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音响系统中功放使用的几个问题

时间:2019-06-01|

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一个音响系统是离不开功放的,在平时人们对使用功放已是司空见惯了。但要合理、经济、安全地使用好功放,恐怕大多数都说不出来。为此笔者专门就功放使用的几个问题进行讨论。
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一个音响系统是离不开功放的,在平时人们对使用功放已是司空见惯了。但要合理、经济、安全地使用好功放,恐怕大多数都说不出来。为此笔者专门就功放使用的几个问题进行讨论。

一:功放的输出功率怎么选?

要选用一台功放,首先碰到的问题便是该选用输出多大功率的功放?在平时,大多数人只是毛估估、随便选一台功放就算了。比如400W的或55W的,殊不知这样的毛估估很可能会有两种不同的情况,要么选用功放的功率太小。这种情况正常人来看还有些支持的理由呢。比如音箱安全,不会烧喇叭,但是实际却恰恰相反,正是由于功放的输出功率太小,要达到一定的响度(声压级),一般会开大音量旋钮,结果使得给功放的信号过大,使功放严重过载,从而产生大量高次谐波,不但声音失真,而且大量的高频信号,使得音箱的高音单元过载烧毁。

另一种情况是,功放的输出功率选用过大。在工程设计或实际使用中,一般功放功率与音箱功率的配比为1:1到2:1之间,这主要是考虑晶体管功放管的输出特性较硬,一但过载,削波失真非常大,声音变得难听,同时高音单元极易损坏,但配比超过2:1,大功率的功放其造价迅速上升,经济性下降,造成不必要的浪费。

那一个场所,究竟选择多大功率的功放呢?

公式




可定量地告诉你,在一个厅堂内,距扬声器r处应达到多少声压级的情况下,所需要的功放输出功率。

上式中

Lp:厅堂内距扬声器r处的扬声器声压级(反映声音的响度)

Ls:扬声器的灵敏度

W:扬声器所需的驱动功率,就是功放的输出功率

r:某点与扬声器的距离

R:房间常数(声音的指向性因数,查表或音箱指标给出)

N:扬声器的数量

由上式苟化,并移项,反求W值,得到下式:

W=10(Lg-Ls+20lgr-10lgn)/10

从上式可见:

所需求的电功率(既功放的输出功率)W是与厅堂距离r处的声压级有关,与音箱的灵敏度有关,还与音箱的数量有关,r在一般厅堂的情况下,取厅堂长度的三分之二。

以上的得到的W值可以为配比为1:1,如达到1.5:1或2:1,即可适当地增大W值。

有人说,这么复杂的计算,多麻烦啊。这里笔者告诉你一个简单易记的经验公式,即厅堂的容积按每立方米配置2~5W的功放输出功率,并按照每个音箱平均负担。

比如有一个100平方的会议室,高度3米,其容积为300立方。按2W~5W/M3配置,所需功率为600~1500W,若配置两个主音箱,即可选用300W左右的音箱2只,功放的输出功率可在300~600W×2选取1台。如采用4只音箱,那么音箱的功率可减小,选用150W左右的。此时功放可选用150~300W功率的2台。厅堂中的超低音箱不算,返听则按50%选取。超过上述数值的,已无必要,属于浪费。

二、怎样对待功放的失真度?

人们在选用功放时,往往比较关注其失真度。那么这个失真度表示的是什么意思呢?其实,功放指标中给出的失真度是非级性失真度,简单地说,其表征的只是输出信号波形与输入信号波形的不一致程度,数值一般为1%~0.001%之间。

那我们人耳究竟能听出多大的非线性失真呢?研究表明,大多数人只能听出5%以上的非线性失真,听音师大约能听出1%以上的失真,低于以上数值,我们并没什么感觉。

其实,一个音箱的非线性失真往往大于1%,有的在5%左右。好的音箱可做到1%以下。因此,我们在选用功放时,没有必要为非线性失真度究竟是选0.1%还是0.01%纠结,反倒是我们更要考虑功放的一些动态失真度指标。比方瞬态互调失真、信号电压转换速率、阻尼系数等。这些指标反映的是功放放大音频信号(动态时)的失真度情况。跟我们的听感更一致,因而目前越来越受到关注。

功放的另一个失真是线性失真(频率失真),也称频率响应。一台功放理想状态应该是对音频范围内(20~20khz)的信号都有一致的放大作用。但事实上并非如此,由于采用电路及电容、电感等器件,其频率范围也做不到20~20khz,同时就是做到了,也不可能都有一致的放大作用,反映到频响曲线,并非在20~20khz的范围内是一条直线。另一方面就是做到了,也并非必要。比如会议室的频响要求就与剧院的频响要求不一样,背景音响与电影院的音响在频率响应方面要求也不一样,有时会议室音响、背景音响等,其频带过宽并不是一件好事,会带来高频低频噪音。就是在剧院或多功能厅也并非频率响应越宽越好。一般能达到40~16khz就不错了,而这一要求,对功放来说真是小菜一碟,我们不要过多关注。

三、功放指标中阻尼系数怎么看?

大家是否注意到在一款功放给出的性能指标中有一个叫阻尼系数的指标,它是干什么的呢?

原来由功放推动扬声器发声的过程,其实是通电导体在磁场中受到力的作用的体现。音圈受到力的作用,带动纸盘运动,而纸盆是有质量的。特别是低音扬声器,纸盆口径大,其质量也大,因此运动惯性也大。音频信号是不规则的信号,当重放变化较快的信号时,由于惯性的存在,使得纸盆无法响应信号的快速变化。尤其低频信号,使得重放声音浑浊不清。好在事物都具有两面性:音圈在磁场中运动,又会产生一个反电动势。这个反电动势会在由功放的输出级、喇叭线及音圈组成的回路中形成电流。这个电流的方向是与信号电流的方向相反的。这就好比给信号电流产生的音圈运动增加了阻尼,给音圈运动带来了刹车。减少了纸盆运动的惯性,提高了喇叭的响应特性。衡量这种特性的便是阻尼系数。其值由下式计算可得:

D = RL/(R0+R1)

式中:D:阻尼系数  RL:喇叭阻抗   R0:功放内阻   R1:音箱线的电阻

一般来说,功放的阻尼系数越大越好,它会使得喇叭的还音变得清晰,但过大的阻尼系数会使得声音发干、发硬。D值一般在100-500之间。

在实际功放的使用中,我们要选择输出内阻小的功放,音箱线要选择无氧铜且较粗的。同时在多个音箱使用时,要避免阻抗过小的情况发生(不能小于4欧姆)。以上措施就是要得到较大的阻尼系数。

四、什么是H类功放?什么时候选用?

我们都知道,按功放的输出级管子的工作状态,功放可分为:A类、B类、AB类、D类、H类等。那什么是H类功放呢?

这要从功放的性能谈起。一般来说,功放输出功率的大小是与功放末级的供电电压成正比的。供电电压越高,输出功率越大。而功放前级一般是小信号放大,不需要较高的供电电压,这就产生了矛盾,前级及末级在小信号、小功率输出的情况下,无需用高电压供电。而末级在大功率输出时,最好能提供高电压,这样H类功放就应运而生了。这种功放设有两组供电,一组高,一组低,在末级电路中增加一个检测电路。当遇有大信号、大功率输出时高压直流电通过电路自动加到功放管上,获得大功率的输出。在小信号小功率输出时,自动转回低压供电。这样既提高了功放的性能,也提高了电源的效率,无疑也提高了功放的成本。

那什么时候选用H类功放呢?

依笔者之见,一般在高保真音响系统中,凡是有大功率输出要求的场合,比如高档音乐厅、大剧院、高星级影院中,应该选用H类功放。

五.功放的音量电位器开多大合适?

在一个专业音响系统中,比如扩声系统,比如电影院还音系统,均有一个系统总控(调音台、影院音频处理器),而专业功放也有音量控制。这就纳闷了?既然我们可以用调音台来控制输出,那功放的音量电位器怎么用?开多大呢?

下面我们做个分析。

在扩声系统中,我们有两个指标:一个是静态噪声,一个是动态范围,可以衡量系统质量的优劣。静态噪声就是:当一个系统处于工作(通电状态)时,即使音量控制器处于无衰减、周边设备处于工作状态、不馈送信号时,在扬声器前测得的一个噪声声压级。它表明的是整个系统的噪声水平。动态范围是指系统在不失真的情况下,输出跟随信号变化,最大输出与最小输出的范围。

我们当然希望系统中有最小静态噪声及最大的动态范围。然而,在系统使用中,我们通过调音台的音量推子、总推子、分路音量推子,以及功放的音量推旋钮改变输出的大小(控制音量)。其实也同时改变了系统的静态噪声及动态范围了。我们已知,当关小音量推子时,系统的静态噪声明显减小,此时如果送信号,输出也变小了。而功放一般处于系统的末级,它好比是一道门槛,其音量处于最小时,就是闸门提得最高处,把上游来的信号全部挡住了。当音量处于最大时,好比闸门处于最低,不起作用。噪声好比是水中的泥沙,一般处于低层,如果将音量电位器处于最大处再减小一点,就可以把一部分噪声进行衰减,当然同时把有用信号也减小了,相当于把最大输出进行了压缩,动态范围自然减小了。

明白上述道理,作为折中,我们既要降低噪声输出,又要明显降低系统的动态范围。通常将音量电位器处于75%输出状态(旋钮刻度在3点钟位置),而且一旦设置,不要轻易地改变。系统的输出则由调音台或影院音频处理器的音量推子或旋钮来控制。正是基于此,有个别款式功放的音量旋钮是放在后背的。

如果中低频段的频率过弱,音色会变得空虚、无力、软绵绵的;如果中低频段的频率过强,音色会变得生硬、失去活力。

如果低频段的频率过弱,音色将会变得单薄、苍白;如果低频段的频率过强,音色会变得浑浊不清。

要使音色有美感,就要泛音丰富、有层次,使歌声有音响美,听众听起来悦耳动听,提升量不易过强。LF(低音)过量,声音混浊不清;HF(高音)过量,声音尖噪刺耳。提升某一频段后,还工考虑对其他频段的影响,要总体地考虑歌声的清晰度和丰满度。
下面介绍几种曲型人声的调音手法

1.对主持人的调音

主持人多为小姐,其语音特性是清晰流畅,富于表情。她可以影响观众的情绪,因此要把她的音色调好。

低语调型:轻声细语、感情细腻,可采取近距离拾音,话筒与口型很近,这样可增加亲切感,可拾取纤细、微弱的声调。其缺点是存在近讲效应,低频过强。

具体处理手段:

要衰减LF:在100Hz附近衰减6dB左右,最大可衰减到10dB。

对于MID:在250Hz-2kHz提升3-6dB。250Hz-2kHz是语言的重要频段。

对HF:6KHz以上频段衰减3-6dB,以减小高频噪声。

主持人的话筒不要使用效果处理器进行混响(REV)和回声(ECHO)处理,否则会失去真实感和亲切感。

2.对普通人的调音

在歌厅里,有一些歌唱爱好者和业余歌手,也有一些人仅是娱乐消遗,他们多为自己演唱。其中有的人没有受过基本专业训练,缺乏演唱技巧,甚至有噪音不好和不会使用话筒的人,其中,男声易出现喉音和沙哑,女声易出现气息噪音和声带噪声。

为消除以上现象采用如下具体处理手段。

在100Hz以下要切除,消除低频噪声,使音色更加纯净。

在500-800Hz要小量衰减,使音色不要太生硬。

在MID频段提升3-6dB,以增强明亮度,使声音清晰、明亮;

一般人声音都较低,而且缺乏响度,所以音量要开得大一些;亦可把200-300Hz范围频率加以提升,以增加声音的响度。

业余歌手动态范围不大,勿用自动音量控制。

3.对专业歌手的调音

歌厅里常有专业歌手,被朋友邀请到歌厅里做客,有时唱上两曲为朋友和客人们助兴。专业歌手有响亮的歌喉,从发声、叹息、吐字、共鸣演唱基本功都具有一定的水平,而每人都具有一定的演唱风格。

调音要求:

要了解歌手的音色特点、网络流派,高、中、低泛音特性;

要了解歌手的音域宽度和动态范围;

要熟悉歌曲、歌词感情,调凌晨的基本手法要与歌曲的意境直辖市一致;

要注意歌曲的风格和歌手的演唱情绪;

话筒的档次要高:宽频响、小失真、大动态。

演员站在歌坛上,利用歌坛声场,使其音色既有电声,也有自然声。所以,要求歌坛具有良好的声学特性。

女声:女声在高频部分容易产生S音(嘶声);在7-10KHz衰减了3dB,可以消除S音。

男声:男声音域比女声低一个8度音程,频率低一个倍频,在100Hz衰减了3dB左右,可以增加清晰度。

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