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要怎么不燒掉你的音箱!? ——淺談阻抗匹配

先承認這張照片有點太夸張了,而且喇叭的部位其實不會燒起來。

但是當訊號經(jīng)過后級放大成高電流時,若是作為負載的箱體(Cabinet,本文將以CAB簡稱)和音箱頭的阻抗沒有匹配的話,輕微的話會導致不正確的音色,嚴重的話有可能會使音箱故障,直接變成一塊昂貴的磚頭。所以在搭配時還是要謹慎一點,才能避免這種令人心痛的結(jié)果。

這篇文章我們會提到箱體和負載的關(guān)系,常見的阻抗值和阻抗不匹配時會產(chǎn)生的影響。

什么是箱體(Cab)?

吉他音箱通?梢苑殖1.前級 2.后級 3.喇叭單體(Speaker) 三個部位。把三個全部做進一個箱子里的我們會稱呼他為Combo音箱;把前級和后級做成音箱頭(Head),再把喇叭單體獨立做成箱體(Cab)的組合是Stack音箱。

Stack音箱能有許多不同品牌型號的搭配,音色的變化性更靈活,但因為Cab有不同的阻抗設(shè)計,所以在選擇時也需要考慮是否匹配;Combo類的音箱已經(jīng)把Head和Cab做在一起了,所以使用者通常不用去思考阻抗匹配的問題(除非要另外接一組CAB)。

▲音箱可簡單分成Combo和Stack兩種。圖片來源為PROMENADE MUSIC

喇叭單體的運作方式是從音箱送出經(jīng)過放大的電訊號,導通至喇叭上的線圈產(chǎn)生磁場,該磁場會隨著電流大小的變化和喇叭內(nèi)的磁鐵產(chǎn)生強弱不等的互斥,連帶帶動振膜的震動,因此能將電訊號轉(zhuǎn)化成聲波。和麥克風的原理恰好相反。

▲通電后的線圈可以帶動振膜發(fā)出聲波。

什么是負載(Load)?

根據(jù)維基百科的定義,在電路中能消耗功率的組件就是負載(Load),這些負載有些會將功率轉(zhuǎn)化成其他能量的形式(如燈泡將電能轉(zhuǎn)成光、喇叭單體將電能轉(zhuǎn)成聲音),所以Cab可以視作聲音訊號這個電路的負載。

阻抗不匹配

為了讓訊號能夠有效率的從訊號源到負載之間傳遞,我們會希望兩者之間的輸出和輸入的阻抗是匹配的,電吉他音箱為了放大訊號,后級放大的電流只需要比較小的負載阻抗,所以最常見的Cab阻抗是4歐姆、8歐姆和16歐姆三種。歐姆數(shù)的大小由喇叭上線圈的粗細和纏繞次數(shù)來決定。

▲音箱頭的輸出通常有不同歐姆的輸出來匹配不同阻抗的箱體

大部分的音箱頭可以選擇要接幾歐姆的輸出孔,8歐姆的輸出孔搭配8歐姆的Cab就是很理想的阻抗匹配情形,如果8歐姆的輸出孔接4歐姆或16歐姆的CAB,那他們就是不匹配的負載(Impedance Mismatch),CAB的負載過高或過低會導致不同的現(xiàn)象,音箱的后級是晶體管或真空管的結(jié)果也會不一樣。

晶體管:

后級的輸出功率是在特定的負載阻抗下才能計算出來。功率=電流*電壓(P=IV),電壓=電流*阻抗(V=IR),所以功率會等于電壓的平方/阻抗(P=V^2/R)。公式好多看起來有點可怕,但是這邊要表達的是阻抗越大的話,輸出的功率就會越小。

所以一個后級輸出100瓦、負載是8歐姆喇叭,如果把喇叭換成16歐姆,那他的功率就會變小,訊號也較不線性,除此之外就不會有太嚴重的狀況(SAFEMISMATCH);那一定會有人好奇說是不是只要換成4歐姆,就會變成200瓦的音箱了?當然是沒有這么美好的事情啦。電壓固定時,阻抗減半的話電流也會直接變兩倍,雖然功率確實會變大,但是音箱通常不會設(shè)計能夠承受兩倍的電流,負載不足的能量會變成廢熱,后級的功率晶體就會直接燒毀!

真空管:

真空管和晶體管的差異在于,真空管后級會先經(jīng)過輸出變壓器才進CAB,所以真空管后級的功率不會受CAB的阻抗影響。真空管后級對喇叭阻抗不匹配的容許度比較高,在常見的4、8和16歐姆的阻抗都還算合理范圍(SAFEMISMATCH)。在后級輸出比喇叭阻抗還低的情形下,電壓會上升,電流會下降,中頻些微的增加;若是后級輸出比喇叭阻抗還高時,則相反。根據(jù)知名音箱品牌H&K的建議是喇叭阻抗不要大于音箱輸出阻抗兩倍,也不要小于四分之一倍。只要在這個范圍內(nèi)都可以做不同的嘗試。

小結(jié):

晶體管音箱可以接阻抗比輸出大的CAB,不能接阻抗比輸出小的。

真空管音箱大的小的阻抗都可以接,不過建議要在合理范圍內(nèi)。

開啟音箱時沒接Cab會怎么樣嗎?

最明顯的狀況應(yīng)該是會沒有聲音(講廢話),不過一樣是音箱空載(沒接CAB)情況,真空管后級和晶體管后級的會發(fā)生的代價可以說是天差地遠。

晶體管:

先講結(jié)論,晶體管后級沒有接CAB也不會有任何的損壞,在空載的情況下,電阻等于是無限大,不會有電流通過。

真空管:

由于真空管后級和CAB之間有輸出變壓器,所以在沒有CAB當負載的情形下,所有后級管的能量會直接砸在輸出變壓器的線圈上,然后他就死掉了,所以真空管音箱切記一定要在確定有接上CAB后再開機。

▲H&K官方直接把警語寫在輸出孔旁邊,在使用真空管音箱時請務(wù)必連接CAB。

小結(jié):

晶體管音箱不接CAB不會故障,不過要是把這個習慣帶去別臺真空管音箱就不好了。

真空管音箱不接CAB可能會導致輸出變壓器燒壞。

常見問題

1.為什么吉他音箱箱體的阻抗都比較低?

阻抗越高的喇叭,就需要更大的功率才能推動。吉他音箱的重點就是要大聲,所以箱體的阻抗一般不會太高。

2.4歐姆、8歐姆和16歐姆的音色會有差別嗎?

單體本身的歐姆數(shù)不會影響音色,但是用8歐姆的輸出的音箱,進8歐姆和16歐姆的CAB音色就會不一樣。

假如用同一顆音箱,用8歐姆輸出孔接8歐姆阻抗的CAB,或用16歐姆輸出孔,但是接同一個型號,只是是16歐姆版本的CAB,得到的音色差異會很小。

3.如果我半夜想要用真空管音箱頭錄音,但是接CAB又太大聲了,有什么解決辦法嗎?

因為CAB最主要是作為音箱的負載,所以有人會使用LOADBOX,作為后級的負載的同時,直接把音箱頭的訊號完整的進到錄音接口。

但少了箱體的音色聽起來還是會有些奇怪,所以通常會搭配箱體模擬(CabSimulator)或IR來使音色更自然。

▲以箱體模擬聞名的TWO NOTES推出的Torpedo Captor X LOADBOX

總結(jié)

音箱和CAB的阻抗匹配看起來很可怕,好像一堆眉眉角角沒注意到音箱就會壞掉一樣,但其實只要謹守兩個簡單的原則——音箱后級的阻抗寫多少歐姆就接到多少歐姆的CAB。

音箱開啟時確保音箱頭有接上CAB(用喇叭線,不是吉他用的樂器導線)。這兩點都有做到的話,基本上就沒有要擔心的事情了。如果你是不喜歡遵守規(guī)則、喜歡各種嘗試的壞分子,切記使用晶體管音箱時CAB的阻抗不要小于音箱輸出;使用真空管音箱時一定要接上CAB。這樣你的音箱才能跟著你長長久久喔。

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