擴大機

音響擴大機的功用跟選購指標 (下)! DZ帶你秒懂

上篇介紹前級擴大機的功能是將不同的訊號強度的電壓,放大成足夠強度的電壓用來驅動後級(功率)擴大機,而後級(功率)擴大機的功能則是將前級所放大訊號 ,再以電壓放大及電流放大,而使擴大機有足夠的功率去推動喇叭。至於綜合擴大機就是把前級和後級做在同一個機器裡面,主要的好處主要是節省器材的空間跟免去前後級搭配的麻煩。後級擴大機通常體型比較龐大,這是因為內部包含了大量的功率放大晶體、晶體散熱片、以及相應的電源供應模組等等,是整套系統中最耗電的音響設備。從音響聲音表現的角度來說,後級擴大機會直接影響音響聲音的力道、高低頻延伸、聲音動態表現等方便,舉例來說,如果你覺得你的音響聲音不夠「有力」、不夠「有氣勢」,那麼通常就是後級擴大機的推力不夠,不足以驅動你的喇叭所造成的。擴大機推力一般用「瓦(W)」來標示,從數字上來說,瓦數越高的擴大機擁有越高的驅動力,能讓音響有較好的表現,不過還有很多其他影響聲音的因素,推力只是其中一個參考值 !

後級擴大機的種類

後級擴大器依照電路設計的不同大致上分成兩類 : (1)設計用於放大模擬信號的功率放大器屬於A、B、AB或C類 (2)設計用於放大脈寬調製(PWM)數字信號的功率放大器位於D、E、F等之下。目前市面上最常用的有 A、B、AB、C或D,其他的種類主要是在原本的線路架構上做微小的更動,DZ主要會介紹 A、B、AB、C跟D類後級擴大機,E、F、G跟D類的原理差不多,都用於放大PWM調製的數字信號,它們屬於開關功率放大器的類別,這邊就不多做介紹。

A類後級擴大機

Class A
Reference : www.electronicshub.org

如圖在類比波形輸入信號的整個波形 ( 包括正、負半周 ) ,處於導通狀態,在放大器的輸出端,始終都有電流連續流動,亦即導通角(conduction angle 最大為 360°) 為 360°,所以整個完整的輸入波形都會被放大,即使沒有輸入信號,晶體管(藍色部分)也一直處於使用(導通)狀態,這會產生大量熱量,讓放大器的輸出效率很低,幾乎不會超過到50%,音量越小,耗電越多。

但對於聲音而言,由於輸入波形導通角為 360° 放大,信號失真水平非常小,可以提供更好的高頻性能,是一種性能很好的放大電路。

B類後級擴大機

Class B
Reference : www.electronicshub.org

B類主要為了降低A類放大器中存在的效率和發熱問題。此類放大器不是使用單個晶體管來放大整個波形,而是使用兩個互補晶體管。一個晶體管放大波形的正一半,另一個晶體管放大波形的負一半。最後再輸出組合兩個晶體各自傳導波形的一半(180°),並放大整個信號。因此理論效率可以達到約75%。但因為輸出波形是兩個半波重疊,所以重疊的地方會存在很小的失真,對不是很重視音質的機器倒是很符合經濟效益,如床頭音響、多媒體喇叭、FM收音機等。

AB類後級擴大機

Class AB
Reference : www.electronicshub.org

AB類放大器是A類和B類放大器的組合,此類放大器目的在於減少A類放大器效率較低的問題以及B類放大器波形交叉區域的信號失真。
主要是信號輸入之後,二極管和電阻器的組合(紅框部分)用於提供很小的偏置電壓,從而減小了交叉區域附近的波形失真,換個較白話的說法來說,此種擴大機的工作模式,在輸入信號在低電壓時,放大器是以A類工作模式放大,當輸入信號電壓提高時,則轉為B類工作模式,但效率略有下降(60%)。

AB類擴大機一般的音量欣賞音樂時還是可以聽到《低音厚實、中音柔順溫暖、高音清晰利落、層次感好》的美聲,而且它幾乎沒有A類放大的缺點,包括耗電、溫度高等缺點,所以是相對廣泛應用的晶體機。

C類後級擴大機

Class C
Reference : www.electronicshub.org

C類功率放大器的設計可實現更高的效率,但會降低傳導角(低於90°)。換句話說,為了提高效率而犧牲了放大質量。較小的導通角意味著更大的失真,因此此類放大器不適用於 一般的音響音頻放大。對於高頻振盪器射頻信號的放大的應用上反而能完美的達成任務。C類放大器通常包含一個Tuned load的諧調負載裝置,對特定頻率的輸入信號進行濾波和放大,而其他頻率的波形則被抑制,可達到高達90%的效率值。

D類後級擴大機

D類擴大機也稱作脈寬調變(Pulse Width Modulation, PWM )擴大機,利用PWM技術可以設計達到90%效率的擴大機 ,PWM擴大機的理論,早在1960年就在音響文獻中提出,但一直未受到重視,直到1977年日本SONY公司推出第一部PWM擴大機,使用獨特的開關式電源(switching power supply),使得重量和體積在同功率擴大機在1/3以下,效率更在80%以上。
左上圖顯示了簡化的D類放大器, D類放大會將原始的類比信號波形(左下圖藍色),與比它更高頻率的三角波(左下圖紅色 )進行電壓比較(透過電壓比較器),如此便可將以振幅高低性表示的信號調變成以脈波寬窄性表示的信號(左下圖黑色),此即是脈寬調變(Pulse Width Modulation;PWM),之後將PWM信號輸出到MOSFET場效電晶體上的閘極,以控制電晶體的導通、關閉,同時也在這個階段進行信號功率放大,最後MOSFET的輸出端連接LC(電感、電容)低通濾波電路,將PWM的載波濾除,使原始信號波形重新呈現。

由其上圖可知D類放大的原理,與ABC三類不同的,D類不是利用功率電晶體的線性工作區間特性來放大,不是用類比原理來放大,而是用電壓比較、脈寬調變等技術來放大,也因此有人稱D類放大為數位式功率放大或數位功放。 瞭解原理後,再進一步去瞭解D類方式所呈現的優缺點,缺點是以調變程序所形成的放大必然與原始信號有些出入,但在一般消費性的音樂播放上依然可被接受,相對的D類放大提供了更多的益處,主要是極高的電能利用率,純理論上是100%運用,實務上也經常在80%、90%的層級,比AB類更佳,也因此可再降低散熱片的倚賴性,甚至在低功率時可完全將散熱片捨棄。此外連同其相關組件所需佔用的電路面積、體積,以及電路簡易性等,亦都是D類較優異。今日行動式、手持式裝置所現在絕大多數的手機、數位隨身聽、隨身音響等,大都採行D類放大器。而干擾是D類放大器特有的問題,ABC與AB類放大器沒有此種問題,因為D類放大器會持續頻繁地進行電晶體的導通、關閉操作,所以容易產生電磁干擾的問題,有時甚至要用上金屬外殼來屏蔽 !
 

擴大機的選購指標

擴大機的輸入阻抗是愈高愈好,而輸出阻抗是愈低愈好

網友擴大機如果不是買綜合擴大機的話,要注意前後級的搭配, 第一個是阻抗的匹配問題,原則大概是後級的輸入阻抗是前級輸出阻抗的10倍以上, 也就是說擴大機的輸入阻抗是愈高愈好,而輸出阻抗是愈低愈好,如果後級是100K歐姆,前級是10K歐姆以下,則沒問題,如前級是10K歐姆而後級是50K歐姆,以此搭配的結果會有高音衰減問題,但現在設計的前級都採低阻抗輸出設計,而後級的輸入阻抗都是在幾十K歐姆以上,所以不太需要擔心匹配上的問題。

為什麼擴大機的輸入阻抗高比較好? 回想一下歐姆定律 V=IR,假設訊源輸出一個固定電壓,送往下一級前級放大器,如果這一級的輸入阻抗高,是不是由訊源所提供的訊號電流就可以降低? 如果輸入阻抗非常非常的高,則幾乎不會消耗訊號電流(當然還是會有)就可以驅動這一級電路工作,換句話說就是幾乎只要有訊號電壓,電路就可以正常工作;但是對於低輸入阻抗的電路呢?就正好相反了,它必須要求訊號能源能提供較為大量的訊號電流,因為在同一個電壓下,低輸入阻抗會流進較大的訊號電流,如果訊源提供的電流強度不足以滿足下一級電路的需求,它就不能完美地驅動下一級電路。而低輸出阻抗的好處是有較大的電流輸出能力,容易搭配一些低輸入阻抗的後級。音響擴大機後級的輸入阻抗則大部份是47K,高一個的有100K,20K,10K的也都有

(總)諧波失真 THD

總諧波失真(total harmonic distortion, THD)是指由於非線性因素,導致一些不該有的信號疊加到輸入信號中去,通常跟訊源無關,是後面功放機器內部電路干擾造成, 通常由於電路不可避免的振盪或其他諧振產生的二次,三次諧波與實際輸入信號疊加, 在輸出端輸出的信號就不單純是與輸入信號完全相同的成分, 而是包括了諧波成分的信號, 這些多餘出來的諧波成分與實際輸入信號的對比, 用百分比來表示就稱爲總諧波失真。較低的總諧波失真使得音響產生更加精確、較少諧波、與原始採樣信號接近的輸出信號,在真空管的機器上,THD 通常對多,但是這卻讓聲音產生溫暖和諧的感覺,不過一般的電晶體裝置,不會讓聲音變好聽,總諧波失真在1%以下, 一般耳朵分辨不出來,超過10%就可以明顯聽出失真的成分,THD 值還是要越低越好,通常高品質的裝置都會低於 0.002%

信噪比

上篇部分有提過前級的信噪比(SNR)也是很重要的一個購買指標,信噪比越高代表背景噪音越低,聲音更加乾淨寧靜。盒式磁帶錄音機的信噪比指標約為-20~40dB,採用杜比降噪技術後最大可達到-67dB,LP唱片約為-30~50dB,開盤式磁帶錄音機約為-50~60dB,一般的CD唱機則可以達到-90~110dB,而較新的DVD-A和SACD可以達到-120dB以上,購買時候可以參考一下。

擴大機的學問真的博大精深,隨著時代的演進,今日擴大機的功能跟以前比大相逕庭,但追求聲音的目的卻是一樣的,不同種類的擴大機各有各的特點,聲音失真最小的高檔擴大機的聲音就一定好聽嗎 ? 這個問題一直以來都是音響燒友心中的疑問,值得我們一起思考一下。

參考資料與出處來源 : https://freeholder.pixnet.net/blog/post/15459760

13 thoughts on “音響擴大機的功用跟選購指標 (下)! DZ帶你秒懂

  1. 原來擴大機還分成這麼多類型啊~好的擴大機可以讓聲音更棒!
    謝謝版主分享詳細的教學,長知識了!

  2. 真的是博大精深呢,從來沒有接觸過類似主題,完全不了解,雖然不是全懂,看完長一點知識也不錯,謝謝分享!

    1. 希望對你有棒幫助^^ 今天有剛發表一篇新的擴大機推薦名單喔 歡迎去看看^^

  3. 在接觸到這文章之前沒有想過原來背後有這麼多專業知識!
    真的很感謝你的分享,立刻傳給老公看~
    我們之後如果換新家要購買相關產品的話是非常有用的!
    期待版主繼續分享^^

  4. 哇超詳細解說!我才知道為什麼家裡黑膠機接上的擴大機是什麼了,原來還有這麼多學問,以後替換機器也更有方向不是只看表面聽店員講了!先收藏:)

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *

%d 位部落客按了讚: