更新時(shí)間：2011-12-16 9:16:33
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【音響網(wǎng)資訊】放大器的使命是提高原信號的幅度，同時(shí)保證原信號波形完整無缺，經(jīng)過放大以后的波形應(yīng)該是原信號的幾何相似波形。所謂失真就是放大器的輸出中產(chǎn)生了一些原信號中所沒有的成分或丟失了原信號中的部分微妙信息。對于放大器的失真，歷來都是從電子學(xué)上給予分析及說明，但是現(xiàn)代音響技術(shù)的某些現(xiàn)象卻無法用電子學(xué)的觀點(diǎn)來解析。因此筆者嘗試用電子學(xué)結(jié)合物理學(xué)中的力學(xué)加以分析說明，希望與各位同行探討。
放大器為什么會產(chǎn)生失真?首先，讓我們來分析一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活的例子。如果用一部額定負(fù)載為5千公斤的汽車，讓它將5千公斤的物品送到目的地，那它工作起來不會有什么問題，將會以自己最快的速度將物品完好無損地送到目的地;如果讓這部汽車將5千公斤以下的物品送到目的地，那它工作起來將非常輕松;如果讓這部汽車將略大于5千公斤的物品送到目的地，雖然這部汽車可以勉強(qiáng)運(yùn)行，當(dāng)它途中通過高低不平、坡度略大等道路時(shí)，不但運(yùn)行速度緩慢，工作起來力不從心，甚至可能會損壞這部汽車，有時(shí)需要卸載部分超重物品才能通行，卸載物品的過程就不可避免發(fā)生碰撞而使物品產(chǎn)生變形、損壞或丟失，這樣它就不會以較快的速度將物品完好無損地送到目的地了。如果讓多部這樣力不從心的汽車接力將同一略超額定負(fù)載的物品送到目的地，那么送到目的地的物品就將面目全非了。所以，要將一物品送到目的地，必須使用額定負(fù)載為物品重量或更大負(fù)載的汽車，才能保證將物品快速、完好無損地送到目的地。根據(jù)上述原理，再來分析放大器，為了方便說明，先分析一級放大器的情形，放大器的輸出在驅(qū)動負(fù)載的情況下，如果負(fù)載較重，驅(qū)動的一方(放大器)工作起來就力不從心，被驅(qū)動的一方(負(fù)載)，其動作必定不能與驅(qū)動的一方(放大器)步調(diào)一致。這時(shí)，被驅(qū)動的負(fù)荷(信號)就好象力學(xué)上的彈性體，在受力的情況下便會發(fā)生變形，力學(xué)上的變形是無法完全消除的，而每一級放大器的電失真也同樣是無法消除的，因此，放大器的級數(shù)越多，失真就越大，音質(zhì)就越糟糕。所以，減少放大器級數(shù)就可以減少失真。除了減少放大級數(shù)，還可以減輕負(fù)載或加大驅(qū)動功率。要增大驅(qū)動功率，就要降低放大器本身的動態(tài)阻抗，也就是用大的驅(qū)動力來使輕負(fù)載工作，應(yīng)變就會變小，從而提高音質(zhì)。
造成放大器失真的另一個(gè)原因是負(fù)反饋，雖然負(fù)反饋能有效地降低失真，但是這又會引發(fā)新的失真，問題出在時(shí)間上，負(fù)反饋主要是利用經(jīng)過一定“時(shí)延” 了的輸出信號來降低放大器的增益，從而破壞了輸入信號與輸出信號的幾何相似，而且可能使原信號中微妙變化的信息部分蕩然無存。因?yàn)檩斎胄盘栐谖吹诌_(dá)輸出端之前，必然要經(jīng)過一定時(shí)間的時(shí)延，如果此時(shí)延時(shí)信號再送回到輸入端，在回輸信號還未抵達(dá)輸入端這一瞬間，放大器處于開環(huán)狀態(tài)，增益很高，不但會由于無負(fù)反饋而出現(xiàn)非線性失真，而且更嚴(yán)重的是會使輸人級因瞬間過載而出現(xiàn)飽和和削波，使信號波形的前沿產(chǎn)生變形(即出現(xiàn)瞬態(tài)互調(diào)失真，也稱TIM失真)，另一種情況，經(jīng)過延遲的信號和原信號在輸入端相減，造成了信息的失落，如果反饋的信號相位完全相反，則不存在上述的問題。
下面討論放大器失真對音質(zhì)的影響。
1 諧波失真
諧波失真是指音頻信號源通過放大器時(shí)，由于非線性元件所引起的輸出信號比輸入信號多出的額外諧波成分。諧波失真是由于系統(tǒng)不是完全線性造成的。研究表明：人耳對諧波成分中的奇次波較敏感，專業(yè)人員感知度為2%，而對偶次諧波由于音樂上的諧合性的關(guān)系(即音樂上八度音程之間的頻率關(guān)系都是偶次倍)，以及易被原來頻率成分所掩蓋，所以偶次諧波對放大器音質(zhì)的影響是較小的。另外人耳對諧波失真的感覺與節(jié)目信號也有較大的關(guān)系，對于頻帶較寬、平緩的音樂信號，諧波失真感知度在5%以上，而語言信號卻為3%左右，當(dāng)諧波失真超過3%，聲音由原來的“圓潤”變得有點(diǎn)“硬”，當(dāng)諧波失真超過10%時(shí)，聲音發(fā)“破”而且有“煩躁感”。
2 互調(diào)失真
互調(diào)失真是指音頻信號源通過放大器時(shí)，由于非線性元件所引起信號互相調(diào)制產(chǎn)生和及差所引起的失真。研究表明：互調(diào)失真所產(chǎn)生的差拍頻率成分與原頻率成分沒有音樂上的諧和關(guān)系，對音質(zhì)顯得更為有害。例如，入耳對100 Hz和1 000 Hz互調(diào)失真的感知度約為2%，互調(diào)失真較嚴(yán)重時(shí)，聽起來不僅有“尖”、“刺”、“不諧和”的感覺，同時(shí)也能使低音變得“模糊”、“混濁”，有聲染色現(xiàn)象出現(xiàn)。
3 瞬態(tài)互調(diào)失真
若出現(xiàn)瞬態(tài)互調(diào)失真，放大器可能產(chǎn)生短時(shí)間的高失真，短時(shí)間內(nèi)不一定會聽出這種影響，但長時(shí)間的聆聽可能發(fā)現(xiàn)聲音并不完全清晰，而且有刺耳感。
4 削波失真
經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)測試表明，一般音樂信號的有效功率，只有其瞬時(shí)峰值功率的十分之一或更少。如果放大器的功率容量小，信號的瞬時(shí)幅值將超出放大器的線性放大范圍，從而被削波，由此產(chǎn)生大量的諧波，造成嚴(yán)重失真。如果放大器最終輸出中存在原信號所沒有的大量超聲波成分，則會使人引起頭痛。
5 微妙信息的失落
前面分析可知，反饋放大器會造成微妙信息的失落，一旦失去了微妙變化的部分，就會破壞混響感和空氣感，而使聲音缺乏水分，聽起來不夠潤，使用反饋的放大器的音色不潤就是這個(gè)道理。
6 系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)失真
系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和揚(yáng)聲器瞬態(tài)特性、阻抗特性和功率放大器的輸出動態(tài)阻抗特性有關(guān)，揚(yáng)聲器阻抗與功率放大器內(nèi)阻之比為系統(tǒng)“阻尼系數(shù)”。當(dāng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)較大時(shí)，系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)失真較小，但是，如果阻尼系數(shù)過大，則會形成過阻尼狀態(tài)，對放大器音質(zhì)產(chǎn)生另一種形式的不良影響，重放聲音會出現(xiàn)有的尾音給切除了，聲音顯得“硬”而“干澀”，失去柔軟感，“禿”而不自然，失去了原聲的特征，當(dāng)阻尼系數(shù)小到欠阻尼狀態(tài)，重放時(shí)，聲音會出現(xiàn)很長的拖尾，音質(zhì)混濁，清晰度下降。
由上分析可知，要使放大器輸出失真小、音質(zhì)好，解決方法是：精選線性好的元器件，提高放大器的工作電壓，加大工作電流，提高放大器響應(yīng)速度，在確保放大器增益的情況下減少放大級數(shù)，運(yùn)用局部負(fù)反饋技術(shù)，不用大環(huán)路負(fù)反饋。
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