音频碎碎念（八）—— 放大器输出级

今日Hifi玄学：终于看到了放大器的输出级。但越看越觉得这玩意就是一门玄学。。一些笔记和感想：

1. 阻抗匹配：音箱的阻抗会随着频率大幅变化，比如一般标称8欧姆阻抗的音箱，实际的阻抗会在3欧姆到40欧姆之间变化。相比之下，电子管放大器的阻抗一般大于0.4欧姆，固态放大器一般在0.08欧姆附近。所以这俩一串联，音箱分配到的能量可能会有1分贝的变化，非常可观，会影响听感（等于加了一个EQ）。而且这玩意很难事先纠正，因为第一放大器自己的阻抗也会随着频率变化，第二每个音箱/耳机的阻抗随着频率变化的方式也不一样。这就是爱好者说的器材的匹配。有可能某个放大器和某个音箱阻抗分配以后带来的EQ正好就很好听，也有可能另一个组合就很难听。
2. 我们经常听到的甲类功放，乙类功放，甲乙类功放说的就是放大器的输出级。上一次也提到，输出级第一是把放大器的输入阻抗降低，来降低阻抗匹配的难度，一方面也解决了一些现实的工程难题——能量转化效率。相关的资料比较多，这里不再讨论细节。只是想分享一个教材的对比。国内教材一般会说，输出级有甲类，乙类，甲乙类，分别有什么优缺点，用在什么地方。框架是告诉你一些现成的知识。但国外的教材会让你重走这个发明的过程，最简单的设计是甲类，但能量利用率太低了，所以可以改进一下，变成了乙类，但这样又有交越失真，所以又改进变成了甲乙类。但有时候这种设计能量利用率还是不够，比如特别高频（MHz）的时候。所以又有了G类。就一步步让你懂了为什么会有这样的设计，等于跟着重新发明了一遍放大器输出级。体会自然就深很多了。D类输出级是另一个大坑，主要的好处是跟数电结合起来，有了无穷多的数字芯片可以使用，坏处是频率也因此高了很多，就是一个行走的干扰源。
3. 所以放大器整体就介绍完了，下面主要分析放大器的失真到底来自哪些方面。之前就提到过，放大器本身的增益会随着频率，电流/功率，温度而变化，引入失真。输出级还会引入额外的失真，比如乙类有交越失真，甲类特别烫有温度引发的失真。不同器材的匹配比如阻抗特性也会引入失真。

下面是一些思考。

1. 令我很意外的一点是，放大器的设计学得越多，越觉得它是一门玄学（It’s more like an art）。比如在看教材的时候，它会给很多经验性的东西：这个电容不要小看它，一定要用贵的。这里电压虽然只有几V，但买电容的时候要买耐压50V的。这个电阻温度随着温度一变，失真就上去了，但是你可以把它贴在别的发热元件的散热鳍片上，这样温度就稳定了。就非常骚你知道吗。还有一些地方教s材会建议宁愿引入一些额外的失真，也要这样设计，因为可以改善负反馈电路在某些极端情况下的稳定性。所以我因为两点原因觉得玄学：第一是这个东西牵扯到的因素太多了，也不像软件那样可以写程序系统性穷举，快速迭代，所以都是老师傅口耳相传，你知道一个技巧，做出来的就比别人好。就好像50年前的镜头设计。第二是里面的权衡（trade off）实在是太多了，很多时候这甚至是很主观的东西。比如前面说的失真和稳定性的权衡。什么情况下负反馈电路会失稳震荡？要牺牲多少失真来换取稳定性？0.001%？0.01%？0.1%？没有一个确定的单一的客观指标来指导我们取舍。
2. 这又牵扯到另一个问题，哈曼神教。顶着“理性Hifi科学派”的帽子的哈曼神教的主要观点是，测SINAD/THD/频响等几条简单的曲线就可以给放大器排序了。这个其实是非常不科学的。比如上面的例子，老师傅会把一个温度敏感的电阻粘到发热元件上，这有个trade off是需要暖机。这个放大器可能需要开机15分钟，等元件都热起来到达预定温度了阻值才准，失真才小。但一旦暖机了，不就比没有这个设计的放大器失真更小了。其他放大器也有可能今天室温正好就是设计温度，失真很小。到了冬天就不行了。总之这里面指标太多了，需要非常系统的测量。哈曼神教整体思路我是支持的，但一方面测量过分简单，一方面过分自信/迷信，攻击观点不同的爱好者搞玄学，这就不好了。不过这也许反而是科学派的好处——它可以证伪。
3. 所以学了半天放大器设计，声学工程，最终结论是这玩意是个玄学。那有啥用呢？我觉得有两个作用，第一是吃过见过，建立一个基本的正确观念，看到伪科学的时候就可以鉴别。比如不论是科学派还是玄学派讲到集肤效应，电磁干扰，阻抗匹配，鸭类功放的时候，都知道是什么意思，不会被忽悠。第二是有个大概的判断哪些东西是重要的，哪些东西是不重要的。比如玩音箱听音环境是重要的，但（非D类）放大器电磁屏蔽是不重要的。网上绝大多数文章说的阻抗匹配（匹配阻抗的数值）并不重要，但是匹配阻抗随着频率变化的曲线很重要。当然，这些可能主要是抵挡商家宣传话术的时候用，最终还是得去店里实际听，喜不喜欢自己知道。

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