音響線有講究嗎?音響線在電子物理上充當什么組件,是一條導線、一個銅塊、一個阻抗匹配傳輸線、一顆電容、一個電感、還是一個電阻? 我們今天來看下。
要談音響線的粗細、材質是否會影響音質,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?
揚聲器俗稱喇叭,是能將電信號轉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準音箱,有沒有氣墊、吸音棉,是用小信號測試,還是大音強時測試,喇叭離墻面多遠?怎樣設定測量條件,很少資料詳細談到,也沒有人真的去測它,因為它們都是行業(yè)Know-How。
一般書上都說,它是線圈在1000Hz時的的交流電感抗。是真的嗎?錯!
其實喇叭在無音箱、大音箱、小音箱時,其阻抗測量值是完全不一樣的,如果用手強力壓住紙盆,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
但是一個喇叭要處理20Hz至20KHz這個1:1000倍的帶寬,實在是很艱巨,便分成三個喇叭:低音 20-200Hz 、中音 200-2000Hz 、高音 2000-20000Hz。
每一個喇叭也要處理1:10的帶寬范圍。但相比通常無線電射頻導波管能處理的帶寬1:2 ,頂多1:3,喇叭的工作實在很艱難。
由于音圈是個線圈,所以很多電子學專家,自然的認為它的阻抗8奧姆是來自電感抗。Z=XL=2πfL( f是頻率、 L是電感值)
可是實測喇叭在不同頻率時的阻抗會發(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。在某個很低的頻率例如50Hz時還會突然增高到數(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 時的聲音「輻射阻抗」而不是一個簡單的電感抗XL。
功放的尼阻系數(shù)
功放的末級輸出機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,以產生磁場,磁場與磁鐵互相吸斥,推動喇叭紙盆,震動空氣產生聲音。除此之外末級晶體也要提供阻尼,吸收喇叭音圈產生的電力,否則紙盆就會胡亂顫動,這種控制能力稱為阻尼。
由于紙盆音圈有質量與彈性,音箱內的空氣有氣壓,一旦推力結束后,紙盆就會想要彈回,此時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)電機一樣發(fā)電。這個電力,必須由功放的輸出阻抗來吸收控制。此時功放的末級晶體必須開通,引導電流,予以消耗成熱量。就好像汽車的煞車,在下坡時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,下橋時也要費力拉住讓車不要爆沖下橋,物理學家稱之為消耗勢能。
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,擴大機輸出阻抗是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。真空管機通常失真5%,阻尼系數(shù)則只有10,質量實在很差,是超級差的,但是真空管機因為阻尼不良,控制力不足,因而產生的偶次諧波失真,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,劇烈轉向,它可能是波浪拍打礁石,代表危險或有掠食者靠近。
所以人類聽到偶次諧波失真時會很舒服。
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,阻尼至少要達到 10,只是大部分人只當它是一個神圣數(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。好好的高級擴大機阻尼系數(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。因為這時的串聯(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。但是其實現(xiàn)代型低效率喇叭,阻尼系數(shù)只要 10 就夠了,因為煞車力比引擎馬力大10倍其實已經(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時這些電抗值,微不足道。但是在10KHz -50KHz 時它們就會漸漸變得很重要。倒不是因為怕阻尼變壞,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,而是要產生降低電感值的功能。為何同樣多的導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,也會產生移相,常見的平行音響線三公尺長時約有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時如果是8Ω,2KHz時通常是15Ω,4KHz時常常是30Ω,8KHz時是常常是60Ω,16KHz時是常常是120Ω
低音喇叭在1KHz時如果是8Ω,500KHz時通常是4Ω,50Hz時常常是30Ω,20KHz時是常常是10Ω;所以音響線是要設計在50Hz時的30Ω,還是1000Hz時的8Ω,或是8KHz時的60Ω。其實都不對。
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」,而只是擴大機體的延伸,其導線的電阻、電感量,電容量,只能希望越小越好,無法阻抗匹配。