1927年，美國貝爾實驗室推出了革命性的負反饋（NFB）技術，標志著音頻放大器開始進入新紀元。而1947年發(fā)表的威廉遜放大器，則標志著高保真（High Fidelity）放大器的面世，該機成功地運用負反饋技術，使膽機的失真降低達0.5%，音質之佳在當時首屈一指，是音響史上重要的里程碑。
1951年，美國Audio雜志發(fā)表了一篇“超線性放大器”的文章，該放大器將非線性失真大幅度降低，第二年6月，又發(fā)表將威廉遜線路和超線性線路相結合的放大器文章，標志著負反饋技術在音響技術中的大量使用。從此，放大器的設計出現(xiàn)百家爭鳴的局面，其影響一直延伸到今天。
在盛行“以耳朵收貨”說法的今天，不少發(fā)燒友說音響器材的指標沒多大意義，因為許多測試指標優(yōu)良的放大器聽感也不佳。但不能否認的是，人耳聆聽由于帶有較多的個人主觀因素，因此往往帶有很大片面性，只能作為參考，而不能作為標準，所以放大器的指標仍然是衡量其性能一個重要標志。一般來講測試放大器技術指標的方法應分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)指標是在穩(wěn)定狀態(tài)下以正弦波進行測量所得的數(shù)據(jù)，測試項目包括有頻率響應、諧波失真、信噪比、互調失真以及阻尼系數(shù)等；而動態(tài)指標是指用較復雜的如方波、窄脈沖等信號測量得到的數(shù)據(jù)，包括有相位失真、瞬態(tài)響應和瞬態(tài)互調失真等。要大致反映出放大器的品質，動態(tài)測試數(shù)據(jù)必不可少。為了方便讀者全面認識和了解放大器的方方面面，在這里，筆者對一些較重要的技術指標規(guī)格介紹，讀者也可以從這些規(guī)格中大致了解了放大器的質素。
A、頻率響應
一般對頻率響應范圍的規(guī)定是：當輸出電平在某個低頻點下降3dB ，則該點為下限頻率，同樣在某個高頻點下降3dB時為上限頻率。這個3dB點稱為不均勻范圍或叫做半功率點（Half Power Point），因為電平正好下降3dB時，放大器的輸出功率正好下降了一半。
在傳統(tǒng)的說法中，人耳能夠聽到的頻率范圍在20Hz-20kHz之間，因此放大器的頻率范圍理論上應做到20-20kHz（±3dB）平直就足夠，但事實上音樂中含有的許多樂器或反射泛音諧波有很多是超出這個頻率范圍的。由于人耳對聲音的判別精度可達到0.1dB，有些高級放大器的頻響標稱20-20kHz的不均勻度為正負0.1dB，當以±3dB不均勻度測量時它們的時頻響可能達到10Hz至50kHz甚至更寬。從改善瞬態(tài)反應的目的考慮，放大器應該有更寬廣的頻應范圍，像新一代音源SACD和DVD Audio的頻響范圍已超出傳統(tǒng)的20kHz，因此現(xiàn)代高級放大器的頻響應能達到從10Hz-100kHz（±3dB）。但放大器的頻響也不是越寬越好，否則易引入高頻或低頻干擾，反而使S/N降低或誘發(fā)互調失真。
嚴格的頻應曲線圖應有兩幅的，其中我們常見的頻率響應圖叫做幅頻曲線圖，另一幅稱為相頻曲線圖，它是表示不同頻率在經過放大器后產生的相位失真（相位畸變）大小，相位失真是指信號由放大器輸入端到輸出端產生的時間相位差，相位差過大時會影響負反饋線路的穩(wěn)定性，并與相位失真和瞬態(tài)互調調失真有較大的關系，Hi-Fi放大器的相位失真在20-20KHz頻率范圍內應控制在±5%范圍內。
B、諧波失真( Harmonics Distortion)
物體在受到外界的干擾振動后會出現(xiàn)一個呈周期性衰減振動。例如，兩端固定的吉它弦線在中部受到彈撥時，會產生一個肉眼可見的大振動，這個振動稱作基波（Fundemental），弦線除了沿中點作大幅度擺動外，線的本身還有許多肉眼很難看到的細小振動，它們的頻率都比基波高，這些振動頻率被稱為諧波（Harmonics），樂器產生的諧波常叫做泛音（Overtone）。除了由信號源產生諧波外，聲音振動波傳播時遇上障礙物產生的反射、繞射和折射也會產生諧波。
放大器線路中的各種各樣電子元件、接線和焊點會在一定程度上降低放大器的線性表現(xiàn)。當音樂信號通過放大器時，非線性特性會令信號產生某種程度的變形扭曲，即相當于在信號中加入了一些諧波，這種信號變形的失真稱為諧波失真。諧波失真一般用百分比來表示，百分比數(shù)越小即是放大器產生的諧波少，也就是說信號波形的失真較低。
廠商在標注產品的諧波失真時，一般只給出如0.1%單項數(shù)據(jù)，但由放大器產生的諧波，卻是與信號頻率和輸出功率有關的函數(shù)關系。當輸出功率接近最大值時，諧波失真急劇加大，特別是晶體管放大器會因接近過載（Overload）會發(fā)生將信號的頂部齊平削去的嚴重波形畸變失真。
但是膽機產生的諧波失真頻率是基波頻率2、4、6、8…倍（即偶次諧波），因此偶次諧波雖然也是失真，但由于其頻率是基波的一倍，它可以和基波組成音符上的最和諧、動聽的純八度和聲，這也是造成膽機聲音甜美、樂感豐富的一大原因。盡管這種聲音可能會很動聽，但是卻和高保真的要求相左。高保真放大器的諧波失真一般應控制在0.05%以下，目前許多優(yōu)秀的放大器失真度均可達到這個要求。
C、互調失真（Intermodulation Distortion）
簡單來講，合成的信號稱為調制信號，互調失真是指整個可聽頻帶中高低頻混合成全頻的過程引起的失真。產生互調失真的過程其實也是一種調制過程，這是因為每個電子線路或每臺放大器非線性作用下，不同頻率的信號會自動相加和相減，產生出兩個在原信號中沒有的額外信號，當原信號為N個時，輸出信號便會有3N個，可想而知，可聽頻帶中由互調失真所產生的額外信號數(shù)量相當驚人！
由于互調失真信號全部是音樂頻率的相加相減得出的信號，因此人耳對它較為敏感，雖然互調失真和諧波失真都是由放大器的非線性引起，兩者都是在正弦波中加入一些額外的頻率成份，但它們性質并不相同，諧波失真是對原信號波形的扭曲，它就算是單一頻率信號通過放大線路也會產生失真、但互調失真卻是不同頻率之間的互相干擾造成的，放大器中互調失真往往大于諧波失真，而且它的測量遠比諧波失真復雜，而且在今天仍未有統(tǒng)一的測量標準。要大量降低互調失真，可采用電子分頻方式來限制每路放大器和揚聲器的工作頻帶。
D、瞬態(tài)互調失真（Transient Intermodulation Distortion）
瞬態(tài)互調失真，簡稱TIM失真，這是在70年代才公開發(fā)布的失真，它與負反饋關系密切。眾所周知，負反饋（Negative Feedback）的作用是將輸出值倒相變?yōu)樨摂?shù)，隨后將之反饋到輸入端，和設定值相減，得出誤差信號，然后控制器就會根據(jù)誤差大小作出修正，從而大幅度減少失真。
但由于負反饋使輸入信號和反饋的輸出信號相減，降低了信號電平，當負反饋量大到使輸出信號降低到和輸入信號電平相同，即整個線路完全沒有放大時，這種放大器叫緩沖放大器（Buffer Amplifier），它有輸入阻抗高，輸出阻抗低的優(yōu)點，常被用來作阻抗匹配使用。如要要使輸出信號有較大的電平，那放大器的增益要相應加大，而這在膽機和晶體管機中并不困難。
但負反饋在有效地降低失真時，卻引起新的失真即瞬態(tài)互調失真，這種失真在晶體管（石機）上機最為嚴重。這是因為石機常用高達50-60dB左右的深度負反饋來提高工作穩(wěn)定性和減少失真，雖然此時晶體管機將輕易獲得較高的技術參數(shù)。但有得也有失，為減少由深度負反饋所引起的高頻寄生振蕩，石機一般要在前置推動級的晶體管集電極和基極之間加入一個小電容，使高頻段的相位稍為滯后，但無論電容的容量如何小，也要有一定時間來充電，當信號中含有高速瞬態(tài)脈沖時，電容充電速度跟不上時，這一瞬間線路是處于沒有負反饋狀態(tài)，這個時候由于輸入信號沒有和負反饋信號相減，造成信號電平過強，使放大線路瞬時過載（Overload），由于石機負反饋量大，過載強度更高，常達到幾十倍以上，此時輸出信號會出現(xiàn)削波（Clipping）現(xiàn)象，瞬態(tài)互調失真由此產生，由于石機中這種失真出現(xiàn)最多，因此該失真常被稱為“晶體管”聲。
雖然負反饋的時間延遲很難解決，但要減少其影響，可用大環(huán)路淺度負反饋，這樣就算有負反饋時間延遲，輸入信號也不過強；另外也可用多級負反饋，這樣由于反饋時間快，路徑短，不容易誘發(fā)瞬態(tài)互調失真。此之外，在設計制作時還應盡量利用各種屏蔽和濾波措施來減少各種高頻干擾信號進入放大器，這些射頻干擾雖然人耳聽不見，但它們的頻率很高，極易誘發(fā)瞬態(tài)互調失真。
瞬態(tài)互調失真是當信號速度超過放大器的瞬態(tài)響應能力范圍之外才會發(fā)生的，另外，除了這處失真外，過快的信號也會產生另一種即振鈴（Ringing）失真現(xiàn)象，當輸入信號速度快而幅度小時，最先出現(xiàn)的是振鈴現(xiàn)象，當這個信號的速度快到某種程度時瞬態(tài)互調失真也會出現(xiàn)，但當信號速度快兼幅度大時，是直接進入瞬態(tài)互調失真狀態(tài)。各種各樣的速度快但幅度小的高頻干擾噪音，最容易引發(fā)振鈴，這就是音響設備要有完善的抗干擾措施的一大原因。
E、界面互調失真（Interface Intermodulation Distortion）
這種失真較少為人知道和提及，它和下面提到的阻尼系數(shù)一樣，不但和放大器線路有關，而且和音箱也有很大關系。因此在介紹這兩項指標前，應先了解音箱有關這方面的特性。目前的音箱所用的單元絕大部分是采用動圈式喇叭，其主要結構包括有一個產生磁場的永久磁鐵和一個音圈，嚴格來說動圈式喇叭屬于一種特殊的直流馬達，只不過音圈只需要的是直上直下的來回活動而不是旋轉。
不管是交流馬達或是直流馬達都有可逆性的，也就是講在某種條件下它們能充當發(fā)電機，直流馬達其實在結構上和直流發(fā)電機沒有什么區(qū)別，永磁式直流馬達的轉軸轉動，就能在接線端上產生出一定的電壓，同理，動圈式喇叭的振膜運動時就會在接線端上產生電壓，電壓的大小與運動的速度和幅度有關。
由于非線性化和損耗的關系，揚聲器不能對放大器輸出的全部電能加以利用，因此會有剩余電能產生，當放大器輸出的電能無法全部轉變?yōu)闄C械能量時，多余的電能必定會在揚聲器音圈中產生出額外的反電動勢（Back emf），這個反電動勢會由喇叭線反饋到放大器的輸出端，然后根據(jù)放大器內阻的大小形成一個電壓，這個電壓會被負反饋線路反饋到輸入端，和輸入信號打成一片，使中低頻聲音混濁，此時的分析力和層次感會大大減弱。這時產生的問題稱為界面互調失真，另外由于振膜的機械慣性原因，在音圈中也會產生多余電能，這會使揚聲器的低頻控制力變差。
界面互調失真和喇叭內阻和負反饋線路有關。
降低負反饋量和放大器內阻（即提高阻尼系數(shù)），能減少界面互調失真的影響，同時Bi-Wird雙線接駁也是另一種改善方法，因為高低音分開傳輸能使低頻的反電動勢不能對高頻信號產生影響，從而有效改善地音質，這也是為什么我們在雙線接駁的系統(tǒng)上聽到的音質更清晰一些的緣故。
F、阻尼系數(shù)（Damping Factor）
阻尼系數(shù)是功放額定輸出阻抗，它是取揚聲器輸入阻抗和放大器輸出內阻之間的比例，并表示對某一個過程中進行變化的物理量加以抑制的狀態(tài)。在揚聲器中，要抑制振膜在沒有信號輸入的情況下所作的慣性振動。揚聲器的振膜是不能用機械阻尼方式來制動的，它只能使用電磁方式的阻尼，而這種方式要求系統(tǒng)必須盡量處于發(fā)電機狀態(tài)。
前面曾說到揚聲器會很容易進入發(fā)電機狀態(tài)，當輸入信號消失后的一瞬間，揚聲器振膜在慣性作用下還在振動。此時會在音圈中產生出一個感應電壓，這時如果放大器輸出內阻不大時，就相當于在揚聲器端子上并接一個小電阻，音圈上的感應電壓就會產生一個較大值的電流流經放大器的內部線路，就是說揚聲器這時已成為電源，而放大器的功率輸出級線路卻變成負載。根據(jù)電磁感應定律，這個電流是音圈在永久磁鐵的磁場中振動所產生的，所以這個音圈電流肯定會產生一個和振動方向相反的力去抵消振動。放大器的內阻越小，電流就越大，抵消慣性振動的作用也就越強。揚聲器在重播低頻時的振幅最大，所造成的慣性振動也最嚴重，如果此時不加以抑制會使低頻控制力變差，缺乏力度、彈性和層次感，但過份抑制則會使聲音變得干瘦。
膽機因為有輸出變壓器的線圈電阻存在，阻尼系數(shù)不能做得很大，相反，晶體管機采用多管并聯(lián)等方法可輕易將阻尼系數(shù)提高到100-500，不同的阻尼系數(shù)也就造成了不同的揚聲器和放大器之間組合會有各種不同音色表現(xiàn)。
對采用了大環(huán)路負反饋的放大器來說，阻尼系數(shù)并不是唯一會對揚聲器進行制動的方法，因為揚聲器的慣性振動電流流經放大器時，將會產生某個數(shù)值的電壓，負反饋線路會將之反饋到輸入端，使放大線路認為出現(xiàn)了一個不該出現(xiàn)的失真電壓，于是使產生一個反相信號加以抵制。這種制動稱為“反接制動”（Plugging）。這種制動方法在理論上并沒有問題，但實際應用時卻有來自負反饋的麻煩。
因為揚聲器由振膜振動產生的電壓，并不會像麥克風那么準確，所以放大器產生的抵消電壓也不可能做到完全和振動方向相反、大小相等。結果是使抑制過程出現(xiàn)不穩(wěn)定，低頻迅速減弱，這個過程其實和界面互調失真的過程非常相似。這就是一些晶體管放大器的低頻控制力比不上膽機的原因。一般來說，阻尼過大時低頻偏干瘦，而聲音拖尾音過長時是阻尼偏小。
H、轉換速率（Transient Response）
除了因放大器大環(huán)路負反饋的時間延遲誘發(fā)瞬態(tài)互調失真外，放大器轉換速度慢也令瞬態(tài)互調失真升高。放大器的轉換速度是指放大器對猝發(fā)信號或脈沖信號的跟隨或響應能力，即瞬態(tài)響應能力。它是衡量放大器性能的一大指標。放大器的響應速度一般是用電壓轉換速率（Slew Rate）來衡量，其定義是在1微秒時間里電壓升高的幅度，就是方波來測量時就是電壓由波谷升到波峰所需時間，單位是V/μs，瞬態(tài)響應越高，數(shù)值愈大。優(yōu)秀的放大器轉換速率都在15V/μs以上。對于聲音精要求不高的系統(tǒng)，我們可以單獨選擇瞬態(tài)響應或頻率響應去判斷器材的性能，但在要求高的系統(tǒng)中，兩者都要考慮。
提高瞬態(tài)響應速度最簡單的辦法是采用高頻特性佳的元件，并用適當?shù)沫h(huán)路負反饋來改善。
I、信噪比（Signal Noise Ratio）
信噪比是信號噪聲比的簡稱，它是指信號電平與噪聲電平之比值，通常以分貝（dB）為單位，當信噪比為100dB時，輸出電壓是噪聲電壓的一萬倍。除了信噪比外，放大器噪音大小也可以用噪聲電平來表示，但這種方法是用電壓來計算的信噪比數(shù)值，它的分母是一個固定的0.775V，而分子則是噪聲電壓，因此，它得出來的噪聲電平是絕對值，而信噪比是相對值。
不少產品說明書中的信噪比數(shù)據(jù)后面，常會標注有A計權，其意思是指將某一數(shù)值按一定方式修改過，由于人耳對中頻特別敏感，當一臺放大器的中頻段信噪比較高時，那么就算低頻和高頻段的信噪比較低，人耳也不易察覺。以信噪比計權方式測量時，其數(shù)值多是以中頻段比為參考，此值肯定比不采用計權方式測量值高幾個分貝。
放大器如果信噪比指標較高，那重放的音樂背景則較寧靜，由于噪聲電平低，原來很多被噪聲掩蓋著的弱音細節(jié)會顯現(xiàn)出來，使空氣感加強，動態(tài)范圍增大。一般來講，放大器的信噪比要有85dB以上才有較佳的聽感，如低于此值時有可能在音樂間隙中聽到的噪音。由于信噪比和功率或電壓成對數(shù)關系，要提高信噪比則要提高信號電平和噪聲電平的比值，但這并不是一件輕而易舉的事。
結束語
當前的放大器技術已很難在線路設計和材料運用方面有突破性進展，每前進一步都不容易，那些高質素的器材也只能是靠近乎苛刻的認真、以大量的瑣碎技術精益求精，一點一滴去改善，這也使得成本和成果愈來愈不成比例，其實有很多Hi-End器材，之所以得以面世，它們所投入的研究成本往往是驚人的，因此，市場上所謂“高性價比”只是相對，沒有大量的投入，不論是技術或是產品都是以難以推陳出新的，盡管有時候成果可能只是某項指標的小進步，但如果不愿鉆研和付出，那永遠不會有進步和收獲。 |
