音頻擴大機入門篇

 

 

梁中鍔

2002-06-30

人體有五臟六腑,各司其職,暴飲暴食或生活習性不正常,影響到它們的運作,人體就會出毛病。音響器材也是一樣,不同的組件各司不同的功能,搭配錯誤或擺位不正確,即使花費高價,它也一定不會發出好聲。從古至今,談到音響,總是將擴大機列於心臟地位,縱或有人認為聆聽室空間及揚聲器比它更重要,但它絕對是五臟,而非六腑之一。

Amplifier─擴大機,在本文中談的是音頻擴大機audio amplifier。說它是擴大器或放大器都無所謂,大家能確切瞭解就好。我們先從功能性談起,再逐漸由淺至深。

前級擴大機

擴大機的主要作用,是將輸入訊號放大至足以驅動負載。但輸入訊號的電平( 振幅 )大小不同,訊號的負載阻抗也有高有低,故擴大機為因應不同的狀況,常會以不同面貌出現。

Pre Amplifier─前級擴大機,是承受來自CD DVDLP唱盤、FM/AM調諧器、錄音座…的訊號,放大後去驅動負載,它的負載是後級擴大機。我們應先明瞭兩點,一是前級擴大機可以不單獨存在,它也可以和後級共存。二是除放大訊號去驅動負載外,它還兼具阻抗變換功能。因為前級要承接許多訊源 (source),有CD、調諧器、DVD、錄音座,這些訊源的阻抗極可能都不一致,送到前級就可以先做整合。但以目前的電路設計,這些訊源器材都有傾向低阻抗輸出特性,比較容易匹配。

你一定看過前級擴大機,背板上有許多鍍金座,面板上也有多只旋鈕或搖頭開關,因此前級擴大機也常被稱做控制放大器。最近這些年來,前級擴大機的設計與以往有很大的不同。因CD唱盤、調諧器、錄音座、DVD,都被列為高電平(high level)訊源,雖然面板上有四或五檔選擇,但你可以隨意接,因它們都是高電平訊源,沒有實質上的差別。

當然,有高就有低,相對於高電平的就是低電平(low level)訊源,以前風行的LP黑膠唱片系統,就是屬於低電平訊號源。

LP系統包括轉盤、唱臂及唱頭,其唱頭大致以MM動磁式及MC動圈式這兩種為主流。MM唱頭的輸出電壓只有高電平訊源的五十分之一,甚至三百分之一。而MC唱頭的輸出,更是低到不及MM唱頭的二十分之一。所以接MM唱頭,它的訊號要先單獨放大,然後再送入高電平放大器做第二次放大。接MC唱頭更費事,要先單獨放大,然後再經過MM唱頭放大,最後再送入高電平電路做第三次放大。若是想省掉一級放大,就可以選用高輸出MC唱頭

低電平訊源不只輸出電壓(電平、振幅)低,MMMC唱頭還要經過「反RIAA」網路,而此反RIAA網路,在僅量遵守美國RIAA協會之規範下,每家廠商都有其不同的計算值,這在當年還是一種百花齊放式的特色。

環視現今前級,具備低電平放大的已很少見,有些前級在面板上直接註明high level高電平放大,無法匹配LP系統。至於給MC唱頭用的前端放大器(Pre Preamp.)或昇壓器(Set Up Trans.),大多也停產多年,初入門者大概只能從圖片緬懷過去的風光歲月。

很少人認為LP唱片的音質不夠水準,至今仍有極少數發燒友堅持使用LP。但CD系統在操作上實在方便,損耗性也低,軟體也輕巧易於攜帶;而且國外著名唱片廠,新錄音只發行CD,不再發行LP唱片,因此LP很快式微。再加上最近DVD快速成長,若SACDDVD audio流行,LP就很可能真的完全沒市場。 (:目前風行的DVD影片,其數位音頻規格48KHz/16bit不是96KHz/24bit。而DVD audio的規格雖然確定是192KHz/24bit,但SACD的取樣頻率更高過2MHz;純以音質表現論,SACD應優於DVD audio)

接近21世紀的前級擴大機還有別的不同,早期的產品都設有tape monitor轉錄功能,那時的音響迷常會購買卡式錄音座,而為了防止因「錄音閉環路」產生回授嘯叫,一定要有tape monitor開關。幾年前,筆者在設計某款前級,為了防止錄音閉環路,而發明一種三段開關接法;由於線路接法刊登於《音響技術》雜誌上,故此設計也一直被國產中榮音響拿來用在他們的前級上,有機會再將此設計刊登在網站上。

但是如同LP,曾經風光過的卡式座也早就退流行,即便是三磁頭雙驅動軸高級機種,也幾乎是全面停產,Dolby C/Dolby S也都未能改變卡式座被音響市場淘汰出局的命運。所以當你現在有一筆預算,請音響店老闆組合一套音響時,他的器材名單上絕對沒有LP唱盤,也不會有卡式錄音座。

省略tape monitor,前級擴大機最重要的操作功能就只剩下訊源切換選擇及音量大小控制。某些機種至今依然保有MM唱頭放大器,算是奉送。至於tone control(高、低頻音調控制),以及loudness(響度控制),愈是Hi-End機種,愈是看不到。

因現在的前級,特性極優,響應有如直線,已不需額外的添油加醋,若想購買具高、低音控制的前級,可能還會遭人恥笑。正因響應平直,高電平前級也被稱為平坦放大器(Flat Amp.)

後級擴大機

後級的說法亦有不同,後級擴大機或功率擴大機,Main Amp.Power Amp.皆可。如同前級擴大機,後級擴大機也是將輸入訊號放大至足以驅動負載。但實際操作時,兩者卻有極大的不同。  (Amp.Amplifier的簡寫)

後級的輸入訊號很單純,就是承接前級的輸出。但後級的負載是喇叭,這就是讓許多音響迷,甚至雜誌評論寫手搞不定之處。後級是前級的負載,是阻抗負載;喇叭是後級的負載,是低阻抗負載。看起來差不多,只差一個字,但阻抗的一高一低卻造成「很容易推」或「推不動」現象;負載何其重要,因此希望你能真正的搞懂。

當前級接上高阻抗的後級,它主要提供適切的輸出電壓,因為後級擴大機的輸入阻抗很少低於10KΩ,有這種後級,但不多見,一般都是47KΩ左右。

當後級擴大機接上低阻抗的喇叭,它不但要提供適切的電壓,也要提供足夠的電流。除少數特例,目前喇叭阻抗很少高過,甚至還低於。而1KΩ1000Ω,差異是不是很大?

所以Hi-End後級,不但講求大功率輸出,動輒數百瓦,每聲道獨立裝箱,還特別註明是大電流設計,當負載阻抗降低一半,輸出功率會提升至原來的兩倍。若是輸出電流能力不足,當負載阻抗降低時(某些喇叭在工作時,例如Dynaudio,它的阻抗會隨著訊號頻率降低而降低),若擴大機輸出電流不夠,就會產生切割─clipping

綜合擴大機

前級與後級裝在一起,就是綜合擴大機(Integrated Amp.)。後級做成mono(單聲道)很常見,前級做成mono也曾經有過,但綜合擴大機一向以單機在市場上出現,筆者從未看過mono綜合擴大機。或許你會想:又是單機,又是前級+後級,所以綜合擴大機不但價格低,音質也不會很好。

就算是身經百戰的雜誌總編輯,也不會隨口說你錯。因為綜合擴大機有體型、功率、元件上的限制,故以同品牌論,綜合擴大機的價格及質素都沒有分離機種高。但是擴大視野,環顧一下,或許A牌綜合機優於B牌分離式機型。有些綜合機並非數萬元就可擺平,想將它請回家供奉,得花費不少銀子。

分離式機種在換機時好像比較方便,因前、後級是獨立的,power不夠換power,前級依然可留著用。或是將電晶體前級換成真空管前級,後級依然可留下來用。但綜合機也有巧思,背板上增設Pre OutMain In插孔,前級與後級就可分開使用。正常操作時,在Pre OutMain In端子間插上U形銅棒即可。但並非每台綜合機都有前級輸出及後級輸入端子,因這種做法雖有利於使用者比機鬥機,但也可能會降低訊號雜音比,故亦有廠商將此功能省棄。

收音擴大機---接收機

目前LP與卡式座幾乎已完全退出音響市場,FM/AM調諧器的命運也好不到那去,這幾年從未見雜誌媒體的器材評論有談調諧器的。多年前,國外有廠商想發展AM Stereo立體聲調幅廣播,但最後也沒成功。由於收音擴大機(Receiver)是將前級放大、後級放大、調諧電路三者融合在一起,故它是一機三用。

歐美廠商對於接收機的生產,好像從未熱衷過,縱或有產品上市,機種也不多。這是日本廠商的專利,每個品牌都有多款機種。日本公司拼命搞接收機,在大約二十多年前,曾經走火入魔,功率愈做愈大,你60W,他80W,我100W。彼此玩到最後,竟然出現每聲道330W超級大功率接收機!最後因音質不佳,弄到兩敗俱傷,消費者和廠商都玩不下去了。

如果市面上有這種接收機,價格也不高的話,真是自用送人兩相宜。日製品曾出現前級+FM tuner機種,構想不錯,但卻未流行,資歷不深的音響迷可能還不知道有這種機器。

家庭劇院環繞---AV擴大機

這種AV擴大機才是二十世紀末~二十一世紀音頻擴大機的主流,現今音響入門者已很少著眼於純聽音樂,其興趣是DVD家庭劇院外帶卡拉OKAV環繞擴大機,集所有操控於一身,等閒之輩如LKK老扣扣,手握遙控器,可能還不知該按那個鍵。完整的AV擴大機,包括有MM唱頭低電平放大、高電平放大、及多聲道功率放大,此外還內藏最重要的杜比AC-3dts兩種5.1聲道環繞處理器。

AV擴大機主要特色是將音頻audio及視頻video結合在一起,音質上或許有所妥協,但它確是普羅消費者的最愛。一面看光碟,一面聽多聲道環繞音效,是不是比純聽音樂更愜意?

環繞處理技術的進步,以及操控多樣化,都對AV擴大機的銷售有直接助益。Dolby Pro-Logic定向邏輯環繞已不吸引人,新Dolby AC-3才是大家談論重點,dts的加入,更增加了熱絡。假設以dts看影片,以DSP聽唱片,若一機就有此功能,何不花一次錢來換取享受?日本廠商就是看準這點,AV擴大機一直是生產線上的主角。

有一點要特別提出來說明:日本YAMAHA發展的DSP,雖然也是多聲道環繞系統,但原意是針對聽音樂用,與影片video部份無關。但DSP的理論若直接加在一般聆聽環境上,是有衝突的。因為你的聆聽空間要先規劃成類似無響室,才能發揮DSP模擬各式音樂廳的功效。很多音響評論高手,到現在都不知道這個道理。

歐美廠商以Hi-End自居,原本不肖生產AV環繞擴大機,但眼見市場日益壯大,終於按耐不住,也投入AC-3/dts處理器及多聲道後級之生產。但它們仍秉持音質至上態度,產品花樣不及日製品,但價格及質素都比日製品高。

日製AV擴大機操控特性是琳瑯滿目,還具有Y/C分離S輸出入端子,以及最top的色差端子;操作時還得接上電視。死硬派發燒友雖然瞧不起AV,但AV環繞已襲捲全球,想躲它也不容易。事實上,當音頻與視頻相撞時,音頻的重要性必然是大幅衰退,或僅是視頻的附屬品。誰說觀賞DVD影片一定要搭配5.1聲道環繞?用兩隻喇叭就不行?

我曾經講過:眼睛長在耳朵的前面,當你觀賞電影或碟片,一旦眼睛被畫面(電影情結)吸引,你的耳朵就沒什麼作用了。在雜誌上大力鼓吹AC-3dts的眾編輯寫手,他的家奡X乎都只有一對喇叭!根本不在意有無環繞音效。

電晶體或是真空管?

不僅是音響,就算是比較普及的電腦,其原始元件都是真空管。因此某段時期,擴大機都是管機,它所匹配的喇叭,也都是高效率型式。半導體元件興起後,真空管才逐漸淡出市場。相比之下,半導體固態元件有壽命長、熱度低、輸出功率高的優點。因此很多廠商也放棄真空管,開始採用固態元件來設計擴大機。而真空管生產廠商,有些也關廠,做別的生意去了。

世事難以預料,這幾年已遭淘汰的真空管竟然回頭了,而且不是悄悄然,是成群結隊的與電晶體相庭抗禮,來勢洶洶。不但管機之生產如雨後春筍,某些已絕跡多年的真空管也重新問市。

面對晶體機和管機,消費者常有無所適從之感,到底那一種聲音比較好?有人批評晶體機又冷又硬,沒有管機的溫暖,甚至國內許多報社的記者也如此傳述。這種論點是絕對的錯誤!不論電晶體或真空管,只要設計得好,都能發美聲。設計欠妥,用上再昂貴的真空管也得不到美聲。有人拋棄晶體機改用管機,但聽了十多年管機再換成晶體機的,也是大有人在。例如幾年前,三重某醫院副院長,在換了Brumaster晶體後級之後,才發現十多年來聽管機都聽錯了!

電晶體和真空管爭論了不只二十年,筆者看法是:它倆的音色愈來愈接近;管機有晶體機的通透,晶體機也有管機的溫暖。將真空管與電晶體結合在一起的混血式設計,就是期望能兼具它倆的優點。但沒這麼幸運,若不是真正高手設計,有可能得到四不像的聲音表現。不過,管機後級輸出功率普遍偏低,搭配喇叭宜選用高效率、阻抗恆定型。若是玩AV就沒有選擇條件,因為AV擴大機百分百都是電晶體機。

在音頻放大線路中,許多元件要求配對,特別是輸出級主動元件。對於真空管來說,其配對的精準度通常比電晶體低。以6922/E88CC這種常見的雙三極為例,其內部兩只三極管的誤差常在10%以上。半導體元件,若是複合型式,其特性誤差很少會高過5%,有些超匹配FET,出廠內部設定誤差甚至只有0.3%;真空管就不可能有這種能耐。國內有位溫燕萍先生,以前曾開過戰鬥機,這幾年則專精於真空管的測試與配對,他的配對就很精確,有興趣的網友可和溫先生聯繫,電話:2931-1530

有源或無源前級

有源─active(主動),簡單的說法就是吃電;無源(被動)passive不吃電。故此源乃電源之源,非指訊號源。後級擴大機不可能無源,因被動元件無法提供足夠的電壓及電流放大。MC動圈唱頭可接昇壓器,此昇壓器就是標準的無源或被動式器材,它具電壓放大功能。前級也不可能是無源,雖然它的輸出電壓及輸出電流都比後級低,但被動元件也不可能輕易達成提供輸出電流。有一種被動式前級,內部無任何元件,只有輸入訊號源選擇及音量衰減器,再加上輸出及輸入座和配線,就組合成一台前級。說它是被動式前級,在學理上是講不通的,因為它沒有任何放大作用。在工業上,則有類似器材,就直接稱為音量衰減器。如果被動式前級選用高價音量衰減器,例如英國Penny+Giles(P&G),輸入輸出端子採用WBT,若是進口品牌,保證一台售價超過新台幣30,000元!

實際操作上,我們真的可以不需要前級擴大機,有些綜合擴大機也未設前級,此時後級的增益就要設定得比較高。音量衰減器對音質有絕對性影響,一只質優音量,有時比一台價廉的前級擴大機還貴。不論是電阻級進式,或連續旋轉式,都有高級品與低級品,有人堅持Holco電阻級進式,但P&G連續可調式也有Hi-End廠在用。例如丹麥Dynaudio在生產Arbiter前級時,曾試用過市面上能買到的音量控制器,有多段式、有無段式,最後選擇了音質最佳的英國製造導電塑膠無段式P&G音量。美國Mark Levinson前級以往也一向採用P&G音量衰減器,從不用電阻級進式音量。

工作類別-A類?AB類?B類?

請記住負載的重要性,因擴大機諸多特性皆與負載有關。前級擴大機都是A類,道理很簡單,它的負載(後級)是高阻抗,只要設定一點點電流就能讓它工作在A類。但是後級擴大機的負載是低阻抗的喇叭,電流要設定的很高才能讓它工作在A類。但A類工作雖然失真低,熱度及耗電卻非常高,單聲道A100W後級的靜態功率消耗高達270W

晶體後級以AB類為主流,但在設計上採主動式偏壓,讓偏流隨著輸入訊號變動,這樣就比較接近A類的低失真,而且沒有A類的高熱及功率消耗。同樣是50W輸出,有人認為A類擴大機比AB類擴大機夠力。不是沒道理,因A類工作時,電流/耗損都高,故元件選用特別考慮周到。但AB類擴大機設計得當,特別是大電流,音質也絕不遜於A類。因為A類並非萬靈丹,它解決了某些問題,但也引發其它問題,特別是因高熱極易造成功率晶體特性大幅變動,例如hFE值降低、漏電流昇高。

獨立元件或OP IC

Hi-End機幾乎都使用獨立元件,如電晶體、FETMOS FET,很少用OP運算放大器。你可以不喜歡IC,但不能說採用IC是簡化電路的偷工行為。要說簡單或複雜,IC內部電路是絕對的複雜,堶悼]含了上百或上千個元件,只是當我們拿IC用在線路中,它的周邊元件比較少。確實有不少音響設計者對IC無任何好感,理由也頗充分,因IC的電壓、電流的設定,已在生產線上完成,設計者面對它似乎只有英雄無用武之地。

請注意:某些電路必定要採用IC,如杜比環繞解碼、D/A converter--DAC;完全不可能採用電晶體去構築。某些高品質IC也很貴,比用獨立元件還花鈔票,也有Hi-End廠商也在高價機內使用IC,例如Jeff Rowland。但是不要看到8隻腳、黑黑的塑料包裝,就一口認定它是IC,它有可能是配對FET而不是IC

觀視機器內部,日製AV擴大機較為人詬病,因採大量生產自動插件,再加上功能又多,故元件排列較不整齊,配線也很亂。有些手工搭棚的管機,內部配線漂亮整齊,極為可觀。除放大元件外,電源穩壓也有IC與獨立元件之分。在DAC或日製環繞擴大機中,穩壓元件的主角幾乎都是三隻腳的IC,但若能改成獨立元件穩壓電路,音質也常會明顯提昇。

平衡式或非平衡式

平衡式balanced端子在許多音響迷心目中是Hi-End代表,代理商及經銷商也往往會告訴消費者:平衡式接駁比較好。專業器材因連線甚長,例如超過三十公尺,必得以平衡線做傳輸。音響器材並非一開始就加入平衡式接續,雖廠商言之鑿鑿,平衡接頭仍未能成為家用音響的普遍性標準。

音響的平衡,與長距離連接無關,是以高音質做考慮,因此電路設計一定比非平衡式複雜。為達到平衡,在背板上必須加裝有Cannon/XLR三插輸入端子。有些廠商走捷徑,用簡單的反相電路。甚至有些Hi-End機,例如瑞士名廠Revox,它完全沒有平衡電路,它的平衡端子是假的,純粹用來唬外行人。

真正內行的發燒友,也會知道另一個訊息:一台後級擴大機以非平衡和平衡做接續,平橫式接法會造成雜音增高、頻率響應變窄、失真提升。這並不表示平衡式接駁較差,一切都看設計。當然進行晶體機大多有平衡式端子,管機則較為罕見。

聽說不關機比較好

終年不關機的音響迷並不多見,總是擔心這擔心那。有些晶體前級根本未設電源開關,插上電源線就處備戰狀態,例如本人製作的前級。你最好安心聽原廠建議,不要自做聰明利用電源排插開機關機,當心開關機時的脈衝透過後級將喇叭燒了。即使不關機,前級也消耗不了多少電。但後級就很難說,大功率純A類機種就明顯耗電。若是真空管機,不論前級或後級,不使用時最好關機,除可省電外,也能維持真空管壽命。

晶體機和管機都要溫機,也就是操作一段時間後,音質表現才會正常。某些元件或許需要較長時間的溫機(run in),若run in不夠絕對也沒有好聲。你也可以利用小技巧,讓擴大機在關機時兼具溫機功效,這樣開機時不但沒有脈衝,也很快的在每次開機後,就讓擴大機達到最佳工作狀態。但是若預知會停電,最好還是關機,否則電一來就有可能因濾波電容瞬間充電燒斷保險絲。注意:真正的run in不只是開機,要讓系統發出聲音!

音響領域,甚少存在有一成不變或「放諸四海皆準」的定律,特別是音質優劣認定及器材匹配、喇叭空間擺位…等非數據式論點,一向是百花齊放。而且各音響專家之觀點,甚至具有「互相矛盾」的差異性,這是消費者最迷惑之處,因為他們很難聽到真話。                                               

 ─ 全文完