功率放大器與揚聲器

關于功率放大器與揚聲器第1頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三教學重點與難點1、功放的配接原理及技術參數(shù)2、音箱的工作原理及技術參數(shù)第2頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)：功率放大器

功率放大器（簡稱“功放”）是音響系統(tǒng)的一個重要單元。它要將從調(diào)音臺輸出的音頻信號經(jīng)過壓限器，均衡器、激勵器進行加工處理，最后將這個音頻信號的能量進行放大后來推動音箱，把聲音送入聲場。

第3頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三一：功率放大器的分類

1、按照功放與音箱的配接方式來分：定壓式功放、定阻式功放。

A、定壓式功放：為了進行遠距離傳輸音頻信號，減少在傳輸線的能量損耗，以較高的電壓形式傳送功率信號。一般有75V、120V、240V等不同的電壓輸出端子提供使用者選擇。使用定壓式功放要求在功放和揚聲器之間加裝線間變壓器以進行阻抗的匹配，使用多只揚聲器時，其功率總和不得超過功放的額定功率，且傳輸線直徑不能過小。B、定阻式功放：即功放以固定阻抗形式輸出音頻信號，要求音箱必須按規(guī)定的阻抗進行匹配，才能得到額定功率的分配。

第4頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2、按功放使用的元件來分：電子管式、晶體管式、集成電路式。

A、電子管功放：以電子管作為功率放大的主件。（70年代前使用）。優(yōu)點：音色柔和，富有彈性，空間感強。缺點：體積大、笨重、功率小，耗能多，工作時需預熱和散熱。B、晶體管功放：體積小，功率大，耗能低，技術指標高，具有良好的瞬間特性。C、集成電路功放：噪聲小，動態(tài)范圍大，無需保護。

第5頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三二、功放的性能指標

1、輸出功率：是功放送給揚聲器的電功率，它包括：

A、額定功率：指在不失真的前提下，功放的最大輸出功率。B、最大輸出功率：不考慮失真的大小，將功放音量開到最大，此時它所提供的電功率。C、音樂輸出功率：在輸出不失真的情況下，功放對音樂信號的瞬間最大輸出功率。D、峰值音樂輸出功率：不考慮失真的大小，功放所能提供的最大音樂功率。

第6頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2、頻率響應：指在指定頻帶內(nèi)各頻率成分的增益特性，即不允許產(chǎn)生高（低）頻音的增益不平均的情況，高質(zhì)量的功放的頻率響應在20――20KHz內(nèi)，不平均度應保持在（正負）0.5dB以內(nèi)。

3、非線性失真：包括總諧波失真和互調(diào)失真，專業(yè)功放的總諧波失真要在0.1%以下，互調(diào)失真在0.02%以下。

4、噪聲與信噪比：噪聲指功放輸入端不加任何信號時，作為負載的揚聲器所發(fā)出的聲音（來自內(nèi)部電路），信噪比指功放輸出的有用信號與噪聲之比，專業(yè)功放的信噪比值應大于100dB。

第7頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三5、阻尼系數(shù)：指揚聲器阻抗與功放輸出阻抗的比值，該系數(shù)的大小會影響重放音質(zhì)，通常阻尼系數(shù)大，表明功放的輸出內(nèi)阻很低。6、動態(tài)特性：指瞬態(tài)響應。如打擊樂器、彈奏樂器等發(fā)出猝發(fā)聲脈沖信號時，若功放的瞬態(tài)響應性差就跟不上這些瞬態(tài)信號的變化，從而產(chǎn)生失真。

第8頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三三、功放的匹配與選擇

1、功放與音箱的匹配A、音箱功率等于功放的額定功率（即等功率匹配）在電子管功放常用。B、音箱功率大于功放功率，俗稱“小馬拉大車”，僅限家庭用。C、功放功率大于音響功率，在專業(yè)音響系統(tǒng)中常用。因為功放有一定的功率儲備，減少了機器的本底固有噪聲和失真度，使聲音質(zhì)量得到提高，因為大功率易燒壞音箱的高音單元，所以必須有專業(yè)人士進行操作，常規(guī)情況下，專業(yè)功放的功率比音箱功率大2/3既可。

第9頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2、

如何選擇功率放大器A、根據(jù)廳堂的性質(zhì)，環(huán)境和用途來選擇不同類型的功放·舞廳、DISCO廳選擇大功率功放·專業(yè)使用選擇頻率響應范圍寬，失真度小，信噪比大，音色優(yōu)美的功放?！TV選用小功率，多功能的功放。B、根據(jù)音頻信號傳輸距離來選擇·多功能廳的會議系統(tǒng)采用遠距離分散式揚聲器系統(tǒng)，需要選用定壓式功放?！じ栉鑿d、劇院主音箱系統(tǒng)選擇定阻式功放。C、根據(jù)音箱功率選擇功放，功放功率大于音箱功率2/3。

第10頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三四、功放的使用

1、

專業(yè)功放一般只有開關、旋鈕和指示燈三部分?！ら_關使用時應注意開機時應是整個擴聲系統(tǒng)最后一個開啟；關機時，應最先關閉?！にp器旋鈕（也叫音量鈕）：旋至最左邊時，進入功放的輸入信號為零，變壓器無輸出。旋至最右邊時，進入功放的輸入信號最大，變壓器輸出也最大?！ぶ甘緹粢话惴譃榉逯禑艉瓦^載削波燈。2、

功放在長時間工作后，搬運及安放時注意免受振動和撞擊，與音箱連接時注意極性正確接駁。3、在固定系統(tǒng)中，功放輸出音量一經(jīng)確定，一般不需要隨意調(diào)整。

第11頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)：揚聲器（音箱）

揚聲器俗稱喇叭，它作為高保真放聲系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，其任務是把功率放大器輸出的信號能量不失真地轉變?yōu)榭諝庹駝拥穆暷?。通常把揚聲器，箱體和分頻器三者的組合稱為“揚聲器系統(tǒng)”。第12頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三一、揚聲器的種類結構

1、

按聲波輻射方向分：直射式（紙盆揚聲器）、反射式（號筒揚聲器）。2、按換能原理來分：電動式、電容式、電壓式、電磁式。

第13頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第14頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第15頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三1、

按頻率特性來分：低音、中音、高音和全音域揚聲器。A、高音揚聲器：僅為重放音頻中高頻成分而設計的揚聲器單元。通常采用口徑較小的揚聲器。B、中音揚聲器：適用頻域在500Hz－5KHz中頻音發(fā)音的號筒型或錐型揚聲器。C、低音揚聲器：專為重放500Hz以下低音信號而設計的揚聲器單元。低音通常分為中低音頻段（100－500Hz）；低音頻段（40－150Hz）；超低音頻段（20－50Hz）。D、全音域揚聲器：指一個揚聲器單元能重放全音域的聲音，此類揚聲器一般頻率范圍控制在中低音至高音范圍，低音頻的下限大于100Hz，常使用在電視機，錄音機等民用產(chǎn)品中。第16頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第17頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三4、按用途來分：

A、監(jiān)聽揚聲器：供調(diào)音人員來評價音色質(zhì)量的揚聲器。要求：頻響寬、失真低，指向性好，功率大，動態(tài)范圍大，抗過載。B、主聲揚聲器：面對觀眾，輻射全場。C、補聲揚聲器：側后方，彌補主聲不足。D、巡回演出揚聲器：大功率，移動方便。E、影院揚聲器：適應數(shù)碼技術，語言清晰，穿透力強。5、按外形來分：圓錐形、球頂形、號角形。

第18頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三二、揚聲器的工作原理（以電動式紙盆揚聲器為例）：

1、紙盆揚聲器的結構（如圖）：由錐形紙盆、音圈、定心支片組成。紙盆由盆架與定心片支撐，音圈直接連在紙盆上。

第19頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2、工作原理：當功率放大器輸出的音頻電流通過音圈時，由于磁場與音圈的相互作用，音圈就會產(chǎn)生高變運動，音圈被固定在紙盆上，音圈隨信號振動，通過振動系統(tǒng)實現(xiàn)電聲轉換。紙盆面積越大越有利于聲輻射，通常低音紙盆口徑為20－30cm，高音紙盆口徑在10cm以下。紙盆揚聲器具有結構簡單、音質(zhì)柔和，頻率范圍寬、低音好的特點。

第20頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三三、音箱的種類和結構

一只揚聲器不帶任何附件而單獨使用時，稱之為揚聲器單元。第21頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三音箱又稱為揚聲器箱，一般由單只或多只揚聲器、分頻器、衰減器、箱體等組成。常見的音箱有敞開式、密閉式、倒相式、聲阻尼式。

第22頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三1、敞開式：由障板與共鳴腔組合而成，蓋面上有許多孔眼，如家用收錄機，電視機等。2、聲阻尼式：在音箱的開口孔道內(nèi)，裝有許多玻璃石等聲阻材料以此來降低箱內(nèi)的共振頻率，改善音箱的低頻特性。3、密閉式：把音箱封閉起來，在面板上只留喇叭口，減少聲反射。使揚聲器前后的墀不會產(chǎn)生干涉，改善低頻特性，同時豐富中、高音，體積小，訊息工期方便。第23頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三4、倒相式：在揚聲器面板上開一個口或插入一根倒相管，使箱內(nèi)的彈性空氣和管內(nèi)空氣發(fā)生共振，使之產(chǎn)生180度倒相，當紙盆振動時，前后聲波相疊加，增加低頻輻射。第24頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三6、聲柱：是一種特殊音箱，常用于大型劇場，用金屬板材或木料制成一個長方形的柱狀體，在柱體內(nèi)以直線排列一定數(shù)量的揚聲器，形成同軸輻射聲的揚聲器系統(tǒng)（如圖）。

第25頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第26頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三四、揚聲器的性能指標

揚聲器的技術性能決定音箱質(zhì)量的高低，會場用揚聲器要考慮其指向性，以保證會場有均勻的聲壓級；語言用揚聲器，其頻率范圍不太寬，低音也不要太豐富，以免影響語言的清晰；高保真重放系統(tǒng)則頻響要寬，動態(tài)范圍要大，瞬間特性要好。

第27頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三1、揚聲器的口徑尺寸：指聲波輻射口的最大幾何尺寸。對于低音揚聲器而言，口徑尺寸越大，放音頻率越低；對于高音揚聲器而言，口徑尺寸越大，指向性越強。2、標稱功率：分為額定功率和最大功率。

A、額定功率：指揚聲器在允許的失真范圍內(nèi)，所允許的最大輸入功率（一般由廠家給出）。

B、最大功率：指揚聲器在某一瞬間所能承受的最大峰值功率，通常是額定功率的2－4倍。第28頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三3、有效頻率范圍：當給揚聲器一個恒壓信號時，并使該信號由低頻到高頻改變頻率時，揚聲器產(chǎn)生的電壓也隨之變化，比變化曲線越寬說明放聲特性越好。4、靈敏度：指給揚聲器輸入1W的電功率，在離揚聲器軸向正面1米處所測得的聲壓值、靈敏度越高，說明揚聲器效率越高。第29頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三5、失真：

A、諧波失真：由揚聲器磁場不均勻及振動系統(tǒng)失衡引起，一般在低頻重放時易產(chǎn)生，該指標不應超過3%。根據(jù)有關資料和實際聽音的經(jīng)驗，諧波失真在1％以下時，就有良好的主觀聽感；諧波失真在3％就容易被人們所察覺；諧波失真達到5％時，主觀聽感就令人煩躁；如果諧波失真超過10％，主觀聽感就令人難以忍受。同時，人們對奇次諧波失真更為敏感。通常三次諧波失真應遠小于二次諧波失真（在不同的數(shù)量級上）才會有良好的主觀聽感。

第30頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三B、互調(diào)失真：因兩種不同頻率信號同時加入揚聲器時，互相調(diào)制而引起。會造成音調(diào)失真，當該指標較大時會使合唱，合奏等節(jié)目音質(zhì)變壞。

第31頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三C、瞬態(tài)失真：因揚聲器振動系統(tǒng)的慣性而造成。慣性使紙盆不能緊跟瞬息變化的信號，從而引起輸入信號變形。第32頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三D相位失真電信號通過揚聲器單元后，電相位與聲相位發(fā)生了變化而形成的失真。聲相位失真對主觀聽音評價的影響越來越被人們所重視，尤其是揚聲器系統(tǒng)，聲相位的失真對聲場、定位等主觀聽音評價產(chǎn)生不容忽視的影響。有資料說明人們的聽覺對高頻部分的相位失真比低頻部分要敏感得多。

第33頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三6、指向性：指揚聲器將聲波輻射各個方向的能力。300Hz以下的低頻指向性不明顯，而高頻則尖銳，口徑大，指向性尖銳，口徑小，指向性寬；紙盆深，高頻指向性強，紙盆淺，低頻指向性強。第34頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三8英寸低音單元的指向特性頻率響應曲線第35頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三1英寸高音單元的指向特性頻率響應曲線第36頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三五、揚聲器（音箱）的選用

1、

專業(yè)擴聲用揚聲器多用于各種類型的室內(nèi)外演出，主要是向廣大觀眾或聽眾播放音樂，歌曲等節(jié)目。要選用功率大、頻帶寬、失真小、靈敏度高的揚聲器，高頻單元一般選用號角式揚聲器。中、低頻單元多選用紙盆揚聲器，大型劇場使用聲柱。

第37頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2、

監(jiān)聽用揚聲器A、供調(diào)控人員及演奏人員監(jiān)聽用：監(jiān)控室監(jiān)聽由調(diào)控人員來監(jiān)聽節(jié)目信號，及時發(fā)現(xiàn)節(jié)目聲音出現(xiàn)的問題并加以調(diào)整和處理，所以要求這