如果我递给您一个扬声器说：输入100瓦粉红色噪音怎么办？您将如何进行？如果您必须停下来，思考和制定流程，那么您不是唯一的一个。为什么看似如此简单的东西却实际上如此复杂？也许我们正在使它变得比实际更难。

传统智慧

功率放大器性能的最简单视图是“瓦特数”。这来自计算公用电源电路的负载方式（请参见图1）。这也是管理加载变压器分布扬声器系统的方式（请参见图2）。这些分配系统假定电源具有固定的额定电压和有限的可用电流。当负载增加到电路中时，电压保持不变，并且总电流随着负载阻抗的下降而增加。假设功率是电压和电流的乘积，并且电压是固定的，则可以通过简单地求和所有连接的设备消耗的功率并确保可用的功率超过所需的功率来评估电路的负载。这种“基于功率”的计算系统可实现其预期目的，即防止源超载。

当然，在采用分布式变压器的扬声器系统中，音频波形很少是正弦波。但是，我们仍然可以像以前那样进行计算处理。只需使用额定分配电压进行数学运算，然后替换您选择的音频波形即可。同样，此基于功率的计算系统可按预期目的运行，即防止源超载。

尽管这种放大器性能的概念足以满足市电电源电路和变压器分布的声音系统的要求，但对于放大器/扬声器接口的详细分析以及在放大器品牌和型号之间进行有意义的比较而言，它仍然是远远不够的。

让我们首先建立一些惯例，这对于我们超越“瓦特数”的放大器模型而言是必不可少的。

电能与功率

功率就是运动的能量。当能源连接到负载并且电流流动时，它便成为电源。能量的单位是焦耳，功率的单位是瓦特。要理解至关重要的一点，关键是要记住1W等于1J/s。这样，功率就是一个比率。没有随附时间度量的额定功率是没有意义的。“瞬时功率”是一种矛盾现象，是一种数学结构，而不是物理量。必须考虑一个时间跨度，以了解有多少能量在流动，因此，该源产生了多少功率。如果指定的额定功率没有时间指标，则表示该额定功率是连续的。

最大功率传输

最大功率传递定理指出，当源阻抗与负载阻抗匹配时，就会在源和负载之间发生最大功率传递（见图3）。结果是将50％的电源功率传递给负载。由于功率是电压和电流的乘积，因此阻抗匹配条件可确保两者均起作用。因此，通常会假设放大器的阻抗应与扬声器匹配。但是实际上，情况并非如此。

效率

通过使负载阻抗远大于源阻抗，可以大大提高传输效率（参见图4）。结果就是恒定电压接口，其中放大器的电压是可从电源获得的最大电压，不受负载阻抗值的影响。电流消耗取决于负载阻抗，并且仅限于可从源头获得的电流。我们已将最大理论功率传输换成了效率，这是值得努力的。阻抗不匹配是固态音频功率放大器的普遍做法。它还产生了其他一些重要的好处。我将在本系列的后面部分介绍这些内容。

瓦特增益

表征放大器时，通常只考虑一个数字（即以瓦特为单位的额定功率）。功率额定值间接显示了放大器的增益。逻辑很简单：如果扬声器通过在扬声器上施加1W功率（灵敏度），可以在参考距离上产生给定的声压级（SPL），那么功率“更多”的放大器会产生SPL的增加（参见图2）。5）。可以通过以下方式估算出分贝（dB）的增益：

dB = 10 log W/1

用10W放大器代替1W放大器将产生10dB的增益。

真正的目标

尽管此模型适用于餐巾纸数学和随意讨论，但它基于一些在实践中不正确的假设。看一下简单的功率方程式就可以找到原因。

W = E2/R

我们已经确定，放大器到扬声器的接口已针对电压传输进行了优化，以提高其效率。另一个好处是，放大器的电压变得与负载阻抗的值无关。这很重要！扬声器的阻抗与频率有关（请参见图6）。该阻抗曲线不会影响放大器的输出电压，因此不会影响其频率响应。这是为什么使用恒压接口代替匹配接口的第二个原因。放大器的效率和保真度都大大提高了。

假设扬声器的阻抗曲线是固定的，那么功率的任何变化都来自施加电压的变化。“瓦特表”就是一种电压表，它根据测得的电压来计算功率。阻抗固定时，电压也一样，功率也一样。

由于放大器的输出电压与负载阻抗无关，因此有必要对扬声器使用参考电压的灵敏度。这既简单又致命。几十年来，它一直是音频的标准做法。 1W/1m的灵敏度规格实际上是2.83V/1m，其中2.83V基于负载是八欧姆电阻的假设。可以使用任何电压，但是2.83V可以保持与传统做法的连接。因此，由于放大器较大而产生的增益如下：

dB = 20 log (E/2.83)

其中E是放大器的均方根（RMS）输出电压。请注意，该计算没有功率。

电压业务

信号链中放大器之前的组件只有一个目的-即雕刻要施加到扬声器的电压波形。所有的滤波器，效果和处理都会影响该电压。放大器的工作是在不改变其特性的情况下应用增益并将其传递到扬声器。理想的放大器是线性和中性的。只是一个增益块，如下所示：

dB = 20 log Eout/Ein

现在，我们正在处理电压，我们可以使用电压表来量化放大器的行为。这可以是用于正弦波或噪声的单值测量的简单模拟或数字单元，也可以是用于生成电压，失真，增益等的响应图的复杂的双通道快速傅立叶变换。这允许在各种负载条件下进行极其精确的响应测量。

如果需要，可以使用功率方程式以瓦特表示测得的电压。值得记住的是，所有额定功率只是变相的额定电压。测量电压，并使用功率方程式计算功率。具有讽刺意味的是，功率放大器的作用不是将最大功率提供给负载，而是保持电压波形的形状。当放大器加载时，功率可以增加，但是保真度可以降低。图7显示了一个放大器，该放大器在16欧姆和8欧姆时充当恒定电压源。即使功率增加，在四欧姆时电压也会下降。由于该电压降是动态发生的（取决于电源电平和频率），因此放大器是非线性的。

粉色轨迹显示了对四欧姆电抗性负载（即扬声器）的响应。注意与频率有关的输出电压。大多数放大器在8欧姆时满载，这是功率额定值可能会掩盖的事实。

结论

为了充分考虑放大器的性能，我们必须放弃“瓦特数”的思维方式，而应将其视为电压源。只有这样，我们才能有意义地评估其在各种负载条件下对于各种信号类型的性能。这样可以评估放大器对特定应用的适用性。它还允许在品牌和型号之间进行有意义的比较。

所有的1kW放大器都一样吗？当然不是！但是您可能无法通过查看它们的额定功率来确定差异。

图1：市政电路。

图2：变压器分布的扬声器系统。

图3：阻抗匹配的接口将一半的电源功率提供给负载。增加或降低负载阻抗将降低负载的功率。

图4（顶部）：阻抗不匹配界面。虽然产生的功率远小于负载与源阻抗匹配的理论上可利用的功率，但几乎所有的电能都传递给了负载。

图5（底部）：测量扬声器灵敏度的参考条件。

图6（顶部）：扬声器的阻抗图，显示其简化的，额定的阻抗。

图7（底部）：在各种负载条件下，放大器的输出电压。

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