[提要]音响系统中各设备之间的连接有一个阻抗关系问题,通常很多人将其称为阻抗匹配,但是这里所称的阻抗匹配与经典的阻抗匹配概念之间差别甚远,其实笔者以为称为阻抗配接也许更恰当,下面就阻抗配接问题谈一点看法。
音响系统中各设备之间的连接有一个阻抗关系问题,通常很多人将其称为阻抗匹配,但是这里所称的阻抗匹配与经典的阻抗匹配概念之间差别甚远,其实笔者以为称为阻抗配接也许更恰当,下面就阻抗配接问题谈一点看法。
1 相关基础理论
在音响系统中,从传声器输出,经过调音台、周边设备到功率放大器输入为止,设备之间的信号传输均属于信号电压传输。按照电路原理,可以将前一级设备(信号输出设备)看作信号源,后一级设备(信号输入设备)看作负载,于是其等效电路如图1所示。
图1 信号源内阻和负载电压分配
E——信号源的开路电动势,V;Z0——信号源等效串联内阻抗,Ω;ZL——负载阻抗,Ω;UL——负载上的电压,V。
负载阻抗ZL上的电压可用式(1)求得
(1)
由于一般音频设备输出级的耦合电容器的电容值都选得较大,以保证低频响应,所以可以把信号源等效串联内阻抗看作是纯阻性的电阻R。同理,一般音频设备输入耦合电容器的电容值也选得较大,所以一般情况下,可以把输入阻抗也看作是纯阻性的电阻R,于是可将式(1)改写成式(2)
(2)
由式(2)可知,在信号源开路电动势相同的情况下,负载阻抗越大,源阻抗Ro越小,则负载上得到的电压UL越大。也就是说,后级设备的输入阻抗越高,前级设备的输出内阻越低,则后级设备可以得到的信号电压就越高。
2 设备连接的阻抗关系
信号源的源阻抗,输出阻抗,信号源内阻抗表达的是同一个内容。所谓信号源输出阻抗就是信号源内部对信号输出的阻碍力,或者说阻碍的程度,实际上是指对信号电流输出的阻碍程度,就像水流流过的路径—水管,水管的粗细、水管内壁的光滑程度、水管的弯曲程度等都对流经水管的水流畅通程度有影响,水管管径越细则对水流的阻力越大,水管内壁越粗糙则对水流的阻力就越大,水管越直对水流的阻碍程度越小。对于电路中的电流来说也存在着阻力问题,设备的输出阻抗就是从设备的输出端往里看所呈现的阻抗,但是这句话很多人都不很理解其意思,其实就是设备对流出的信号电流的阻碍程度,阻碍程度越大则输出阻抗就越大,反之,对流出电流的阻碍程度越小则输出阻抗就越小。在音响系统中除了前后两端的传声器和音箱以外,其余的每一台设备都有电压信号输入端和电压信号输出端。从设备的输入端看进去呈现的阻抗称为输入阻抗,它反映了对流入设备输入口的电流的阻碍程度;从设备的输出端看进去呈现的阻抗就是设备的输出阻抗,它反映了设备内部对从设备输出口流出电流的阻碍程度。从图2中可以看出,一套音响系统由很多台音响设备组成,音频信号从前一级设备的输出口输出,然后流入后一级设备的输入口,信号的通路就是前一级设备向后一级设备传送电压信号,从传声器输出开始逐级往后传送,直到功率放大器的输入为止,均属于信号电压传输,当然电压传输效率越高越好,要做到电压传输效率高,则从式2可知,要求前级设备的输出阻抗越低越好,后级设备的输入阻抗越高越好。
图2 一套音响系统中的一路信号传输路径示意图
3 输出阻抗和输入阻抗对信号传输的影响
事实上,任何事情都有其两面性,对输出阻抗和输入阻抗来说也有其两面性,从提高电压传输效率来说希望前级设备的输出阻抗越小越好,但是从另外的角度来说设备的输出阻抗过于小,在出现输出端被意外短路的情况下,也许由于输出电流太大而导致设备的输出器件损坏。所以不少厂家在设计设备时,有意识地在输出端电路中串接一定阻值的电阻,以使该设备输出端被意外短路时输出电流不致太大,从而保护内部的输出器件。例如大部分调音台的输出口的输出阻抗选择为150Ω(如YAMAHA的MC2404、MG32、MR842等)或75Ω(如声艺的LX7、SM20、SPIRIT 8、live4、Digita1324、RMld、 SlOs等),又如周边设备的dbx231频率均衡器的输出阻抗是平衡输出为100Ω,不平衡输出为50Ω,dhx 166压限器的输出阻抗是平衡输出为120Ω,不平衡输出为60 Ω,dbx 223分频器和dbx286专业处理器的输出阻抗是平衡输出为200Ω,不平衡输出为100Ω等,都充分说明了厂家为了设备输出端在被意外短路时得到保护,有意识地在输出端串接了电阻来限制输出电流。对于下一级设备的输入阻抗达到规定的不小于10kΩ的情况下,假定前一级设备的输出阻抗达到200Ω,对于电压传输效率的损失是很微弱的。按照公式2计算可得电压传输系数达0.98,负载上得到的电压非常接近于源电动势的大小,或者说电压传输效率非常接近于1。
从输入阻抗的角度来说,理论上按照公式2的分析可知,下一级设备的输入阻抗越大,则电压传输效率越高。同样,对于输入阻抗高低也有两面性,一方面,输入阻抗高有利于提高电压传输效率;另一方面,输入阻抗高,则输入端产生的噪声电压会大,从而降低了信噪比。
[提要]音响系统中各设备之间的连接有一个阻抗关系问题,通常很多人将其称为阻抗匹配,但是这里所称的阻抗匹配与经典的阻抗匹配概念之间差别甚远,其实笔者以为称为阻抗配接也许更恰当,下面就阻抗配接问题谈一点看法。
音响系统中各设备之间的连接有一个阻抗关系问题,通常很多人将其称为阻抗匹配,但是这里所称的阻抗匹配与经典的阻抗匹配概念之间差别甚远,其实笔者以为称为阻抗配接也许更恰当,下面就阻抗配接问题谈一点看法。
1 相关基础理论
在音响系统中,从传声器输出,经过调音台、周边设备到功率放大器输入为止,设备之间的信号传输均属于信号电压传输。按照电路原理,可以将前一级设备(信号输出设备)看作信号源,后一级设备(信号输入设备)看作负载,于是其等效电路如图1所示。
图1 信号源内阻和负载电压分配
E——信号源的开路电动势,V;Z0——信号源等效串联内阻抗,Ω;ZL——负载阻抗,Ω;UL——负载上的电压,V。
负载阻抗ZL上的电压可用式(1)求得
(1)
由于一般音频设备输出级的耦合电容器的电容值都选得较大,以保证低频响应,所以可以把信号源等效串联内阻抗看作是纯阻性的电阻R。同理,一般音频设备输入耦合电容器的电容值也选得较大,所以一般情况下,可以把输入阻抗也看作是纯阻性的电阻R,于是可将式(1)改写成式(2)
(2)
由式(2)可知,在信号源开路电动势相同的情况下,负载阻抗越大,源阻抗Ro越小,则负载上得到的电压UL越大。也就是说,后级设备的输入阻抗越高,前级设备的输出内阻越低,则后级设备可以得到的信号电压就越高。
2 设备连接的阻抗关系
信号源的源阻抗,输出阻抗,信号源内阻抗表达的是同一个内容。所谓信号源输出阻抗就是信号源内部对信号输出的阻碍力,或者说阻碍的程度,实际上是指对信号电流输出的阻碍程度,就像水流流过的路径—水管,水管的粗细、水管内壁的光滑程度、水管的弯曲程度等都对流经水管的水流畅通程度有影响,水管管径越细则对水流的阻力越大,水管内壁越粗糙则对水流的阻力就越大,水管越直对水流的阻碍程度越小。对于电路中的电流来说也存在着阻力问题,设备的输出阻抗就是从设备的输出端往里看所呈现的阻抗,但是这句话很多人都不很理解其意思,其实就是设备对流出的信号电流的阻碍程度,阻碍程度越大则输出阻抗就越大,反之,对流出电流的阻碍程度越小则输出阻抗就越小。在音响系统中除了前后两端的传声器和音箱以外,其余的每一台设备都有电压信号输入端和电压信号输出端。从设备的输入端看进去呈现的阻抗称为输入阻抗,它反映了对流入设备输入口的电流的阻碍程度;从设备的输出端看进去呈现的阻抗就是设备的输出阻抗,它反映了设备内部对从设备输出口流出电流的阻碍程度。从图2中可以看出,一套音响系统由很多台音响设备组成,音频信号从前一级设备的输出口输出,然后流入后一级设备的输入口,信号的通路就是前一级设备向后一级设备传送电压信号,从传声器输出开始逐级往后传送,直到功率放大器的输入为止,均属于信号电压传输,当然电压传输效率越高越好,要做到电压传输效率高,则从式2可知,要求前级设备的输出阻抗越低越好,后级设备的输入阻抗越高越好。
图2 一套音响系统中的一路信号传输路径示意图
3 输出阻抗和输入阻抗对信号传输的影响
事实上,任何事情都有其两面性,对输出阻抗和输入阻抗来说也有其两面性,从提高电压传输效率来说希望前级设备的输出阻抗越小越好,但是从另外的角度来说设备的输出阻抗过于小,在出现输出端被意外短路的情况下,也许由于输出电流太大而导致设备的输出器件损坏。所以不少厂家在设计设备时,有意识地在输出端电路中串接一定阻值的电阻,以使该设备输出端被意外短路时输出电流不致太大,从而保护内部的输出器件。例如大部分调音台的输出口的输出阻抗选择为150Ω(如YAMAHA的MC2404、MG32、MR842等)或75Ω(如声艺的LX7、SM20、SPIRIT 8、live4、Digita1324、RMld、 SlOs等),又如周边设备的dbx231频率均衡器的输出阻抗是平衡输出为100Ω,不平衡输出为50Ω,dhx 166压限器的输出阻抗是平衡输出为120Ω,不平衡输出为60 Ω,dbx 223分频器和dbx286专业处理器的输出阻抗是平衡输出为200Ω,不平衡输出为100Ω等,都充分说明了厂家为了设备输出端在被意外短路时得到保护,有意识地在输出端串接了电阻来限制输出电流。对于下一级设备的输入阻抗达到规定的不小于10kΩ的情况下,假定前一级设备的输出阻抗达到200Ω,对于电压传输效率的损失是很微弱的。按照公式2计算可得电压传输系数达0.98,负载上得到的电压非常接近于源电动势的大小,或者说电压传输效率非常接近于1。
从输入阻抗的角度来说,理论上按照公式2的分析可知,下一级设备的输入阻抗越大,则电压传输效率越高。同样,对于输入阻抗高低也有两面性,一方面,输入阻抗高有利于提高电压传输效率;另一方面,输入阻抗高,则输入端产生的噪声电压会大,从而降低了信噪比。