高性能音頻功率放大器

前言

　　在此之前，從未有哪本書像本書一樣，匯集如此之多的電子、音頻、工程、音樂和實(shí)踐操作方面的知識(shí)。事實(shí)上，無論在哪個(gè)層面，專門關(guān)于音頻功率放大器的書籍本來就不多?！　碾娮訉W(xué)的角度講，功率放大器用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，是音頻系統(tǒng)中較難設(shè)計(jì)的一個(gè)部分。設(shè)計(jì)的難度如此之高，以致在其誕生75年后，相關(guān)的設(shè)計(jì)方案仍然千姿百態(tài)（相比之下，基本是同時(shí)產(chǎn)生的洗衣機(jī)在設(shè)計(jì)方面已經(jīng)趨同）。雖然拜金主義已經(jīng)盛行了百年之久，但是高雅質(zhì)樸的音樂仍然與人們心中超越邏輯的感性相通。在音頻功放的領(lǐng)域，雖然有大量人才埋頭苦干，但我們對(duì)這方面的了解仍是一知半解。這個(gè)領(lǐng)域的更高層面涉及如此之多的數(shù)學(xué)，以致許多技術(shù)人員弄不清概念，甚至完全不理解問題的總體結(jié)構(gòu)。　　在20世紀(jì)音頻技術(shù)迅速發(fā)展的浪潮中，音頻功率放大器是種不太起眼但又很關(guān)鍵的設(shè)備。想想看，如果沒有音頻功放，會(huì)是怎樣的境況：沒有設(shè)備驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，也就沒有了高保真音響、收音機(jī)和電視。沒有擴(kuò)聲器材，我們沒法舉辦比鄉(xiāng)村宴會(huì)更大的節(jié)日慶典，活動(dòng)場館的規(guī)模也大不過2000人的圓形劇場；電影院和演播廳無法工作，電聲樂器也無法使用。音頻的錄制、處理和放大技術(shù)還催生了音樂廣播和有聲電影，使其更加生動(dòng)感人，同時(shí)也降低了成本，使之廣為流傳。于是，20世紀(jì)成為有史以來最熱鬧的時(shí)代。但是，如果音頻功放未被發(fā)明，這些都將不復(fù)存在，人們由聲音獲得的情感和從音樂中領(lǐng)略的精神決不會(huì)像今天這般濃烈?！　小案咝阅堋钡暮x是，本書不討論低性能產(chǎn)品——也就是經(jīng)銷商為了好賣，有意在制作上打折扣，降低音質(zhì)、功能和可靠性的產(chǎn)品——尤其是所謂“消費(fèi)級(jí)”或“M.I”器材。在高端與低端器材之間，這是更自然的一條判斷標(biāo)準(zhǔn)，比“專業(yè)一家用”的分類來得清楚明確。所有真正熱愛音樂的人對(duì)音質(zhì)的要求差不多是同樣的。但是，要針對(duì)他們每家的具體室內(nèi)環(huán)境，做大量工作，才能實(shí)現(xiàn)同樣出色的效果?！案咝阅堋辈⒉灰馕吨邇r(jià)格或多宣傳。書中涉及的放大器有價(jià)值135英鎊的，也有13500英鎊的（1996年幣值），放大功率有25W的和2500W的，可以被運(yùn)用在家庭、演播室、運(yùn)動(dòng)場或露天場所——無論如何，只要其設(shè)計(jì)的初衷是忠實(shí)重放音樂及其細(xì)節(jié)的，即被本書視為“高性能”功放。

內(nèi)容概要

　　本書從模擬電路、聲學(xué)、熱學(xué)和音樂知識(shí)入手，介紹高保真功率放大器的設(shè)計(jì)理念、專業(yè)功率放大器的流行設(shè)計(jì)及專業(yè)功率放大器在錄音棚里的運(yùn)用與維修。全書內(nèi)容共分10章，前6章從理論上分析了高保真功率放大器的特點(diǎn)，后4章從實(shí)際出發(fā)詳細(xì)介紹了高保真功率放大器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測試方法，以及對(duì)于家用功放和專業(yè)功放應(yīng)如何選型、配置、安裝和維護(hù)。此書是音頻功率放大器設(shè)計(jì)的綜合指南的重要參考書，對(duì)在音頻領(lǐng)域的從業(yè)人員和音頻DIY愛好者都有所幫助。

作者簡介

　　Ben Duncan，是音頻顧問和模擬電路設(shè)計(jì)師。他有多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，因而能從獨(dú)特視角看待這個(gè)復(fù)雜而又深具價(jià)值的產(chǎn)業(yè)。這本手冊(cè)是尖端技術(shù)的結(jié)晶，是功放設(shè)計(jì)藝術(shù)歷史上一塊新的里程碑?！　”緯敿?xì)介紹了模擬電路、聲學(xué)、熱學(xué)、音樂等技術(shù)知識(shí)、高端高保真音響、專業(yè)功率放大器及其在錄音棚里的運(yùn)用；從理論設(shè)計(jì)和實(shí)際制作講解功放的設(shè)計(jì)與維修、功放的新老款式，以及流行設(shè)計(jì)和定做設(shè)計(jì)。這是重要的參考書，將對(duì)每個(gè)從業(yè)人員和愛好者都有所助益?！　≡诠Ψ蓬I(lǐng)域，不論是在專家還是愛好者的圈子里，Ben Duncarl都蜚聲世界。他曾在音樂技術(shù)方面廣泛著書，并通過美英出版界發(fā)表。他設(shè)計(jì)了幾款著名的專業(yè)功率放大器。1977年以來。他參加了70多種音頻產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。這些設(shè)計(jì)廣泛運(yùn)用于錄音棚、演播室和俱樂部等，經(jīng)受住了最苛刻的大眾聽者的考驗(yàn)。除此之外，他也一度為杰出的音樂家提供定制器材。　　Ben Duncan生于倫敦，曾廣泛游歷。多數(shù)時(shí)候，他住在林肯郡那個(gè)有150年歷史的家里。他曾兩次合作編寫《搖滾器材》一書。講述搖滾用功率放大器的發(fā)展史。

書籍目錄

第1章　簡介和基本知識(shí)　　1.1　音頻功率放大器的用途　　1.2　音頻功率放大器的主要問題　　1.3　音頻的概念　　1.4　音頻的特點(diǎn)　　1.5　聲重放系統(tǒng)對(duì)音質(zhì)的影響　　1.6　聲重放的目的　　1.7　人的聽覺　　1.8 “客觀性”的局限，主觀測試的基礎(chǔ)　　1.9　為什么重放音頻要用到功率放大器？　　1.10　音樂基礎(chǔ)　　1.11　對(duì)聲品質(zhì)的主觀描述　　　1.11.1　音調(diào)　　　1.11.2　泛泛描述音調(diào)的說法　　　1.11.3　總體描述音質(zhì)的名詞和形容詞　　　1.11.4　動(dòng)態(tài)特性　　　1.11.5　空間感　　　1.11.6　造成困擾的聲響　　1.12　音樂節(jié)目的性質(zhì)與范疇　　1.13　音樂的低音和次聲成分　　1.14　音樂的高頻和超聲內(nèi)容　　參考文獻(xiàn)　　擴(kuò)展閱讀　第2章　音頻功率放大器的各種指標(biāo)　　2.1　功率放大器的類型　　2.2　揚(yáng)聲器　　　2.2.1　關(guān)于揚(yáng)聲器單體的基礎(chǔ)知識(shí)　　　2.2.2　揚(yáng)聲器的靈敏度和效率　　　2.2.3　揚(yáng)聲器箱體的類型和效率　　　2.2.4　揚(yáng)聲器配置　　2.3　電子電聲器件之間的相互關(guān)系　　　2.3.1　從音頻功放端口看揚(yáng)聲器　　　2.3.2　揚(yáng)聲器對(duì)功放的要求　　　2.3.3　從音頻功放的角度看無源分頻網(wǎng)絡(luò)　　2.4　功率放大器的電壓源性能　　　2.4.1　揚(yáng)聲器的EIA與AES測量標(biāo)準(zhǔn)　　　2.4.2　輸出功率的要求　　　2.4.3　揚(yáng)聲器失效的情況　　　2.4.4　更高的功率——專業(yè)聲重放的追求　　　2.4.5　有源系統(tǒng)的功率要求　　2.5　電流輸出上的要求　　參考文獻(xiàn)　　擴(kuò)展閱讀　第3章　輸入接口的界面和處理　　3.1　輸入　　　3.1.1　功率放大器輸入靈敏度和增益要求　　　3.1.2　輸入阻抗(Zin)　　3.2　射頻干擾屏蔽　　3.3　平衡輸入　　　3.3.1　平衡設(shè)計(jì)的要求　　　3.3.2　抗共模干擾(CMR)　　3.4　次聲保護(hù)和高通濾波　　3.5　保護(hù)功率放大器　　3.6　什么是功率放大器的處理功能？　　　3.6.1　增益控制(面板上的衰減器)　　　3.6.2　遙控增益控制(機(jī)器控制)　　　3.6.3　遙控增益控制的影響因素　　　3.6.4　壓縮和限幅　　　3.6.5　過載問題　　　3.6.6　防止過載的途徑　　　3.6.7　軟削峰方法(Soft-Clip)　　3.7　計(jì)算機(jī)控制　　參考文獻(xiàn)　　擴(kuò)展閱讀　第4章　功率放大器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、類別和工作模式　第5章　功率級(jí)的特點(diǎn)　第6章　供電　第7章　功放的指標(biāo)及其測試方法　第8章　實(shí)際測試的方法和步驟　第9章　功放的選型、配置和安裝　第10章　設(shè)備維護(hù)和檢修　附錄1　歷史回顧　附錄2　制造廠商名錄　附錄3　有源器件　

章節(jié)摘錄

　　高頻（HF.High Frequency，treble）頻段從5kHz處開始。在更高的頻率上，人耳開始對(duì)聲響變得不那么敏感，不容易察覺自己聽力的頻率上限在什么位置。就100dB的聲信號(hào)而言，這個(gè)聽力上限一般在12～20kHz，具體到每個(gè)人的數(shù)值則取決于遺傳、飲食、健康狀況、年紀(jì)，以及累計(jì)暴露在敲擊聲下的時(shí)間（尤其是敲擊聲和槍聲）。例如，雖然筆者已經(jīng)在高分貝（可以高達(dá)145dB）的音樂聲中工作了近20年，但是聽力上限仍然達(dá)到17.5kHz?！∧芰亢凸β蕟栴}　如果我們將音頻信號(hào)包含的能量在1分鐘或者更長的時(shí)段上做積分，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在3～5kHZ的頻率上，能量要少于低頻上的能量，在更高的頻率上，這個(gè)現(xiàn)象則更加明顯[15]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，中頻和低頻的聲能至少是10kHz上的10倍，也就是20dB?！　∫魳沸盘?hào)的很大一部分內(nèi)容是突然的變化——各種聲響不停地出現(xiàn)又消失。有節(jié)奏的聲音可能會(huì)持續(xù)不到1秒，而這些信號(hào)的高頻分量可能在一些重復(fù)出現(xiàn)的瞬間達(dá)到與低頻信號(hào)一樣的聲壓級(jí)。也就是說，音樂可以有低頻的功率，但是同時(shí)具有高頻的能量?！　∫魳返母哳l在專業(yè)舞臺(tái)功放、錄音監(jiān)聽系統(tǒng)、以及數(shù)字錄音上有最佳體現(xiàn)。而錄音人員在制作黑膠唱片的時(shí)候，一般會(huì)將高頻分量壓縮，以防止設(shè)計(jì)不佳的唱盤拾音臂跳出唱片的槽?！　V播和錄音領(lǐng)域?qū)τ诟哳l（直到20kHz）的技術(shù)處理在很大程度上得益于電容式傳聲器的發(fā)明。與傳統(tǒng)的動(dòng)圈式傳聲器相比，這種新設(shè)備具有平滑得多的頻率響應(yīng)，尤其是在高頻。在舞臺(tái)上，電容傳聲器所配的有源放大器為錄音信號(hào)提供更好的緩沖或者加強(qiáng)，防止長線纜帶來的失真，從而實(shí)現(xiàn)更好的音質(zhì)?！　∪藢?duì)超聲的感知　　人耳可以直接聽到的最高的聲信號(hào)頻率為20kHz。但是，人的大腦對(duì)更高頻率的聲波其實(shí)也有反應(yīng)。這些超聲的頻率可以高達(dá)80kHz。這方面的理論已經(jīng)由多個(gè)研究者證實(shí)，如高級(jí)錄音師和控音臺(tái)設(shè)計(jì)者Repert Neve和監(jiān)聽系統(tǒng)的研究和制造者。Philip Newell。如果過濾掉一個(gè)錄音節(jié)目中20kHz以上的成分，那么敏銳的聽者就會(huì)覺得節(jié)目不夠生動(dòng)。最近的一份“客觀研究”涉及神經(jīng)信號(hào)和電化學(xué)過程的測量[16]，顯示高于20kHz的超聲有助于提升人在音樂中獲得的樂趣。

編輯推薦

　　音頻設(shè)計(jì)中的一個(gè)核心問題，是功率放大器及其性能，這對(duì)音頻設(shè)計(jì)師而言是一種挑戰(zhàn)。

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