音箱的低频下限、动态阻抗和电流倾注的概念 [博士后论文.1] [复制链接]

[电压放大和电流倾注]

   □ 普通我们的功放是输入电压信号，输出电压信号。以放大倍数为100来算，加入输入一个0.08V的信号，那么输出为8V。
   □ 电流倾注式功放输入同样是电压，但输出却是电流，而且电流倾注式放大有个学名叫“跨导放大”，电流倾注式功放也不是按放大倍数算的，而是按跨导来计算放大能力。以跨导为125的电流倾注式功放来说，输入0.08V的电压信号，输出的是1A的电流信号。



[理想的的音箱]

那么好了，同样是输入0.08V信号，电压放大功放输出是8V的信号，电流倾注式功放输出的是1A的信号。如果以音箱的内阻为8欧姆记，那么不论是电压放大功放还是电流倾注式功放，看起来应该是等效的，都是8V电压在8欧姆电阻上造成1A的电流。功率为8W。



[动态阻抗]

但事实往往比我们想像的要复杂的多的多的多，这个地方问题的关键是音箱的阻抗并不是固定不变的，而且是一定在动态变化的。以西湖的音箱来说，人家就标的很老实，除了正常的阻值外，还标注了一个最小阻值，我记得好像有一款标称4欧姆的西湖音箱同时标注了最低内阻为2欧。这就关系到很多人说的，为什么功率相同，甚至失真都相同的两个功放，驱动力那么大相径庭呢。这里关键就在于音箱内阻变化的时候，功放稳定输出电流的能力。



[动态阻抗和音箱低频下限的关系]

下面我们就来研究下音箱的低频下限和音箱在低频部分的内阻变化情况。音箱一般都有一个低频下限，低于这个下限，频率响应就很弱。不论是中频，高频还是低频极低频，功放输出是相同的。假设音箱阻抗不变，那么功放的输出功率也是一样的，但是低频的时候频率响应变弱了，声压能量小了，如果功放输出功率不变，那么除了变成声压能量以外的剩余输出功率到哪里去了呢？实际上是功放的输出功率变小了，因为音箱的内阻在低频的时候是变大了，可能变成了10欧姆、16欧姆或者更高。做过音箱，按照公式去计算过音箱体积的人都知道，音箱都有一个概念叫做阻尼系数，这个就是讲在喇叭推动声波的时候，音箱或者别的什么对声波的阻力。高频的时候声音是辐射出去的，但是很低频的时候音箱就好象是活塞，或者打针管，因此空气的阻力足以把低频能量消耗殆尽。这个阻力就会变成音箱的内阻。因此在频率越低的时候音箱的内阻越高，造成电流越小，做功也越小，所以低频的响应就弱。如果看过扬声器曲线的人，应该也都记得扬声器的内阻曲线，是一个两边高，中间低的图。这就说明，扬声器在高频和低频的时候内阻都大于正常内阻。



[基于动态阻抗，讨论电压放大和电流倾注的特点]

讲明白了上述原理，对于电流倾注式和电压放大式功放的特点就好说明白了。既然说过音箱的内阻是动态变化的，那么音箱的实际输出功率在高低频就会随着内阻的变化而变化，这也是造成扬声器频率响应不是一条完美直线的原因之一。音箱的实际输出和谁关系最密切呢？回答是电流，高中物理课讲得很清楚，电磁力仅和电流大小、磁场强度成正比。磁场强度姑且认为是不变的吧，那么实际的输出声压能量就和电流就是完全线性关系的，完美的关系。

普通功放控制输出电压，就算失真再小，千万分之一，但是从电压变成驱动音圈和纸盆的电流之后失真就很大很大了，因此传统电压放大的功放就存在指标好看，声音不好听，失真极小，驱动力也极小的问题。

而如果控制的是输出的电流，不管输出电压达到多少，始终保持输出的电流和和输入成一个线性的比例关系（跨导系数），那么最终音箱放出来的声压能量也就可以和输入信号达成完美的线性比例，因此失真也就更低，而最关键的是，不管高频还是低频都可以保持近乎完美的频率响应，甚至在20Hz，因此电流倾注式功放绝对突破音箱本身的低频限制，达到你想象不到的一个至高境界。



[电流输出的实现方式以及特点]

精确控制输出电流的方法有两个，一个是电流反馈，一个是跨导放大。电流反馈的方法，很早以前就炒的很火了，不过我只想说，这个方法不要轻易尝试，因为扬声器的信号延迟是很大的，电流反馈无一例外的会引起高频相位问题，还会引发自激，必须引入消震电路，消震电路本身还有失真，而且会影响电流反馈的效果，因此一定要小心从事。跨导放大是一个较新的学科，其实除了跨导放大和电压放大之外，还有电流放大和跨阻放大，一共四种放大模式。天津大学在这个方面研究的比较深入，天津大学出版社还曾经出过一本电流放大原理的书，我有幸研读过，但不幸这本书现在找不到了。
长久以来我们的HiFi领域从公开的信息来看仅仅用到了电压放大一种放大模式。




声明：
我的以上观点都是基于我的实际试验结果，描述中的任何实际现象都是和我的具体试验结果相符的，没有任何猜测的预测的成份。