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翼之帆的博客

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推K501多大功率的耳放才够用  

2010-11-19 10:48:09|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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K501的参数:
阻抗:120欧
灵敏度:94dB/mW
正常音量一般声压级为100dB左右,这里取100dB(已差不多是高限了)。
此时耳机的平均功率约为2mw。
在一般的音乐中,峰值功率往往都远大于平均功率,这里可以取一个差不多都能认可的倍数:10,即此时放大器需要能够提供20mW左右的峰值功率。再继续计算:
峰值电压:1.5V,峰值电流:12.5mA。
对于多数正常设计的小功率放大器,供电电压最小为:1.5+3=4.5V,若设计为甲类放大器,工作电流应为最大电流的1.5~2倍,即25mA,这样可以计算出此放大器的实际功耗为
25*4.5*2*2(双声道、OCL电路)=450mW,每边230mW。
这个要求和一般的随身听的耳机输出能力比较一下,不难发现随身听达不到这样的要求。
喜欢DIY的朋友通过上面的分析,可以发现K501对于耳放的驱动要求不算高,但是也非很容易,便携设备很少有9V供电的,如果用OTL+自举方式的放大器,也需要6V左右的供电电压。
还可以继续计算一下如果K501能够符合一般随身听的要求,其灵敏度至少要达到103dB/mW以上才可以。
另外,NULLER的意思我懂了,不过好像表达得容易让人误解,其实还是说需要一定的功率裕量的意思。至于5mW够不够的问题,我上面的计算已经说明问题了。

 

簡單講, 一般隨身聽約只有 20mA 的電流輸出能力, 一般 OP amp, 如果沒有驅動級, 電流輸出能力也不高, 數 10 mA 算是很強了, 但對低阻抗耳機還不夠.
功率餘裕還得分電壓跟電流, 響度跟電壓有正面關係, 但是到了某個響度以上, 電流不足的情況發生, 電壓會被電流限制, 而產生切割, 這是失真, 但比較不容易被發覺, 這是因為切割失真比響度更不容易被發覺.
20mA 給 MDR-F1 可以產生多大的響度!?20mA 推 MDR-F1 (12 Ohm) 可產生 4.8mW 的功率, 此時電壓不過 0.24Vpp, 4.8mW 看來可以把 MDR-F1 推到 106dB, 但此時隨身聽是處於極限狀態下工作, 不是理想的工作狀態.
音樂在播放時, 細節音量隨著不同的樂器、主副音等等內容, 而有不同的音量範圍, 也就是動態範圍, 在這動態範圍內, 最小音跟最大音可以相差 30~90dB, 例如動態範圍最大的交響樂,動態達 80 dB 很常見, 一般耳機或是音箱聆聽, 要完整表達這樣的動態, 困難點在於背景噪音如果很高, 動態不可能不被壓縮.原本 80dB 的動態, 會先受制於再生的器材.再受至於環境.
例如背景噪音 40dB, 如果要表達出來完整的交響樂動態, 最大音壓不失真, 需要到 120dB. 這種情況下, 器材的功率餘裕度要很高 (注意, 電壓電流都可能是問題點).
說回來 MDR-F1, 由於他是開放程度極高的耳機, 所以背景噪音會隨著環境變化, 一般聆聽環境從 40dB~60dB 的情況下, 如果最大音壓只到 106dB , 遇到場面大的音樂, 結果如何可想而知. 主音被切割失真的情況很容易發生, 尤其雖然說最大電流輸出是 20mA, 但這是最大, 並不一定隨時能輸出 20mA.
當遇到失真情況如切割, 聽感上, 音場變窄變淺, 所有樂器音擠在一團談不上層次可言, 強音弱音音壓差別不明顯, 音壓夠大了沒錯, 但是弱音音壓幾乎跟強音差不多了高了, 這樣會好聽才有鬼.

 

我試著解釋一般耳放推低阻抗甚至超低阻抗耳機的問題,電流的重要性高於電壓, 音量控制多數是控制訊號電壓, 而不是電流, 這是必須事先說明的.
一般輸出 5mW (最大輸出電壓一般限定在 1.2V ~ 2V 之間), 測試條件是 幾歐母的負載!?通常是 16 Ohm 負載, 此時我們可以算出電流 P=I^2*R , 最大電流約17mA, 我們以此電流來當其他阻抗負載時的最大輸出, 如 MDR-F1 , 12 Ohm, 此時訊號電壓只需 0.28V, 電流同樣 17mA, 可得功率一樣是 5mW, 沒錯對嗎!?但是同樣 5mW, MDR-F1 只能達 106dB, 而一般耳塞可達 120dB 以上 (效率通常達 115dB).
再來算高阻抗耳機, 如 K501, 120 Ohm, 94dB. 此時最大電壓去算, 2/120 Ohm, 電流大概是 16.6mA, 比上面的 17mA 需求小, 所以看來沒問題, 但是最大功率 P=VI, 差不多33mW, 夠大了嗎!?以響度增加 3dB, 功率增加一倍來看, K501 最多也只能發出 109dB.
再來拿 K240DF 算, 600 歐母, 2/600, 電流只需要 3.3mA, 此時功率變成 6.6mW, 咦, 怎麼變小了!?原因是電壓擺福不夠,此時 K240DF 只能發出最大音壓 91dB 強.
高阻抗耳機有個好處, 不易產生失真, 但是動態會受限制, 動態受限, 細節出不來, 聲音容易乾癟, 音場也會變遠變薄.所以推動高阻抗耳機, 輸出電壓擺福要大, 這是第一要點, 但一般近代隨身聽音效卡多往低電壓發展, 對付高阻抗耳機自然不夠力.
低阻抗耳機的好處是通常效率很高, 但是電流需求也很高, 同樣 2V 的訊號, 16 歐母耳機會需要多少電流!?125mA.功率 250mW. 當然, 此時聲音已經遠超過人耳極限了, 但我的重點只在提醒各位, 低阻抗對電流的需求很高.
不要把輸出功率當成唯一指標, 對輸出功率的意義沒有清楚的認識, 上面的討論是沒有意義的, 因為你們對裡面的學問看的太簡單了.
再來講動態範圍, 我認為, 以現在的音響器材包括耳機, 無法完全重現交響樂的原因是, 動態不足, 就如同上面的人講的, 120dB 已經超出人耳範圍了. 耳機要是發出 120dB 音量, 耳朵鐵定不保.
但問題點不在於耳機, 在於推動一個 50dB~90dB 動態的音樂時 (一般流行樂範圍), 此時如果再參考到我曾經說的 電能=>動能, 作用與反作用力 的問題, 5mW 其中有多少是分配到控制力上的!?5mW 抵銷反作用力後, 剩下多少功率可以推動耳機發出正確的聲音!?
接著再拿 MDR-F1 來當例子, 他有 5mW, 但因為需求電流會更大些, 再振膜工作中, 除了推動其震動所需的電流外, 抵銷振膜的反作用力所需的電流也會相對增加, 也就是說 原來 17mA 的電流, 可能就得耗掉接近一半, 或是 1/3 的電流來作制動, 這種假設已經極度的簡化過程. 17mA 可能只剩 10mA 真正在工作, 當訊號超過電流所能相對供應的能力時, 波形被 clipping, 失真產生, 而這種失真, 可能在你音量轉大一點點就會產生, 但音量會固定在最高不失真的電壓點. 此時你可能很難發現它失真了, 因為音量還是很大. 但整個動態已經被壓縮住了.

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