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技术文章 | 入行10年,却不理解什么是恒定电压?
更新时间:2019-9-12 11:03:00 编辑:温情 文章来源:易科国际 调整文字大小:【

  恒定电压是音频行业中比较难理解的一个术语。本文作者Pat Brown将为大家详细讲解这个术语。
  
  不熟悉音频行业的人经常被许多带主观性质的音频术语所困扰,因为那些术语在不同语境中可能指代不同的对象。下面是一些示例:
  
  Bridge:桥接
  
  ● 指功放操作模式,该模式一般串联两个通道,以获得更大的电压摆幅。
  
  “Let’s run the amplifier bridged to get more output voltage.”
  
  “我们桥接功放,扩大输出电压吧!”
  
  ● 指在元件的输出端并联高阻抗负载。
  
  “Bridge your voltmeter across the loudspeaker line to check the voltage.”
  
  “在扬声器线路上桥接电压计以检查电压。”
  
  ● 指电脑网络数据交换机。
  
  “We need a new network bridge in the office.”
  
  “我们的办公室需要新的网络桥接。”
  
  Terminate:接端子;匹配阻抗;终止
  
  ● 给电缆连端子。
  
  “The wiring is pulled, but it still needs to be terminated.”
  
  “已经拉好线了,不过还需要接端子。”
  
  ● 指信号源和负载的阻抗匹配。
  
  “That old passive EQ needs to be terminated to function properly.”
  
  “那个老旧的被动式EQ要做阻抗匹配才能正常使用。”
  
  ● 指终止电脑程序或活动。
  
  “Terminate the program and let’s try a reboot.”
  
  “关掉那个程序,我们试一下重启。”
  
  “Constant Voltage:恒定电压”
  参考
  Constant Voltage的字面意思就是,无论电压值是多少,都不会随着时间发生变化。但是恒定电压的实际指代和字面意思不同。
  电气工程定义
  电器工程领域对恒定电压的定义与电源如何驱动负载相关。如果负载相对于源阻抗,具有非常高的阻抗,那么负载上的电压与负载阻抗值不相关。例如,我有输出为100 Ω的调音台,它驱动10kΩ的负载,接口已经过电压输送优化,此时实际上所有的信号源电压都输送到负载,这是所有模拟音频接口的目标。如果负载阻抗增加到20 kΩ或30 kΩ,那么输入的信号电平(电压)不变。如果信号源阻抗降到50 Ω或增加到200 Ω,则负载的信号电平不变。信号源和负载之间巨大的阻抗不匹配会产生优化了电压的信号传输,这让特定信号源在信号传输时,变得与负载阻抗值不相关。
  不同的是,在阻抗匹配的接口,信号源电压受负载的巨大影响,连接负载之后,信号源电压会跌到开路值的一半。
  举个关于CV接口的例子:
  公用配电系统,比如家庭电路。你可以在电路断路器额定电流的限制范围内,连接尽可能多的设备,但是电压不受影响。这不是恒定电压,因为电压永远是120VAC;但这也是恒定电压,因为往电路添加应用的时候,120VAC并没有下降。


  
  图1 – 家用的公用电源接线使用了CV接口。


    总的来说,如果输出是低阻抗、输入为高阻抗,那么负载上的电压相同,不受实际阻抗值的影响,因为这是“恒定的”电压。这种惯例极大地简化了模拟音频接口。在大多数情况下,你只需要用合适的电缆把输出连接到输入即可。
  我总要提醒,这只是针对低频的做法(<20 kHz)。对于高频接口(视频、数字、RF),必须使用阻抗匹配(端子),才能保持信号的完整。
  

  图. 2 – 图示为恒定电压接口连接和音频输出到输入。可以在输出“桥接”额外的负载来接收相同信号,只要总阻抗不会造成线路过载(造成信号电压下降)。


  音频行业定义

  
  恒定电压在音频行业中的标准含义与功放通过降压变压器驱动一只或多只扬声器相关。功放以最高的电压工作,变压器先“降压”再把电压送给扬声器。这个功放的输出电压值不限,但是通常固定为某个标准数值,例如25 V、70.7 V或100 V。这些是功放中以正弦波信号作为参考时的RMS电压。当然,根据节目源的不同,实际的VRMS差距很大,大多数情况下,都和评估系统的正弦波不同。用一台功放驱动多台扬声器比较高效,比如应用在会议室场景中。某个人在某天决定称之为“恒定电压”分布系统,然后很不幸这种称呼一直延续至今。
  


  图.3 – 图示为采用了降压变压器的“恒定电压”分布系统。升压变压器的输出电压通常为25,70.7,或100 Vrms(正弦波额定值)。
  更让人不解的是,“恒定电压”音频分布系统的功放-阻抗电压是“恒定的电压”(上文提及的电气工程定义)。也就是说,线路上的电压和总负载阻抗不相关。否则,如果在线路中“桥接”了扬声器,所有扬声器的音量都会变化。
  笔者更愿意称之为“变压器分布扬声器系统”而不是恒定电压系统,但很明显后者更多人用,也在继续不断制造误解。
  是电压,不是功率
  在电器工程行业和音频行业中,电压都是大家关注的参数。人们精心设计接口,让驱动功放输入的信号电压能够按照预期影响扬声器的频率响应大小。我们用信号处理器处理的是信号电压。CV接口是必不可少的,有了它,在功放前的(模拟或数字)音频滤波器才能可预知地影响听众听到的音量大小。假设它是经过功率优化的接口(阻抗匹配),那情况可能就不同了。因为接负载(以及由此产生的扬声器频率响应)的电压会受扬声器阻抗曲线的影响。由于阻抗是固定的,并且电流会发生损耗,因此电压是唯一一个我们可以通过控制按钮或应用滤波器来直接更改的信号参数。
  我们经常接触“电压”,虽说电压常常隐藏在额定功率中。总之,我们只要记住,在“恒定电压”系统中,电压绝对不是恒定不变的。更准确地说,电压只是不受负载阻抗中的变化的影响。


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