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很多做系統(tǒng)集成和專業(yè)音響的同仁們大概都知道一個很普遍的道理，那就是在選擇功放與揚聲器之間時涉及到的一個最重要的問題，阻抗匹配問題，但是也有很多中途轉(zhuǎn)型或者新手并不太懂，為什么要阻抗匹配，這個算是一個最基本的問題，可也算是大家最常忽略的問題，今天小魚就淺析一下，關于揚聲器與功放之間阻抗匹配的問題，由于能力有限，若有不對之處，請批評指正，不勝感激。 首先，說到揚聲器和功放的阻抗匹配問題，為了新人更好理解，在這里，小魚先分別對揚聲器和功放的原理和區(qū)別分別介紹，如此也方便大家更好的去理解原理，畢竟做技術，小魚一貫的原則是要知其然，知其所以然！ 揚聲器 1 揚聲器分類：揚聲器是一個很寬泛的概念，說的直白點，就是能將聲音放大的機器，所以在它的分類上也不會是唯一的，比如： 1 按輻射分類：直接輻射----聲波由發(fā)聲元件直接向空間輻射。 號筒輻射----聲波由發(fā)聲元件經(jīng)號筒向空間輻射。 箱式輻射----聲波由發(fā)聲元件經(jīng)密閉空氣室向空間輻射。 海耳式輻射----聲波被特殊形狀的振膜的振動而輻射聲波。 說到這里，也許很多專業(yè)做揚聲器的主兒，該不忿了，什么亂七八糟的分類，全是胡扯，在這里，小魚想申明一下，分類這種詞，一般不同的人會有不同的方法或者標準，比如，有的人會把耳機分為單獨的一類，因為他們覺得，耳機是不經(jīng)過其他的大空間，直接從耳機出來，傳到耳朵，所以每一個人的分類方式可能會有所區(qū)別，小魚的列舉并不全面，還望海涵！ 從輻射的角度來說，大體上基本就應該分為這四種了，前面三種估計很多人會比較好理解，比如，直接輻射式，估計現(xiàn)在市場上絕大多數(shù)算是直接輻射式的了，當然國家也出了相關的規(guī)定《直接輻射式電動揚聲器通用規(guī)范(GB/T 9397-1996)》，用來專門規(guī)定這種方式的揚聲器，至于號筒式，很多農(nóng)村出來的人士應該更清楚了，以前村長講話，誰家的雞丟了，誰的狗咬了人之類的，那種掛在樹上的揚聲器就是典型的號筒式，當然現(xiàn)在也有號筒式揚聲器，比如一些專業(yè)的舞臺演出，劇場劇院之類的，當然最典型的還算電影院了，主要是因為號筒式揚聲器有個很經(jīng)典的特點，就是高頻比較多（號筒式揚聲器是由發(fā)音頭和號筒兩大部分組成，號筒揚聲器的入口很小，而出口很大，因此聲波在入口處壓力很高，擴展速度慢，相當于在輻射體上加了一個阻力很大，但與頻率關系很小的聲負載，使輻射體在一定振幅時做最大的功，避免了由于出口處面積突然增大而使振幅減弱。又由于出口處面積很大，聲波壓力低擴展速度快，這樣經(jīng)過號筒的作用，將高音頭高壓幅度小的聲波變成出口處低壓大幅度的聲波，成為洪亮的聲音釋放出來。號筒揚聲器的優(yōu)點是效率高，功率大，方向性好，但頻率響應差）
在電影院為了聲向一致性，通常是將揚聲器隱藏在電影幕后面，這樣才會讓觀影者，更加強烈的感覺到演員的聲音和位置以及嘴型完全一致，雖然電影幕都會采用帶有很多小孔的透聲幕，但是揚聲器的頻率響應還是收到了很大的影響，特別是高頻，因為聲波頻率越高，其指向性越強，當然它的繞射能力和穿透性也就越弱，這也是為什么低頻揚聲器沒有指向性，而高頻揚聲器卻有很好的指向性，所以電影院的幕后面通常會選用號角式揚聲器， 關于高頻這一點，其實我們可以做延伸和拓展的，比如光，大家學過物理的應該都知道，所謂的光其實也算一種波形，只是它的頻率太高，所以光基本就是直射，根本就不會繞彎，當然這個只是為了讓大家更加直觀的去記憶，千萬別認死理，因為光的研究遠比聲更加復雜，并且光具有波粒二象性，所以也完全不能按照聲去理解，其實比較典型的還有超聲波，超聲波就是一種很高頻率的聲音，超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術等，其原因就是因為他的指向性太強烈，當然，歸結于超聲波類似于聲吶的相似性，超生在醫(yī)學上也有比較好的應用，醫(yī)生將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當它在體內(nèi)遇到界面時會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態(tài)與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征，再結合解剖學知識、正常與病理的改變等，便可診斷出其所檢查的器官是否有病變（額，汗，不知不覺小魚扯得有點多了，抱歉）。 回歸話題，講完號筒式分類，再說說箱式分類，最典型的就是低音揚聲器，這種就不多說了，大多數(shù)人對其已經(jīng)很熟悉了。 其實前面三種分類，相信很多人都不陌生，唯獨最后一種，應該有不少人沒有聽過，因為并不常見，所謂海耳式揚聲器，它是在1973年由美國海爾博士研究和提出的第四種輻射方式。 如上圖所示，它是在兩張塑料薄膜之間，上下往復地印刷鋁薄膜導體。有如手風琴式的曲折皺褶，放置在與振膜垂直的強磁場中，不使振膜全體同相的作前后振動，而是如圖（b）和（c）所示，作與聲波輻射方向垂直的橫方向振動，并與相鄰導體作反方向的振動對一個皺褶的振動進行研究，就可以知道在最初的半周進入皺褶之間的空氣按菲格（Fresnel，又譯菲涅耳）原理被放出，下半周皺褶變寬，使空氣進入其中，這就像將乒乓球放在手中按動時球就不會飛到遠處，但將球夾在手指中間，上下擠動使之彈出，就可以飛得很遠一樣。與這一原理相同，力阻抗低的（輕的）空氣，在振膜處被前后推動，按菲格原理，能被很好的吹跑。振膜小時可以有很高的效率，但對低音頻重放困難，低頻下限約為100Hz。 （以上解釋資料來自互聯(lián)網(wǎng)，這種揚聲器，小魚也不熟悉，只是在以前見過一種長的特別像一張硬紙板的揚聲器，音質(zhì)聽著還不錯，畢竟沒有紙盆嘛，但是后來沒怎么見推廣，也許是小魚孤陋寡聞了吧！反正當時人家給我的解釋是那種揚聲器可以在墻上挖個淺淺的框，然后像掛畫框一樣糊上去，最后在揚聲器外面再糊上墻粉，等干了之后，根本分辨不出來，揚聲器到底在哪里，除非走近了，這可謂是一種最為隱蔽的安裝方式了，只是小魚個人認為其限制太多，首先安裝時太麻煩，畢竟你如果是粉刷的新手，刷的一面厚一面薄，音質(zhì)立馬就變化，其二，揚聲器畢竟在震動，時間長了，墻粉一定會先于別的地方脫落，第三，這種揚聲器使用功能太限制，語言類等動態(tài)范圍不大的應用還行，如果大聲壓級，啊哈，或許我們該換個地方去說了，工人師傅都到了！，當然最重要的是維修太不方便） 2 按換能方式分類：電動式 ----聲波由電能通過電生磁，與永久磁鐵的磁場發(fā)生相互作用，從而使音圈震動，揚聲器發(fā)聲 電磁式 ----利用電磁感應原理，使聲源信號電流通過音圈后，把用軟鐵材料制成的舌簧磁化，磁化了的可振動舌簧與磁體相互吸引或排拆，產(chǎn)生驅(qū)動力，使振膜振動而發(fā)音 壓電式 ----利用一大、一小兩個圓形金屬片做電極，中間加一薄層壓電陶瓷材料。兩個電極通過音頻信號時會發(fā)出聲音 離子式 ----通過電弧放電中的電流大小改變，引起空氣膨脹收縮變化，從而產(chǎn)生波形（目前技術并不成熟，主要用于一些高檔音響的高音單元以及一些發(fā)燒友DIY） 氣流調(diào)制式 ----利用空氣壓縮機作能源,采用一個受外加聲頻電信號控制的系統(tǒng)來調(diào)制氣流以發(fā)聲 靜電式 ----利用音頻信號源和直流極化電源的協(xié)同作用，促使振膜（可動電極）表面積累一定密度的電荷，以至振膜受到方向交替變化的電場作用，并伴隨音頻信號源而振動發(fā)聲的揚聲器 在這里雖然按照這種方式分類了很多的揚聲器種類，但是小魚今天不一一解釋，只是重點介紹有關電動式揚聲器，畢竟今天的主題是關于揚聲器和功放之間的阻抗匹配問題嘛！至于其他的類型，等后續(xù)有時間了，小魚再做專門的篇章去解釋。 電動式揚聲器 電動式揚聲器主要由磁體和振動系統(tǒng)兩部分組成，其核心原理是利用了電生磁(當導線中有電流產(chǎn)生時，會在導線周圍形成電磁場，導線中流過的電流越大，產(chǎn)生的磁場越強。磁場成圓形，圍繞導線周圍)。 在揚聲器中，其磁體由磁鐵和軟鐵心柱組成，而紙盆(振動膜)、定心支片、音圈和防塵罩等組成了振動系統(tǒng)。當揚聲器的音圈通入音頻電流后，音圈在電流的作用下便產(chǎn)生了交變磁場，永久磁鐵同時也產(chǎn)生一個大小與方向不變的恒定磁場。由于音圈所產(chǎn)生的磁場大小和方向隨音頻電流的變化不斷地在改變，這樣兩個磁場的相互作用使音圈作垂直于音圈中電流方向的運動，由于音圈和振動膜相連，從而音圈帶動振動膜振動，由振動膜振動引起空氣的振動面發(fā)出聲響。 輸出給音圈的電流越大，其磁場的作用力就越大.振動膜振動的幅度也就越大，聲音則越響。揚聲器發(fā)出高音的部分主要在振動膜的**，揚聲器發(fā)出低音的部分主要在振動膜的邊緣。如果揚聲器的振動膜邊緣較為柔軟且紙盆口徑較大則揚聲器發(fā)出的低音效果較好。 以上是關于電動式揚聲器的工作原理，那么我們最關心的問題來了，什么是它的阻抗，也許有些人會直接在揚聲器兩端用萬用表去測，結果往往很失望，應為它上面顯示的值肯定不會是揚聲器說明書上的值，其原因在于，所謂的阻抗，并不是單純的指電阻，你拿萬用表測的只會是電阻，阻抗顧名思義，它是電阻加電抗，電阻很多人都好理解，畢竟大家都熟悉，可是電抗卻不好理解，其實很簡單，電抗就是電容抗加電感抗。 其實在上面的揚聲器中，我們一定看到了，它的核心就是那個線圈，線圈其實就是一個電感，所以自然會有感抗，至于電容引起的容抗，在揚聲器中并不少見，因為電容能隔直流通交流，揚聲器如果有直流電流，很容易會燒掉揚聲器，因此在集成電路中不會少這一元器件。 此外，電容抗和電感抗還有相位角度上的問題，具有向量上的關系式，因此一般會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。 在這里需要說明一下，揚聲器的阻抗不可能像普通導體或者其他的電阻那樣，一成不變（這話有誤，因為電阻會隨著溫度的增加而變大，但是變化量很小，所以各位**座的道友們就原諒則個啦?。湓蚴且驗閾P聲器中有很多的電容和電感，而電容會隨著頻率的增加，容抗越來越小，而電感抗則會隨著頻率的增加而不斷變大，這樣的一升一降，就增加了它的可變性，但是總體上講，如下圖所示（圖片取自互聯(lián)網(wǎng)，若有侵權，請聯(lián)系小魚刪除），在高頻之后成上升趨勢。 那么問題來了，現(xiàn)在市面上常見到的喇叭阻抗的額定值一般都有8Ω，4Ω，那么這代表了什么意思呢？是說下圖中那條曲線的平均值嗎？還是別的意思呢？ 其實我們通常說的額定阻抗，就表示揚聲器阻抗曲線峰后的最低點的值，如下圖所示: （在這里小魚再說明一點，圖上所示的橫軸頻率范圍表示的是20Hz~20KHz之間，因為在0Hz時，阻抗曲線還在額定阻抗之下，當然，在超過20KHz之后，其阻抗曲線也不是一直增加，受紙盆折環(huán)反射的影響，依舊會是成波動型變化，但考慮人耳聽不到，一般不做解析。） 相信各位在看到這里之后，很多人可能都會對中間那個突起的峰感興趣，那么說到這個峰值，小魚還需要給大家說另外一個概念，那就是萬事萬物，都會有一個自己的頻率，我們通常把這個頻率叫做諧振頻率，也叫共振頻率，而這個峰值對應的就恰恰是揚聲器的共振頻率f0，其對應的就是揚聲器的最大阻抗。 這里篇幅有限，小魚對揚聲器阻抗曲線不做更加詳細說明，等后續(xù)有時間了小魚再陸續(xù)做補充，總之，小魚在這里想說一點，揚聲器的阻抗不是一個定值，而在額定阻抗下，揚聲器的性能能針對人耳能最優(yōu)發(fā)揮！ 當然，揚聲器分類還可以按照工作頻帶分，比如有高頻，低頻，中頻，還有全頻等，也可以按照結構去分，比如：單紙盆，復合紙盆，以及比較特殊的同軸揚聲器，當然也有人喜歡按照紙盆材料去分，比如：紙盆式揚聲器，PP盆式揚聲器，鈦合金振膜揚聲器等，同樣，也可以根據(jù)磁路形式分內(nèi)磁式和外磁式，也可以按照磁路性質(zhì)去分：鐵氧體磁體，鋁、鎳、鈷磁體，勵磁式等，也可以按照振膜分:錐形,平板形,帶形,球頂形,平膜形等，最后，還可以根據(jù)用途去分，比如有高保真，樂器，監(jiān)聽等等，揚聲器的分類可謂真是五花八門，由于篇幅有限，后面的這些分類，小魚就不一一介紹了，若有想了解的各位道友，可自行上網(wǎng)去搜或者給小魚留言，小魚在后續(xù)做專門的篇幅去描述。 這里需要道個歉，小魚洋洋灑灑寫的有些多，容易亂，所以這里對后續(xù)的幾種揚聲器：電磁式，靜電式，壓電式，離子式以及氣流式等就不做介紹，后面等小魚空出時間了，單獨安排篇幅說明。 說完揚聲器的工作原理，相信大家對揚聲器有個直觀的了解了，之后我們又淺談了揚聲器阻抗，接下來，我們需要對功放再做一個了解，因為阻抗匹配，涉及到的更多還是在功放上。 功放 顧名思義，功放其實就是功率放大器，在前面揚聲器的分類中其實應該再增加一種分類方法，就是按照有源無源區(qū)分，所謂有源就是指揚聲器內(nèi)部已經(jīng)集成了放大模塊，因此不再需要外在功率放大器，無源則恰好相反，大多數(shù)專業(yè)揚聲器都是無源的方式，當然，隨著社會的進步，現(xiàn)在好多帶有DSP處理功能的高端揚聲器都會采用有緣的方式。 1 功放的分類功放的分類有些類似于揚聲器，依舊會按照各種方式區(qū)分，比如: （一）按功放中功放管的導電方式不同，可以分為四類： 甲類功放 （又稱A類，這種功放是指在信號的整個周期內(nèi)（正弦波的正負兩個半周），放大器的任何功率輸出元件都不會出現(xiàn)電流截止（即停止輸出）的一類放大器，它的特點：甲類放大器工作時會產(chǎn)生高熱，效率很低，但固有的優(yōu)點是不存在交越失真）。 如上圖，這是甲類放大器最簡單的模型，該類放大器的輸出晶體管(或電子管)的工作點在其線性部分中點，不論信號電平如何變化，它從電源取出的電流總是恒定不變，因此，它是低效率的，用作聲頻放大時由于信號幅度不斷變化，其實際效率不可能超過25％，可由單管或推挽工作。 這類放大器的優(yōu)點是無交越失真和開關失真，而且諧波分量中主要是偶次諧波，在聽感上低音厚實、中音柔順溫暖、高音清晰利落、層次感好，十分討人喜歡。不過，因為耗電多，效率低，容易發(fā)熱和對散熱要求高而未能在大功率的放大器中得到廣泛應用，并且由于器件長期工作于大電流高溫下，容易引起可靠性和壽命方面的問題，而且整機成本高。 乙類功放 （又稱B類，乙類功放是指正弦信號的正負兩個半周分別由推挽輸出級的兩“臂”輪流放大輸出的一類放大器，每一“臂”的導電時間為信號的半個周期，特點：乙類放大器的優(yōu)點是效率高，缺點是會產(chǎn)生交越失真） 由于甲類放大具有效率低的特點，于是，后面就開始有了乙類放大電路，如下圖所示: 這種放大的原理是，將一個信號分為兩部分，然后分別由一個晶體管負責放大，例如，一個信號
甲乙類功放 （又稱AB類，甲乙類功放界于甲類和乙類之間，推挽放大的每一個“臂”導通時間大于信號的半個周期而小于一個周期，特點：甲乙類放大有效解決了乙類放大器的交越失真問題，效率又比甲類放大器高，因此獲得了極為廣泛的應用） 鑒于乙類放大器交越失真的特點，雖然在能量轉(zhuǎn)化上高于甲類，但是新的問題帶了音質(zhì)的問題，于是在這兩種基礎上，產(chǎn)生新的AB類放大器。 甲乙類功率放大器的靜態(tài)工作點介于甲類和乙類之間，該電路在靜態(tài)時靜態(tài)偏流較小，它的波形失真和效率介于甲類和乙類之間
該類放大在功率轉(zhuǎn)化上具有乙類的特點，它為T1和T2提供了初始靜態(tài)偏置電流，從而減小了交越失真，甲乙類放大器的長處在于它比甲類提高了小信號輸入時的效率，隨著輸出功率的增大，效率也增高，雖然失真比甲類大，然而至今仍是應用最廣泛的晶體管功率放大器程式，趨向是越來越多的采用高偏流的甲乙類。 丁類功放 （又稱D類，丁類功放也稱數(shù)字式放大器，利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關電路來放大音頻信號，特點：具有效率高，體積小的優(yōu)點。許多功率高達1000W的丁類放大器，體積只不過像VHS錄像帶那么大。這類放大器不適宜于用作寬頻帶的放大器，但在有源超低音音箱中有較多的應用）
該類放大器涉及到的是數(shù)字方式，簡單說就是將原信號通過與三角形脈沖發(fā)生器比較，把信號調(diào)制到方波信號上，然后放大方波信號倍數(shù)和三角波倍數(shù)，然后通過反調(diào)制的方式，再將信號重新生成，這種功放是目前使用比較多且高端的方式，主要因為它的信號放大倍數(shù)大，功放機本身也可通過網(wǎng)絡便于管理，如下圖，可大概明白其運作過程，在這里，小魚插一句，因為信號其實是被調(diào)制到了方波的間隙上，因此，它的抗干擾能力比較前面的模擬放大電路強得多。
當然功放的分類也可根據(jù)后續(xù)幾種方法去分類，比如：按功放輸出級放大元件的數(shù)量，可以分為兩類：1.單端放大器，2.推挽放大器；按功放中功放管的類型不同，可以分為三類：1.膽機，使用電子管的功放。2.石機，是使用晶體管的功放。3.IC功放， [集成電路功放] ；按功能不同，可以分為三類： 1.功率放大器，2.前置放大器，3.合并機；按用途不同，可以分為三類：1.AV功放，2.Hi-Fi功放，3.專業(yè)功放等等。 總之，不管是揚聲器還是功放，在分類問題上都是五花八門，只要你大概記住了幾種類型和原理，其他不管怎么分，都不會有太大的變動。 好了，不管是功放，還是揚聲器算是都解釋一遍了，那么重點來了，我們的主題是關于阻抗匹配的問題，其實這個問題很簡單，功放的額定輸出阻抗應與音箱的額定阻抗相一致。此時，功放處于最佳設計負載線狀態(tài)，因此可以給出最大不失真功率，如果音箱的額定阻抗大于功放的額定輸出阻抗，功放的實際輸出功率將會小于額定輸出功率，會導致聲音不飽滿、音量低。如果音箱的額定阻抗小于功放的額定輸出阻抗，實際功率會增加，但由于阻抗不匹配，音量開大后可能會有失真。音響系統(tǒng)能工作，但功放有過載的危險，要求功放有完善的過流保護措施來解決，對電子管功放來講阻抗匹配要求更嚴格。 功放與音箱要適配，阻抗匹配是最重要的。音箱是功放的負載主體，音箱的標稱（或稱額定）阻抗應與功放的客定輸出阻抗相等或相近。功放電路應當配接多少額定負載阻抗值，這是生產(chǎn)廠家設計功放的一項基本參數(shù)。晶體管功放是低阻抗輸出電路；而電子管功放是高阻抗輸出電路，它對音箱的阻抗值要求十分嚴格。但晶體管低阻抗輸出功放仍對負載阻抗值提出了一定的要求。例如，原設計功放的輸出負載應為8歐姆，叵屬于理想的功放電路，且配接16歐姆音箱時，其輸出功率約減少一半，而配接4歐姆音箱時，輸出功率約增加一倍。但絕大多數(shù)功放都不是理想的頂級功放，其輸出內(nèi)阻不可能無限小，其放大環(huán)路不可能提供足夠大的電流增益，穩(wěn)壓電源也不可能提供足夠大的工作電流，當此功放接入過低阻抗的音箱時，瞬態(tài)特性變壞，失真程度將增加，本應有更大的功率輸出，卻造成功率值上不去。對于標定外接4-16歐姆負載的功放，應盡量接到阻抗范圍中值的音箱上。當功放連接高于其額定負載阻抗的音箱時，額定輸出功率下降，對其它性能指標影響不大；但若電源電壓裕量不大時，可能尚未達到上旨的額定功率時，已經(jīng)發(fā)生過載失真，要知道，當阻抗不匹配時，可能引起功放的阻尼系數(shù)變動。功放的阻尼系數(shù)是功放負載阻值（主要是音箱阻抗值）與功放輸出內(nèi)阻之比。當音箱阻抗值變動時，可引起功放的阻尼系數(shù)變動。若阻尼系數(shù)變得過小，音箱的低頻特性、輸出聲壓頻率特性、高次諧波失真特性等都將變壞，輸出音頻（尤其低音頻）臃腫混濁，伴有天真。若阻尼系數(shù)過大時，將使低頻量感減弱，聲音干巴，不豐厚，但這種情況不多見，而且對實際重放效果影響不大。 講到最后，其實關于為什么阻抗匹配，用下面幾個公式去計算，這也涉及到了功放的阻尼系數(shù)變動問題 如上圖所示，U為理想電源，r為電源內(nèi)阻，R則為負載電阻，如此，如果我們想得到負載最大的輸出功率，則可分析計算如下： 所以，當內(nèi)阻和負載電阻相等時，則可有最大的功率輸出，而在我們的系統(tǒng)中揚聲器的功放算是負載電阻，功放內(nèi)阻算本身r電阻，所以當阻抗匹配時，才是最猶的選擇。 以上部分內(nèi)容和圖片來自互聯(lián)網(wǎng)，若有侵權之處或不當之處，請及時聯(lián)系小魚修改。 歡迎關注
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