体管功放很容易适合配阻抗为4-8欧姆的音箱，而电子管功放要想不需要输出变压器去适配4-8欧姆的音箱就要费些周折了。电子管OTL功放由于去掉了输出变压器，所以在技术参数上比前面提到的那两类电路有很大的提高，这类输出电路的功放声音极有特色，和前面两类输出电路相比，它有宏伟的气势和宽阔的声场，和晶体管功放相比它的音色又温暖、细腻。这类功放由于没有输出变压器，所以能够适应较宽范围的音箱阻抗。但是这类输出级的功放电源效率低，设计、工艺、调试都比较复杂，目前这类输出电路的功放仅见于一些高档机种，很难见到低价位的普及型机种。
　　
　　参考文献：
　　1、王以真.实用扩声技术[M].国防工业出版社,2004.
　　2、黄继昌.无线电爱好者实用资料图表集[M].人民邮电出版社,1990.
　　（作者单位：湖北省经济管理干部学院）

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