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功放是怎么扩大音响讯号的?

前文我们提到了音响系统的「讯源」不论是模拟或是数字形式,都是替无法自己产出音乐的音响系统接收或播放音乐内容的区块,有了讯源播放或接收音乐讯号我们才能从音响系统听到音乐。不过我们也提到讯源电路或器材是无法提供足够的功率来驱动扬声器甚或是耳机的,所以音响系统还需要「功放」才能驱动扬声装置发出声音。

顾名思义「功放」就是把讯源的讯号扩大来驱动扬声装置,不过实际上功放执行的工作并不是将讯号扩大,说得更明白一点就是「讯号本身其实是无法扩大的」。我们可以透过被动形式的衰减组件如电阻等来「损耗」原本讯号的强度,但事实上却没有任何组件甚或电路能够去「放大」讯号;那一定有朋友心中狐疑不然功放是怎么放大讯号的呢?

说来扩大电路真正的工作方式并不是直接放大讯号,而是依照原来的讯号「拷贝」出更高电压或更大电流的讯号,端看电路的设定来决定讯号输出的情况。一般来说要驱动扬声器负载的条件,讯源讯号的电压与电流都必须增强,功放的电路设计上就会在讯号拷贝时将电压与电流两方面予以提升,电子学上称之为「增益」。


不过为了避免让电路与组件在太严苛的条件下工作以获得更好的工作性能,诸如低失真、低噪声等结果,通常会将电压增益与电流增益电路分开制作。此外诸如讯源的选择、音量控制与高低音音质控制等功放的常见操作功能,都会规划在电压增益电路的区块;因为音乐讯号在此低电流的阶段进行处理,会比在大电流的情况之下要来得效果更好成本也更低。

因此电压增益与控制电路的部份会规划在电路架构的前段,过去称之为「前级」电路,前级电路最重要的事情是负责了音响系统的音量控制,而音量控制这看来简单的事情,其实是音响电路中最有学问的部份,我们未来会再另文讨论。虽然前级电路能将讯源的讯号拷贝成为有足够电压的讯号,但微弱的电流还是不足以推动低阻抗重负载的扬声器,所以还需要「电流增益」。

负责电流增益的电路同样是要拷贝由前面前级输出的讯号,但却是拷贝成「大电流」的讯号,也就是一般所谓的后级或是「功率功放」;大部分的情况功率扩大电路也提供了小幅度的电压增益,以提升动态上的表现。一般说来功率扩大电路能输出愈大的电流愈佳,也愈能推动重负载的扬声器(阻抗愈低负载愈重),尤其是扬声器的阻抗是会随频率而改变的。


所以功率扩大电路是需要电压与电流充沛的电源供应,因此大型的变压器与大量的滤波电容是很重要的,但也会提高制作成本,那也是为何一般会以重量来衡量功放性能的原因之一;输出功率庞大的功放通常体型也相对巨大,工作时也会散发出一定的热量。不过现今交换式电源与D类功放的技术日趋成熟,某些大功率的功放已经可以做到又轻又凉的情况了。

另外就是高级的功放款式,是有将前级电路与功率扩大电路独立成单件的前级功放与后级/功率功放的产品,让音响玩家可以更自由的彼此搭配,取得所需的功能、声音表现以及扬声器搭配的适应性。不过由于消费趋势的改变,现在也有性能不亚于前后级分离式的高级的综合功放应市,而不见得要费心搭配前后级功放的组合。

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