扬声器如何与音频放大器匹配?(避免过载)

电器工程 声音的 放大器 阻抗 扬声器 最大收视率
2022-01-21 20:34:41

我知道有人问了一个类似的问题标题,但我相信这并不能回答我的问题(而且我想不出更好的方式来表达这个问题)。

我对放大器究竟如何使扬声器过载感到有些困惑,反之亦然。

很多吉他功放音箱都是8Ω阻抗的。

如果我理解正确,输出放大器(应该)输出一个固定的电压信号输出,而不管它上面放置了什么负载如果这一步有错误,请纠正我。

所以如果有一个固定的电压信号,(比如说,+-15V,即30V 的摆动)并且如果扬声器的阻抗是 ~8Ω(我知道它会随频率而变化,但说它在这个数字附近),那么如何即使阻抗大致相同,功率也会随着不同的放大器组合而变化?电压是否随着更高功率的放大器/扬声器组合而增加。

例如,带有 8Ω 扬声器的 10W 组合与连接到8Ω 阻抗的 4 扬声器箱的100W 放大器(并联连接 2 对 8Ω 扬声器串联),100W 显然更大。是不是100W功放的输出电压比较大?否则,如果您保持电压和阻抗恒定,如何使功率增加?

如果将 10W 功放直接连接到 4 扬声器箱体会怎样?放大器会过载吗?还是只是安静地玩?理论上,如果电压相同,阻抗仍然是8ohms,瓦数应该是相同的,即10W通过额定100W的扬声器。

如果是这样,那么这是真的吗:当我们说 10W 8ohm 扬声器时,我们的意思是它能够处理 (P=V^2/R, V=sqrt(PR)) ~9V的最大峰值电压。而对于 100W 8ohm 扬声器,它能够处理~28V的峰值电压?

在什么情况下你会伤害扬声器?通过连接一个太强大的放大器到它?但这不是很多人推荐的东西吗?(放大器输出至少是扬声器额定值的 2 倍)。如果是这样,那么放大器的电压输出不固定?它根据连接的扬声器而有所不同?(即使阻抗相同?)

在什么情况下会损坏放大器?通过连接太高瓦数的扬声器到它?那么为什么我看到这么多人在 youtube 上发布1/2W吉他放大器构建连接到大功率等级 4 个扬声器堆叠扬声器或至少 2 个扬声器组合的视频?

4个回答

你有很多问题,但我认为你可以通过一个解释更好地理解它。看到围绕这个主题有很多神话。但这也是模拟电子设备的问题。

扬声器是电路中的 Z 负载,可能会在频率方面改变其阻抗。请注意,扬声器的主要目标是在其构建工作的频率范围内保持稳定且几乎恒定的阻抗。这个阻抗几乎等于线圈电阻。因此,当您的扬声器在设计良好的系统中工作时,您的 Z 负载可以被视为几乎纯电阻负载(大多数情况下为 8、6 或 4 欧姆)。

话虽如此,我们应该有办法为扬声器供电,以便它可以再现声波。请注意,扬声器的磁性部分与通过它的电流直接相关。所以我们可以说扬声器是一种电阻负载,它处理电流变化来产生声音(简单理解)。因此,我们可以改变电阻负载中的电流的方法是在其上摆动电压。

如果您将扬声器或简单的电阻器连接到放大器的输出端,并在负载上插入示波器探头,您将看到随着音乐变化(声波)的电压变化。它不是输出中的恒定电压。否则,您将无法产生声波,因为您需要电流变化来通过洛伦兹公式产生磁变化和力。

除此之外,瓦数是系统消耗的功率。瞬时功率由 P = UI 或 P = ZI² 计算。因此,通过扬声器的电流越大,它消耗的功率就越多(而且功耗也会增加,因为其中一部分会转化为声波)。

此外,您必须考虑音量控制。您提供的这些示例仅适用于您的放大器始终以全放大 (0 dB) 工作的情况。这样,与功率较小的放大器相比,功率更大的放大器应在输出中产生更高的电压(均为 0dB)。由于瞬时功率也是通过 P = U²/Z 计算的,因此在电压和阻抗相同的情况下,您无法增加功率。

当你建立连接(放大器+扬声器)时,你应该关心一些细节:

  • 放大器功率输出:它会告诉您它可以在确定的阻抗下向您的扬声器提供多少功率。这是它可以产生的最大功率。请注意,如果您以 20% 的音量打开它,它将无法发挥全部功率。另请注意,即使在 0dB 时,它也可能不会一直产生全功率,因为​​音乐会改变其振幅波,因此您应该通过所有信号的积分来计算平均功率。

  • 放大器最小阻抗:这将告诉您可以连接到其输出的最低阻抗是多少。如果在那里连接更高的阻抗并不重要。您将无法在扬声器系统中获得太大的声音。一般来说,当连接更高阻抗的扬声器时,您可以获得更干净的声音(更少的失真)但音量更低。另一方面,如果你想要一个更响亮的系统,你应该连接允许的最低阻抗,但你可能会有更多的失真。请注意,可能会损害系统任何部分的是过热。热量是由与功率直接相关的焦耳效应产生的。因此,也可以连接低于允许的阻抗,因为您不会将音量增加超过某个点。这样,即使阻抗较低,您也可以在全音量下产生与较高阻抗相同的功率。您可以通过将 2 欧姆扬声器连接到 4 欧姆最小放大器但音量非常低来看到这一点。它会起作用并且不会伤害任何东西。

  • 扬声器阻抗:如前所述,它是制造商试图在扬声器设计工作的频率范围内达到并保持稳定的标称阻抗。

  • 扬声器功率:这是扬声器可以承受的最高功率。当然,人们用来衡量这一点的方式总是存在疑问,而且确实对 RMS POWER 等术语存在误解。一种常见的方法是将扬声器连接到具有平均功率 P 的某个信号,并查看它是否可以长时间忍受这种情况。您可以达到的最大 P 值是您的标称平均功率(同样,这是一种简单的解释方式)。

因此,如果您将扬声器连接到放大器,您应该观察这些变量,看看您是否会伤害任何东西。通常,将太强大的放大器连接到扬声器会损坏扬声器。假设您有一个 300 W/8 欧姆的扬声器,并且您连接了一个 800 W/8 欧姆的放大器。正如我之前所说,它还取决于音量拨盘。每当该系统处于低音量时,什么都不会造成伤害。但是,当您达到输出平均功率超过 300W 的特定音量点时,您可能会开始损坏您的扬声器。人们有时还说,一个非常强大的扬声器可能会损害一个非强大的放大器。或者说一个非强大的放大器无法驱动一个强大的扬声器。发生的情况是,您现在可以拥有一个 20W/4 欧姆的放大器和一个 800W/4 欧姆的扬声器。请注意,您可以连接它们,它将正常工作。这就像连接一个更强大的低音量放大器一样。问题是:您可能希望达到最大音量才能听到一些声音。这可能会损害您的放大器,因为全音量多次意味着超过 0dB(加上失真)。放大器中的过热可能会损坏其输出。另一个常见问题是,这种全音量失真可能会损坏您的扬声器。发生这种情况是因为扬声器是为运动而设计的。许多扬声器都有散热孔并获得空气流通以进行制冷。每当发生失真时,扬声器的移动部分可能会停止移动一会儿。它开始使线圈过热。这可能会损害您的放大器,因为全音量多次意味着超过 0dB(加上失真)。放大器中的过热可能会损坏其输出。另一个常见问题是,这种全音量失真可能会损坏您的扬声器。发生这种情况是因为扬声器是为运动而设计的。许多扬声器都有散热孔并获得空气流通以进行制冷。每当发生失真时,扬声器的移动部分可能会停止移动一会儿。它开始使线圈过热。这可能会损害您的放大器,因为全音量多次意味着超过 0dB(加上失真)。放大器中的过热可能会损坏其输出。另一个常见问题是,这种全音量失真可能会损坏您的扬声器。发生这种情况是因为扬声器是为运动而设计的。许多扬声器都有散热孔并获得空气流通以进行制冷。每当发生失真时,扬声器的移动部分可能会停止移动一会儿。它开始使线圈过热。许多扬声器都有散热孔并获得空气流通以进行制冷。每当发生失真时,扬声器的移动部分可能会停止移动一会儿。它开始使线圈过热。许多扬声器都有散热孔并获得空气流通以进行制冷。每当发生失真时,扬声器的移动部分可能会停止移动一会儿。它开始使线圈过热。

简而言之,放大器和扬声器的任何组合都应该是可能的。你只需要注意音量。如果您不希望出现任何可能的麻烦,请在相同阻抗的情况下使用比扬声器稍弱的放大器,并且不要超过音量控制的 70%~80% 之类的东西。如果您的音量刻度盘有分贝刻度,请尝试使用最多 0dB。

我希望这已经解决了你的问题。抱歉英语不好。

匹配阻抗对于固态放大器和电子管放大器都是一个问题。

在电子管放大器的情况下,电子管不能直接驱动扬声器;他们必须通过阻抗匹配变压器来驱动扬声器。电子管很难损坏,但如果阻抗不匹配,可能会损坏变压器或扬声器。在电子管放大器中,电子管擅长驱动大电压(100 伏特),但不擅长驱动大电流。所以为了驱动8欧或4欧的喇叭,需要一个变压器将管子的高压输出转换成喇叭的大电流输出。连接到管子的初级侧有很多非常细的线匝。连接到扬声器的次级侧有更少的粗线匝数。这些管充当电流源。如果没有连接扬声器或阻抗太高的扬声器,这些管子会给变压器带来非常高的电压,这可能会损坏变压器绕组上的绝缘层。如果扬声器阻抗过低,电子管会将多余的电流推过绕组,导致它们发热。这些都不是理想的。通常,变压器的次级将有 2 或 3 个抽头用于常见扬声器阻抗,以使匹配变得像在开关上选择正确的阻抗一样简单。

在固态放大器的情况下,您可能会遇到类似的问题,即空载放大器会通过内部产生高电压而损坏自身。原因是一样的:输出晶体管作为电流源,如果阻抗太高会导致高电压。现代放大器通常被设计为完全避免这个问题,或者它们具有永久连接在输出端子上的内部负载,以对放大器看到的阻抗设置上限。

在放大器功率输出方面,大多数放大器实际上有 3 个输出限制——电压、电流和功率。如果阻抗很小,你就达到了电流限制。如果阻抗太大,就会达到电压限制。如果您选择合适大小的阻抗以同时达到电流和电压限制,您可能会达到功率限制。电压限制由放大器的电源电压决定。电流限制由输出驱动晶体管决定。而功率限制通常是一个热限制——如果超过它太久,放大器会过热。

您可以通过多种方式伤害扬声器。一是通过它施加了过多的权力。另一个是通过它在其设计频率范围之外的频率上施加过多的功率。例如,不要通过高音扬声器放低音。另一个是放大器削波。当达到放大器电压或电流限制时,它会切断波形的顶部,产生大量高频谐波。这些可能会通过以不适合其工作的频率猛烈摇动扬声器锥体来损坏扬声器。此外,如果削波不对称,锥体可能会逐渐进入或退出扬声器。如果它足够远,线圈会离开扬声器磁铁中的凹槽,如果它在返回时错过凹槽,则可能会损坏。

您可以通过使其过载或欠载来损害放大器,阻抗明智。只要放大器能够很好地驱动扬声器的阻抗,将 4W 扬声器连接到 1/2 W 放大器就没有问题。只是声音不会很大。

首先,扬声器的阻抗接近平坦是非常罕见的。阻抗曲线通常看起来这样:

在此处输入图像描述

峰值是 f s,即扬声器的自由空气共振。额定阻抗是谐振以上阻抗曲线中的第一个最小值。直流电阻通常会略低于此值,但通常不会低很多(例如,对于额定阻抗为 8 欧姆的扬声器,可能约为 6 欧姆)。直流电阻也受其他因素的影响——例如,旨在处理更多功率的扬声器通常在音圈中使用更粗的线,这将降低直流电阻,但对高频下的阻抗几乎没有影响.

当您将该驱动器安装在一个盒子中时,您通常会添加至少一个(通常是几个)更多,较低频率的较小峰值,以反映机柜的谐振频率及其可能具有的任何端口。

我不确定你从哪里得到电压是恒定的(甚至接近它)的想法。与任何其他电路一样,P = I * E。例如,通过 8 欧姆扬声器的 1 瓦为 2.83 伏(8 的平方根,因为 P = E 2 /R)。也许您正在考虑这样一个事实,即大多数安培的额定电压摆幅最大(但通常高于 16 伏)。

至于如果您将 10 瓦放大器连接到 4 个扬声器(可能是串并联以保持相同的阻抗)会发生什么,您通常会获得至少一点效率,因为大多数扬声器至少有点非线性。例如,扬声器在一瓦时的额定声压级可能为 92 dB SPL(在某些标准测试条件下)。理论上,这意味着它应该在 2 瓦输入下产生 95 dB SPL,或在 10 瓦输入下产生 102 dB SPL。实际上,三或十多分贝的输入通常不会产生(相当)三或十多分贝的输出。通过将来自放大器的电源分离到四个独立的扬声器而不是一个,您可以最大限度地减少这种影响,因此对于给定数量的放大器电输出,您将获得(稍微)更多的声音输出。

至于功放太强大会损坏扬声器:这取决于。如果您完全压倒扬声器,是的,这可能会发生。例如,如果您将一个 500 瓦的放大器连接到一个 3 英寸的小扬声器,然后将其调到接近最大功率的任何位置,那么扬声器几乎不可避免地会很快出现故障。根据设计,很难确定首先会发生什么故障 - 您可能会使音圈过热,电线会简单地蒸发,或者您可能会产生比其设计更强的磁场,然后推/拉扬声器锥体超出预期并破坏环绕声(根据我的经验,音圈故障更为常见)。

更常见的是通过驱动放大器超过其额定功率来破坏扬声器。这对于双极放大器来说尤其成问题,因为它们往往具有非常苛刻的削波特性。然而,在这里,故意产生各种形式的失真是很常见的,所以当你专门处理吉他放大器和扬声器时,你不太可能破坏东西(无论如何很快)。对于像普通立体声音响这样的东西,削波通常会迅速增加信号中的高频——这反过来会导致高音扬声器的功率比预期的要多得多,这可能会很快破坏它.

伤害放大器取决于。简短的总结是,如果您连接的扬声器阻抗过低,通常会发生固态放大器故障。这将试图消耗比放大器所能提供的更多的电流,从而导致过热和(如果你走得太远)熔化输出晶体管。

相反,电子管放大器更容易因连接阻抗过高的扬声器而损坏。放大器专为扬声器加载输出而设计。如果扬声器没有足够的负载,放大器将产生比预期更高的电压。当/如果扬声器线松动时,您几乎可以立即有效地获得无限阻抗。根据设计,您的保护电路启动并关闭放大器,或者您在修理放大器之前听到的最后一个声音是输出管烧坏时发出的响亮的爆裂声。

扬声器的规格有点雷区,但对于放大器来说,它们更简单。如果放大器的额定功率为 10W RMS,那么这就是它可以在一定失真水平下向指定负载(通常为 2 欧姆到 8 欧姆)提供的正弦功率。通常失真是因为放大器在削波开始时提供正弦波。

因此,如果它具有 +/-10 V 的内部电源轨,它将几乎能够提供 17.9 Vp-p 并在 8 欧姆负载中进行一些小幅度的削波。相同的放大器也可能能够以几乎相同的输出幅度驱动 4 ohm 负载,在这种情况下,放大器可能会指定它是 20W 放大器。

放大器往往具有非常低的输出阻抗,这通常是使用负反馈的晶体管放大器的情况——无论负载如何,反馈都倾向于保持输出恒定。然而,会有一点(如果负载阻抗降低)放大器冒烟或限流电路启动以“保护”放大器免于损坏。

对于扬声器,它会有一个评级,希望这个评级与指定功率放大器的单位形式相同,但情况并非如此,您必须确保将苹果与苹果进行比较。扬声器的额定值还将包括其额定的频率响应,这一点很重要,因为您不能将低音(在扬声器的额定功率下)推入推音器并期望它能够存活,您也不能抽出深低音将低音转换为标准低音驱动器,并期望它能够生存。