胆机雄风犹存 风光难再——威廉逊功放和Hood功放赏析

·Hi—Fi笔谈会 · 胆机 H1一rz之友 礼 ， 雄 风 犹 存 风 光 |一 | ／ 胆石之 由来已久 ： 刊 1996 年也曾做过专题讨论 奉文再就 “胆 石谁执牛耳”这 一命题谈点看法 ．并 以 Hood晶体管甲类功放权充佐证 一 、谁执牛耳 盖棺论定 想来十分有趣。从晶体管功放刚 一 登上历史舞台起 ，其音质就为 “胆 机”所不齿。想不到路转峰回．现在则 是轮到胆机在音响领域 中苦苦 支撑 着残局 尽管现代媒体之宣传无所不 至．影响之大无以复加，胆机借助名 机压阵频频亮相 ，但仍 回天乏力前景 惨拨 ：想起胆机昔 日之辉煌，不首怎 么说 ．不能不令』、为之无跟蜿惜。 我们觉得作为音响产品的 “胆石 之争 或 谁执牛耳 的问题．并非唯 一 地决定于音质之高低优劣 ，往往还 在很大程度上取决于其他因素。其 中．技术先进性和价格是两个最重要 的因素 ，其次还有使用的方便性 ，这 与技术也有直接关系。 以技术而论 ，胆 机无 疑是 落伍 了 体积大不便携带 ，怕震动易损坏 ． 电压高寿命短 ，从而导致市场不断萎 缩 ，品种和产量随之减少及价 格上扬 ，加上备件难于购得，令 消费者不无后顾之忧 ，结果进 入恶性循环的怪 圈 再拿音 质这张王稗来说 ， 胆机也没有什么牌可打。尽管 一 些胆机爱好者坚持认为胆机 的音质 f或音色)无与伦比，但 也应该看到 ，音质好 已不再是 胆机的 “专利”，晶体管放大器 的音质也 已达到登峰造极 的地 步 可以说两者难分轩轾 、各有 威廉逊功放和 Hood功放赏析 陆全根 千秋 也正因为如此．胆机在音响舞 古上还 占有一席之地 否则恐怕早已 无容身之地 r： 因此只要不抱偏见，平心而论 ， 胆石之争早 已见分晓．谁执牛耳也已 成定论 这是不以人的意志为转移的 事物发展规律。 也许有些发烧友会说 ，要达到胆 机同等音质．晶体管放大器要用复杂 得多的电路，作为商品机价格十分昂 贵．非一般音响爱好者所能奢望的 其实也不尽然，早就出现过不少 电路 简洁的晶体首功放，音质足 与素质 盛名的胆机分庭抗礼 本文最后将介 绍一款 Hood晶体管 甲类功放供读者 赏析。 二、影响深远的威廉逊功放 这里先稍微详 细地说 一下威廉 逊 ('~：illimnson)电子管功放 ，因为它是 后述 Ho0d功放的参评样机之一。另 外一个原因是有人认为 “用现代音响 理论与技术去衡量，威廉进和柴维尔 (Zel1)这些放大器的音质和技术差距 就非常大 。 额响范围窄．低音力度 圄 ： 不够 ．中高音不明亮，层次定位乱 ．音 质不干净”(见本刊 J997年第 3期 lO 页)。由于现在几乎不可能再听到这 些 50年前功放原汁原昧的声音 ，因 些重温一下它的特点和技术性能 ，看 一 看它与现代音 响理论与技 术之 间 差距究竟有多大 ．想来对于正确评价 威廉逊功放是十分必要的 1 背景 第二次世界大战后 ．由于 FM广 播和密纹唱片相继出现，音源质量得 到明显提高 ，人们开始注意改善放大 器的放音质量，其中一个主要方面是 采用推挽放大， 求降低失真，提高 输出功率 同时也引发了三极管与多 极管、单端输 出与推挽输出之争 。其 影响之广 几乎涉及整个音响制造业 ， 连一些著名的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 师也不甘寂寞 ，纷 纷加^ “战团”．毫无疑问．这对推动 放大器研制 和发展起到 了积极的作 用。 当时 有些设计者认 为用三极管 好．失真小、内阻低 ，能够更好地阻尼 扬声器的谐振峰 ，但三极管输出所需 推动电压高 ，给设计电路带来一定难 图 1 2A3三级管推挽功故 7—4l 一 无 ， 、 ， 多 多 维普资讯 http://www.cqvip.com 回 m—n之友 无 蛾 电 与 电 视 篓 6V6G 一 用变压器推动，但制作优良的推 Tr_『1 蝌 r—卡牛 币— 1—ft。丽 动变压器十分夏杂和昂贯，不适 上l l{J I l LJⅢ一_4 I l l 台民用功放。于是设计者采用一 l 『l＼⋯⋯ l l l⋯⋯ l l⋯⋯ 只束射功率管 作功率推动， I f l l ⋯l l f 1 U垃一一L一一l—l一⋯l 较好地解决了矛盾。r_ — 十什 —1—H_L 一十— —__ 0 另一些设计者皿 认为多极管 I I l_UU L LJ山 l j．jI ％ 图 2 用 6L6G作推挽输出的功放 7—42 高放大器性能和音质的 “瓶颈”， 以致 当时在 威廉逊 功放 出现之 前 ，作为 Hi．n功放的典型性能大 致 只 能 达 到 ： 颧 响 40 一 10kHz<~IdB，10W 输出时总谐波 失真为 I．0～2．0％。只能适应当 时 AM广 播和 78转唱片的放音 质量要求 尽管 当时大家的思想 很活跃 各显神通 ，但始终未取得 突破性进展，似乎形成了一个 群 龙无首 的局面。 2 威糜进放太器 1947年春 ，英国工程师威廉逊 fD．T．N．williamson)发表了题为 《高 保真放大器设计》一文，并提出了一 种后来被众口一致称为 “威廉逊功 放 的电路．躅 4为供业余爱好者制 作使用的电原理图，它与 1947年电 路相比除个别地方有所变动外，其他 部分完全相同。 首先应该注意到，这个功放以家 用为目标，输出功率定为 15W，在当 时已能充分满足Hi-Fi放音要求。10 年后日本斋藤彰英先生在 (负归还增 幅器》一 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中对威廉逊功放做了分析 后认为，如果输出级 KT66不接成三 极管运用而直接按束射管接法应用， 在适 当的负反馈下 ，只要使用 250V 屏压，就可获得同样的输出功率、非 线性失真和阻尼系数。对此我们觉 得，在满足输出功率要求的前提下， 改用三极接法可使 用较为廉价的束 射管而取得三极管放大那样的特性 ， 在解决了输出变压器工艺问题后，通 过台适 的负反馈可望获得 比三极管 更好一些的性能，不能不说这是一种 重撬音质的成熟设计，而且还能满足 当时一部分发烧友对三极管音质的 偏爱。 输出级 v5、V6按三极管接法增 益较低且要求较高推动电压。在分负 载倒相级 V2之后 加一级推动电压放 大级v3、v4，既解决了分负载倒相电 压利用率低、输出电压不高的同题， 又补偿了输出级增益低的不足 ．为采 用负反馈改善整机性能提供了基本 维普资讯 http://www.cqvip.com H]一 之友 无 线 电 与 电 视 囤 保证，输^级 V1与倒相级 V2做直接 耦舍，则克服了多一级 V3、V4放大而 带来的低频附加相移，降纸了负反馈 设计的难度。上述设计方案也为全部 采用三极管放大组态 以改善整机开 环线性奠定 了基础 。 电路 中使用 了工艺结构不 同凡 响 的输 出变压器 ，为了改善低频特 性 ，其铁芯与电源变压器一样太 ，一 次侧圈数不少 于 4400匝，电感量达 lOOH蚪上 为了改善高频响应，一次 侧 二次侧绕组均分成两组 ．一次侧 圉 4 供业余爱好者制作的威廉逊放大器 每组分 5层，二次侧每组分 4层夹于 一 次侧 中绕制 ，从而取得 了电感大 、 相移小 、频响宽、上下两臂十分平衡 的优异性能。这种结构和性能的输出 变压器 ．在现代胆机中也未必多见。 为了稳定整机工作，电路中采用 了周密的相位补偿设计。包括输 出变 压器在内加有 20dB总体负反馈并留 有 lOdB裕量 ．成功地克服了以往由 于输 出变压 器 不 良造成 的种 种局 限 就笔者所见 ，威廉逊功放可能是 首次引入相位补偿 的功率放大器 图 5是威廉 逊放大器 的频 响和 相位特性 ：可以看出．开环频响 (一 3dB)达 20m ～20kHz，闭环频响 (± ldB1为 10klz～1130kHz。开环和闭环 相位特性也相当好。作者给出的其他 主要性能指标为 15W 输出时 20klz一 20kltz范 围 内 的 总 谐 波 失 真 ， I } ．一叶■ 、 l } 一：：． — ， 』 上一一 I 一 ，● i f =一， I 1 图 5 碱廉逊放大器的频响和相位特性 7—43 300 200 l00 0 鲫 0 m 加 0 ∞ ∞ ∞ 维普资讯 http://www.cqvip.com 回 }n—Fi之友 无 线 电 与 电 视 均未加旁路电解电容，整流滤波电容 均采用无极性 电解 电容。重视对元器 件的选择以免影响音质 ，早在威廉逊 放大器 中就有所反映 威廉逊功放有许多特点 ，如采用 品质精良的输出变压器，足够而又不 过量的负反馈 ，全部采用三极管放大 组态 、输人与倒相级间直接耦合 ．稳 定放大的相位补偿技术 ．少用或尽量 不用对音质有影响的电解电容器 ．这 些无 一不是 现代 优质功放设计所遵 循的原则或措旌 ，而且同样适用于晶 体管功放的设计 威廉 逊功放所确立 的性能指标 也很快被人们接受为 Hi- 功放的基 本要求 。这些指标在今天看来也是十 分合适的 其音质也动摇 了当时那些 坚信 “三极管单端功放音质最好 的 发烧友的信念。尽管输出变压器的绕 制 ．艺十分繁重．然而仿制威廉逊功 放的热潮一浪高过一浪风靡世界 ，真 可谓达到了“前赴后继”地步，成为音 响史上一大奇观。 那么 ，威廉逊功放成功的精髓是 什么呢 我们觉得．从技术手段上看，最 主要的是采用 了性能优 良的输 出变 压器和精湛 的负反馈相位补偿 技术。至于采用什么放太组态和 电路结构还在于其次。这是因为 纵观历史上 以致当今名机 ．尽管 电路结构层 出不穷各显神通 ，但 几乎没有哪一款能离开上述两 大技术 。否则，很可能功 亏一 篑。再从设计思想上看．上述技 术体现为重视开环性能的设计 和闭环性能的控制及其间配合 ． 并不是单一技术的运用，而是一 种瞻前顾后的多种技术综合运 用 总之+威廉逊功放的意义不 仅仅是为我们提供了一个 Hi-H 样机 ．从某种意义上说 ，它的设 计思想和设计技术，正是现代音 响设计的基础 ．不仅不会落后 ． 还将继续产生深远影响。 三、简洁靓声的 Hood OTL功放 1 电 路 原 理 60年代末 ，电子管功放 已经十分 成熟普遍 ．但结构工艺十分复杂的输 出变压器仍是夸制作者头痛的难关 ， 而晶体管功放也 已经崭露头角，额频 向电子管功放发起挑战。为了更新自 己的功放并适应立体声重放要求 ．现 在成为英 国著名音响家的 J．H00d萌 发了 以简单的晶体管功放达到威廉 逊功放性能和音质的想法，图 6就是 他 自行设计 ，于 1969年发表的晶体 管功放电路。当然，它远不如威廉逊 功放那样有名，不过 电路结构倒也绝 无仅有，为称呼方便 ，姑且 叫它 Hood 功放。 从家庭放音实际需要出发，额定 输出功率定为 10W．组成 10W x 2立 体声功放 ．使用适当的声箱 {灵敏度 ≥90dB)在普通房间中足 以产生相当 惊人响度。另外．在选种功率电平上 尚适合采用 甲类工作 ．由于不存在交 越失真和开关失真，谐波失真又以偶 次谐波为主，便于用简单的电路取得 良好 的音质 ，这就是 Hood功放的设 计指导思想。 84 B3 THD(gW) 1 135 135 O 06％ 2 40 120 0 4％ 3 120 40 0 12％ 4 120 100 0 09％ 5 100 120 0 18％ 6 50 40 0 l倔 图 7 Hood功放输出放简化图 Hood功放电路十分简单、电路结 构上与早期的 OTL晶体管功放十分 相似，主要区别在于输出级不同。Tl 为输人级 ，它的发射极加有来 自输出 级的交 、直流负反馈 ．以稳定输出中 点电位和改善整机性能。改变 m 或 R2阻值可微调输 出中点 A的电位 ． 图 6 J Hood设计的晶体管功故 7—44 使之等于电源电压B+的一半 。 rI2为推动级 ．兼为输出级提供合 适的偏置。 T3、 构成输 出级 ，它可以 看成 T4以 T3为有源负载的单端 甲类放大 ．也可看成 以 T4为 有源负载的射极输出级，后者的 简 图如图 7。静态时输出中点 A 的电位 由 R1或 R2设定 为 电源 电压 B+的一半 。T4由 R8偏置 作射极输出器 T3的射极有源负 载。R6、R7、c3为自举电路，R6一 般取负载电阻 ltL的 10倍以上． 改变 1t7可改变输出级 的静态 电流。1t7上 的交流信号驱动 ．乃 作甲类放大。这个电路在不同负 载电阻下输 出 10W 时所要求 的 电路参数可按 图7附表选用。由 表可知 ．．乃 和 T4在静态时功耗 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 回 m— 之友 无 线 电 与 电 视 ’哥 ———— ———————一 ◇ 0．7o0 l ： 50V 保护电路 电子滤波器 图 12 电源电路和保护电路 37000l ，就能达到听不出交流声的 程度。 4 听音试验 作者用一台自制的威廉逊功放， 另借了一 台 QuadⅡ胆机和三 台晶体 管乙类功放 (均为商品机)与本机做 了听音试验。这些功放在试听前分别 做了测试 ，它们的频响在音频范围内 平直 ，失 真也很低 (最差的失真为 0 15％)。也就是说 ，根据这些最一般 的测试性 能并不能 对它的音质作出 判断。 对 比试听的结果如下。两款胆机 与三款 晶体管 乙类 功放在音质上有 明显不同。两欹胆机和本机为一组， 去 说 形 成 了两 种 不 同 的风 格。其中，威 廉逊 功放和本机 的音质较 QuadⅡ要 好些 ，而本机与威廉逊功放则十分接 近，凡乎无法区分之，可能本机的高 频延伸稍好些。本机与乙类功放的音 质差别相对较突出，它没有乙类功放 那种轻微的尖刺声，音质更为圆润清 晰 、颇具胆味。 四、现代风格的 Hood OeL功放 27年后即 1996年发表了改进型 0d功放。事实上，经过廿多年考验， Hood甲类 OTL功放的音质仍属好声 之列，现在的改进主要是使电路结构 上看起来“现代化 ”一些 ，而不像 OTL 图 13 Hood甲类 OCL功放电路图 给人一种过 时的印象 。 图 13 为 Hood甲 类 OCL 功 放电路图。 与原 电路不 同主要为： 1． 改 成双电源供 。 电以与扬声 器作直接耦 2． 加 一 个静态 电 流调节电位 器 7—46 3 提 高输 出功率 至 15W(每 声 道 ) 4．改进电源滤波性能 电路输人端 加有高 、低通滤波 器 ，以限止带宽为 7Hz～50kHz。 甲类工 作 时要 求 8n输 出 15W 功率 ，电源电压应为 ±22V，静态电流 为 2A，每管 (T4、T5)静态 功耗为 44w，两管应装在热阻不大于 0．6oc／ w 的散热片上 RVI用 以调节输出中 点零电位，为防止电源干扰串人 T1， 正 电源经稳 压 IC7815后的 T1发射 扳 ，只要 T2不太热 ，中点电位很容易 控制在 ±50m~ 内。 调节 RV2可改变 T2基极 一发射 极间电位 ，从而改变输出管 lr4、T5静 态电流，m 也应装在小型散热片上， 因为它也影响中点电位变化。 图 l4为本机使用的稳压电源， 其中 R5、R7、D1，R8、R10、D2对调整 管起限流保护作用。稳压输人电压应 为 ±27V。如果觉得该电源电路过于 复杂 ，也可采用图 l5的普通供电电 路=此电源 lOOHz纹波约 3mV左右。 本机做了多次改进 ，应该说性能 和音质有所提高，但未涉及实质性的 改进 ，因此实测性能与原机差不多 ， 小 信 号 带 宽 (一3dB) 为 10Hz～ 250kHz，削波点处失真小于 0．1％ ，残 留失真分量也几乎是纯二次谐波。未 加相位补偿的方波响应未见明显过 冲，对典型电抗性负载工作稳定 音 质方面也听不出与原机有什么差别 ． 也就是说与威廉逊功放音质相当，但 制作十分方便 ，成本也很低。 也许改进方案未能对原型电路 性能和音质做 出实质性 改善而令人 遗憾 ，但反过来也证明原型之简洁成 熟 ，经得起 时间考验而令人 刮 目相 看。在音质相当的前提下 ，就电路简 洁和对扬声器系统安全而言，笔者更 倾心 于原型 电路 ，不知读者 以为然 否 。 五、结束语 我们无 意贬低胆 机的音质 。相 维普资讯 http://www.cqvip.com 图 l4 稳压电路 反．认为胆机音质也相当完美。车文 的 目的是 以一个实例说明晶体管功 放的音质早 已可与胆机比肩 。这也是 胆机难执音响牛耳 的最重要原 因之 Ⅲ一Fi之友 无 线 电 与 电 视 图 l5 普通供电电路 回 一 。 退一步说 ．即使晶体管功放音质 确实还不如胆机，只要差距不太大 ， 如 目前大多数 Hi-Fi晶体管功放的音 质能为大家乐意接受那样 ，那么由于 胆机的固有缺点 ，它还是难以东山再 起 ，收复失地。 _ ■ _ _ ⋯ ● _ _ _ ⋯ ● _ _ _ ⋯ ● _ _ _ ⋯ ● _ _ _ ⋯ ● _ _ _ 一 ● _ _ _ 一 ／．封面广告说明． 1 CAV(中国)广东汉洋丽声音响有限公司是一家极具规模的中外合资企业，为了在中国远期的发展和稳定的售后服务． 。CAV采取正规渠道 ，于 1995在广东成立台资企业进行总装及销售 。该公司在广东拥有两大生产基地 ，两个独立生产敞，并 l拥有庞大且完善的销售网络。CAV与日本NEC等电子公司运用其数字音响方面的领先优势。已成功开发出新一代CAV686 l 数字音响。 l 1998年 8月 ，在中国400多家 CAV(Computer Audio Video)特许连锁机构同时发售全新数码音响系统 ，这系统包括两 1个型号，“豪华型”(人民币零售ffr~866o．oo)的组件包括有 AV686中心机、CAVS200主音箱、CAVC5中置音箱、CAVS4环绕 。音箱 、CAVB25低音炮 、CAVG300机柜和 CAVEQ686均衡器，而 普通型”(人 民币零售ff~~6610．oo)的组件包括有 AV686中 I心机、CAVS250主音箱、CAVC5中置音箱、CAVS4环绕音箱和CAVEQ686均衡器。 I AV686中心机采用了 日本 NEC的顶尖双中央处理器，再加上 32K的软件程序和 32比特高速数字声场处理器，配台高 l速微电脑芯片，在有限的家庭空间，享受到世界著名大型场所那样逼真精彩的环境气氛和身临其境的音响效果。此外，本机 l采用根据专业影院的现场测试数据而开发的第四代数码定向逻辑解码器。声像定位极其准确，大幅度缩小家庭环境与电影 ：院差别。而且，本机亦备有数码全频带卡拉0K系统(Wide band Digital Karaoke system)，混响与延时独立调节，话筒均衡与 l伴奏音乐独立调节，自动接唱和自动伴唱功能，并根据现场测试数据，再现专业卡拉0K的空间感和环境气氛，用家在享受 l家庭影院所带来的乐趣之条 ，亦同时间与家人分享唱卡拉 OK的欢乐气氛。 l 现时．杜比数码已经是DVD碟片的其中一种法定格式，另外，大部份数码电视广播格式(如英国SKY Digital／ONDigital l的和美国的D al TV)都会使用杜比数码作为音频编码技术。因应市场对杜比数码音频编码技术的需求愈来盘大，CAV686 ：亦有六声道模拟音频输人端子，以配台用家在日后接驳杜比数码／DIS数码环绕声解码器和备有六声道模拟音频输出的 l DVD机的升级玩法．另一方面，本机亦分别有六组 (TUNER、TAPE、VIR、HIYI~、LD／CD及 DVD／VCD)两声道模拟音频 l(Composi~ video)输入端子 ，透过简单易用的控制程序，用家就可以随意选择任何一种输人了。 l 为了迎台不同人士对声音的不同听感要求，本机备有电塘频谱数字频率均衡器 (Computer Digital Equalizer)，透过与 l AV686以电脑通信电缆连接的CAVEQ686均衡器之LED显示，用家可以调节不同频段的增益，该均衡系统有效弥补各种建 ．筑结构的声学缺陷，补偿录音和传输过程造成的信号损失，满足人耳在不同年龄的听感要求，同时让无形的声音量化，变成 l直观的频谱和数字。 0 在扬声器系统方面 ，CAV686采用低失真的巴氏滤波器 (Butteraoah Filter)，在推动双路低音炮产生强大的“气流团 超 l低音。此外，CAV686的低音炮是一个双路“气流团”超重低音系统，透过低音炮的双道管设计，在声学上形成了一个声学滤 l渡器，将低音单元的谐波过滤，令低音炮重播出更干净和更自然的低频效果。 l 一直 来，经过 CAV人的不断努力，CAV己在中国很多地区荣获 消费者信得过产品”、“消费推荐产品 等荣誉。为保证 l品质，打击暴利．CAV(中国)在全国成立了数百家CAV连锁专门店，统一销售价格，并长期享受优越的售后服务。相信这就 。是具有世界品牌信誉的CAV丽声音响。 I ＼ 咨询各地 CAV特许联锁机构联 系办法请致电：020—87510938 ． ’、， 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 ·_ _， 7—47 耋 2 2 t● ； ； ● ●／ 维普资讯 http://www.cqvip.com