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浅议汽车音频系统匹配【重庆道声汽车音响改装】

发布日期:2013-07-12 浏览量:760次

  最简单的汽车数字音频系统主要由数字(模拟)信号源、数字功放和喇叭(扬声器)构成。  在这个系统中,信号源中的音频信号从产生到传颂,声音以电信号的形式从CD机送到数字模拟功放机,然后用放大的音频信号驱动扬声器。为了确保信号的高质量重放,系统内部设备之间、电路之间,系统与系统之间的配接等都必须保持最佳的工作状态,从广义上讲就是我们通常说的“匹配”。  在汽车音频系统中,要实现信号传输和电器连接的最佳配接,主要与信号电平、输入/输出阻抗、输入/输出功率、工作电压等因素有关,缺一不可;如果系统失去匹配,轻则造成信号失真,信噪比下降,严重时会影响声音不能重放,甚至损坏系统设备,所以,应当引起使用安装者的重视为了实现音响系统良好匹配,我们主要要了解两个问题,一个是系统阻抗匹配,另一个是功率匹配,也就是功放与喇叭的匹配问题。一、系统输入阻抗与输出阻抗的匹配  我们通常指的阻抗匹配是指音响系统中,根据系统要求,必须保持后级的输入阻抗值与前级的输出阻抗值之间满足一定的比例关系。  前级我们可以简单地看成为一个信号源,它对后级来说,等效于一个交流信号源加上内阻;后级对前级来说,可视为前极的负载,从前级得到信号电压,吸收一部分信号功率,等效于一个负载阻抗,如图所示,一般情况下,当前级设备与后级设备相配接时,我们可以选择后级的输入阻抗等与前级的输出阻抗,基本能满足正常工作要求;有时,为提高信噪比和传输效率,可选择后级负载阻抗略高于前级输出阻抗,以补偿内阻的损耗,进行匹配。  输出/输入阻抗有高阻抗与低阻抗两种,如功率放大器的高输出阻抗为100欧姆~250欧姆,而低输出阻抗为4欧姆~16欧姆。汽车功放通常采用低输出阻抗匹配方式。虽然线路上衰减大,负载获得信号电压低,需用短(小于5米)而粗的喇叭线,但外部杂波干扰小,有利于获得较高的信噪比与重放质量。当前级的输出阻抗与后级的要求匹配输入阻抗相差太大时,就必须在它们中间加入阻抗转换电路和匹配变压器来实现阻抗匹配。  在具体操作施工时,还应注意连接必须正确,除了阻抗值应满足匹配要求之外,连接方式也应满足匹配状态,连接方式有不平衡与平衡之分。一般情况下,车用大多使用不平衡方式。喇叭线的正负极应不能接错,否则,相位不正,影响重放效果。二、功率放大器与喇叭的匹配  功率放大器任务是向喇叭输出音频功率。为了保证末级功率放大器与喇叭之间不失真(或小失真)的有效功率传输,二者之间的匹配非常重要。如果严重失匹,不但得不到功率辅出,引起失真,而且会造成功放损坏,烧毁喇叭等现象产生。    从上图的等效电路可知,后级喇叭从前级功放吸收的功率Pi有以下公式决定:

  Pi=V22R2/(R1+R2)2
经求极值运算可得出,当R1=R2时,Pi可取得最大值,这就是功率匹配的条件。我们通常认为选择较大的负载值对提高效率是有帮助的。从实际使用与提高重放信号质量上来看,确定各喇叭的额定总功率与功率放大器的总额定功率相等并不是最佳匹配状态。在民用音响系统中,通常选择功放的功率等于或略小于喇叭的总功率,这样既使音量开足,也不致于损坏音箱。但车用“改装族”们想在自己心爱的车子中打造一个失真小、音质优美的重放系统,则往往要求功放的功率有一定的储备,故通常选择功放的额定总功率大于各喇叭额定总功率之和。但同时往往会引起瞬间过荷而烧坏喇叭现象产生。
功率放大器有定阻抗输出和定压输出两种,车用一般为定阻输出,我们以定阻输出为例来说明阻抗匹配的计算关系:
功放的输出功率P=输出电压U2/输出电阻Z  功放与喇叭之间的匹配要求和方法:
第一、要求喇叭的阻抗与功放的输出阻抗相等(近),不允许喇叭的阻抗小于功放的输出阻抗,否则,容易过载,造成失真或损坏功放。
第二、要求但只喇叭或一组喇叭 的总功率与功放的输出功率 相等(近),但不允许大于功放的输出功率,不然会影响正常工作。
具体匹配方法,可简单引入以下公式:
喇叭额定功率×喇叭阻抗=功放额定功率×功放输出阻抗   例如:功放输出100w额定功率,另有4只4Ω、25w的喇叭,接入方法应按上图配接,才能匹配。
需要注意的是,喇叭串联工作时,要保证电流相等;而并联时,应保证工作电压相等,尽量使用同一型号的喇叭。三个不同阻抗的喇叭的匹配(下图):计算如下: Z=喇叭功率/功放效率×喇叭阻抗=60/100×16=9.6Ω
同样:Z1=36/100×12=4.32Ω
其中,4Ω/12W与8Ω/24W喇叭串联,经计算可以和4Ω连接。其额定电流计算如下:
P=I2R 则 I1=(P/R)1/2=(24/8)1/2=31/2(A)
另一只4Ω、12W,I2(P/R)1/2=(12/4)1/2=31/2(A)
结果两者工作电流相同,可串联使用。
应该强调指出的是,当单只喇叭或串联并联后的喇叭组合,只有它的功率和阻抗与功放的输出功率和阻抗相同时,才可直接连接;如果它们的功率不等而阻抗相同时,不能贸然直接连接。
    以上仅从定阻输出的功放与喇叭之间的电平、阻抗、功率等几个方面简述了匹配的原则和基本方法,读者可以在实践中不断增加经验,具体找出匹配的相关参数,来满足传输系统最佳的工作条件和状态,力争保证信号系统的完整性,使系统失真降低,功率转换效率提高,只有这样才能实现最理想的声音重放效果,达到高保真。 
 

     

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