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发表于 2013-8-10 09:21:44
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第七章 解读放大器
现在一说HIFI系统似乎放大器就是必不可少的,其实不尽然,放大器不是一个必需品,在低端系统或直推系统中,加入放大器未必能取得多么明显的效果;而高端系统中,放大器搭配不当出来的效果往往更可怕,有时候还不如直推给力。
由于玩家不一定都了解模电数电,因此大多数对于放大器的理解或认识是存在一些误区和错误的,接下来我们就简单讨论一下耳机放大器的特点和问题。
(一)对于耳机放大器特点的一些讨论
耳机放大器是独立于功率放大器和前级放大器之外的一个新兴门类,耳机放大器和功率放大器差别还是比较大的,甚至可以说耳机放大器的兴起不过是这十几年的事情,它有以下几个比较特殊的地方:
1.耳机耳塞需求的功率比较小,一般来说回放声压达到100dB(相当于纺织车间的噪音,120 dB即达到痛阈,使人耳感到疼痛)已经可以展现比较理想的声音效果。
2.耳放需要具有较高的信噪比,失真度要尽可能低。高信噪比低失真度意味着本底噪音较低以及比较理想的细节回放,而电子管耳放使用交流点灯丝或晶体管耳放设定较高的静态电流都会使噪声增大(有源器件的热噪声),降低噪音需要良好的布线和屏蔽。值得注意的是许多电子管放大器使用碳膜电阻并宣称其热噪声大是完全错误的,理论上任何相同阻值功率的电阻其热噪声是相同的,区别在于接触噪音和散粒噪音的大小,使用碳膜无非是因为它便宜或用来唬人(如AB碳阻)。
3.耳放输出阻抗范围较宽,目前高品质耳机阻抗差异较大,从16Ω到600Ω都有,这就要求耳放输出阻抗适应范围尽可能宽。
4.耳放阻尼系数不需要很高,与音箱不同耳机耳塞振动系统质量较轻,谐振时产生的运动惯量较小,不需要放大器具有较低的输出内阻来抑制振膜惯性振动,耳放阻尼系数常在1~100之间。
(二)对于信噪比的一些讨论
信噪比是大家很关注的一个参数,这个参数往往后面有一个括弧写着计权或不计权,我觉得有必要说一些这个词的意义。
信噪比的计权测量简介:由于人耳对不同频率声音灵敏度不同,经声级计测量得到的声压级就不能反映出人耳对声音响度的感觉。为了使声级计的读数能代表人耳的听觉晌应, 在声级计中接入了对某些频率作一定衰减或放大的A、B、C和D计权网络电路系统。接入这个计权网络的声级计称为标准声级计。经过标准声级计测量的声级称为“计权声级”, 单位用dB(A)、dB(B)、dB(C)、dB(D)来分别表示, D计权网络适用于航空噪声并与噪度(烦噪程度) 有关的测量。经过长期实践人们发现人耳对声音的主观感受(响度、噪声、对语言的干扰度等) 和A计权声级有很好的相关性, 因此A 计权声级也成为对噪声评价的最主要方法。音频放大器信噪比(A计权) 的获得就是在测量仪器中接入A计权网络实现的,获得的信噪比指标要比不计权时高。即使用A计权的方法测量信噪比可以提高产品参数(从某种角度上说就是作假,频响范围的不同标准同样也可以作假,许多高端器材信噪比是不计权的)。
(三)对于放大器失真的一些讨论
关于失真度的问题, 已有明确定义和测试方法的有谐波失真、交越失真、削波失真、相位失真、瞬态互调失真等。事实证明有些失真对于音质是有优化作用的如偶次谐波失真,瞬态互调失真对音质的影响是相当大的,而且其本身比较复杂包括了一部分削波失真、相位失真,下面就简单讨论一下。
瞬态互调失真(TIM)反映放大器实际工作时的指标, 对音质表现显得至关重要。有些放大器指标很高但声音不好听,原因之一就是瞬态互调失真过大。瞬态互调失真大的原因是放大器加入深度负反溃后,为了防止寄生振荡加入了不当容量的补偿电容,放大器对高频信号产生信号相位滞后的问题从而引发失真。如果输入端有一个尖峰信号,由于补偿电容充电需要时间, 输出端来不及向输入端提供即时的负反馈电压, 瞬间的尖峰电压得不到抑制, 使放大器出现过载,输出的尖峰信号产生了严重的削波。音乐中有许多尖峰信号, 这种放大器却使它们消失殆尽, 自然会对音质产生很大影响。有些产品为了扩展频率响应和一味追求高的静态指标, 不合理地加大负反馈, 这种情况在IC放大器和晶体管放大器中比较明显,不过这主要是指一些早期的放大器,随着技术的发展,目前放大器已经不需要太高的负反馈即可保证较好的测量参数,但瞬态互调失真仍是值得关注的重要参数。
(四)对于高阻抗耳机所用耳放的一些讨论
高阻抗耳机对于放大器内阻要求不高,适应性相对来说比较广,而且早期设备中并没有针对低阻抗耳机设置的独立放大器,因此不少耳机都采用音频线路传输常用的600Ω阻抗,这类高阻抗耳机对电流需求较小但放大器需要有较高的电压输出,这就要求提高放大器的供电电压。而大部分运放的耐压都不高,因此不少为高阻耳机设计的放大器都是全分立结构的,这两种结构并没有高低上下之分,所谓运用之妙存乎一心,关键看设计者的功力如何。
电子管耳放是比较适合高阻抗耳机的,对于这些放大器来说,输出级的结构是很有限的几种——阴极跟随线路(Cathode Follower)、SRPP线路(Shunt Regulated Push-Pull)、SEPP线路(Single Ended Push-Pull)、WCF线路(White Cathode Follower)。近些年来虽说出现了类似Grounded Grid AMP(共栅极放大)等不同以往名机的线路但输出级始终没什么变化。再加上电子管属于电压控性的器件电流输出能力不强,因此电子管耳放输出内阻没有太低的,一般在几十欧姆左右。
常见的电子管耳放中,一般使用两根电子管的耳放均为CF线路,这个线路输出内阻是这四种线路中最低的但增益相对也比较低,如使用6N5P之类的电子管推低阻抗的耳机效果还是不错的,但电压输出能力不如其他几种。SEPP是一种功率型的构架,也可以称之为OTL,虽然其他几种线路也都没有使用输出变压器,不过如果说OTL线路那么恐怕是特指SEPP构架。这种构架带载能力很强但功耗比较高电子管用的也比较多,其特点是电压增益高,但输出内阻也比较高(这个缺点可以使用大功率强放管解决),那些使用四枚以上6C19 6C45 6S6的胆机多数是这种构架。比较著名的恐怕就是叶立的作品,其采用EL91输出。WCF线路本身是CF线路的一种改进版本,其电流电压增益都比CF高,只是电子管用量CF多一些,输出内阻也是比较低的。
晶体管耳放不太适合高阻抗耳机,主要是晶体管耳放供电都不太高,甲类输出功率有限,在供电电压一定的条件下,无论多大的静态电流都不能改变它的甲类输出功率。不过现在耳机灵敏度都不太低,因此也能取得不错的效果。以上所说的基本是放大器的通性,电子管放大器基本都是工作在甲类状态,而晶体管往往是小功率输出下甲类,输出功率增大之后就会切换到甲乙类状态。
(五)甲类放大的定义和计算
国内的耳放很多,说是甲类输出的也不少,但是实际上大多数用户并不是特别了解甲类放大器的定义,因此有必要解释一下甲类耳放的计算方法。
耳放的输出功率根据此公式计算, Po=(ηV)2/2RL,η为功率因数,采用±15V供电,此时在32Ω负载上最大输出功率为3.515W,当然如果真的输出这么高的功率那么失真已经很大了,而且由于晶体管本身的损耗也达不到这么大的功率。那么到底在多大的输出功率的时候是甲类输出呢?参考资料我们能够查到甲类状态下最高输出电流是两倍的末级管静态电流,即2I,采用100ma的末级电流,此时输出甲类功率为0.64W(根据公式Po=2*I*I*R)以此计算需要工作电压为12.8V(根据公式Po=V*V/8R),此时机器功耗为1.28W,符合甲类放大器50%的理论效率。这些计算说明了一个问题,甲类放大器在末级管工作电流不变的情况下,低电压效率更高,当然,为了提高输出电压摆幅,通常采用高一些的工作电压,本机采用±15V供电,那么静态功耗约为3W,此时效率仅为21.3%而且实际运用中效率还要更低。目前市面上常见的耳放末级管电流大多在100ma以内,那么无论它采用多高的工作电压,甲类输出功率也不会超过0.64W(32Ω)。
如果是高阻耳机就是另外一种情况了,我们以300Ω的耳机为例,I=100ma,甲类输出功率为6W,此时需要±60V的工作电压才够。实际上考虑到小功率管的功耗问题,很少有采用这么高电压的耳放。如果采用±15V的工作电压,那么最大输出功率为0.375W,当然这并不是甲类输出功率。如果要使其工作在甲类,那么需要将静态电流调至25ma,此时采用±15V甲类输出功率正好是0.375W。
通过这些计算我们知道,如果推高阻耳机那么静态电流并不需要太大,相反低阻的则应该调大静态电流。但是对于TIP41/42这种40W的管子来说,小电流情况下并未进入最佳线性区。这也是为什么诸如莱曼 A1之类耳放,输出管采用BD139/140之类功率比较小的中功率管,也没有采用很大的静态电流,但是能够良好驱动DT880 HD600这类高阻耳机。
以上五个问题基本介绍了放大器的基本特点,了解放大器的特点可以帮助你缩小选择范围但选择一个合适的放大器最好的办法仍然是试听。 |
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