功放一般由前置放大、驱动放大及末级放大三个部分组成。专业用的功放把这三部分一起安装在同一机箱里,为保证功放长期稳定可靠地工作,放声音质好,其中最佳接配是:前置放大与驱动放大组成一体,称为前级;末级功率放大单独成为一级,称为后级。
功放的工作原理很简单,就是将音源播放的各种声音信号进行放大,以使音箱发出声音。从技术角度看,功放好比一台电流的调制器,它将交流电转变为直流电,然后受音源播放的声音信号控制,将不同大小的电流,按照不同的频率传输给音箱,这样音箱就发出相应大小、相应频率的声音。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。按当前影音设备消费的需求,民用影音系统中的功放已基本定型为两大类,即纯音乐功放和家庭影院AV功放。
(1)功放的种类
功放按电路工作状态可分为A(甲)类放大器、B(乙)类放大器、AB(甲乙)类放大器和D(数字)类放大器。
①A(甲)类放大器A类放大器
工作原理是输出器件(晶体管或电子管)始终工作在传输特性曲线的线性部分,在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动,这种放大器失真小,但效率低,约为50%,功率损耗大,一般应用在家庭的高档机中较多。
②B(乙)类放大器B类放大器
有两个晶体管交替工作,每个晶体管在信号的半个周期内导通,另半个周期内截止。该机效率较高,约为78%,但缺点是容易产生交越失真(两个晶体管分别导通时发生的失真)。
③AB(甲乙)类放大器AB类放大器
兼有A类放大器音质好和B类放大器效率高的优点,被广泛应用于家庭、专业、车载影音系统中。
④D类放大器D类(数字)放大器
与传统的模拟功放是两种不同的工作原理,它属于开关型的音频功放,D类放大器使用的是PWM技术,是一种开关频率随着时钟脉冲而周期变化的放大器。其优点是失真小、抗干扰能力强、散热器面积小、体积小、重量轻、电源功耗小、转换效率高、具有AB类放大器的音质。目前主要是成本较高,随着现在软硬件技术的发展及成本降低,数字功率放大器的应用会越来越多。
(2)功放的性能指标
①输出功率车载功放的输出功率有标称功率、额定功率、工作功率和音乐峰值功率四种。标称功率是功放的最大不失真功率,指在负载为4Q、总谐波失真小于1%、输入1kHz的正弦波信号的情况下,功放所能输出的功率。额定功率也称连续正弦波功率,通常是标称功率的1/2。工作功率是功放工作时所输出的功率,它与输入信号大小有关,输入信号为零时,工作功率也为零;输入信号越强,其工作功率也越大;其值是动态的。音乐峰值功率指瞬态音乐信号在总谐波失真小于1%时,最高的峰值功率。它只表明功放的瞬态特性,通常会超过额定功率的4~8倍。
②频率响应表示功放的频率范围和频率范围内的不均匀度。高质量的功放的频率响应在20Hz~20kHz内,不均匀度应保持在(正负)0.5dB以内。
③信噪比指功放输出的各种噪声电平与信号电平之比,用dB表示,这个数值越大越好。一般功放的信噪比都在80dB以上,高质量的产品往往达105dB以上,对于追求声音品质纯净的车主,这个数值不容忽视。
④失真度理想的功放应该是把输入的信号放大后,毫无改变地还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较,往往产生了不同程度的畸变,这个畸变就是失真。用百分比表示,其数值越小越好。失真度可结合功放另两个重要的指标“额定功率”和“最大功率”一起讨论。一台功放在其Rms功率情况下工作,失真应该比较小,一般达0.5%~0.01%。
Peak功率或桥接时,信号可能产生变形、削波(播形信号不完整)等失真,失真度的比值也会因此增高,0.5%~1%都是正常的。失真度比值越小,影音效果越理想,这也是衡量一台功放的重要指标。
⑤输入灵敏度这是针对不同厂家、不同品牌的主机、前级音源而设置的调校电平,范围为100mV~4V甚至更高,调音时必须与音源匹配。
⑥输入阻抗一般要求功放输入阻抗要高,输出阻抗要低,输入阻抗越高,越能更有效地阻隔各类杂讯,常见值为10kQ或更高。
⑦负载能力车用功放在立体声时阻抗为2~8Q,个别特别设计的功放,阻抗可以低至0.1Q,能力不凡。这个时候,一台功放则可以并接几十个低音单元,营造理想的声压级(声压指声音对人耳产生的压强,它是衡量影音系统能力的标准,因为声压越高对系统的要求越高,国内最高记录约为141.5dB、国外为176.5dB)。
③工作电压功放的电压一般都是12V,和车内的供电电压一致(有的车型是24V)。为使信号动态范围更大,增强输出功率,一般在功放内都采用逆变升压技术,将12V电压升压至35~40V。似便电压波动时,功放的电源电路会自动调整电压,从而保证输出功率的稳定性。目前该技术已在功放内普遍使用。
9阻尼系数指扬声器阻抗与功放输出阻抗的比值,阻尼系数大表示功放的输出内阻很低。
①转换速率单位时间内功放最高放大级将较强的信号激励放大为高压、强电流的交流音频的能力。比值高,转换能力好,音乐的层次及动态在结合扬声器时能更接近原声音的还原重现。
(3)改装功放的选购
选购功放时应考虑以下因素.
①品牌目前,市面上功放的种类很多,价格从几百元到一万多元不等,外行人看外形好看和体积大的就认为好,还有的看体积大、标称功率高、价格低就觉得买到了便宜货。其实,看起来体积大、价格又低、标称功率大的放大器,多数是在国内生产,有些则是“三无”产品,技术指标往往也是虚的。这种功放容易产生噪声,尤其是静态噪声大,随着使用时间的延长尤其是经过冷热变化和震动,故障就会显现出来。所以,在选择功放时,一定要看品牌,一般名牌产品都有自己的网站,可以在网上确认真假,避免上当受骗。每个品牌基本都有高、中、低档,在购买时要区分,以避免花高档的价格买低档的产品。
②功率由于汽车在行驶当中噪声会随着车速的加快而不断提高,为使这些噪声在听觉上减少一些或者听不到,应要选购功率足够大的功放。在心理声学当中有一种掩蔽效应,当两个声音同时传来,一个较响,一个较轻,前者往往会把后者掩盖起来,让人听起来好像只有一个声音,比如用一盘空白磁带放在卡带机内,开机后会听到“沙沙”声,而当用同种材料的音乐磁带放唱时,基本上感觉不到噪声,这并不是噪声消失了,而是音乐信号较强,将它掩盖住了。所以,在汽车里如果想听没有什么噪声的音乐时,必须有一台功率较大的功放,以提供足够的功率驱动扬声器,使扬声器播放出来的声音达到能把噪声掩盖住的程度。
③搭配在普通的汽车影音系统中,一般采用两台功放或一台功放。在采用两台功放时,选用的一台四路功放专门用于驱动前、后车门的中高音扬声器,另一台两路功放用于驱动超低音扬声器;当采用一台功放时,常选用的是五路功放(其中四路用于驱动中、高音,另一路用于驱动超低音扬声器)或是六路功放(其中四路用于驱动中、高音扬声器,另两路桥接驱动超低音扬声器)。
④技术指标由于受汽车的使用条件限制(电源不足),整套影音系统的输出功率受限,因此尽量减少功率损耗也是设计一套车载影音系统的重要目标。
因此不能像家庭影院一样用一台功放同时来驱动高音,中音,低音扬声器,因为这样一来,必须要采用被动分频网络,会损耗大量的功率,令原来已显不足的输出功率更显得捉襟见肘了,这就是现时车载影音系统里采用单台功放专门驱动超低音扬声器的主要原因。
(4)原车功放的拆卸
原车功放的拆卸很简单,只要找到功放的所在位置,然后拆下连线及固定装置即可。
(5)改装功放的安装
①安装位置功放的安装需要考虑到安全性和散热性以及调试的方便性,为此其安装位置应有足够的空间,并能保持空气流通和防止潮湿,以延长功放的寿命。适合安装改装功放的位置主要有座椅下方、防火板上(副驾驶座一侧)和行李厢内,其优缺点见表7-3。
②安装方法
a.将功放安放妥当,正面要朝上,否则会影响功放散热,还会启动热保护电路,过多的热量会缩短功放的寿命,还会减小输出的功率。
b.标出功放安装支架脚的落地位置,为安装螺栓凿好洞口,然后将功放装好,并确认螺栓旋紧确保安全。
c.凿洞时,注意不要刺穿供油管或刹车油管。若功放安装在行李厢内,注意不要刺穿油箱。
d.功放本身不要与底盘直接接触,否则会产生噪声,安装时可在支架脚下垫上橡皮。
③线路连接功放线路连接方法见表7-4。
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