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我心目中理想的擴大機
由於雜誌社的工作實在太忙,我在玩Altec A5喇叭的前期,實在抽不出空自己裝製我心目中最理想的擴大機來推我的Altec A5喇叭,而廠製的原裝擴大機雖然眾多,但都離我理想的擴大機相差太遠,沒有一台符合我的要求的,因此之前用過的擴大機都是暫時性的。
而今,我的Altec A5可說是已經玩到接近理想的境界,要想再升級,非得要動手設計我心目中最理想的擴大機,我的音響生涯中的「擴大機篇」於焉開始。
我在「玩盡ALTEC A5」一開始的文中,就提到我之所以要玩ALTEC A5喇叭,最大原因是為了可以使用我心目中最理想的擴大機。
什麼是我心目中最理想的擴大機呢?
大Power?大電流?亦或是全平衡輸出的擴大機?
當然都不是。
據我所知,擴大機的音質與輸出功率永遠是互相矛盾的,其實很多事物也都一樣,魚與熊掌是很難兼得的,不是嗎?
要好音質的擴大機,就不能兼有高輸出功率,因此唯有使用高效率喇叭,才能使用小功率的擴大機,獲得好音質。
為什麼輸出功率高就難獲得好音質呢?
因為要使擴大機的輸出功率大,就必需採用推挽電路,或並聯電路,但推挽電路或並聯電路卻是造成聲音不好聽最大的因素。
為什麼呢?我們知道所謂的「推挽電路」,是硬把一個完整的訊號,一分為二,成為上半波與下半波兩個波形,然後將這上下波分別由二個不同的放大器去放大,最後到輸出級再把這分離的上下波「接合」起來,成為一個完整的訊號。
試想這二組放大器的性能怎麼會一模一樣,而到最後的輸出又怎麼會將這上、下二個訊號「接合」的那麼完美,聲音又怎麼會好?
而並聯的情形也有點類似,並聯多個晶体或真空管,每一個晶体或真空管的特性也不可能完全一樣,使用多個晶体或真空管並聯只會產生複雜的相位差,使得聲音粗糙與聚焦不準。
既然輸出功率與音質不可兼得,那又該怎麼辦呢?
還是句老話,只有用高效率的喇叭一途,高效率的喇叭,只需要一點點的功率,就能推出宏大的音量,因此就可以使用單端且不並聯的擴大機,而不必使用推挽或並聯的擴大機,也因此就較能夠獲得好音質!
那我又為什麼更不要採用最近音響界甚為流行的「平衡輸入與輸出」的擴大機呢?
我在「玩盡Altec A5」一開始也曾經提到過:「平衡式訊號傳送的目的,只是為了錄音室或公眾廣播的用途,因為錄音室或大眾廣播系統用的訊號線經常長達數十尺甚至百尺以上,太長的訊號線不但會產生音頻漏失,而且還會感染到雜訊,所以才需要設計平衡式的擴大機來抵消雜訊。」
平衡式的擴大機需用雙倍材料不談,若要設計出上下兩個放大器的特性完全一樣就比登天還要困難,其道理與「推挽放大」一樣,因為所謂的平衡電路就是由頭至尾的全推挽電路。
再者,實際上在一般家庭使用的訊號線都很短,很少有超過三公尺的,其實即使用六、七公尺的訊號線也不會產生聲音退化或感染雜音的,又為什麼非平衡不可呢?
我心目中最理想擴大機的八大要件
不論是真空管或電晶体都可以用單端來設計,但目前我暫時先考慮真空管,理由是Altec A5的喇叭還是以搭配真空管較為理想。
其實我心目中最理想的真空管擴大機要件與許多要求極致的玩家都差不多,就是「單端」、「純A類」、「直熱三極管」、「無負回授」、「MONO」、「真空管整流」、「絕不並聯」與「使用最少零件」八項。
一,單端:
單端就是Single,簡稱「s」,例如300Bs,最後面的"s"就是代表「單端」,也就是只用單支真空管做輸出強放管或電壓放大管之意,有的真空管雖然表面看起來是一支,但內部卻有兩支,如果做成推挽電路,就不能稱為單端,也有的單端用兩支以上的真空管,但採用的是單端並聯的方式,稱為「單端並聯」,英文簡稱"ps",除了單端之外,就是「推挽」,英文簡稱"pp",如果是「並聯推挽」,英文稱為"ppp"。
為什麼非要單端不可呢?剛才已經提到過,推挽式擴大機必需要有倒相電路,要知設計再好的倒相電路都不可能輸出完全對稱的波形,因此經過推挽級輸出的波形也絕不會對稱。而單端設計擴大機裡是沒有倒相電路的,不會有不對稱的問題。
第二個原因是我們目前的測試儀器只能做靜態的測試,而不能做動態的測試,因此只能測試二次元的東西,而不能測試出三次元的東西,實際上推挽電路在動態的工作中,其輸出的波形起始點總會有提前或落後的情形,這是現階段的儀器尚無法測試到的。但是人耳卻對相位差是非常靈敏的,只要有一點點的相位差,就可察覺到。
而單端設計的輸出波形沒有相位差的問題,這也是為什麼單端擴大機聽起來較為順暢悅耳的主要原因,只要比較推挽與單端的聲音就可證明。
再一個原因就是推挽電路會大幅抵消二次諧波失真,正由於如此,因而更突顯出奇次諧波失真來。
我們知道樂器的泛音以二次諧波所佔的比例最大,如果我們刻意降低擴大機的二次諧波,因而突顯出高次諧波,與原來樂器諧波的比例不同,那麼重播的聲音又怎麼會像原來樂器的聲音?
二、純A類:
為什麼要純A類?
我們知道放大器在放大一個基本波的時候,希望其放大後所輸出的波形除了與輸入波形完全一樣之外,還希望因放大而產生的諧波失真也盡可能低。
我們也知道前級擴大機的放大電路都是A類的設計,而後級擴大機裡的輸入級與驅動級也大多都是工作於A類,而只有在輸出級,才會有 A類、B類與AB類等不同的放大方式。
A類放大工作於真空管或晶体特性曲線的線性部份,因此引起的電壓或電流變化是完全與輸入波形吻合,因此不但其波形失真極低,且其輸出的諧波成份也較為單純,主要是較低階的二次與三次諧波失真。
而B類放大是由兩支或以上的真空管或晶体交替工作的,在小訊號時,會工作於特性曲線的彎曲部份,因此輸出波形會產生不連續的缺口,引起時間提前或落後的現象,也就是交越失真,其輸出波形不是連續的,且其諧波失真含有較高階的奇數諧波失真,也就會產生多次諧波所組成的方波,而這些高階諧波與音樂沒有任何關聯的,因此聲音會特別刺耳難聽。
單端設計的擴大機都是A類放大的設計,而只有在推挽電路中才有A類、B類與AB類的設計。
AB類放大的工作點設在A類與B類之間,雖然失真不高,但終究還是推挽電路,在實際的動態工作中,還是會有時差的問題與抵消二次諧波的問題。
那麼既然A類放大的失真較低,卻為什麼大多數的擴大機都採用B類或AB類的放大方式呢?
原因是A類放大的效率太低,大約只有20%的程度,所以必需損失80%左右的功率。想要有10W的輸出功率,其電源供應就需要50W左右的功率消耗,白白浪費了40W的功率。但B類放大的效率卻可高達75%左右,平白就比A類多出3至10倍的輸出功率(後者系對單端而言)。至於AB類放大的效率是介於A類與B類之間。
輸出功率大的目的是為了能驅動效率低的喇叭,因而犧牲了音質,但是如果我們用高效率的喇叭,才有資格使用輸出功率雖小,但音質卻佳的單端A類擴大機。
三、直熱三極管:
玩真空管的朋友都知道三極管的內阻比四極或五極管低,線性也較佳,但卻不知道為什麼一定非直熱式的三極管不可。
其實道理很簡單,原因有二,一是直熱式的三極管其陰極即絲極,而旁熱式的三極管陰極與絲極是分開的,因此直熱式的三極管少掉了一個極,也就是說,少了一個會渲染聲音的零件;二是直熱式的真空管通常都是較早期的真空管,而較早期真空管製造品質比較後期的高,故障率非常低,而且那個時代的作風也較保守,公佈的特性都有保留,在使用時往往超出規格也不會損壞,較保守的規格也代表較具有信賴度,可以使用很久,我曾經測試過幾種已經使用很久的古老舊管子,結果特性都很接近新管子。
四、無負回授:
負回授的優點相信玩音響的同好們都知道的,負回授可以拓寬頻率響應,可以降低放大器的失真,可以固定增益,可以降低輸出阻抗,提高SN比等多項優點......等,好處實在太多了,因此廠製的擴大機幾乎沒有不採用負回授電路的,使得各項特性規格的數據都大大地提高,也使得機器更好賣,甚至有些音響玩家們還以為失真愈低就代表性能愈好,因此,有人說負回授是擴大機的萬靈丹。
但是內行的人都知道,負回授也有負作用,會造成時間延遲的現象,因為負回授是把已經放大過的輸出訊號一部份,回送到輸入端去,因此會造成時間延遲的問題,因此負回授的聲音總會比較霧,聲音不自然,也就是說,聲音比較呆,以及聲音不夠鮮活。
我以前裝過許多擴大機,有單端的,也有推挽的。根據我實際的經驗,如果推挽擴大機不加負回授的話,聲音就會粗,因此一定要加上些負回授,聲音才會細。但是我裝的單端擴大機,即使不加負回授,聲音還是很細緻,這就代表了推挽擴大機一定有不對勁的地方。
其實負回授除了由尾至頭的總負回授之外,還有級間本身的負回授,像是把陰極旁路電容器拿掉,形成電流負回授之類的,但是也有另一種負回授往往沒有被人注意到,那就是Cathode Follow電路與SRPP電路,這兩種電路實際上也是一種負回授的電路。
我曾經做過許多次的實驗,使用Cathode Follow電路的聲音總是會有霧,雖然它的輸出阻抗較低,頻率響應較寬,失真也較低,但這個電路終究是100%的負回授,會嚴重影響音質,而SRPP的電路實際上上半支真空管也是個Cathode Follow 電路,聲音還是會模糊,雖然影響的程度沒有Cathode Follow電路來的高。
像是Audio Note也強調不使用負回授,但是他們卻採用SRPP的電路,似乎是有點矛盾。如果再翻翻其他的原裝管機或台裝管機的機器,裡面採用Cathode Follow 或SRPP電路的不可謂之少。
也不管是原裝進口的管機,或是台裝管機,可對不起了,我可是實話實說。
如果您曾裝過Oboe的前級的話,可以試試Cathode Follow與SRPP電路的比較,在Oboe的印刷電路板上是可以分別安裝這兩種不同的電路的,如果您又懂一點技巧的話,也可以將第二級改為單管的電路,這樣,這三種電路您都可以在這塊電路板上試試看,聽聽這三種電路的聲音差別,就會同意我的說法了。
但不可否認的是,負回授除了上述的優點之外,還有可以穩定放大器增益的功能,因此不加負回授的電路,一定要使用誤差極低的主動與被動零件,尤其是真空管,一定要配對,找到一對增益完全一樣的,否則兩個聲道的增益就會不一樣。
五、MONO:
提到Mono的設計,就不得不提到我在很久以前所發生的故事,事情是這樣的:大約二十幾年前,我常替同好們裝擴大機,那時我裝的機器都是立体聲的,並且都用很精密的穩壓電路來使聲音更清楚,以及立体分離度更好,因為穩壓電路可以使級與級之間的電源互串情況降低,當然兩個聲道之間的電源互串情形也大幅降低。
有一天,我同時為兩位同好裝好了兩台完全一樣的前級,經過儀器測試與實際的聆聽,一切都正常,正準備關機睡覺,突然靈機一動,心想此時有兩台一模一樣的前級,何不將兩台前級一起使用,一台當左聲道,另一台當右聲道,看看聲音有會不會不一樣?
說做就做,那時還流行唱頭,我就把唱頭的輸出分別接在兩台立体的前級上,結果聲音一出來當場就嚇了一跳,聲音比單一台前級的聲音好太多了!怎麼會差別那麼大?用兩台前級的聲音比僅用一台立体前級的聲音透明、乾淨、更有層次、細節更多、音像更鮮明......,簡直是差太多了!
從這次的實驗之後,我就立志我將來要為自己裝的擴大機,一定要Mono Mono的,不管是左右聲道分裝兩個機箱,或是將兩個獨立的聲道裝在一個機箱上。
上面說的話,您要是不信,我勸您一定要試一試,聽聽看是不是正如我說的?假如您正好也有兩台一模一樣的立体聲前級或後級。
六、真空管整流:
這是我從改裝 Oboe 前級所獲得的經驗,使用晶体二極体來整流,聲音會比較瘦,比較緊,比較薄,比較沒有韻,比較不像真正現場樂器的聲音。
如果您不服氣,請您把您的真空管機改用真空管整流試試看,或者把您覺得最好聽的整流二極体帶來我這裡,與我的整流管做一比較。
七、使用最少零件:
您知道失真有多少種嗎?
不下於上百種!
那有那麼多的失真?
就是有。
我們知道每一個零件都會有自己的音色,多出一個零件,就會多產生出一個零件聲音,多一道的音染,因此除非不得已,我是不會多使用任何一個多餘的零件的。
不相信您試試看,在擴大機上每多加上一個零件,就會多出一個聲音,不管您加的零件是主動零件或被動零件,也不管您的零件是加在訊號通路上或電源電路上,只要多加一個零件,就會多出一種聲音,如果您的擴大機用上百個的零件,那豈非有上百種不同的失真?
因此,每多加一級放大、每多加一個零件,就會每多加一項失真,多一次扭曲、多一次渲染。
另外一個原因,就是多一個零件,就會產生一個高頻傍路作用,愈少的零件,對高頻傍路的作用就愈低,就愈能獲得較寬的頻率響應,以及良好的穩定性,因此除非沒有這個零件就不能工作,就不要使用這個零件。
根據我的經驗,使用的零件愈少,聲音就愈純,就愈像原來音樂的聲音。
所以我要盡可能把擴大機設計得愈簡單愈好,使用的零件更要愈少愈好。
但是使用最少的零件也是必需要有先決的條件的,很多人都以為CD直入後級擴大機的聲音比較純, 就用之,但是出來的聲音往往聲音偏薄,偏尖,偏冷,還不知道是什麼原因,其實原因很簡單,就是CD直入的增益不夠高,因此CD直入到後級必要條件之一是後級擴大機的增益要高, 條件之二是喇叭的效率要高, 或者兩者都是, 如果條件不符合的話, 則將會因增益不夠而使得聲音偏薄, 聲音偏瘦, 聲音較尖或較冷,因此如果您也想使用最少的零件的話,千萬要注意上述的條件。
因此,如果您的喇叭效率不夠高,或是擴大機的增意不夠高,就必需要使用前級擴大機,而不要盲目地去追求CD直入。
八、絕不用並聯:
不但真空管不並聯,而且其他所有零件也都不並聯,甚至包括配線,也絕對不採用多蕊線。
不可否認,用真空管並聯可以增大輸出功率,可以降低輸出阻抗,可以增加驅動力;用電容器並聯可以增大電容量,可以把漣波濾得更乾淨;用電阻並連可以增加電阻的耐功率,也可以獲得想要的阻值;用喇叭並聯可以增加輸出的音壓,可以提高效率等等。
但是並聯卻也會造成兩個零件或多個零件特性的差異情形,使得聲音較為模糊,低頻較為膨賬,高頻化不開,中頻聚焦不準,細節少,有霧,以及發聲順序不一致的情形,所以我從來就不會喜歡真空管並聯或喇叭並聯的器材,甚至電路裡有電容器並聯或電阻並聯的我都不喜歡,這也是為什麼我一定要自己裝機器,而不用現成擴大機的最主要原因。
張駿哲兄剛裝好他的300B擴大機時,曾拿到我這裡來聽,我見他用兩支整流管並聯,就問他為什麼要用兩支整流管來並聯,他說這樣可以增加電源的容裕度,我馬上拔掉一支請他聽聽看,結果他自己都不相信聲音馬上就清楚很多,自此他也永不用並聯。
所以實際的聆聽實驗是玩音響與裝機的寶典,想當然的理論,如果不去加以實際比較,往往聲音不好還不知是什麼原因。
玩音響的朋友幾乎都知道擴大機輸出功率的大小與勁道成正比的關係,而又與音質成反比,這種矛盾是很難破解的,而唯一破解之道就是使用高效率的喇叭,因為只有高效率的喇叭才不需要高功率的擴大機。但是偏偏高效率喇叭的成本太高,因此市面上效率高的喇叭就較少之又少,也因此就不得不非得用輸出功率高的擴大機不可,要輸出功率大,就不得不用並聯真空管或晶体的方法來增加輸出功率,並聯的愈多,輸出功率就愈大,音質就愈差,這也是為什麼同廠牌的高價位擴大機,音質反而不如低價位的最大原因。
為什麼要自己裝?
我心目中理想擴大機共有八大要件,即單端、純A類、直熱三極管、無負回授、MONO、真空管整流、絕對不採用並聯,與盡可能使用最少的零件。
在廠裝擴大機中不論價格多高會,找不到一台我心目中理想的擴大機,尤其是價格愈高的廠製擴大機離我理想的擴大機要件愈遠,因此在現成的廠製擴大機中,實在很難找到一台尚可勘用的擴大機,因此只有自己裝一途了。
其實許多頂尖的音響玩家們都因現成的擴大機不能合乎他們自己的要求而自己裝,我當然也不例外。
自己裝的幾個原因:
自己裝通常都會有許多不同的原因,大致歸類如下:
一、可以練習裝機的功夫,從中學得一些擴大機的常識,以及可以試不同電路的性能與聲音,從中獲得最大的樂趣。
二、學電子科系的學生,非裝不可。
三、買套件來裝,比買原裝的省錢,需知進口的原裝機都是毛茸茸手的洋人裝配的,工錢當然比較貴,而買套件自己裝就可以省去了外國人裝的手工費,工錢是自己的,當然就便宜多了。
四、買套件為了求更好,因為裝套件除了可以省錢之外,還可以更換更好的零件,以及用好的焊錫,需知廠裝機器很少用發燒級的焊錫與配線,因此自己裝出來的機器比廠裝的還要好。
像我自己就曾經裝過Lux Kit、Dynaco Kit等名機,一方面學習到了他們的配線功夫,二方面在裝的同時,又可以依照自己的經驗而更換更好的零件、焊錫與配線。
五、可以設計自己給自己用的擴大機,當然不是賣錢的擴大機,因為要賣錢就必需要有妥協,而給自己裝就可以不妥協。
六、為了研究電路,不同電路的性能與聲音當然不同,而使用不同零件聲音也不同,就可以從自己裝中獲得許多保貴的經驗。
像我就裝過許許多多的不同電路,知道用交流與直流供給燈絲電的聲音有何不同、用穩流來提供燈絲的聲音有何不同、用整流管與二極体整流的聲音有何不同、用抗流圈與電阻做電源的π形濾波聲音有何不同、加穩壓與不加穩壓的聲音有何不同、用晶体穩壓與真空管穩壓的聲音有何不同、用陰極隨耦與 SRPP 電路的聲音有何不同、用不同材質機箱的聲音有何不同、用不同真空管來設計擴大機的聲音有何不同、用不同零件的聲音有何不同...........。
當然還可以舉出更多的理由,但是最主要的大多都已在上述的原因中。
我從前也曾裝過不少擴大機,但那都是給別人裝的,而且也都不是為了Altec A5等高效率喇叭設計的,因此這次的自己裝,是專為高效率喇叭而設計的,是包含了喇叭的因素而設計的,當然會有很大的不同,最主要的不同點是高效率喇叭不需大輸出功率的擴大機,因此可以設計出合乎上述八大要件的理想擴大機,而不需要做任何的妥協。
選用低內阻的驅動管!!!
米勒效應與輸出阻抗的關係
選用電壓放大真空管,尤其是做為驅動管時,除了要看與強放管所需的輸出電壓擺幅之外,還要盡可能選用低內阻的真空管,這又是為什麼呢?這是為了強放功率管的米勒效應(Miller Effect)之故。
米勒效應(Miller Effect)
所謂的米勒效應(Miller Effect),就是真空管極與極之間的電容,真空管的極間電容愈大,高頻響應就愈差,強放管的体積特大,因此極與級之間的距離也比較大,比一般小型電壓放大管要大得多,尤其是三極管,只有三個極,極與極之間的距離更大,因此米勒效應也更大。
但是高頻響應除了與級間電容有關之外,還與前面驅動級的輸出阻抗有關。驅動級的輸出阻抗愈低,功率管的米勒效應愈可以忽視,因此驅動級除了要輸出擺幅大之外,還要輸出阻抗低。
其實任何兩級放大之間都有這種關係,並不只是功率級與驅動級,只不過是功率管的極間電容較大,因此驅動級的輸出阻抗就變得更為重要了。
我們都可以用前一級的負載電阻,與後一級的極間電容,計算出其概略的-3db高頻截止點,其公式為:
fc=1/2πRL{Cin+Cgp(1+A)}
=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}
其中:
fc=後一級真空管的-3db高頻截止頻率,單位是KHz。
RL=前一級真空管的屏極負荷電阻,單位是MΩ。
Cin=後一級真空管的輸入電容,也就是柵極到燈絲之間的電容,單位是pf。
Cgp=後一級真空管的柵極到屏極之間的電容,單位是pf
A=後一級真空管的增益。
由上式即可知前一級的屏極負載電阻愈低,後一級的Cgp愈小,增益愈低,高頻截止點就愈高,換句話說,高頻響應就愈好。
那要如何來選擇驅動級的真空管呢?當然是要挑選輸出阻抗低的真空管,與後一級的真空管搭配起來才能獲得較佳的頻率響應。
舉兩個真空管的例子:
例如WE300B,我們可由WE300B的規格中得極間電容:
Cgp=15pf
Cgf(即Cin)=9pf
Cpf(即Cout)=4.3pf
假設我們用一支rp較高的真空管來推動300B,例如ECC83/12AX7,根據真空管手冊得知ECC83/12AX7的屏內阻rp在屏壓250V時為62.5KΩ。
一般三極的屏極負載電阻RL大多設定在屏內阻rp的3?7倍之間,我們取其中間值5倍為屏極負載電阻,rp的5倍為屏極負載RL,即:
62.5KΩ×5=312.5KΩ
代入上式:
fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}
=159/0.3125{9+15(1+3)}
=7.37KHz
試想,在一個沒有負回授的擴大機內,放大電路的頻率響應只到7.4KHz,這支真空管可以用嗎?
又假設我們用一支rp較低的真空管來推300B,例如ECC82/12AU7,根據真空管手冊ECC82屏內阻在屏壓在250V時,rp=7.7KΩ,如果我們也用7.7KΩ×5=38.5KΩ為RL代入上式:
fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}
=159/0.0385{9+15(1+3)}
=59.8KHz
這個真空管的頻率響應還不錯,也由此可知,想要頻率響應寬,驅動級就需使用rp較低的真空管。
輸出阻抗低的條件
怎麼樣的真空管輸出阻抗低,又什麼情況之下的輸出阻抗低呢?
·真空管的屏極電阻(屏內阻)愈低,輸出阻抗就愈低。
·屏極負載電阻愈低,輸出阻抗愈低。
·電流愈大,輸出阻抗愈低。
·在陰極電阻上用一支電容器旁路,輸出阻抗也會大幅降低。
另外,有一些方法也可以降低輸出阻抗,但這些方式並不符合「張八點」的原則,因此僅在此提出供做參考:
·並聯真空管,可降低輸出阻抗。
·用Cathode Follow電路,可降低輸出阻抗。
·用SRPP電路,可降低輸出阻抗。
又三極電力放大管的屏內阻都比較低,電流也較大,輸出阻抗當然也就低,所以也有人用較小功率的三極管,或將四或五極管接成三極管來做驅動級的。
我選5842來擔任擴大機的電壓放大管與驅動級!
當然,要設計一台無負回授的擴大機,還是先要挑選頻率響應夠寬的真空管,因為無負回授擴大機的頻率響應不是靠負回授來獲得的,而是要挑選本身頻率響應特別寬的真空管。
前面已提到,想要頻率響應寬,就需要找屏內阻低的管子,且讓我們先來分析一下音響界最常用的電壓放大管,以及它們的屏內阻:
較早期真空管最常用的電壓放大三極管是ECC83/12AX7,像名器McIntosh、Marantz 7之類的前級也都用這支管子。這支管子的屏內阻高達62,500Ω(裸特性的頻率響應非常窄),如果不用大量負回授的話,簡直無法用於無負回授式的擴大機上。
與ECC83/12AX7類似的中型電壓放大管是6SL7,屏內阻44,000Ω,裸特性的頻寬也不高。
ECC81/12AT7的屏內阻比較低,約10,000Ω左右,裸特性的頻寬尚可。
ECC82/12AU7也常拿來當做驅動管用,屏內阻較低,為7,700Ω,裸特性的頻寬還不錯。
與ECC82/12AU7類似的真空管有6FQ7、6CG7、12BH7等,前兩者屏內阻為7,700Ω,後者的屏內阻較低一點,約5,300Ω。另一支與ECC82/12AU7相當的中型電壓放大管是6SN7,屏內阻也是7,700Ω,裸特性的頻寬都還可以。
還有更低的嗎?有,最近期較為流行的ECC88/6DJ8,屏內阻就低多了,約2,640Ω左右(這也是為什麼近期真空管擴大機將ECC83/12AX7都改用ECC88/6DJ8的原因)。
還有一支真空管就是日本業餘界最近甚為流行的6463,屏內阻3,850Ω。
另外一支真空管不可不提,就是5687這支雙三極管,最近也有一些廠牌的擴大機使用,屏內阻只有2,000Ω左右。
還有更低的嗎?有,我就翻遍RCA與GE的真空管手冊,把所有可用的電壓放大管的規格都看了一遍,並列表記錄下來,結果找到一支的真空管內阻更低,只有1,800Ω,就是5842,與5842特性非常類似的真空管是WE417A。
還有二支真空管的屏內阻也非常低,一支是E188CC/7119/7004的1,750Ω與E288CC/8223的1,400Ω。
把所有的真空管手冊都查一遍之後就要來決定我要用那一型真空管了,屏內阻最低的是E288CC/8223,與E188CC/7119/7004。
但是我還是選中了5842的管子,原因是5842是一支單三極管,而其他的都是雙三極管,我想兩支三極管裝在同一個玻璃管內,一定會有相互干擾作用的,既然有單三極管可用,那當然就用單三極管是最好不過的了,更何況5842還有WE的管子,就是WE417A,WE真空管的聲音當然好聽。
韻味、頻寬可兼得的方法
其實玩真空管有兩派人,一派是較講求韻味的人,這一派人對頻率響應並不要求過苛,因為玩音響的人都知道,頻率響應寬的器材,往往韻味會比較差些,這是很難兩全的事;而另一派人則較講究絕對頻寬。
而我呢?
我卻比較貪心一點,魚與熊掌我都要,除了要有韻之外,還要求頻率響應寬,這個要求就比較困難點了,這也是為什麼我要自己來設計擴大機的原因,要不買一台現成的不就行了?
幾十年的音響生涯,我自己裝過不計其數的擴大機,而聽過與看過的擴大機,不論是進口的或是原裝的(國產品才能稱為「原裝」不是嗎?)更是不計其數,可能比世上任何一位擴大機設計者都還要多,當然閱歷與經驗比他們都要豐富多了(這可不是吹的)。
從經驗中,我覺得一台擴大機不管電路設計有多好,或是使用的真空管特性有多好,更重要的是要選對真空管,也就是說,我除了要選真空管的特性之外,更要選真空管的廠牌。
先提真空管的特性,我的經驗是採用大電流的真空管,可以同時兼得韻味與頻寬,但是偏偏許多國內外名廠的設計者卻不知道這個道理,只在電路上或零件上打轉。
再談真空管的廠牌,雖然在理論上同樣編號的真空管特性都應該一樣,但是實際上卻是各不同廠牌真空管的聲音大不相同,這是真空管材料的物理特性不同之故。所以我除了要挑選真空管的性能之外,還要挑選真空管的廠牌,這是我設計擴大機與其他設計者另一個不同之處。
還有,我覺得擴大機並不是一門純理論與技術的學問,我認識許多外國的設計師,與他們談論電路的設計理念可說是頭頭是道,我也確實知道他們有兩把刷子,有深厚的電子學理論基礎。但是跟他們談擴大機的調音技術,就覺得他們連幼稚園的程度都不到,有時我也講一些如何使擴大機的聲音更好的方法,例如迴轉率或阻尼因素不要太高、不要把晶体、電阻與電容器並聯等等,可恨的是他們偏偏不相信,因為他們思考的模式僅限於電子學的領域。
其實擴大機並不只有電子學,而且還牽涉到物理學、聲響學,心理學,以及實際經驗等等,因此音響的設計其實也是另一類的藝術,這會牽涉到材料、諧振、結構、頻譜分佈.......等等。
例如說,換一顆電阻,或換一顆電容,我們都知道聲音會有不同,但是你用示波器看波形,或用失真儀測失真,根本都一模一樣,但是聲音卻都不一樣,所以設計音響是一門藝術,而不止是技術。
不相信的話,請您把任何音響器材裡的印刷電路板用熱吹風機吹個幾分鐘,然後再聽一聽聲音,看看會有多大的變化(好像又教了您一招)。
要使聲音好,有很多很玄的學問,這才是設計好聲擴大機的祕訣,要不大家都盡量把擴大機的失真降低,迴轉率與阻尼因素拉高.....,不就是最好的擴大機嗎?大家都知道這個方法,那天下的擴大機豈非聲音都一樣了嗎?
儀器測試有意義嗎?
在我幾十年的音響生涯裡,我知道一件事,就是音響器材的音質,與總諧波失真並沒有直接的關係,總諧波失真低並不代表聲音好。
原因很簡單,想要失真低,尤其是擴大機,只要加上負回授就可以使總諧波的失真低了,而且負回授加得愈多,總諧波失真就愈低,如果您是一個製造生產的廠家,就一定需要加上大量的負回授使總諧波失真盡量降低,因為那是一個廠家的產品必需要有測試的數據,但是如果您是一位完全為了聲音,而不是生產的商品,就不必要介意擴大機的失真有多低,尤其是一台無負回授式的擴大機。
很久以前,我就有一台HP 333A的失真儀,一直擁有到現在,但這台失真儀我是用來設計擴大機時,測試每一級放大的工作點時用的,而不是做為測量整機的失真度,工作點設計的不對,失真當然就會大,但是即使工作點設定的不對,或未設定在最佳工作點,只要加上負回授,失真還是會大幅降低,所以內行人給自己裝的機器是不講究整体加上負回授之後的總諧波失真的。
因此,如果要比失真低,只有比在未加上負回授之前所測量的失真度,才真正有意義,但是廠製成品有那家會公佈裸特性的失真度的呢?
還有,只要是採用無回授設計的擴大機廠家,是很少有廠家公佈失真度的,要不然怎能與加上大量負回授的擴大機比較失真的數字,如果整台機的總諧波失真低就代表聲音好,那買擴大機時不要聽聲音,只要比失真度誰低就不行了?
頻率響應也一樣,採用頻率響應還不到10KHz的12AX7 ,只要加上負回授,讓頻率響應到80KHz也不是一件難事。
因此一台擴大機的頻率響應也一樣,只有在無負回授的條件下來比較頻率響應隨誰寬才有意義。
我測過5842Cascode電路的頻率響應,在無負回授的情況下,已超過900KHz,可見Cascode電路的超頻寬真不是蓋的。
平衡式抗流圈濾波電路
我第一台自己設計的300Bs終於開聲服役,只不過我還是不能忍受一件事:就是使用抗流圈的負作用─在較低的頻率會有一個峰值,原來我用的6550A擴大機中並沒有裝抗流圈,所以低頻並沒有凸包的峰值,但是用了這台300Bs之後,低頻就會有明顯的凸包,低頻比較肥。
向精業先生自己裝的一對單端6550A擴大機,對電源濾波電路裡使用抗流圈是又愛又恨,愛的是加了抗流圈之後,在聽感上的頻率響應較寬,背景雜音較低,音質也比較有高貴感,也比較透明,但恨的是低頻就會有凸包,低頻不乾淨,我們都知道那是出自於電感與電容所產生的諧震峰值,我們也曾經討論過,並要找一天來做實驗,看看能不能解決這個問題。
這一天,大家又聚在一起,還是原班人馬,熊園偉、向精業、曹一、石傑夫與我,我們還是用這對我裝的300Bs做實驗。
一、抗流圈有無的實驗
向精業先提議:我們先比較有抗流圈與沒有抗流圈的實驗,聽聽裝抗流圈與不裝抗流圈的聲音到底有何不同?
石傑夫先生負責施工,拿起烙鐵,把原來的兩個抗流圈的接點焊下來,改各接一支330Ω的10W電阻來聽聽看不裝抗流圈的聲音。
果然低頻的凸包就沒有了,低頻比較乾淨,清楚,凝聚,也比較Q,但是中高頻的聲音卻比較毛燥了,音質變鬆,背景雜音髒,整個舞台的音像比較向前,高頻的聽延伸性也差了些。
二、只接一支抗流圈的實驗
再接回往300B的抗流圈,聽聽只有一支抗流圈的聲音如何。
低音的凸包馬上就出現了,但是中高頻整体的聲音就乾淨了起來,聲音的密度也高了起來,高貴感出來了,背景雜音降低了不少,而且高頻也比較細,比較延伸,音像比較後退些,聲音也比較不衝。
三、驅動管接在抗流圈之後
這次的實驗是將驅動管的供電經過330Ω/10W的電阻改接在抗流圈之後。
低頻的凸包仍然一樣,但是背景雜音又低一些,聲音的密度又提高,高頻又延伸一些,較滑溜,質感又好了一點,可見驅動級也要用抗流圈的音質較好。
四、恢復為強放與驅動分別各裝一支抗流圈
實驗到此,我們再回到最先的強放與驅動各裝一支抗流圈。
低頻的凸包範圍更大了些,低頻的細節又少了,但是中高頻的質感又更好了起來,高頻也比較延伸,質感更好,音色滑溜而順暢,高貴感也更好了。
五、改為雙p 型濾波電路
想不到這抗流圈還這麼好玩,我當初設計強放級與驅動級分別用兩支抗流圈,其目的是將這兩級之間的電源串音影響降低,但卻不知如果把這兩支抗流圈接成雙p 型濾波的電路聲音又會如何,反正我們想要把兩支抗流圈玩到盡?
還是由石先生動手,改接抗流圈是非常容易的事,一下子就換好了。
聲音一出,大家都感到很驚訝,聲音改變的程度更大,質感比分別到強放級與驅動級更好,聲的密度更高、更乾淨,而且聲音又更滑溜,更豐潤,聽感上的頻率響應又更寬,音場的透視更清楚,而且又深,音場高度也更高。
為什麼我們會驚訝?因為照理來說把強放級與驅動級用兩支抗流圈分開來串音比較低,應當比雙p 的效果好,但是我們都錯了,這才知道雙p 的濾波電路使得電源的漣波更低,強放級與驅動級都沾到光。
所以說,想像中的理論歸理論,還是要用實驗的方法才能發現另一個理論。
但是這種雙p型的濾波法,低頻的凸包又大一些,而且經過雙p 的濾波,電壓也會比較低一些。
平衡式抗流圈濾波電路
不管怎麼樣,裝抗流圈是各有利弊,主要是抗流圈與濾波電容合用就會產生LC共振,不管怎樣,只要裝抗流圈,就一定會產生低頻的共振現象,向精業的耳朵最靈,每次聽音樂時就不能忍受來自於抗流圈的低頻共振,一直都想辦法解決這個問題。
這個問題我也曾與許多人討論過,點子也很多,其中台灣噪音的楊先生與波穩特的簡先生建議我試試在電源整流的的正負端都裝抗流圈,看看能不能抵消這腦人的共振。
我也想到我的Altec A5分音器不也是採用平衡式的線圈嗎?
簡先生認為傳統的電源濾波只在正端加抗流圈速度會延遲,而地回路上由於沒有裝,速度就會比正端快,這樣一去一回的速度不一致,是很不衛生的事,也鼓勵我在正、負端都加抗流圈試試。
這一天星期天沒事,正好石傑夫到我這裡來與我討論裝機的問題,我就問他要不要試試把兩支抗流圈改接在電源的正負兩端,聽聽低頻的的凸包會不會抵消?石先生正要裝一台管機,這個實驗當然正合他意,實驗後他就不要多走冤旺路了,於是我們兩人馬上就動手,把兩支抗流圈改接在電源的正負兩端。
聲音出來了,真是意想不到的好,好,好,不但低頻的凸包去掉了大半,而且音質更又大幅的改進,高貴、溫潤、透明、清楚,這次的改進實在是太大了,為什麼以前都沒有人會想到這樣裝法呢?
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