B453fe1aa3c873b22c31623b80352140 前幾個月我們談過元件與音色的關係,恰好水電工自己正在設計的產品要用到2組濾波器,想要使用比較高檔的元件,這一報價可讓水電工的客戶嚇了一跳。不是水電工要老王賣瓜,而是很多非量產型的高級零件原本就是這麼貴,1顆電容幾千元台幣都算是合理價。

小小電容影響大

電容對於音場和音色的影響又是最大的,像小編最愛用的便是銅箔電容,尤其是銅箔和鐵弗龍混合製成的層積式電容。它的音色溫暖,厚度適中,細節不損,反應在音場上是寬鬆大器,明明喇叭是只有2支放在前面,但聽起來竟然會有歌手圍繞著聽者的感覺,完全不需要像美國某高科技廠牌用了5支喇叭把聽者包圍起來才可得到環繞感。但銅箔絕對不是好施工的東西,它不像金箔和鋁比較軟,又可以輕易打得很薄,所以售價較高也是必然的結果。

現在看倌們您知道那些貴得要死的音響都是在貴什麼了吧?如果您沒用過那種零件也沒關係,因為出色的聆聽效果,也是要搭配同級的擴大機和喇叭才可能有最佳效果,一般的3C產品擴大機和小喇叭是不可能完整表現。
電流與音響關係式

講到擴大機,說穿了也不過就是個把電子訊號從小振幅放大到大振幅的設備,一句講完,毫無學問。(編輯部:聽說小編本人要看看可以胡說八道多久,才把同學和老師氣到吐血)當然實情沒這麼簡單,如同前篇所述,光是放大的原理就有分成了A類、B類、AB類、D類等等。每種都有不同的經典線路以及不同的特性。在此我們先來討論一下電流的重要性。

電學原理一開始就告訴我們V=I x R、P=I x V=I2 x R,喇叭上是個可變的電容和電感組合體。但是在推動它時因為線圈、分音器以及振膜的阻力等因素,它也是有阻抗的東西,我們稱之為特性阻抗。一般喇叭的設計者都會取某個頻率下的值為代表阻抗(這個之後會再談),目前主流大多是8歐姆的喇叭,意思就是當我們通入1KHz交流訊號時,會看到8歐姆的阻抗。

公式解釋

  • V=I x R
  • P=I x V=I2 x R
  • V代表電壓,單位是伏特(V)
  • I代表電流,單位是安培(A)
  • R代表電阻,單位是歐姆(Ω)
  • P代表功率,單位是瓦(W)

也就是說當我們在這個喇叭上通入電流1A頻率為1KHz的交流訊號,在最大值處會看到8V的電壓,而此時的最大功率為8W。若是電流量增到兩倍,那麼最高值電壓就會是16V,功率則變成了32W。

小功率就有大音量

這個能量灌進喇叭後,就會成為推動空氣的動力,並透過震膜發出聲音。一般而言,就算是大型的現代喇叭也都有85db以上的效率,也就是送入1W的功率會發出85分貝的聲音,若送入32W的功率,就會發出100分貝的聲音,約等於火車從您身邊呼嘯而過的音量。動不動就要買超大瓦數的人除了想不開和炫富外,小編也想不出其它理由。

然而電流的流動和電流的大小皆取決於電壓,也就是按照電學公式,絕無可能在8歐姆的負載阻抗上只用8V的電壓灌進2A的電流。想灌進2A的電流就一定得把電壓拉到16V。這中間的匹配問題,就造成了很多擴大機設計上的麻煩。試想,如果您用了很貴的料件,可以輸出2A的電流,但是電壓卻只有8V,那一切不都白費了?上篇我們講到主動元件有工作點問題,現在又發現了還有輸出匹配的問題。

▲圖A

▲圖B

電晶體、真空管的差異

電晶體和真空管在基本工作原理上相差不多,這點在先前的專題中已經提過,但是功率真空管的gm(通入柵極的電壓每伏特的變化量可以引起多少輸出電流變化量)大多只有每伏特電壓約20mA以內,而電晶體則是每伏特電壓可能高達數個安培的電流,差異了有百倍,我們先來看看附註的2張圖。

圖A是大功率名管之一KT-88,此為五極管模式(Vg2=300V)的特性曲線圖。而圖B就是由美國音響教父Nelson Pass先生帶領風潮,採用的SIT製程FET電晶體的特性圖。除了之前我們提過的線性程度如何判斷外,今天我們就要來看看可用範圍的不同。

電壓與可用工作範圍

在圖A小編劃了1條負載線,約為1.5K歐姆,這是很常用的負載。在架構輸出端時,我們會使用輸出變壓器,這變壓器的一次側很多人都會選用1.5K歐姆的配置,二次側自然就是4、8、16歐姆居多了。可以發現KT-88使用1.5K歐姆的變壓器輸出是很合理的,因為Vg從-15V~-35V都劃在圖中線性範圍內,我們看紅色直線和Vg=-15的曲線相交處,到Vg=-35的交叉點處即可明白。

當然,若是您只有3K的輸出變壓器,工作範圍就會變成綠色線的範圍。我們先以1.5K為討論目標。挑剔一點的人甚至用Vg從-20V~-35V這個較小的範圍,因為線性較好,Vg從-15V~-20V之間還是有點寬,如果只想壓榨出最大功率不考慮聲音品質的話,那就可以從Vg=-10V用到Vg=-45V。

這個範圍有什麼差異呢?我們看紅色直線對映到的縱軸I,就是輸出電流量,若是我們用Vg=-10~-45,電流會從240mA左右變化到10mA左右,也就是輸入端電壓變化35V會產生230mA的電流變化量。而變壓器在一次側感應到的電壓變化則等於1500 x 0.23=354V。當輸入訊號最低的時候,真空管會放過10mA的電流。但以上選取範圍只能當參考,不是實作使用,因功率過大且Va變化會超過範圍。

若是我們想使用品質好一些的範圍,那麼就使用Vg=-15~-35的範圍,此時輸入端變化只能有20V,輸出端電流變化則會等於130mA,因此輸出變壓器感應到的電壓變化會是1500 x 0.13=195V,且功率等於25W,約是這支管子的極限了。但重點在於,在這個條件下,訊號在最低電準位時,真空管會放過50mA左右的電流量,而訊號電準位為零時,Vg=-25V,系統電流量約在110mA。也就是真空管的電流變化量和系統靜態電流量不會差太多。

(後面還有更多詳細介紹唷)

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Genome Lee
1.  Genome Lee (發表於 2013年12月27日 10:54)
"靜電流抵銷法"的理論基礎應該發展了幾十年
印象中Lincoln Labs的那套電子學聖經裡面就有相關資料了
商品化用在Hi-Fi產品也有至少二十年的歷史
D.KLIMO Baltaine後級就是這樣的線路
(上個世紀91 or 92年上市吧)
300B功率管 用一隻EL34來平衡PP OPT的電流

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