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音响人必搞懂问题(一):扬声器的电阻抗
更新时间:2019-4-25 14:00:17 编辑:温情 文章来源:兰格电子有限公司 调整文字大小:【

  我发现消费者在选购扩大器包括前级和后级时,常会询问它的输入阻抗、输出阻抗及输出内 阻是多少?功率和驱动能力有多强?胆机好力还是晶体管机好力?桥接又如何?选购扬声器时也 想了解它的功率、效率、阻抗等等感觉似是而非的问题,我相信看了下文应该有满意的答案了。

  我们首先从阻抗谈起。阻抗是音响中最常看到的字眼了,那么它到底是指什么?阻抗与电阻不是完全一致的东西。阻抗就是电阻加电抗,详细地说,就是电 阻、电容抗、电感抗在向量上的总和。在相同电压下,阻抗越高电流越小,阻抗越低电流越大。
  一般音响器材常见提到阻抗的地方有:喇叭的阻抗,前后级放大器的输入阻抗,前级的输出阻抗, (后级经常不称作输出阻抗,而称输出内阻),信号导线的传输阻抗等。若说到器材内部电子线路及零件的各部分阻抗那就更琳琅满目复杂得多了,在此我们只介绍有关音响器材标称的阻抗具有什么实质意义?
  “扬声器的电阻抗”
  现在先从喇叭的阻抗谈起。目前,世界各国的扬声器厂家每天都在制造出千万只品种与性能各异的扬声器,以满足日益增长的 Hi—Fi市场与 AV市场的需要,但扬声器的标称阻抗却都遵循4 Ω、8Ω、16Ω、32Ω这样一个国际化的标准系列。
  这代表了什么呢?
  这代表了扬声器谐振频率的FO至第二个共振峰 Fz之间所呈现的最低阻抗值。实际上喇叭构成输出线路中一个带电抗的电阻,只不过它的电阻随潘放的音乐的频率而变,这个动态的电阻就称为阻抗。它可不是一 个常数值,而是随着频率的不同而不同,甚至可能会起伏得很可伯,可能在某频率高到十几 Ω或二十几Ω,也可能在某频率低到 I Ω或以下。
  当后级输出一个固定电压给喇叭时,依照欧姆定律,4Ω的喇叭会比8Ω的喇叭多流过一倍的电流,因此如果你会计算功率的话,你就会明白为何一部 8Ω输出的100瓦的晶体后级,在接上4Ω喇叭时会变为200瓦了。当然除非特殊需要,没有一个扬声器的设计专家会设计出类似于2.5 Ω、5Ω、10Ω、15Ω这样非标称阻抗系列的扬声器供应市场。
  谁都知道一个二单元的音箱(一个高音一个低音)通常采用1只8Ω的高音单元和 1只8Ω的低音单元组成,如果三单元的音箱(一个高音二个低音)通常都采用1只8Ω的高音单元和2只4Ω的低音单元串联组成,或者用 I只8Ω的高音单元和2只16Ω的低音单元并联组成,以达到整个音箱的8Ω输入阻抗与功率放大器8 Ω输出阻抗相匹配。

  当如上所述,喇叭的阻抗值不断下降时,后级输出一个固定电压,它的电流就会愈来愈大,你确定你的后级能输出这么大的电流吗?你知道喇叭阻抗不断下降的结果到后来就相当于是把喇叭线直接短路,所有的晶体管后级放大器,其输出电流的能力均有其设计上的限制,超出此范围,机器就要烧掉了。
  这也就是为什么一般人常说的:后级的功率不用大,但输出电流要大的道理。当然这种讲法也不太规范。因为现今的高保真晶体管功率放大器基本属定压型放大器,以输出功率=负载 的电流平方x负载阻抗来计算,大功率时电流大,小功率时电流小亦属于正常。真正有机会在既定的负载上有“大电流输出”的,还是大功率放大器。
  早期日本放大器给人的印象就是功率标示很高,但输出电流能力 则令人质疑,其实输出功率和驱动能力之间的关系十分微妙。讲到“输出功率”的高低与“驱动能力”的强弱,两者虽然没有绝对的关系,但却有相对的联系。
  输出功率很容易从数字显示 5OW、100W、200W甚至更多,但是驱动能力的辨识就得依靠慧眼,甚至得真正度过才知道。功率放大器的驱动对象是喇叭,驱动能力越强,也就表示越能压得住喇叭。当然你会问,什么样的喇叭难推?
  我的看法是:低效率的(86db以下的),低阻抗的(4 Ω或以下的),静电式和铝带式等等,都是很考功放搭配的。而功放的驱动能力则完全体现在电流的供给上,电压×电流,就是真正的“功率”。

  如果有一 部功放,其功率标称是100W×2(8 Ω ),200W×2(4 Ω ),400W×2(2 Ω),我们通常称他是“大电流”设计,这种功放的驱动能力就会比较强。
  小小一套日本产的床头音响组合动不动就是 300W,可是 KRELL的300W后级你想一个人扛是扛不动的。这种高电压低电流的日本放大器如遇上现在满街都是的低阻抗喇叭,一下子就软了脚。4Ω喇叭的需求电压比 8Ω低,但需求电流却比较大,就以4W为例,8 Ω喇叭是0.7A,而4 Ω喇叭则吃lA电流,故为何大家都说,低阻抗喇叭比较难推动。
  正由于低阻抗喇叭“吃”电流,故晶体后级逐渐形成大电流设计。只要负载电流够,晶体机的输出 功率会随着喇叭阻抗的降低而提开。但胆机固有输出变压器隔离,功率不随喇叭阻抗变化,因此当喇叭阻抗猛往下降时,胆机就可能使不上力,因此时喇叭欲吃电 流,但胆机却是电压组件,无法提供电流,此时是不是晶体机比胆机够力?
  有些放大器的设计是可以把两个声道结合起来成为一个单声道来运作。通常其功率比原来两个声道功率之和还要大。这种技术称为桥接或同极耦合。放大器是否可以桥接是取决于原来的设计。大部分的放大器都不能桥接,如果说明书没有说明,则不要作此尝试,否则可能会损坏机器,其实这样做亦并非是好事,因为它会使放大器忍受低阻抗的 能力降低。
  如果有一对喇叭的阻抗很高,像早期的 RogerslS3/5A,那放大器的输出功率岂不是减少?这是对晶体管机而言的,对于胆机却是好事;因为胆机有输出变压器,所以其输出功率不会随负载阻 抗变动而变动,故无论负载阻抗变大或变小,胆机可维持稳定的功率输出,遇到3/5a等高阻抗喇叭时,胆机比晶体机来得够力。晶体机驱动高阻抗喇叭会降低功 率,但也有例外,因为有个别晶体管机亦使用输出变压器,其输出功率不会随负载阻抗变动而变动。

  阻抗是音响圈中最常看到的字眼了,但是它到底意所何指呢?许多人在看到喇叭标示的阻抗值是四或八欧姆的时候,会直觉地拿起三用电表往喇叭的二个接线端子一量,看看到底是不是正确,可 惜的是绝大部份的人都失望了,因为用三用电表上的电阻档量出来的结果并没有和喇叭上面所标示的一致。原因呢?因为你误会了,你搞错了。
  阻抗与电阻不是完全一致的东西。在国中的物理课本上,我们第一次接触到有关电学方面的理论,其中提到了有关电压、电流、电阻以及电功率之间的原理和 数学关系。绝大部份没有继续进修电学方面的课程或从事于电子专业的人士,其毕生的电学常识乃尽粹于斯,这还是当年上 课没打瞌睡,经努力、认真、用功学习后才能拥有的辉煌成果,难怪你会把阻抗当成电阻了。
  阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、 电容抗及电感抗在向量上的和。
  在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。
  电阻小的物质称作 良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电 容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。
  电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电 阻一样是欧姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问 题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
  一般音响器材常见被提到阻抗的地方有喇叭的阻抗,前后级扩大机的输入阻抗,前级的输出阻抗,(后级通常不称输出阻抗,而称输出内阻),信号导线的传输阻 抗(或称特性阻抗)等。若说到器材内部电子线路及零件的各部份阻抗那就更琳琅满目复杂多多了,非三言两语可说明清楚。在此我们专只约略介绍有关音响器材标 示的阻抗具有什么样的实质意义。

  由于阻抗的单位仍是欧姆,也同样适用欧姆定律,因此一言以蔽之,在相同电压下,阻抗愈高将流过愈少的电流,阻抗愈低会流过愈多的电流。光是这么简单一句 话,你可知道多少音响器材的搭配学问尽在其中吗?
  先从喇叭的阻抗谈起。最常见到的喇叭阻抗的标示值是八欧姆,也有很多是四欧姆,这代表了什么呢?
  这代表了这对喇叭在工厂测试规则时,当输入1KHz的正弦 波信号,它呈现的阻抗值是四或八欧姆;或是是在喇叭的工作频率响应范围内,一个平均的阻抗值。它可不是一个固定值,而是随着频率的不同而不同,甚至可能会 起伏得很可怕,可能在某频率高到十几廿几欧姆,也可能在某频率低到一欧姆或以下(这种喇叭通常被视为后级的杀手,当年以Apogee最为着名)。
  好,让我 们来脑力激荡一下;当后级输出一个固定电压给喇叭时,依照欧姆定律,四欧姆的喇叭会比八欧姆的喇叭多流过一倍的电流,因此如果你会计算功率的话,你就会明 白为何坊间会传言一部八欧姆输出一百瓦的晶体后级,在接上四欧姆喇叭时会自动变为二百瓦的道理。
  可是你先别高兴,以为占到了便宜,天下没有白吃的午餐,当喇叭的阻抗值一路下降时,后级输出一个固定电压,它流过的电流就会愈来愈大,你确定你的后级能输 出这么大的电流吗?
  你知道喇叭阻抗一路下降的结果到后来就有点像是把喇叭线直接短路的意思,所以阻抗值有时会低至一欧姆的Apogee喇叭被称作后级杀手 的原因,你明白了吧!所有的电晶体后级扩大机,其输出电流的能力均有其设计上的限制,超出此范围,机器就要烧掉了。这也就是为什么一般人常说的:后级的功 率不用大,但输出电流要大的似是若非的道理。
  同理,如果有一对喇叭的阻抗很高,像早期15的RogersLS 3/5A,那扩大机的输出功率岂不自动减半?没错!如果这对喇叭的效率又很低的话,你要它发出高音压来,能不动用高功率扩大机吗?江湖有传言:上扬唱片在台北市中山北路的门市有一对15的Rogers LS 3/5A,作为背景音乐之用。
  推它的扩大机是一部日本早期的Technics综合扩大机而已,但包括刘老总及赖 主编在内,均盛赞它好声,你言如何?早期日本扩大机给人的印象就是功率标示很高,但输出电流能力则令人颇有微词,君不见小小一套床头音响组合动不动就是 300W吗?可是KRELL的300W后级你想一个人扛是扛不动的。这种高电压低电流的日本扩大机一遇上现在满街都是的低阻抗喇叭,一下子就软脚了,但是 如果碰上了高阻抗喇叭,例如……,会不会就成了名符其实的当哈利遇上莎莉呢?搭配之妙啊!岂可等闲视之。

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