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声响改装——音频功放失真及常见改进要领

2019-01-07  |  作者:admin_3  |  泉源:武汉松杉汽车音响改装  |  责任编辑:

音频功放失真是指重放音频旌旗灯号波形畸变的征象,一般分为电失真和声失真两大类。电失真就是旌旗灯号电流正在放大历程中发生了失真,而声失真是旌旗灯号电流经由过程扬声器,扬声器未能照实天重现声音。简朴的来讲能够分为扬声器失真和功放失真。

无论是功放失真照样扬声器失真,按失真的性子去分,重要有频次失真和非线性失真两种。个中,引发旌旗灯号各频次重量间幅度和相位的干系转变,仅泛起波形失真,不增添新的频次身分,属于线性失真。而谐波失真(THD)、互调失真(IMD)等可发生新的频次身分,或各频次重量的调制产品,这些过剩产品取本旌旗灯号极不和谐,引发声音畸变,粗拙逆耳,这些失真属于非线性失真。正在这里,我们离别对谐波失真、互调失真、瞬态互调失真(TIM)、交换接口失真(IHM)等加以议论。

 

1. 谐波失真

谐波失真是由功放中的非线性元器件引发的一种失真。这类失真使音频旌旗灯号发生很多新的谐波身分,叠加正在本旌旗灯号上,构成了波形失真的旌旗灯号。将各谐波引发的失真叠加起来,就是总谐波失真度,其值常用输出旌旗灯号中的一切谐波均方根值取基波电压有效值之比的百分数去示意。正在这里,基波旌旗灯号就是输入旌旗灯号,一切谐波旌旗灯号为由非线性失真引入的各次谐波旌旗灯号。明显,该百分数越小,谐波失真越小,电路机能越好。

现在,Hi-Fi功放的谐波失真一样平常掌握正在0.05%以下,很多优良功放的谐波失真已小于0.01%,而专业级音频功放的谐波失真度一样平常掌握正在0.03%以下。事实上,当总谐波失真度小于0.1%时,人耳就很难区分了。另需阐明的是,关于一台指定的音频功放而言,比方,某音频功放的总谐波失真目标示意为THD<0.009%(1W)。初看起来,好像总谐波失真很小,但它只是正在输出功率为1W时的总谐波失真,那取正在有关尺度要求的丈量条件下所得的总谐波失真值是差别的。以是,正在标明音频功放的总谐波失真目标时,一样平常都邑说明丈量前提。

 

但是并不是一切失真都让人没法接管,也并不是失真大的功放便不如失真小的功放好听。尽人皆知,人的听觉体系是极为庞大的,偶然谐波失真小的功放不如谐波失真大的耐听,这类征象的缘由是多方面的。个中,取各次谐波身分对音质的影响水平差别有直接关系。只管石机取胆机的稳态测试数据雷同,但人们总以为胆机的高音醇厚荡漾、中音通亮圆润、低音纤细清亮,极其耐听;石机则低频微弱有力,中高频通透通亮,但高频发毛,声音僵硬,音色偏偏热。经频谱剖析发明,石机含有大量的偶次谐波,偶次谐波给人耳形成逆耳动听的觉得;胆机则含有雄厚的奇次谐波,而人耳对偶次谐波不敏感。另外,人耳对偶次谐波失真分辨力较低,对下次谐波却异常敏感,那也是上述征象的主要缘由之一。

低落谐波失真的设施重要有:

施加适当的电压负反馈或电流负反馈;

选用fT下、NF小、线性好的放大元器件;

尽量天进步各单位电路中对管的一致性;

接纳甲类放大体式格局,选用优异的电路程式;

进步电源的功率贮备,改进电源的滤波机能。

 

2. 互调失真

两种或多种差别频次的旌旗灯号经由过程放大器后或扬声器发声时相互调制而发生了和频取差频和各次谐波组合发生了和频取差频旌旗灯号,这些新增加的频次身分组成的非线性失真称为互调失真。一般,将两个振幅按肯定比例(多与4:1)的下低频旌旗灯号,混淆进入电路,新发生的非线性旌旗灯号的均方根值取原较高频次旌旗灯号的振幅之比的百分数去量度互调失真,即互调失真的巨细,可用互调产品电平取额定旌旗灯号电平的百分比去示意。此值越大,互调失真越大。明显,互调失真度的巨细取输出功率有关。因为新发生的这些频次身分取本旌旗灯号没有相似性,因此较小的互调失真也很容易被人耳发觉到,听起来感应又尖、又逆耳,且伴随“声染色”征象。也就是说,互调失真带来的影响,会使全部重放体系的声场缺少层次感,清晰度下落。正在Hi-Fi功放中,总期望互调失真度越小越好,要做到这一点黑白常难题的,因此高保真功放要求该值小于0.1%便可。固然,石机取胆机比拟,前者的互调失真要大一些,那也是为何石机的音色不及胆机甜蜜的一个缘由。

减小互调失真的要领,常见的有:

接纳电子分频体式格局,限定放大电路或扬声器的事情带宽;

正在音频功放的输入端增设下通滤波器,消弭次低频旌旗灯号;

选用线性好的管子或电路构造。

 

3. 瞬态失真

瞬态失真是当代声学的一个重要指标,它反应了功放电路对瞬态跃变旌旗灯号的连结跟踪才能,故又称为瞬态反应。发作瞬态失真的高保真体系,输出的音乐旌旗灯号短少层次感和透明度。一般地,发作瞬态失真的缘由有:

电路内电抗元器件的感化过大,频次局限不敷宽;

扬声器振动体系的行动跟不上瞬变电信号的转变。

瞬态失真的重要表现形式有两种,即瞬态互调失真和转换速度(SR)过低引发的失真。

A. 瞬态互调失真

正在输入脉冲性瞬态旌旗灯号时,果电路中电容(如滞后赔偿电容、管子极间电容等)的存在使输出端不克不及立刻获得应有的输出电压(即相位滞后)而使输入级不克不及实时得到应有的负反馈,放大器正在那一瞬间处于开环状况,使输入级霎时过载,此时的输入电压比一般时要高出好几十倍,致使输入级霎时的严峻削波,那一削波失真称为瞬态互调失真。它实质上是一种瞬态过载征象。

因为胆机抗过载能力强,放大倍数低,没有深度级间负反馈,唯一一些部分负反馈,因此不容易发生瞬态互调失真。而一样平常石机都接纳了大环路深度负反馈网络去知足低失真、宽频带的要求。可见,瞬态互调失真重要发作正在石机中。另外,音量大、频次下、静态局限大的节目源最轻易发生瞬态互调失真。缘由在于:音乐正在整旌旗灯号电平四周的工夫转变率最大,会使声音变得不完全清楚,特别是中低档石机,每每泛起正在高频局部,发生尖硬、逆耳的觉得,即所谓的“晶体管声”和“金属声”。

瞬态互调失真是正在20世纪70年月提出去的一项静态目标,重要由音频功放内部的深度负反馈引发的。被公认为是影响石机音质,致使“晶体管声”和“金属声”的罪魁祸首,人们对此极其正视。改进TIM可从其构成机理动手,常接纳的要领有:

将放大器的开环增益和负反馈量离别掌握正在50dB和20dB阁下;

选用下fT的管子,前级接纳fT大于100MHz的管子,终级功率管的fT应大于20MHz,只管拓宽电路的开环频响,并加大各级本身的电流负反馈,勾销大环路负反馈。现在有局部功放(如钟声JA-100)的末级扩流电路不参与环路负反馈,其目标之一便在于此;

接纳齐互补对称电路,进步功率输出级的事情电流,并正在输出级前增设缓冲放大级,改进电路的瞬态相应;

勾销相位滞后电容,改滞后赔偿为超前赔偿,即不消滞后赔偿电容,而正在大环路反应电阻上并联一只恰当容量的小电容;

恰当加大输入级的静态电流,增大其静态局限,并正在其输入电路中设置低通滤波器,消弭80kHz以上的高频纯波旌旗灯号,防备高频滋扰旌旗灯号致使输入级霎时过载。

B. 转换速度过低引发的失真

转换速度指音频设备对猝发声旌旗灯号或脉冲旌旗灯号的跟踪或回响反映才能,是反应功放电路瞬态应变才能的主要参数。转换速度过低引发的瞬态失真是因为放大器输出旌旗灯号的转变跟不上输入旌旗灯号的敏捷转变而引发的。若是给放大器输入一个充足大的脉冲旌旗灯号时,其电压的最大转变速度应是电压上贬值取所需工夫之比,单元是每秒上升若干伏,写成数字表达式为SR=V/μs。SR对高保真功放来讲,它间接影响放大器的瞬态相应和反应速度,SR值下的功放,剖析力、层次感及定位感都好,听感佳,重放流行音乐更是云云。SR数值的巨细取功放的输出电压和输出高频截止频率等有关,输出功率大的,SR值就大;高频截止频率下的,SR值也大,优良功放的SR值可达100V/μs。为了进步功放的SR值,一般接纳超高速、低噪声的管子,但SR值过高,易使电路自激,稳定性变差。另外,前级电路的SR值不应高于后级电路,不然易引发瞬态互调失真。特地多说几句,功放的SR可用示波器去估测,要领是先给音频功放馈送一方波旌旗灯号,作为输入旌旗灯号,其输出旌旗灯号波形前沿上升至额定值所需工夫,所得的效果用V/μs示意就是转换速度的巨细。明显,若是音频功放可以或许很好天处置惩罚方波旌旗灯号,那便注解它具有很好的转换速度和较宽的频率特性。

 

4. 交换接口失真

交换接口失真是由扬声器的反电动势经由过程线路反应到电路而引发的。改进这类失真的要领有:

削减电路级数,恰当加大电路的静态事情电流;

挑选合适的扬声器,使阻尼系数更趋公道;

接纳大容量优良电源变压器,并恰当进步滤波电容的容量,正在滤波电容上并联小容量CBB电容。

另外,因为电路直流事情点挑选欠妥或元器件质量不下,借会泛起另外一些非线性失真,诸如交织失真和削波失真,它们都可以引发谐波失真和互调失真。交织失真又称为交越失真,它是对推挽功放而言的,重要由乙类推挽功放中的功率管肇端导通非线性而引发的,特别是正在小电流的状况下,其输出电流正在交界处发生非线性失真,且旌旗灯号幅度越小,失真越严峻。削波失真是功放管静态局限不敷,由饱和导通引发大旌旗灯号被限幅削波而形成的,削波失真发生了大量超声波,使声音变得恍惚而发抖,听暂了使人头痛。减小交织失真常用的要领,是恰当进步推挽输出管的直流事情点;而改进削波失真的步伐,一样平常是恰当加大电路的线性工作范围。

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