音響線有講究嗎?音響線在電子物理上充當(dāng)什么組件,是一條導(dǎo)線、一個(gè)銅塊、一個(gè)阻抗匹配傳輸線、一顆電容、一個(gè)電感、還是一個(gè)電阻? 我們今天來看下。
要談音響線的粗細(xì)、材質(zhì)是否會影響音質(zhì),首先要了解什么是喇叭,什么是音響線,什么是功放,什么是阻尼系數(shù)。
喇叭是什么?
揚(yáng)聲器俗稱喇叭,是能將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號并輻射到空氣中去的電聲換能器,通過換能方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭д嫘〔⒕哂凶銐蚵晧杭壍目陕犅曇簟?/span>
8Ω的喇叭為何用三用表量起來卻只有0.1Ω?
8Ω是用 1000Hz交流正弦波測量到的。至于是用喇叭單體或裝入標(biāo)準(zhǔn)音箱,有沒有氣墊、吸音棉,是用小信號測試,還是大音強(qiáng)時(shí)測試,喇叭離墻面多遠(yuǎn)?怎樣設(shè)定測量條件,很少資料詳細(xì)談到,也沒有人真的去測它,因?yàn)樗鼈兌际切袠I(yè)Know-How。
一般書上都說,它是線圈在1000Hz時(shí)的的交流電感抗。是真的嗎?錯(cuò)!
其實(shí)喇叭在無音箱、大音箱、小音箱時(shí),其阻抗測量值是完全不一樣的,如果用手強(qiáng)力壓住紙盆,阻抗更是大亂。所以喇叭的阻抗一定不是單純的是線圈在1KHz時(shí)的電感抗。如果不是單純的電感抗,那它是什么?
就好像偶極天線用三用表量,電阻是無限大,但是電磁波專家卻說它的射頻輻射阻抗是72奧姆純電阻一樣。
喇叭的8Ω也可看成是純電阻,是紙盆將能量傳到的空氣時(shí)的輻射阻抗而不是音圈的。
Z=R+XL=8 Ω
XL = ωL = 2πfL
=2x 3.14 x1000 x ? mH=8奧姆
但是一個(gè)喇叭要處理20Hz至20KHz這個(gè)1:1000倍的帶寬,實(shí)在是很艱巨,便分成三個(gè)喇叭:低音 20-200Hz 、中音 200-2000Hz 、高音 2000-20000Hz。
每一個(gè)喇叭也要處理1:10的帶寬范圍。但相比通常無線電射頻導(dǎo)波管能處理的帶寬1:2 ,頂多1:3,喇叭的工作實(shí)在很艱難。
由于音圈是個(gè)線圈,所以很多電子學(xué)專家,自然的認(rèn)為它的阻抗8奧姆是來自電感抗。Z=XL=2πfL( f是頻率、 L是電感值)
可是實(shí)測喇叭在不同頻率時(shí)的阻抗會發(fā)現(xiàn),阻抗曲線不是完全像一顆電感,乖乖隨著頻率線性變化。在某個(gè)很低的頻率例如50Hz時(shí)還會突然增高到數(shù)十奧姆,而且是呈現(xiàn)電容抗,簡單的否定了電感論。
喇叭會受紙盆、音箱、空氣壓力、密度、濕度影響。換句話說,8奧姆是它1KHz 時(shí)的聲音「輻射阻抗」而不是一個(gè)簡單的電感抗XL。
功放的尼阻系數(shù)
功放的末級輸出機(jī)制就像一顆可變電壓的電池,電流由晶體管節(jié)制,電力經(jīng)音響線輸出,使電流在喇叭音圈上流動,以產(chǎn)生磁場,磁場與磁鐵互相吸斥,推動喇叭紙盆,震動空氣產(chǎn)生聲音。除此之外末級晶體也要提供阻尼,吸收喇叭音圈產(chǎn)生的電力,否則紙盆就會胡亂顫動,這種控制能力稱為阻尼。
由于紙盆音圈有質(zhì)量與彈性,音箱內(nèi)的空氣有氣壓,一旦推力結(jié)束后,紙盆就會想要彈回,此時(shí)喇叭的音圈會劃過磁鐵的磁力線,依照愣次定理,線圈就會像發(fā)電機(jī)一樣發(fā)電。這個(gè)電力,必須由功放的輸出阻抗來吸收控制。此時(shí)功放的末級晶體必須開通,引導(dǎo)電流,予以消耗成熱量。就好像汽車的煞車,在下坡時(shí)阻止汽車沖下山坡一樣。
所以阻尼的原理就好像用力推車上橋的人,下橋時(shí)也要費(fèi)力拉住讓車不要爆沖下橋,物理學(xué)家稱之為消耗勢能。
基本上阻尼就是末級晶體可以提供多少低電阻通路,讓喇叭的反電動勢被吸收。所以阻尼系數(shù)的定義就是喇叭的阻抗與功放的輸出阻抗之比值。
例如喇叭阻抗8奧姆,擴(kuò)大機(jī)輸出阻抗是0.04Ω,阻尼系數(shù)就是200,(8/0.04=200)也就是說,0.04Ω有強(qiáng)大力量可以吸收電流,精密控制喇叭紙盆走動的位置。
一般的功放規(guī)格
0.01%失真值,200 高阻尼系數(shù),是高級晶體管音響的基本功。真空管機(jī)通常失真5%,阻尼系數(shù)則只有10,質(zhì)量實(shí)在很差,是超級差的,但是真空管機(jī)因?yàn)樽枘岵涣,控制力不足,因而產(chǎn)生的偶次諧波失真,卻是悅耳的,聽起來很溫潤,沒有違和感。所以沒有人膽敢說真空管機(jī)的阻尼不好,控制力不好,就像沒有人敢說國王沒穿新衣一樣。
豐富的奇次諧波會形成方波,代表激烈沖撞,突然停止,劇烈轉(zhuǎn)向,它可能是波浪拍打礁石,代表危險(xiǎn)或有掠食者靠近。
所以人類聽到偶次諧波失真時(shí)會很舒服。
阻尼就像汽車的煞車力一樣,法律規(guī)定煞車必須要是引擎馬力的十倍。功放也一樣,阻尼至少要達(dá)到 10,只是大部分人只當(dāng)它是一個(gè)神圣數(shù)目,數(shù)鈔票用的,不知道為什么需要高阻尼。
知道「阻尼」的人才有資格來談音響線,否則一切都是清談、胡謅、堆砌形容詞。
音響線
音響線的直流電阻最好是零,以免耗損阻尼系數(shù)。設(shè)若音響線有0.1Ω的電阻,功放輸出阻抗一樣是0.04Ω,那么從喇叭看到的功放輸出阻抗就會變成 0.14Ω,阻尼系數(shù)就只剩57 了。好好的高級擴(kuò)大機(jī)阻尼系數(shù)200就被降為57。
0.1+0.04=1.04Ω
8Ω/1.04Ω=57
所以音響線里的銅線越粗越好的觀念基本上是正確的,可是如果粗到直流電阻只有0.0001奧姆,意義就不大了。因?yàn)檫@時(shí)的串聯(lián)值是:
0.04+0.001=0.0401 Ω
阻尼 8Ω/0.0401Ω =199.5
所以3公尺以下音響線粗到AWG 12以上就漸漸沒有意義了。使用更粗的線只是浪費(fèi)銅礦,增加重量而已。
電阻
一般音響線的直流電阻是多少呢?查ㄧ查電工數(shù)據(jù)就知道。
5.5平方的電線每公尺約0.003Ω
8平方的電線每公尺約0.002Ω
14平方的電線每公尺約0.0006Ω
所以三公尺長音響線來回共6公尺
5.5平方線電阻約0.018Ω。
8.0平方線電阻約0.012Ω。
14平方線電阻約0.0036Ω。
音響線加功放阻抗后
5.5平方 0.04+0.018=0.058 Ω
8.0平方0.04+0.012=0.052Ω
14平方 0.04+0.0036=0.0436Ω
阻尼系數(shù)
5.5平方 8/0.058 =137
8.0平方8/0.052=153
14平方 8/0.0436=183
所以乍看之下用14平方音響線,甚至再粗的銅線好像是有意義的。但是其實(shí)現(xiàn)代型低效率喇叭,阻尼系數(shù)只要 10 就夠了,因?yàn)樯奋嚵Ρ纫骜R力大10倍其實(shí)已經(jīng)非常足夠,再多根本無益,只是商人的宣傳口號而已。
音響線的電感量與電容量
電感會阻擋高音通過,電容短路吸收高音。
3公尺的音響線會有100uH電感及300PF的線間電容量,在頻率為20-1000Hz時(shí)這些電抗值,微不足道。但是在10KHz -50KHz 時(shí)它們就會漸漸變得很重要。倒不是因?yàn)榕伦枘嶙儔,而是怕高頻會被移相,混淆定位感。
如何降低電感
若想要減少音響線的介入電感,音響線要盡量加粗,加粗不是增加銅線截面積喔,只要將原有銅線,拆開打松變胖即可,銅線間要有絕緣體撐開,做成多股,多股不是要防射頻集膚電流,而是要產(chǎn)生降低電感值的功能。為何同樣多的導(dǎo)線打松感抗就會降低呢?。
音響線間寄生電容
兩條金屬靠近就會有電容,越胖的線電容量越大,電容會損耗高頻,也會產(chǎn)生移相,常見的平行音響線三公尺長時(shí)約有100pF電容量,要降低電容量很簡單,只要將音響線割開,用筷子撐開20公分,電容量就會降到1pF以下。
所以以后你如果看見1000萬元的音響,使用很高級的音響線,但是看來很細(xì)不胖,而且去回兩條線緊靠在一起。你就可以問賣家,這條音響線,每公尺的直流電阻、電感、電容量各是多少。
傳輸線特性阻抗
理論上音響線跟射頻天線的饋線一樣,傳輸線的特性阻抗最好與喇叭的阻抗一樣。才不會有反射波。問題是喇叭與天線不同,它沒有固定阻抗,例如:
某高音喇叭在1KHz時(shí)如果是8Ω,2KHz時(shí)通常是15Ω,4KHz時(shí)常常是30Ω,8KHz時(shí)是常常是60Ω,16KHz時(shí)是常常是120Ω
低音喇叭在1KHz時(shí)如果是8Ω,500KHz時(shí)通常是4Ω,50Hz時(shí)常常是30Ω,20KHz時(shí)是常常是10Ω;所以音響線是要設(shè)計(jì)在50Hz時(shí)的30Ω,還是1000Hz時(shí)的8Ω,或是8KHz時(shí)的60Ω。其實(shí)都不對。
可見音響線不可能與射頻傳輸線一樣以特性阻抗來討論。所以音響線不是「特性阻抗傳輸線」,而只是擴(kuò)大機(jī)體的延伸,其導(dǎo)線的電阻、電感量,電容量,只能希望越小越好,無法阻抗匹配。