音响中的阻抗

守候幸福者

        阻抗是音响器材中最常看到的字眼了，但是它到底意所何指呢?许多人在看到喇叭标示的阻抗值是4ΩQ或8Ω的时候候，会直觉地拿起三用电表往喇叭的二个接线端子测量，看到底是否正确，但往往令多熟人都失望了，因为用三用电表上的电阻档测出来的结果并没有和喇叭上面所标示的一致。原因呢?因为阻抗值与电阻值是不一样的缘故。
        阻抗从字面上看就与电阻不一样，其中只有一个阻字是相同的，简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；即阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电里，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小不同而已。电阻小的物质称作良导体，电阻很大的物质称作非导体，而最近在高科技领域中称的超导体，则是一种电阻值接近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻可以阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆，而阻值的大小则和交流电的频率有关，频率愈高则容抗愈小，感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，因此说：阻抗是电阻与电抗在向量上的和。  
        一般音响器材常涉及到阻抗的有：喇叭的阻抗，前后级扩大机的输入阻抗、输出阻抗，(后级通常不称输出阻抗，而称输出内阻)，信号导线的传输阻抗(或称特性阻抗)等。在此我们向读者介绍有关音响器材标示的阻抗具有什么样的实质意义。  
        由于阻抗的单位仍是欧姆，也同样适用欧姆定律，因此，言以之，在相同电压下，阻抗愈高将流过愈少的电流，阻抗愈低会流过愈多的电流。  
        我们常见到的喇叭阻抗的标示值是8Ω，也有很多是4Ω，这代表了这对喇叭在工厂测试规则时，当输入1kHz的正弦波信号，它呈现的阻抗值是4Ω或8Ω；或是是在喇叭的工作频率响应范围内，一个平均的阻抗值。它不是一个固定值，而是随着频率的不同而改变，可能在某频率高达20Ω，也可能在某频率低到1Ω或以下(这种喇叭通常被视为后级的杀手，当年以Apogee最为著名)。当后级输出一个固定电压给喇叭时，依照欧姆定律，4Ω的喇叭会比8Ω的喇叭多流过一倍的电流，因此如果你会计算功率的话，你就会明白为为什么一个8Ω输出100w的晶体后级，在接上4Ω喇叭时会自动变为200W的道理。  
        但当喇叭的阻抗值不断下降时，后级输出一个固定电压，它流过的电流就会愈来愈大，你确定你的后级能输出这么大的电流吗?你知道喇叭阻抗一路下降的结果到后来就有点像是把喇叭线直接短路的意思，所以阻抗值有时会低至1Ω的Apogee喇叭被称作后级杀手的原因，你明白了吧!所有的电晶体后级扩大机，其输出电流的能力均有其设计上的限制，超出此范围，机器就要烧掉了。  
        接下来看扩大机的输入阻抗。一般的说法是：扩大机的输入阻抗是愈高愈好，而输出阻抗是愈低愈好。为什么呢?因为输入阻抗高了，从信号源来的信号功率强度就可以不必那么大。假设信号源输出一个固定电压，传送往下一级，如果这一级的输入阻抗高，那么由信号源所提供的讯号电流就可以降低，如果输入阻抗非常高，则几乎不会消耗信号电流(当然还是会有)就可以驱动这一级电路工作，即几乎只要有讯号电压，电路就可以正常工作；但对于低输入阻抗的电路就正好相反了，(因为在同一个电压下，低输入阻抗会流进较大的讯号电流)，它必须要求信号源能提供较为大的信号电流，如果信号源提供的电流强度不足以满足下一级电路的需求，它就不能完美地驱动下一级电路。而信号源的电压和电流的乘积就是信号源的功率了。  
        另外低输出阻抗有什么好处呢?通常低输出阻抗是指前级扩大机的输出阻抗，后级通常是称作输出内阻的。前级的低输出阻抗优点是：第一，强调低输出阻抗即表示它有较大的电流输出能力，容易搭配一些低输入阻抗的器材(后级)。第二，低输出阻抗可以驱动较长的信号线及电容量较大的负载，以音响用前级为例，前级的输出阻抗在与讯号线结合后，输出阻抗加上讯号线本身固有的电阻与电容会形成一个RC滤波的网路，当输出阻抗愈高时，则经过讯号线后的讯号，其高频端的滚降点就会越低，反之则愈高。你应该不会希望高频滚降点移进耳朵听得到的音频范围吧?所以遇上电容量大的讯号线，你还是选一部输出阻抗低一点的前级较为保险。  
        所以扩大机输入阻抗愈高愈好，输出阻抗愈低愈好，原因在与其它器材互相搭配时，其匹配性比较高。  
        那么，扩大机不论是前级或是后级的输入阻抗都设计得很高，输出阻抗都设计得很低，不是就完美无缺了吗?但由于高输入阻抗所需的信号电流较少，那么连接其上的讯号线中流动的电流必较小，因此对讯号线品质的要求就可以不必那么高，因为少了一个电流的干扰因素在内，这也是高输入阻抗带来的另一个优点。  
        易感染杂讯，是音响器材在设计输入阻抗时出现的另一个问题，明知高输入阻抗的诸多优点，但也不能任意设计得很高的主要原因，胆敢设计成高输入阻抗者，必有其对抗杂讯干扰的过人之处，有一款前级名为Encore IM，其标称输入阻抗即高达1MΩ，为HI-END音响界最有名的高输入阻抗前级。但这个纪绿最近被日本SONY公司所出品的一款输入阻抗高达2MΩ的前级给突破了。  
        虽然Cello的1MΩ前级在音响界已是了不起的事情，但就电路的输入阻抗而言，还不算太高。随便一个FET场效应管作为输入级，它的输入阻抗都可以高达百万MΩ，常见的前级输入阻抗，在早期真空管时代，由于真空管本身的输入阻抗就比较高，因此大都设计成500kΩ或250kΩ，晶体前级则大多数是100kΩ或50kΩ。近来输入阻抗有愈来愈低的趋势，20kΩ、10kΩ也已经很常见了。
        那么低阻抗输入有什么优点呢?首先当然感染杂讯的问题会降得很低，可以大幅提高信号杂音比，使得音乐的纯度提高，音质就比较好。另外低输入阻抗有较好的相位特性，一般常被提出来的是频宽特性，总谐波失真特性等，而相信失真则很少被提及，看法是高输入阻抗与通常的信号线的电容量所引起的相位失真较大，而这对声音的影响将很深。因此MBL 9010采用低的输入阻抗，以较低的相位失真来求得在音质上的完美，当然在这个时候，你必须采用一部拥有更低阻抗输出的前级来搭配了。  
        现今大多数市售前级的输出阻抗均已相当的低，因此在后级的输入阻抗部分就可以酌情降低。若前级的输出阻抗高于后级的输入阻抗，这是不能匹配的，切记!  
        至于说前级的输入阻抗，以目前大部份市售产品前级的设计而言，输入阻抗就由音量控制器决定。大多数的设计都是输入的信号经信号源选择后就经音量控制的可变电阻作分压，然后进入主放大线路，所以这个音量控制的可变电阻值就成了输入阻抗。另外一些前级的设计是输入讯号先进入一个缓冲级(由于缓冲级电路的输入阻抗极高)，输入阻抗就由这个缓冲级的输入阻抗来决定，但是，输入缓冲级的阻抗也可以不一定设计得很高，例如MBL-6010前级的输入部份就设有输入缓冲级，而其设定的输入阻抗值则是47K。  
        如前面所述，前级的输出阻抗如果能够低的话，则后级的输入阻抗就可以不必设计得那么高，那么同理，如果我们所使用的信源的输出阻抗也是够低，那么前级的输入阻抗也没有必要那么高。