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放大器的阻尼对音响的影响何在?

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放大器的阻尼对音响的影响何在?

发布日期:2017-05-20 作者: 点击:

   贵阳音响

 一直以来,我对“放大器的阻尼对音响的效果有什么影响”这一问题总是一知半解,最近读了一些文章,有些心得,同各位探讨一下。
首先,要清楚阻尼的定义,阻尼就是负载阻抗和源内阻之比。流行的说法是阻尼越高,放大器对音箱的控制力越好。——从原理上来说,这是完全正确的。
石机的输出阻抗很低,它的阻尼可以很容易地做到成百上千,这也成为很多石机商家的卖点。但是,在胆机DIY来看,就带来问题了:
对胆机来说,做高阻尼是非常困难的,因为胆机的负载阻抗是确定的,提高阻尼的途径只有是降低源内阻。从音箱看输出变压器的次级,源内阻主要由三个部分并联组成:①次级的电阻和感抗;②初级感抗反射到次级;③输出管的内阻。
次级的电阻和感抗取决于变压器的设计。“初级感抗反射到次级”这一部分不能低,因为它决定低频响应。输出管的内阻由管子和电路决定,可以用低阻管(300B,2A3)或高阻管加电压负反馈。
对大多数DIYer来说,他不会用很多钱去买很昂贵的管子来玩。而高阻管加反馈又会影响瞬态,胆机的阻尼还是要高过石机。这样看来,似乎没有什么好办法了。
我们从另一个角度来看看阻尼:回到原来的概念,“阻尼越高,放大器对音箱的控制力越好”。阻尼需要达到多少才能满足需要?正确设计的胆机的阻尼是否足够高了呢?就像0.01%失真度和0.00001%的失真度对音频放大器的使用来说有什么不同呢。
这就需要我们对阻尼和音箱有进一步的了解。首先,放大器对音箱的控制力好是什么意思?
纸盆的运动完全受制于放大器的输出电压。当放大器有输出的时候没有问题,音圈可以根据电压幅度驱动纸 盆。但是,当放大器的没有输出时,就出现了一个问题,纸盆会因为惯性的作用继续运动,而放大器本身没有办法让它停止。在这一时刻,放大器本身对音箱完全没 有控制力。这时,就要有一个让纸盆停止运动的机制——这就是我们所讲的阻尼。
所谓阻尼,就是当系统没有输入能量时,系统自身把储存的能量消耗掉。对音响来说,就是当放大器没有输出时,纸盆的运动动能以其他方式立刻消耗掉使之停止运动。
对这样一个储能和耗散的系统,更通用的物理参数应该是系统的Q值。对音箱来说,Qtotal=Qm*Qe/(Qm+Qe),Qtotal是音箱的总Q值。它由两部分组成,对应两种不同的耗散机制。
Qm是音箱的机械损耗,这个损耗应该比较小,否则音箱的灵敏度会低。Qe是音箱的电磁损耗,其原理就是 一发电机。基于大多数音箱设计,Qe是Qm的1/3。所以,纸盆的制动(煞车)主要是基于Qe。就是让纸盆的机械能通过音圈发电机原理转化为电能,然后再 在电阻上消耗掉。计算Qe不是很复杂,纸盆加音圈的等效机械能除以在一个周期内音圈产生的电流的平方乘以回路电阻。
Qe=2*pi*Fc*M*Re/(B^2*L^2),在这里,Fc是自谐振频率,M是等效质量,Re是回路电阻,B和L分别是磁场强度和音圈线圈长度。因为没有考虑源内阻,这等效于阻尼无穷大的情况。
如果我们考虑源内阻: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就是阻尼系数。
假设音箱的其他系数不变,Qe可写成Q’e=Qe*(1+1/D)。这样,就可以讨论由于阻尼系数导致的Q’e的相对变化。
可以看出,如果D很小,说明回路电阻大。假定音圈的电动势V是恒定的,回路的功率损耗V^2/(Re+Rs)就小,每一周期的能量损耗,T*V^2/(Re+Rs),也就小。纸盆到停止花的时间就长,反之就短。这就是阻尼的作用。
从上面还可以看出,当D大于10以后,整个系统的Qe变化很小。D为50和D为1000对系统的影响的不同完全可以忽略。换句话说,如果石机的商家用几千的阻尼系数来佐证音响效果,那他就是对买家做的一个彻底的误导。
现在要回答一个最关键的问题:D(阻尼系数)多大才足够了?这个问题可以这样来问:D多大时,从输入信号停止到纸盆运动停止所花的时间人耳无法辨别?这个时间可以从喇叭设计的软件模拟计算上或实验上得到,下面提供一组数据可以作为参考:
 
最后一列“Decay  time”是信号停止到纸盆运动停止的时间。可以看出,D等于50和D等于无穷大没有任何区别。D等于10和D等于无穷大的区别为0.003秒。可分辨吗?也许有金耳朵的人能分辨出来。
最后,了解这些对于胆机DIY有什么用?我认为有以下几点应该清楚:
1、D最好不要小于10,这不难做到。8欧姆的低音单元,输出变压器的次级直流电阻要控制在0.8欧以下。
2、输出变压器的次级直流电阻是决定D的主要因素,而且,它给出了可测的D的下限。如果R=0.8欧,系统的D一定大于10,因为其他两项是和它并联的。
3、阻尼主要是低频的效应,这时候,次级电感和其它寄生效应都可以忽略。
4、在设计电路时,不要单纯为增加阻尼而加电压反馈。

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