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[教程] 功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗

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发表于 2023年03月28日 15:36 4834 0 来源:影院音频> 教程 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |

小uu 帖主

2023-3-28 15:36

很多初学者,无法理解【功放】原理,什么功放放大倍数、功放电压增益、功放功率、功放阻抗。此篇文章就给大家分析功放原理及各项重要参数..

我们首先认为功放就是一颗电池,音箱就是一只灯泡。
那么这个电池有个最大的电压,比如5号电池,一节电池是1.5V的对吗? 我们就把1.5V的这个电池当成一个功放,

   现在拿一颗小灯泡接上,灯泡亮了,我们认为:
   电池=功放
   灯泡=音箱
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗1.png


这个叫做:类比思维,把一些复杂的东西,类比到生活中我们深刻感知的一些事物中。研究物理的常用思路,国内外各种物理相干书籍论文,比比皆是。如《扬声器制作手册》,《声学基础》等等等等
    那么,现在,我出个简单的题目:灯泡的阻抗是 8欧姆,电池是1.5V,请问灯泡此时此刻的功率是多少?
    答:功率=电压×电压÷电阻=1.5×1.5÷8=0.28125瓦特

再来一次,又一问:还是那个灯泡,阻抗是8欧姆,现在,1.5V的电池用2颗串联,1.5+1.5=3V(我们知道,两节电池串联起来就是3V),问:灯泡此时此刻的功率是多少?
答:功率=电压×电压÷电阻=3×3÷8 = 答案懒得算了
注意,这个时候就把电压改成3就好了,可见电压升高了,功率就增加了,是吧。

灯泡怎么可能只有8欧姆呢,而且灯泡在亮和不亮的状态下,阻抗是不一样的。用灯泡比喻实在不好吧?
     是的,是我故意的,原因是:初学者对‘灯泡’有好感,对‘电阻’认知不够亲切,灯泡在现实生活中常见,容易理解一些,电阻是一个不常见的东西,初学者甚至没有见过电阻的都有。 那么,你可能会说,这样的人不适合做这行。

那么灯泡也是有个功率的对吧,比如‘5瓦’的灯泡,对不对
5瓦,是什么意思呢?
意思就是,最好不要超过5瓦,比如,它是5瓦的,我给它6瓦,它可能会烧掉,但是,我给他4瓦,它就不会烧。
总结,‘一个东西’标  “5瓦”,就是说,【当前所给功率】不得超过5瓦。     5瓦是【最大承受功率】当然良心厂家制造,超过一点点也不会有问题的,黑心厂家制造,不到5瓦就烧焦了。

什么是【当前所给功率】
比如:你用一节1.5V的5号电池,接到8欧5瓦的灯泡,那么当前所给功率就是  
【当前所给功率】=1.5×1.5÷8=0.28125瓦

这个1.5V就是【当前所给电压】
0.28125瓦,这就是【当前所给功率】那 5瓦是什么?你可以暂时理解为,5瓦是【最大承受功率】。
【当前功率】(后文中省‘所给’两个字)是0.28125瓦,没有超过【最大承受功率 】5瓦,因此灯泡不会烧掉!
【当前功率 】 < 【 最大承受功率】   //就不会烧

总结:
1.【一个用电的东西】标5瓦,就是这个东西的【最大承受功率】。
2.它的【当前功率】,是要通过【当前电压】和【电阻】计算出来的。
3.【当前功率】不要超过【最大承受功率】就好了。

目前已知这个灯泡是功率是:5瓦,阻抗是:8欧,能不能反推出,最多可以接几颗电池呢?

请看这个式子,欧姆定律的转换公式:
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗2.png


逻辑转换   最大承受电压=根号下(最大承受功率×阻抗)
带入数据    最大承受电压=根号下(5×8)=6.32 V

因为电池是1.5V的 所以  把6.32÷1.5=4.2颗
因为电池是一颗一颗的,没有零点几颗,所以尾数去掉,就是4颗
那么,这个5瓦,8欧的灯泡最多能接 4颗1.5V的电池(串连),再多接一颗电池,它可能会烧掉,可能,可能会烧,它最大能承受6.23V的电压。

那么,假如有一个音箱,是500瓦,8欧,请问,最大承受功率,最大承受电压分别是多少?
答:最大承受功率=500瓦     //直接把500瓦拿过来了,重视!
       最大承受电压 = 根号下(500 × 8)= 63.2 V


再来一道练习题:一个音箱是 350瓦16欧,请问,这个音箱最大承受功率,最大承受电压分别是多少?  答案我就不说了,因为简单到等会我又要吐。

【根号下】这个东西应该还有同学不晓得的吗?就是【开平方】。百度应该有的。

接下来
认识一下什么是【功放的功率】

功放标  8欧 2×600瓦  是什么意思?
就是 这个功放有2个通道,每一个通道 接【8欧的东西】的时候,能够最大的释放出600瓦的功率。
那么是不是,功放一打开,每一个通道就能释放600瓦功率?当然不是拉,傻瓜都知道,它后面接的音箱没有放出声音的情况下,功放几乎不输出功率,音箱声音很大的时候功放输出的功率才会比较大。
             功放放出的声音是大小变化的,因为音乐在变化
            宏观上:大多数歌曲音乐分成很多段落,有些段落,声音激昂壮阔,有些段落,声音委婉轻柔
            微观上:音乐里面的每一毫秒,电压值起起伏伏。大起大落,密集的跳变。

那么
    功放的输出功率是变化的,对吧!  对的
    我们不知道它‘当前输出功率’是多少,对吧!对的
    这台功放的每一个通道,最大输出功率是600瓦,对吧!   对的

总结:
     8欧 2×600瓦的功放
      这台功放有两个通道,每个通道当前输出功率是实时变化的,我们认为,它接【8欧的东西】的时候,最大能够释放出600瓦功率。

    功放的当前输出功率是变化的。    我们不知道它‘当前输出功率’是多少。    这台功放的每一个通道,最大输出功率是600瓦。

     实时的具体输出多少功率,鬼知道,因为它是变化的,但是最大能够输出多少功率,我们知道,600瓦,在【接8欧的东西】的情况下。
    一般情况下,一般情况下,一般情况下,功放有一个peak灯(或者是clip灯),当这个灯亮起来的时候,说明,此时功放达到最大输出功率,即600瓦。

三大反问再来一波:
  功放的输出功率是变化的,对吧!  对的
  我们不知道它‘当前输出功率’是多少,对吧!对的
  这台功放的每一个通道,最大输出功率是600瓦,对吧!   对的

    这个peak灯(或者是clip灯)也不是常亮的,只是偶尔的跳一下,对吗
那么,它只是偶尔跳一下的输出达到600瓦,对把,它不是时时刻刻都是600瓦对吧!  
它不是时时刻刻都是600瓦对吧!  
它不是时时刻刻都是600瓦对吧!  对的,对的,不是时刻都600瓦。

那我接4欧的东西呢,怎么算?
    答,我也不知道,因为缺少条件,它只讲了8欧情况下,没有讲4欧,所以我不知道,要去问厂家哦。
都是要靠厂家提供的,我不是算命的。
    如果厂家只提供了  8欧2×600瓦这样的数据,你让我告诉你4欧多少瓦,这个算不出来,因为我目前还没有学《算卦》,前面说过玄学领域我是不擅长的。玄学领域里面我就是个狗。

那么,我想问,你这个600瓦要怎么样才能释放出来呢?
把声音开大一点呗,这个问题是不是贼简单

把哪个声音开大啊?
   1.功放电位器打到最大,2.功放输入的信号开大
   会不会爆炸,不会的,怕死你就趁早转行,你那双水灵灵的小眼睛死死的盯着功放那个peak灯(或者是clip灯),但小眼睛不要被它亮瞎了,灯一跳那么功放输出就是600瓦。

三大反问再来一波:
  功放的输出功率是变化的,对吧!  对的
  我们不知道它‘当前输出功率’是多少,对吧!对的
  这台功放的每一个通道,最大输出功率是600瓦,对吧!   对的

好的,我现在拿一个300瓦8欧的音箱,接到一个2×600瓦8欧的功放上面去,因为只有一个音箱,所以另外一个通道,我们不考虑先,对把,功放的两个通道是独立的,我们认为两个通道是互不相干的。

那么你就会问,现在把功放电位器开到最大,然后输入信号慢慢加大,此时小眼睛看到功放正在跳红灯了,证明功率已经输出达到了600瓦,但是,音箱只有300瓦,会不会烧啊。

请看下图:
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗3.png

功放输出音乐信号,是变化的,它不是每时每刻都是600瓦,对吗?
一个只有300瓦的音箱,偶尔去到600瓦,它到底会不会烧呢?
      答案是:凭良心。
如果,音箱厂,标300瓦的音箱,它自己做了老化实验,是这样做的,用一个300瓦的粉红噪声,峰值因数是6dB,连续的播放2小时,/*或者更久的时间,当然这个时间不少于一个数,你说多就多少,喷友喜欢抠细节。*/   音箱没烧掉,说明音箱可以耐得住300瓦6dB峰值因数的粉噪。
音乐的峰值因数 大多数都在12dB 左右,做得太小了,就不好听了,没动态了。

那么峰值因数是什么呢?????下图的【峰值】,是指:电压最大值
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗4.png
我们看一个实际的把
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗5.png
【注意:峰值因数越小,这个声音越凶猛】

红色这个波形对应的音乐,我是播放了 Good 4 Nothing翻唱McFly歌曲《DONT STOP ME NOW》 高潮时候的一个小片段,另外Good 4 Nothing是我挺喜欢的一个朋克乐队,节奏比较凶猛,曲调直来直去,歌声声嘶力竭。  ******************************************/

我们现在再来看一看 6dB峰值因数,300瓦的粉红噪音,再看一下,它到底是个什么鬼?
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗6.png
已知这个粉红噪声是6dB的峰值因数,这是什么意思呢?
就是说,峰值(对数形式)-RMS值(对数形式)=6dB
     那么,峰值(电压值)÷ RMS值(电压值)=2

这是怎么算出来的?  
有这个式子可以了解一下  
                峰值因数=20×Lg(峰值电压/RMS值电压)
(或者)  峰值因数=峰值(对数形式)-RMS值(对数形式)

看到”对数“两个字就烦,什么什么呀,看不懂了!
换两个字,你可能就懂了

                峰值因数=20×Lg(峰值电压/RMS值电压)
(或者)  峰值因数=峰值(dB单位)-RMS值(dB单位)
***********************************************************/

这个粉红噪声是300瓦,怎么说呢?
     首先,你要指定:被测音箱的【阻抗】,阻抗是多少,我也不知道,厂家提供的
      比如厂家提供 被测音箱 阻抗=8欧,用300瓦 6dB峰值因数的粉噪做功率实验,持续2小时,音箱没有烧掉,也就是,通过了老化实验。

问题又来了:
       怎么确定粉噪就是300瓦呢?我们一般只能测到【电压】,用电压表测电压啊,【功率】是不能直接测到的,首先计算一把:
            电压=根号下(功率×电阻)=根号下(300瓦×8欧)=48.98V
// 没错,又是这个破公式,倒来倒去的
这个48.98V电压,是什么玩意?算这个干什么?
          48.98V就是当前这个粉噪的电压啊,用48.98V电压的粉噪,给8欧的音箱,那么音箱可以达到300瓦。
        峰值因数何干之有?

这个48.98V是峰值电压,还是RMS值电压呢?
答案是:48.98V是RMS值电压!!!!!
也就是用48.98V的RMS电压的粉噪(6dB峰值因数的粉噪),给到音箱,N小时后,不烧掉,那么说明,这个音箱有300瓦【连续功率】。

意味着,这个通过了300瓦6dB峰值因数粉噪老化的【音箱】,它实际上,可以瞬间承受48.98V 电压的两倍(粉噪情况下),也就是97.9V 。
如果换算成功率的话
     功率=电压×电压÷阻抗=97.9×97.9÷8=1200 瓦
      300瓦的音箱,可以承受瞬间1200瓦的功率,真的吗?

我们又忘记一个事情了,RMS值是没有方向的,还记得吗?没方向那又怎么样呢?RMS到底是什么个情况?
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗7.png

这下你知道为什么了吗,不公平啊,RMS值是正负方向相加,得到总和,峰值是一半边啊。所以说是水煮的,这句话先放到这里,没想明白,先不想了。

看看功放的功率怎么测
首先,让功放播出一个正弦波,比如1000Hz,当然最好每个频率你都检测一下,只要你有足够的时间,不过我猜想:你没有!

那就看1000Hz好了,【功放的功率是用正弦波的确定的】
功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗8.png
正弦波的峰值因数是3dB,【注意:峰值因数越小,这个声音越凶猛】

如果  一个功放标注600瓦8欧,深入理解是什么意思呢?
        就是,播放正弦波来检测,无论播放什么频率(当然,靠近20,20K这些频率可以放宽一丢丢啦,毕竟耳朵听不见了),输出音量尽量开到最大,但都还是一个完整的波形,没有削波,并且失真度小于一个数值(具体我就不知道这个数值是多少了,没时间查,问一下设计功放的工程师就知道了),此时,我们把这个正弦波的电压测出来,当然,测出来的是RMS值。
       600瓦的功放 播放出正弦波,最大 RMS电压 测出来,不出意外应该是:电压=根号下(600×8)=69.28V
600是功率,8是怎么来的,没说啊,8是8欧的意思,8欧到底从哪里来的呢?????
当你在给功放播放正弦波的时候,功放后面要接点东西把:
      不接东西=空载
      接8欧的电阻=8欧负载
      接4欧的电阻=4欧负载
      接2欧的电阻=2欧负载

功放和音箱那些事情:放大倍数、电压增益、功率、阻抗9.png

就是说 :功放接8欧的负载,播放出正弦波,最大RMS电压(很多条件我就不一一说明了,好吧,反正你又不是设计功放的)测出来=69.28V,
那么,我们认为,这台功放的功率=69.28×69.28÷8=600瓦(8欧的情况下)
简洁标明方法:  8欧600瓦  

提问,拿着这台功放,去播放6dB峰值因数的粉噪,接8欧的东西(这个东西功率很大很大,大到没什么功放烧得掉它),这个粉噪开到最大,功放能输出的最大RMS电压是多少呢?功放能输出的最大RMS功率又是多少呢?

算法如下

     思路,都是8欧姆情况下,功放输出的【峰值电压】不变

      因为,正弦波是3dB峰值因数,600瓦是最大RMS值功率,69.28V是最大RMS值电压
         先算出峰值电压是多少(8欧下的)
         3dB=20×Lg(峰值电压/RMS电压)=20×Lg(峰值电压/69.28)

里面之有一个未知数,所以拿下  【峰值电压】

           峰值电压/69.28 = 10的(3/20)次方
           峰值电压 = 69.28 × 10的(3/20)次方 = 97.8V

都是8欧姆情况下,功放输出的【峰值电压】不变,现在目光转移到粉噪,6dB峰值因数
  6dB=20×Lg(峰值电压/RMS电压)=20×Lg(97.8/RMS电压)
里面之有一个未知数  又可以拿下 RMS电压
             6 = 20 × Lg(97.8/RMS电压)
            97.8/RMS电压 = 10的(6/20)次方
                                            //后面一堆东西算出来=2
            97.8/RMS电压 = 2
            RMS电压 = 97.8 ÷ 2 =  48.9 V      //算出一个

            RMS功率 = RMS电压×RMS电压 ÷ 阻抗
                            = 48.9 × 48.9 ÷ 8  = 299 瓦(约300瓦)

也就是,拿着这台 8欧600瓦的功放,去播放一个峰值因数为6dB的粉红噪声,最多输出300瓦的功率

放音乐会怎么样呢?
音乐峰值因素更大,所以,放音乐的时候,一台600瓦的功放,输出的功率低于300瓦

因此  一台600瓦的功放,播放音乐,给一个300瓦的音箱,只要功放不亮clip灯(peak灯),音箱肯定烧不了,就算你播放粉噪,也烧不了。
当然,功放音箱,这些东西都是正确方法标它的参数的。

文章转自:物理课代表罗伟

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