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音響人必搞懂問題(一):揚聲器的電阻抗
更新時間:2019-4-25 14:00:17 編輯:溫情 文章來源:蘭格電子有限公司 調整文字大小:【

  我發現消費者在選購擴大器包括前級和后級時,?;嵫仕氖淙胱榪?、輸出阻抗及輸出內 阻是多少?功率和驅動能力有多強?膽機好力還是晶體管機好力?橋接又如何?選購揚聲器時也 想了解它的功率、效率、阻抗等等感覺似是而非的問題,我相信看了下文應該有滿意的答案了。

  我們首先從阻抗談起。阻抗是音響中最??吹降淖盅哿?,那么它到底是指什么?阻抗與電阻不是完全一致的東西。阻抗就是電阻加電抗,詳細地說,就是電 阻、電容抗、電感抗在向量上的總和。在相同電壓下,阻抗越高電流越小,阻抗越低電流越大。
  一般音響器材常見提到阻抗的地方有:喇叭的阻抗,前后級放大器的輸入阻抗,前級的輸出阻抗, (后級經常不稱作輸出阻抗,而稱輸出內阻),信號導線的傳輸阻抗等。若說到器材內部電子線路及零件的各部分阻抗那就更琳瑯滿目復雜得多了,在此我們只介紹有關音響器材標稱的阻抗具有什么實質意義?
  “揚聲器的電阻抗”
  現在先從喇叭的阻抗談起。目前,世界各國的揚聲器廠家每天都在制造出千萬只品種與性能各異的揚聲器,以滿足日益增長的 Hi—Fi市場與 AV市場的需要,但揚聲器的標稱阻抗卻都遵循4 Ω、8Ω、16Ω、32Ω這樣一個國際化的標準系列。
  這代表了什么呢?
  這代表了揚聲器諧振頻率的FO至第二個共振峰 Fz之間所呈現的最低阻抗值。實際上喇叭構成輸出線路中一個帶電抗的電阻,只不過它的電阻隨潘放的音樂的頻率而變,這個動態的電阻就稱為阻抗。它可不是一 個常數值,而是隨著頻率的不同而不同,甚至可能會起伏得很可伯,可能在某頻率高到十幾 Ω或二十幾Ω,也可能在某頻率低到 I Ω或以下。
  當后級輸出一個固定電壓給喇叭時,依照歐姆定律,4Ω的喇叭會比8Ω的喇叭多流過一倍的電流,因此如果你會計算功率的話,你就會明白為何一部 8Ω輸出的100瓦的晶體后級,在接上4Ω喇叭時會變為200瓦了。當然除非特殊需要,沒有一個揚聲器的設計專家會設計出類似于2.5 Ω、5Ω、10Ω、15Ω這樣非標稱阻抗系列的揚聲器供應市場。
  誰都知道一個二單元的音箱(一個高音一個低音)通常采用1只8Ω的高音單元和 1只8Ω的低音單元組成,如果三單元的音箱(一個高音二個低音)通常都采用1只8Ω的高音單元和2只4Ω的低音單元串聯組成,或者用 I只8Ω的高音單元和2只16Ω的低音單元并聯組成,以達到整個音箱的8Ω輸入阻抗與功率放大器8 Ω輸出阻抗相匹配。

  當如上所述,喇叭的阻抗值不斷下降時,后級輸出一個固定電壓,它的電流就會愈來愈大,你確定你的后級能輸出這么大的電流嗎?你知道喇叭阻抗不斷下降的結果到后來就相當于是把喇叭線直接短路,所有的晶體管后級放大器,其輸出電流的能力均有其設計上的限制,超出此范圍,機器就要燒掉了。
  這也就是為什么一般人常說的:后級的功率不用大,但輸出電流要大的道理。當然這種講法也不太規范。因為現今的高保真晶體管功率放大器基本屬定壓型放大器,以輸出功率=負載 的電流平方x負載阻抗來計算,大功率時電流大,小功率時電流小亦屬于正常。真正有機會在既定的負載上有“大電流輸出”的,還是大功率放大器。
  早期日本放大器給人的印象就是功率標示很高,但輸出電流能力 則令人質疑,其實輸出功率和驅動能力之間的關系十分微妙。講到“輸出功率”的高低與“驅動能力”的強弱,兩者雖然沒有絕對的關系,但卻有相對的聯系。
  輸出功率很容易從數字顯示 5OW、100W、200W甚至更多,但是驅動能力的辨識就得依靠慧眼,甚至得真正度過才知道。功率放大器的驅動對象是喇叭,驅動能力越強,也就表示越能壓得住喇叭。當然你會問,什么樣的喇叭難推?
  我的看法是:低效率的(86db以下的),低阻抗的(4 Ω或以下的),靜電式和鋁帶式等等,都是很考功放搭配的。而功放的驅動能力則完全體現在電流的供給上,電壓×電流,就是真正的“功率”。

  如果有一 部功放,其功率標稱是100W×2(8 Ω ),200W×2(4 Ω ),400W×2(2 Ω),我們通常稱他是“大電流”設計,這種功放的驅動能力就會比較強。
  小小一套日本產的床頭音響組合動不動就是 300W,可是 KRELL的300W后級你想一個人扛是扛不動的。這種高電壓低電流的日本放大器如遇上現在滿街都是的低阻抗喇叭,一下子就軟了腳。4Ω喇叭的需求電壓比 8Ω低,但需求電流卻比較大,就以4W為例,8 Ω喇叭是0.7A,而4 Ω喇叭則吃lA電流,故為何大家都說,低阻抗喇叭比較難推動。
  正由于低阻抗喇叭“吃”電流,故晶體后級逐漸形成大電流設計。只要負載電流夠,晶體機的輸出 功率會隨著喇叭阻抗的降低而提開。但膽機固有輸出變壓器隔離,功率不隨喇叭阻抗變化,因此當喇叭阻抗猛往下降時,膽機就可能使不上力,因此時喇叭欲吃電 流,但膽機卻是電壓組件,無法提供電流,此時是不是晶體機比膽機夠力?
  有些放大器的設計是可以把兩個聲道結合起來成為一個單聲道來運作。通常其功率比原來兩個聲道功率之和還要大。這種技術稱為橋接或同極耦合。放大器是否可以橋接是取決于原來的設計。大部分的放大器都不能橋接,如果說明書沒有說明,則不要作此嘗試,否則可能會損壞機器,其實這樣做亦并非是好事,因為它會使放大器忍受低阻抗的 能力降低。
  如果有一對喇叭的阻抗很高,像早期的 RogerslS3/5A,那放大器的輸出功率豈不是減少?這是對晶體管機而言的,對于膽機卻是好事;因為膽機有輸出變壓器,所以其輸出功率不會隨負載阻 抗變動而變動,故無論負載阻抗變大或變小,膽機可維持穩定的功率輸出,遇到3/5a等高阻抗喇叭時,膽機比晶體機來得夠力。晶體機驅動高阻抗喇叭會降低功 率,但也有例外,因為有個別晶體管機亦使用輸出變壓器,其輸出功率不會隨負載阻抗變動而變動。

  阻抗是音響圈中最??吹降淖盅哿?,但是它到底意所何指呢?許多人在看到喇叭標示的阻抗值是四或八歐姆的時候,會直覺地拿起三用電表往喇叭的二個接線端子一量,看看到底是不是正確,可 惜的是絕大部份的人都失望了,因為用三用電表上的電阻檔量出來的結果并沒有和喇叭上面所標示的一致。原因呢?因為你誤會了,你搞錯了。
  阻抗與電阻不是完全一致的東西。在國中的物理課本上,我們第一次接觸到有關電學方面的理論,其中提到了有關電壓、電流、電阻以及電功率之間的原理和 數學關系。絕大部份沒有繼續進修電學方面的課程或從事于電子專業的人士,其畢生的電學常識乃盡粹于斯,這還是當年上 課沒打瞌睡,經努力、認真、用功學習后才能擁有的輝煌成果,難怪你會把阻抗當成電阻了。
  阻抗從字面上看就與電阻不一樣,其中只有一個阻字是相同的,而另一個抗字呢?簡單地說,阻抗就是電阻加電抗,所以才叫阻抗;周延一點地說,阻抗就是電阻、 電容抗及電感抗在向量上的和。
  在直流電的世界中,物體對電流阻礙的作用叫做電阻,世界上所有的物質都有電阻,只是電阻值的大小差異而已。
  電阻小的物質稱作 良導體,電阻很大的物質稱作非導體,而最近在高科技領域中稱的超導體,則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領域中則除了電阻會阻礙電流以外,電 容及電感也會阻礙電流的流動,這種作用就稱之為電抗,意即抵抗電流的作用。
  電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗,簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電 阻一樣是歐姆,而其值的大小則和交流電的頻率有關系,頻率愈高則容抗愈小感抗愈大,頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問 題,具有向量上的關系式,因此才會說:阻抗是電阻與電抗在向量上的和。
  一般音響器材常見被提到阻抗的地方有喇叭的阻抗,前后級擴大機的輸入阻抗,前級的輸出阻抗,(后級通常不稱輸出阻抗,而稱輸出內阻),信號導線的傳輸阻 抗(或稱特性阻抗)等。若說到器材內部電子線路及零件的各部份阻抗那就更琳瑯滿目復雜多多了,非三言兩語可說明清楚。在此我們專只約略介紹有關音響器材標 示的阻抗具有什么樣的實質意義。

  由于阻抗的單位仍是歐姆,也同樣適用歐姆定律,因此一言以蔽之,在相同電壓下,阻抗愈高將流過愈少的電流,阻抗愈低會流過愈多的電流。光是這么簡單一句 話,你可知道多少音響器材的搭配學問盡在其中嗎?
  先從喇叭的阻抗談起。最常見到的喇叭阻抗的標示值是八歐姆,也有很多是四歐姆,這代表了什么呢?
  這代表了這對喇叭在工廠測試規則時,當輸入1KHz的正弦 波信號,它呈現的阻抗值是四或八歐姆;或是是在喇叭的工作頻率響應范圍內,一個平均的阻抗值。它可不是一個固定值,而是隨著頻率的不同而不同,甚至可能會 起伏得很可怕,可能在某頻率高到十幾廿幾歐姆,也可能在某頻率低到一歐姆或以下(這種喇叭通常被視為后級的殺手,當年以Apogee最為著名)。
  好,讓我 們來腦力激蕩一下;當后級輸出一個固定電壓給喇叭時,依照歐姆定律,四歐姆的喇叭會比八歐姆的喇叭多流過一倍的電流,因此如果你會計算功率的話,你就會明 白為何坊間會傳言一部八歐姆輸出一百瓦的晶體后級,在接上四歐姆喇叭時會自動變為二百瓦的道理。
  可是你先別高興,以為占到了便宜,天下沒有白吃的午餐,當喇叭的阻抗值一路下降時,后級輸出一個固定電壓,它流過的電流就會愈來愈大,你確定你的后級能輸 出這么大的電流嗎?
  你知道喇叭阻抗一路下降的結果到后來就有點像是把喇叭線直接短路的意思,所以阻抗值有時會低至一歐姆的Apogee喇叭被稱作后級殺手 的原因,你明白了吧!所有的電晶體后級擴大機,其輸出電流的能力均有其設計上的限制,超出此范圍,機器就要燒掉了。這也就是為什么一般人常說的:后級的功 率不用大,但輸出電流要大的似是若非的道理。
  同理,如果有一對喇叭的阻抗很高,像早期15的RogersLS 3/5A,那擴大機的輸出功率豈不自動減半?沒錯!如果這對喇叭的效率又很低的話,你要它發出高音壓來,能不動用高功率擴大機嗎?江湖有傳言:上揚唱片在臺北市中山北路的門市有一對15的Rogers LS 3/5A,作為背景音樂之用。
  推它的擴大機是一部日本早期的Technics綜合擴大機而已,但包括劉老總及賴 主編在內,均盛贊它好聲,你言如何?早期日本擴大機給人的印象就是功率標示很高,但輸出電流能力則令人頗有微詞,君不見小小一套床頭音響組合動不動就是 300W嗎?可是KRELL的300W后級你想一個人扛是扛不動的。這種高電壓低電流的日本擴大機一遇上現在滿街都是的低阻抗喇叭,一下子就軟腳了,但是 如果碰上了高阻抗喇叭,例如……,會不會就成了名符其實的當哈利遇上莎莉呢?搭配之妙??!豈可等閑視之。

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