什麼是擴大機? A類B類真的有差別嗎?

擴大機是一個在生活中很常常會聽到、知道跟音響有關，但到底是幹嘛用的又有點說不上來的奇妙東西，在帶到今天的主題之前，我們先來簡單介紹一下什麼是擴大機吧。

擴大機(Amplifier)的功能在於放大訊源發送的音頻訊號，而訊源指的就是手機撥放的mp3檔，或是麥克風、樂器輸出的訊號。因為訊源本身的強度太弱，沒有辦法直接推動喇叭的單體讓他發出聲音，這時候就需要靠擴大機的幫助啦。
擴大機的結構可以分成 1.前級擴大機和 2.後級擴大機兩種，也會有把前級和後級做在同一台的綜合擴大機，不過運作的原理也是一模一樣的。

1.前級(Preamp)
前級的工作是要加強訊號的電壓，把mic level、inst level的訊號增大至line level，以便驅動後級負載，音量的調整、增益和調整音色都是在前級完成。

2.後級(Poweramp)
後級則是要把已經讓前級加強過電壓的訊號，再放大他的電流，變成speaker level，讓被增強後的訊號有足夠的功率去推動負載較高的喇叭單體。

 
▲擴大機運作的過程。

雖說擴大機的功能就是要增強訊號，但是擴大的電路設計，也會影響音色的還原度和效率，在不同類型的擴大方式中，最常被拿出來討論的就是 1.線性度 2.效率 兩種。

1.線性度(Linearity)
在放大訊號的時候，無法避免的一定就是會改變原始的波型，所以在設計放大電路時盡可能降低失真程度是非常重要的考量點。

2.效率(Efficiency)
但追求高度還原的放大方式，能量使用的效率也通常較差，簡單來說就是耗電，其他沒有轉換成功的能量會化為熱能散失，因此機身的溫度高低也會受轉換效率影響，連帶影響零件的壽命長短。

接下來介紹不同類型的擴大機，也是以線性度和效率作為主要的比較。

A類擴大機

 

A類擴大是音色還原度最高的一種放大方式，同時效率也非常低。

在訊號輸入周期都是導通的狀態(包含正周波和負周波)，因此即使是沒有訊號輸入時，擴大機也是持續在耗電，也因此A類有最好的線性度，而不會產生B類、AB類的交互失真(Crossover Distortion)問題。


▲A類擴大能在放大輸入訊號(藍色)的同時，達到最小失真的輸出訊號(綠色)

 
雖然A類能提供最低失真的音色，但它的效率只在15%-30%之間，大部分的電能都化作溫度散失了，所以機身溫度都很燙，基於散熱考量機器也只能做的很大台又笨重，在高溫高電流的環境下放大元件(電晶體or真空管)也時常需要更換。
由於A類放大的聲音有非常低的失真度，即便缺點甚多，仍有許多音響發燒友願意花大錢追求幾乎沒有失真的音色。
線性度: ★★★★★
效率: ★


▲說到A類放大音箱第一個會想到的就是MATCHLESS了

B類擴大機

 

也因為A類擴大實在是很沒效率，B類擴大就採用不同的設計方式，分別有兩個輸出放大器來處理音頻訊號的正波和負波，再由晶體整合輸出，處理正波的在工作時，負責負波的就停止，反之亦然。因此B類放大能夠有接近80%的轉換效率。

但B類放大有一個主要的問題是在兩個輸出放大器一開一關之間，會導致正負波交點的線性不連續，也就是前面提到的交越失真(Crossover Distortion)，使聲音較為粗糙。

 
▲B類擴大的方式會有較嚴重的交越失真，正負交點處有不連續的斷層。

B類的設計方式讓他的聲音註定會失真，比較多使用在FM收音機或床頭音響這類對音色比較不要求的產品。
線性度: ★★
效率: ★★★★

AB類擴大機


和B類放大一樣，AB類放大也有兩個輸出放大器分別處理正波和負波，不同的是輸出放大器導通的時間大於B類的半個周期，在音量小時用A類的放大方式，音量大時使用B類的放大方式，因此能夠有更佳的線性度，讓交越失真(Crossover Distortion)的程度小於B類。

▲AB類擴大有比B類更小的交越失真，和更好的線性度

和A類、B類相比，AB類放大解決了A類嚴重的能量散失，失真的程度也比B類好上許多，但線性度表現略差於A類，效率也低於B類(效率約50%~70%)，算是介在A類和B類之間的設計，顧名思義。
AB類擴大機常見於家庭劇院和樂器用的音箱，許多經典的電吉他音箱如Fender Twin Reverb和Vox的AC-30都是採用AB類放大。

線性度: ★★★★
效率: ★★★


▲深受吉他手喜愛的Fender、Marshall、Vox經典款音箱幾乎都是AB類放大。

D類擴大機


D類擴大機的運作原理比較特別一些，使用從類比波形訊號和開關式電源快速導通和關閉的高頻三角波形進行電壓的比較，透過兩個波形的交點，可以取得用寬窄表示的脈波訊號Pulse Width Modulation(PWM)，這屬於一種數位採樣。這個高振幅的輸出通過低通濾波器(LowPass Filter)進行把三角波的高頻濾掉，變回能推動喇叭單體的類比訊號。

 
▲採樣三角波(紅色)和訊源波形(藍色)的交點，轉換成寬窄不一的矩形脈衝波信號。

D類的優點在於有非常高的效率(約90%)，高效率也意味著不會有過多的散熱需求，機身也能做的更輕巧。雖然早期的D類聲音表現較差，但技術的進步也讓他的音色越來越優異。
D類擴大機常用於耳機擴大器、地板型音箱頭等便攜型的產品。

線性度: 無
效率: ★★★★★


▲近期討論度頗高的Bluguitar AMP1，D類放大的特性讓他能以便攜的體積做出巨大的音色。

有一好通常沒兩好，追求高度還原的放大方式，電費用很兇體積很大佔空間還很燙，追求經濟高效率的放大方式又會有明顯的線性失真，總是得做出一些取捨。也希望各位在看完這篇文章後，能根據自己的需求找到最適合的擴大機種類喔。