唯美音色与生俱来的矢量型功率驱动

骆驼海

    定压式功放自问世起就自然成为电声界设计、测量喇叭系统的标准驱动源；而功放的设计，一直以来额定阻值的纯电阻是标准的测量用负载。

在发烧音响界，功放与喇叭两个领域的产品设计堪称泾渭分明，各自以自我为中心，功放的设计几乎不考虑真实喇叭起伏的阻抗造成输出功率的不均衡进而影响音色，喇叭的设计似乎也丝毫不在意世上还有不“定压”的驱动功放。功放与喇叭如何搭配，会出更动听的音色，也已然成为音响用家的“专业”。

定压功放驱动下喇叭系统的实际聆听效果是否已经最符合人耳的听觉美感？难觅有科学依据的实证性结论！

以变压器耦合、阻抗匹配方式驱动喇叭的那部分发烧功放，一直以来都执着地以非定压的方式完成对喇叭的驱动，其中一些产品凭借其特有的音色风格，成功、长久地吸引了那些独沽一味的发烧耳朵，这类功放的长久存在，也像是一再提示着定压功放驱动下喇叭音色的不尽如人意。

以定压驱动为设计标准的喇叭，别具美感的音色也能出现在非定压驱动的状态之下，其真相是很值得探索的。

当代电声科学已经成功实现把喇叭的物理特性用纯电学参数的等效电路来加以描述，常见的如Thiele-Small等效方法。

（图一）一个三单元二分频喇叭系统的Thiele-Small电学等效电路

上述等效电路中包括了分音器（Crossover）,喇叭单元的各种力学参数已全部折算成等效的电学参数，从音圈电阻3.5欧的高音单元和两个并联的音圈电阻7欧的中低音单元的配置看，该等效电路对应的是一款标称阻抗4欧的音箱。

在电路模拟测试平台Multisim上，把上述典型音箱系统的等效电路作为负载，分别以各种驱动方式的功放仿真驱动，分析功放输出能量的状态以及各喇叭单元上的能量频率关系，就可以发现在纯电阻负载上完全无法揭示的真实景象以及放大器与喇叭系统的真实配合状态，由此，听音实践中那些公认的音色特点的成因，就初露端倪了。

功放的驱动方式与变化的喇叭阻抗共同作用，决定了音箱系统各频段声能量的分布形态并形成搭配后的音色特点。在喇叭单元的电声换能过程中，任何频率点，输出声压与注入喇叭单元中的实际能耗功率呈正相关，更大的能耗功率对应更高的声压符合能量转换规律。

从声压—能量关系看，实现全频范围内注入喇叭系统的能耗功率均衡，是实现高保真系统声响应平直的基础性保证，是趋于理想的驱动状态。

经典放大器的理论性驱动形式有跨导控制型（电流驱动）、电压控制型（定压驱动）和阻抗匹配驱动型三种，现实中最常用的是定压式功放与“准”匹配驱动型功放两种（输出阻抗严格等同负载阻抗的真正阻抗匹配放大器在音频功放中已经少见）。

电压控制型放大器（定压功放），其输入信号电压直接决定送至负载上的输出电压，单端推挽（SEPP）的OTL、OCL等放大器的基础性归类，都属于定压输出放大器，对于定压型功放，负载上获得的功率与负载阻抗的变化呈负相关，阻抗越高功放输出至喇叭单元的功率越小。图二中幅值（Magnitude）图显示定压功放驱动真实喇叭时的功率与频率的变化关系，相位（Phase）图显示的是视在功率的相位角与频率的变化关系，相位偏离零轴位置，表示功放与喇叭系统间，存在不产生声压的无功功率的往返流动。定压功放驱动喇叭系统时，无功功率占据了很大一部分额定功率，造成可以明显感知的推力损失。

电动式喇叭系统的阻抗在低频谐振峰处会大幅上升至标称值的3、4倍甚至更高，面对这种阻抗状态，定压式功放注入低音单元的能量大幅减少，维持低频声压不至于下降太多完全依赖于谐振点附近喇叭振动系统较小的能量损耗。面对上升的阻抗，定压式功放再大的能量储备都会因为无法实现向喇叭的有效输出而成为摆设，显露其力有不逮的弱势一面。任凭低频时喇叭单元获得的能量滚降而无能为力，是大功率定压式功放在某些音箱上难以体现大推力的根本原因。那些标榜低阻抗时输出功率不断翻倍的巨无霸放大器，在阻抗成倍提高时输出连续减半的客观事实，通常都是不被提及的。看到这一面，膜拜“大推力”功放的发烧友是否会有新的思考？

（图二）定压驱动下喇叭单元中的能耗与频率的关系

从（图二）上方的幅度曲线可见，定压驱动状态下，低频时低音单元获得的驱动功率出现明显陷落、中音处功放输出的总功率呈凹陷形的低落而中高频处的能量出现隆凸形的抬升，这样的能量分布形态注定了定压式功放在实际驱动电动式喇叭系统时，必然呈现听感上低频单薄、中频缺乏饱满、中高频过于明亮的“先天性”总体音色特征。

单端甲类功放、用输出变压器耦合的推挽功放之基础性归类，都属于跨导型放大器，跨导型放大器的特征是：输入的信号电压决定功率输出器件（晶体管或电子管）输出至负载的电流，如果放大管的自身的输出阻抗足够高，负载电流除了受输入信号控制外，很少受其它因素影响，这样的驱动状态通常被称之为恒流驱动，负载上产生的能耗功率与负载阻抗的变化呈正相关，经喇叭单元换能后的声压与其阻抗也呈正相关；

跨导型放大器对于在低频时存在谐振型阻抗曲线的音箱，输出功率随阻抗曲线上升而正比例地增加，形成的是低音丰满的听感，而定压放大器的情形正好相反，因低频时阻抗上升功率下降低频量感受限而呈现中高频充沛的清丽明亮的音色。

由于隔离了输入信号压与负载上电压的直接控制关系，不借助电压负反馈的话，跨导型功放对负载上的感生电动势、信号失真情况等，都无法实现有效的控制，负载阻抗低落时，也只能任由喇叭单元上的能耗功率随之下降，产生与电压驱动型功放相反的喇叭单元能耗功率不平坦的形态。现实中，这类功放常借助电压负反馈来大幅度地改变其输出特性。

（图三）恒流驱动模式下喇叭单元中的能耗与频率的关系

图三的（Phase）图显示，恒流驱动方式同样存在明显的无功功率，无功功率占据额定功率造成有效推力浪费的问题依然存在。对输出电压不加控制的跨导型功放，不恰当的中频加强与高频削弱，同样难以符合高保真之要义，常见的改良手段是借助环路电压负反馈来改善负载端的频率响应。

应对阻抗起伏变化的喇叭负载，定压放大器与纯粹的跨导型功放均因先天特性决定的不足，无法在整个声频范围内向阻抗起伏变化的喇叭负载输送频率特性平坦的能耗功率。

为改变这些经典驱动方式不理想的能量分布形态，必须通过设计全新的驱动方式，使放大器能够根据喇叭阻抗幅值、相位的变化，自适应地调整驱动喇叭系统的电压电流的幅度和相位，这种能够自适应负载变化的驱动方式，改变过去经典功放中输出驱动信号相位简单依从输入信号的电压或电流标量，升级为相位受控的矢量电压和矢量电流，最终使喇叭系统获得全频均衡的驱动能量，实现接近理想的驱动状态。实现矢量驱动的关键，则是需要把影响喇叭实际消耗能量的所有要素都纳入功放形成输出矢量的运算模型。

（图四）矢量驱动模式下喇叭单元中的能耗与频率的关系

    图四中，幅值图（Magnitude）显示的是实现矢量驱动的功放驱动真实喇叭时，不同频率处功放的总输出功率更加均衡、低频处低音喇叭获得的能量更充足、高音单元在定压驱动下呈现的隆凸被有效地抹平后，中高频处强化的明亮音色回归到接近真实的自然。相位图（Phase）显示，视在功率的相位角大幅回归至零轴附近，意味着功放与喇叭间往返流动不产生声压的无功功率明显减小、功放输出功率中有功功率的占比大幅上升、驱动喇叭时呈现的有效推力显著增强。

    矢量型驱动是扬长避短地综合了所有驱动方式音色优势的驱动模式，它为喇叭的电声换能提供更加准确的能量。矢量型功放驱动下的喇叭，实际聆听的效果是全频范围的量感都更趋均衡，厚实的低频、饱满的中频、自然高频，一切都更加符合高保真发烧音响的听音美学。