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放大器的阻尼對音響的影響何在?
發布時間:2010-11-18 閱讀:3482次  


一直以來,我對“放大器的阻尼對音響的效果有什么影響”這一問題總是一知半解,最近讀了一些文章,有些心得,同各位探討一下。

首先,要清楚阻尼的定義,阻尼就是負載阻抗和源內阻之比。流行的說法是阻尼越高,放大器對音箱的控制力越好!獜脑砩蟻碚f,這是完全正確的。

石機的輸出阻抗很低,它的阻尼可以很容易地做到成百上千,這也成為很多石機商家的賣點。但是,在膽機DIY來看,就帶來問題了:

對膽機來說,做高阻尼是非常困難的,因為膽機的負載阻抗是確定的,提高阻尼的途徑只有是降低源內阻。從音箱看輸出變壓器的次級,源內阻主要由三個部分并聯組成:①次級的電阻和感抗;②初級感抗反射到次級;③輸出管的內阻。

次級的電阻和感抗取決于變壓器的設計!俺跫壐锌狗瓷涞酱渭墶边@一部分不能低,因為它決定低頻響應。輸出管的內阻由管子和電路決定,可以用低阻管(300B,2A3)或高阻管加電壓負反饋。

對大多數DIYer來說,他不會用很多錢去買很昂貴的管子來玩。而高阻管加反饋又會影響瞬態,膽機的阻尼還是要高過石機。這樣看來,似乎沒有什么好辦法了。

我們從另一個角度來看看阻尼:回到原來的概念,“阻尼越高,放大器對音箱的控制力越好”。阻尼需要達到多少才能滿足需要?正確設計的膽機的阻尼是否足夠高了呢?就像0.01%失真度和0.00001%的失真度對音頻放大器的使用來說有什么不同呢。

這就需要我們對阻尼和音箱有進一步的了解。首先,放大器對音箱的控制力好是什么意思?

紙盆的運動完全受制于放大器的輸出電壓。當放大器有輸出的時候沒有問題,音圈可以根據電壓幅度驅動紙 盆。但是,當放大器的沒有輸出時,就出現了一個問題,紙盆會因為慣性的作用繼續運動,而放大器本身沒有辦法讓它停止。在這一時刻,放大器本身對音箱完全沒 有控制力。這時,就要有一個讓紙盆停止運動的機制——這就是我們所講的阻尼。

所謂阻尼,就是當系統沒有輸入能量時,系統自身把儲存的能量消耗掉。對音響來說,就是當放大器沒有輸出時,紙盆的運動動能以其他方式立刻消耗掉使之停止運動。

對這樣一個儲能和耗散的系統,更通用的物理參數應該是系統的Q值。對音箱來說,Qtotal=Qm*Qe/(Qm+Qe),Qtotal是音箱的總Q值。它由兩部分組成,對應兩種不同的耗散機制。

Qm是音箱的機械損耗,這個損耗應該比較小,否則音箱的靈敏度會低。Qe是音箱的電磁損耗,其原理就是 一發電機;诖蠖鄶狄粝湓O計,Qe是Qm的1/3。所以,紙盆的制動(煞車)主要是基于Qe。就是讓紙盆的機械能通過音圈發電機原理轉化為電能,然后再 在電阻上消耗掉。計算Qe不是很復雜,紙盆加音圈的等效機械能除以在一個周期內音圈產生的電流的平方乘以回路電阻。

Qe=2*pi*Fc*M*Re/(B^2*L^2),在這里,Fc是自諧振頻率,M是等效質量,Re是回路電阻,B和L分別是磁場強度和音圈線圈長度。因為沒有考慮源內阻,這等效于阻尼無窮大的情況。

如果我們考慮源內阻:Q’e=2*pi*Fc*M*(Re+Rs)/(B^2*L^2),Q’e=2*pi*Fc*M*Re*(1+Rs/Re)/(B^2*L^2),Q’e=2*pi*Fc*M*Re*(1+1/D)/(B^2*L^2),D就是阻尼系數。
假設音箱的其他系數不變,Qe可寫成Q’e=Qe*(1+1/D)。這樣,就可以討論由于阻尼系數導致的Q’e的相對變化。

可以看出,如果D很小,說明回路電阻大。假定音圈的電動勢V是恒定的,回路的功率損耗V^2/(Re+Rs)就小,每一周期的能量損耗,T*V^2/(Re+Rs),也就小。紙盆到停止花的時間就長,反之就短。這就是阻尼的作用。

從上面還可以看出,當D大于10以后,整個系統的Qe變化很小。D為50和D為1000對系統的影響的不同完全可以忽略。換句話說,如果石機的商家用幾千的阻尼系數來佐證音響效果,那他就是對買家做的一個徹底的誤導。

現在要回答一個最關鍵的問題:D(阻尼系數)多大才足夠了?這個問題可以這樣來問:D多大時,從輸入信號停止到紙盆運動停止所花的時間人耳無法辨別?這個時間可以從喇叭設計的軟件模擬計算上或實驗上得到,下面提供一組數據可以作為參考:

 

最后一列“Decay  time”是信號停止到紙盆運動停止的時間?梢钥闯,D等于50和D等于無窮大沒有任何區別。D等于10和D等于無窮大的區別為0.003秒?煞直鎲?也許有金耳朵的人能分辨出來。

最后,了解這些對于膽機DIY有什么用?我認為有以下幾點應該清楚:

1、D最好不要小于10,這不難做到。8歐姆的低音單元,輸出變壓器的次級直流電阻要控制在0.8歐以下。

2、輸出變壓器的次級直流電阻是決定D的主要因素,而且,它給出了可測的D的下限。如果R=0.8歐,系統的D一定大于10,因為其他兩項是和它并聯的。

3、阻尼主要是低頻的效應,這時候,次級電感和其它寄生效應都可以忽略。

4、在設計電路時,不要單純為增加阻尼而加電壓反饋。

最后給一篇文章的聯接。英文好的朋友可以參考。上面的數據出自這篇文章:《DAMPING FACTOR: EFFECTS ON SYSTEM RESPONSE》
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