科學角度看音響4：元件與失真關係式，泛談4類放大器原理

轉換效率高是優點

D類放大器現今廣泛用在各種地方，包括手機和電腦的電源供應器都能看到蹤跡。既然D類放大器可以控制輸出波形，那麼我們也可以用D類放大器輸出固定的電壓維持不變，這樣不就成了電源供應器了？D類擴大機的能源效率非常好，可以超過80%，也就是電力幾乎都輸出到了負載端沒有浪費，所以它不易發熱、省電，又可以做得很輕巧。一台200w的D類擴大器，可能不到10公斤，但是A類就非常可能超過30公斤。D類擴大機尚有一個優點，就是有無敵大的輸出負載能力，就算喇叭的阻抗很小很難推，它也可以推得嚇嚇叫，低音雄壯又有力。

輸出波形不完美

D類擴大機的音質問題也不小，首先放大元件開關是有時間差的，所以輸出波形是永遠無法達到平滑的地步，這些鋸齒就是失真和雜訊。就算放大元件完全沒有時間差，這個全力輸出的動作在數學上本身就是種高頻訊號，而且出現頻率和訊號的頻率及振幅都相關。D類擴大機是充滿高次諧波失真的東西，聲音是非常粗糙的。

就算D類的數據量起來都很好看，但是人耳就是聽得出來。我們往前複習一下，水電工之前特別說過，某種類型的失真能量或雜訊能量，用RMS平均法算起來都很小，但是事實上是很大的，況且人耳是聽得出來那種巨大的差異。D類擴大機的諧波失真很不巧就是這種類型，事實上B類和AB類的接合誤差也是這種類型的雜訊。但D類擴大機在愈接近滿載時，它的諧波失真就多到可怕，好比一台可以輸出100W的D類擴大機在輸出10W時，諧波失真可能只有0.0001%，在50W時就很可能到了1%，在100W全力輸出時則很可能高達10%。10%的諧波失真有多明顯？水電工打個比方，有沒有聽過用大聲公放音樂或唱歌？聲音就是那麼破。

所幸在電子元件的速度及控制線路進步之下，D類放大器已經能達到不錯的境界。目前的高階D類放大器所放出來的聲音都有一定的水準，甚至在不接近滿載時，它的聲音都比B類的都可以好上一截。D類放大器為了精準控制輸出量，通常也會使用負迴授來控制開關時間，若是迴授量過大也常導致聲音糊掉就是了。

高度複雜的音響技術

美國晶體音響設計大師Nelson Pass(Pass Lab的創辦人)，在談到真空管機音色可以如此豐富多變時，也曾提到被動元件的影響巨大。他認為輸出變壓器本身，就是造成了真空管機聲音如此多樣化的主因。

事實上變壓器就是2組交互感應的電感，電感對於交流訊號的反應非常複雜，包括頻率響應的不平坦、相位角的偏差、諧波失真等等。要說明這些東西，水電工或許必需再用好幾段來談談這些被動元件的影響和規格。

接下來的幾篇，很難免地會談到某些線路的事情，也希望各位讀者持續捧場，想想以前拜在電子學大師門下卻常常蹺課，現在卻怕文章被自己的讀者拿來包雞排，真所謂現世報。(作者:台灣水電工) 

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