耳放电路设计

hw007

如何正確設計耳機擴大機-K501要怎麼推?

   
作者：David Lin
很多人問我，為何K501不易找到好的驅動器來推它？又或是說LC-1推K501就是聽起來不夠力，那是否是輸出功率不夠?還有朋友講，要推好AKG的旗艦K-1000，非得出動大瓦數後級不可。我在此先給一個簡單的答案，以上皆非！

在AKG的原廠技術資料中對驅動器設計者有用的一資料只有兩三項：
120 ohms；94dB/mW；16~30KHz，雖然非常不夠，但我們試著從中找些資訊。

特性阻抗(Rated Impedance) 120 ohms
我不懂耳機，我的意思是說對它的生產與工作原理不甚明白-最少不像對喇叭那麼清楚。熟知動圈喇叭工作原理的人都知道，沒有一個喇叭單體可在工作範圍內，對應每一個頻率的特性阻抗都是定值，耳機那微小的全音域單體是否也有此一現像因手上的資料有限不得而知，但若要為保險計之，必要幫耳機驅動器設計更低的輸出阻抗去對應-這也就是擴大機中所說的阻尼系數(Damping Factor)。
現代音響擴大機的阻尼系數都定的很高；換句話說，在接上一般 8 ohms喇叭時，一個阻尼因數約是100的擴大機其內阻很有可能低於0.1 ohms-一些大怪獸可能會更低。而管機因為元件特性與傳統電路的問題，阻尼因數一般都是個位數，那我們在設計耳機驅動器時是否也要如此？坦白說，我不知道！因為手上沒有耳機單體的特性阻抗表與瀑布圖等資料，唯有從觀察中去分析。
耳機的動圈單體相當的輕，振膜也是，如此的製作不易因動圈的往返運動造成很大的反電動式，雖然無法得知其內部機械阻尼(我沒拆過名牌耳機單體)，或是更進步採用流體力學觀念來作近似空氣阻尼的氣室結構如何。但其靠電力阻尼來作用的可能性頗低(如果實際結果相反，趕快請專家告訴我！)所以我假設在耳機擴大機中，設計太低的輸出阻抗並非必要.所要考慮的只剩：生產廠家所標示的阻抗是否平直可信！？

假設(一):耳機放大器的阻尼因數不用太高.

頻率響應(Frequency Range) 16~30KHz
這是一個很棒的數字！但也可能是迷湯，在已知的喇叭單體中，可說沒有一只在其所標示的工作範圍內，可以保持一定的阻抗值，又換一個角度看，如果輸入的功率有變，其數值也多少會跟著跑，例如 16~30KHz是用 1mW輸入測出來的曲線，若我們想要增加3 dB的響度,輸入功率就改成3 mW，那時所測出來的頻寬，很可能就不會這麼可愛。不過這些秘密，如同其它測試方法條件數據,一般用家是弄不到手的。我在此只能靠經驗與相信廠家的善良，假設此數據是足購的，且耳機的特性阻抗，在工作頻寬內，上下的浮動不會超過50%。所以我們在定耳機驅動器的輸出阻抗(Zo)時，最好Zo能是耳機特性阻抗的1/3~1/5之間。

假設(二)：耳機放大器的工作頻寬需為10Hz~35KHZ；-3dB。
假設(三)：耳機放大器的輸出阻抗最少應為耳機的特性阻抗之1/3，
對AKG K-501來說，那就是40 ohms。

靈敏度(Sensitivity) 96 dB/mW (小版工註: 應為94dB)

耳機的靈敏度極高，使用者請小心！一般人耳可忍受的音壓上限約在120dB左右-這個音量大小約同等於飛機噴射引擎發動後的音壓。K501若要在耳盼發出這樣的絕響(響久了不是人命絕、就是耳機小命掛點！)只需輸入0.25W；5.5Vrms；45mA的能量。將這個數字往上加一點兒保險，耳機驅動器的雛型就出來了。

假設(四)：耳機放大器的輸出能力需為 120 ohms Load；0.3W( 6Vrms、50mA)

以上，綜合來說；在數據標準上要把AKG K-501推好的耳機驅動器，其幾個基本的數據就是如下：

l 工作頻寬：15Hz ~ 35KHz ；(–3dB/0.1W)
l 輸出阻抗：低於40 ohms
l 最大輸出：0.3W / 6Vrms、50mA、120 ohms load

只要合乎上述條件的耳機驅動器，都算是基礎合格了。
故若要機器搭配的好聽，那該要在電路結構與元件調音等手段上下手了，一昧的增加驅動器的輸出功率，那是沒有太大的意義的，因為只要區區0.3W，對耳機來說，就是天大的能量了，再多也用不上，更會損壞尊耳。

如此這般畫葫蘆，若要讓 74dB/mW的K-1000發出同樣的巨響，只要；
4W / 22Vrms、183mA、120 ohms load，雖然功率不大，但是因為阻抗特別的關係，一般用 8 ohms喇叭來作標示的功率擴大機，要有75W / 8 ohms的輸出能力，方有輸出擺幅達22Vrms的可能性，閣下若想暴力地操K-1000，照這個標準去尋覓吧。

要摸透K-501或是K-1000，關鍵不在功率上，如何在0.3W / 4W的工作空間內，尋找線性與調音上的平衡，才是要訣！

坊間有朋友意圖用一般擴大機串個電阻就來推耳機，我對此採保留的意見，因為大功率後級的設計重心與耳機驅動器完全不同，倘若好聽；對深究技術設計的人來說，純屬不幸~哈哈哈。

　

　

2001/11/16

无心睡眠

说的有道理，不过还要加上频响调整。输出阻抗部分我认为限度太宽了，至少应该大于14倍。对于501来说10欧一下都是合格的。40欧大了。

lycsc

好啊，希望我们大家的耳放越来越好，在音响里面，功放是国人最早赶超欧美的，很早就超越了。

自由的风

太长了~~~~~
说的很好啊!!!

kknd

个人意见：
放大器要有良好的开环性能，不要试图用深度负反馈解决问题。