和初哥聊天 [复制链接]

在黑胶系统中，如果说转盘整个黑胶系统的基础，那唱头是影响黑胶唱片音色的最大关键。因为唱盘的播放原理就是依靠唱针读取（即磨擦）唱盘的沟痕两侧（不是磨擦其底部，因为其底部是没有任何音乐信号的），通过磨擦所产生的震动借由针杆传回唱头，继而产生磁电转换输出电流；再将这些电流转换成电压形式，输入到前级，再经过等化线路还原，继续进入信号放大部分，最后经由喇叭播放出音乐的。  

    磁电转换的方式有几种，如动磁式、动铁式、动圈式、压电晶体式等等。其中动磁式（MM）、动铁式（MI）、动圈式（MC）最具代表性。黑胶唱头也据此主要分为三大类，即动磁（MM）、动铁（MI）以及动圈（MC）。

    动磁式的唱头（MM，Moving-Maganetic Cartridge）的工作原理为：将唱头里的线圈固定，针杆的后方带有一块小磁铁，磁铁中装着一小块橡皮阻尼，以这块橡皮阻尼为支撑点，通过唱针接收沟痕里的音乐讯号振动小磁铁的方式，产生磁力线切割的作用，从而获得输出电平。其中 SHURE是动磁式唱头的代表厂商，其从未生产过其它种类的唱头，是动磁唱头的力推者。

漫谈台湾版唱片
刘远中
科学月刊第八卷第十一期刊登了一篇「唱片是怎么制作的」的文章，对唱片的制作过程有着详细的说明。一向喜爱音乐的我，常受廉价翻版唱片之益（也受其害）。所以把它捧读了一番，但我对翻版唱片制作上抱有的疑问没有得到完满的解答，读到该文最后一段后恍然大悟，原来「制造唱片的技术是一种工业秘密，一般业者均不愿提供其细节……。」其实他们应该把所遇到的困难公开，供大家研究如何改善质量，不要闭门造片。
台湾版唱片最大的优点在其价格之便宜，在一般商品中市面销售价格远超过成品原价（包括材料费，加工费等）的有药品、化妆品等（有时十倍以上）。在国外唱片也是属于此类的，但是在台湾我们能以国外十分之一的价格买翻版唱片，换句话说，以买一张原版唱片的钱可买十张台湾唱片，这对喜欢音乐的人应该是一大福音，但是还有那么多人在花十倍的「冤枉钱」买原版唱片，难道他们崇洋的不可救药吗？不是！他们是在买较高的「质量」。
台湾版唱片最大的缺点在其质量管埋之不善，有的厂商贪便宜，不买母录音带，由原版唱片转录，结果有时把原版唱片上的杂音（最多的是沟槽中附着尘埃引起的卜卜声，甚至于原版刻痕引起的嘟嘟声）都录进去了。由于压片过程马虎，唱片上有时出现小凸点或凹点，引起跳针或在同一处打转等毛病，（这是在唱片行选片时，只要细心注意观察版面就可以避免的，不过用塑料袋封起来的唱片就「没法度」了。）这些台湾版唱片的缺点最近改进了些。但是它的最大且最不能忍受的毛病是因为唱片中心孔不在正中央所引起的音程不准的问题。我相信大家一定观察过正在旋转的唱片上唱头，左右晃来晃去摇着头，这就是中心孔不在正中央，也就是说沟纹所构成的圆与中心孔的小圆不成为同心圆所引起的现象。那么中心位置差多少呢？有时差1毫米（1mm），最普通的是差0.5毫米。也许有人会说，直径 30 厘米的唱片，中心差个1毫米有什么关系，马马虎虎算了吧。其实这差之毫厘所引起的问题可不小呢。
现在让我们做做简单的计算看：唱片上沟纹的半径设为7.0厘米（相当于唱片沟纹内圈）则因为孔中心离沟纹圆正中心差 0.10 厘米，当唱片开始转动时，唱头会在离转动中心6.9厘米与7.1厘米距离之间摇动。因为唱盘转速为100/3，在唱头处的（切）线速度的变化为最大每秒 0.69 厘米（为原速度的2.8%）。所以如果这时唱片沟纹上刻有440赫（标准A音）的长音，那么我们听到的音高在334赫与346赫之间上上下下。也就是说高低音之间频率差12赫，相当于1/4音程。这么大的音高变化，根据音乐心理学家的研究（注一），七岁左右儿童的半数以上可感觉出来，没有受过音乐训练的成人也10人中就有9人可以辨别，音乐家那更不用说了。如果中心只差0.5毫米那么频率差为6赫，普通成人20人中有15人可分辨，音乐家完全可以感觉出来。这种音程之变化与唱头的位置也有关系。靠近中心时大，离中心远则小。例如唱头刚下时离中心距离约为14厘米，那么因中心不准（0.5毫米）所引起的频率差只为3赫（约为1/32音程），没经过音乐训练的一般人就很难感觉出来了。所以台湾版唱片一开始听时觉得还可以，但是唱到一半以上就越来越难听了，当然受得了或受不了还得看你的音乐修养、音乐能力（特别是辨别高低音的能力）而定。这一点台湾版唱片遗害不浅，我国儿童从小听惯这种不准确的音程，其音乐能力大受影响，我们听电视里台湾歌星唱歌，没有几个人唱得音准的。为了补救台湾版唱片这个缺点，我曾把唱片中心孔用锉刀自己修正，但是正面修正好了。背面的中心又不对，防不胜防，最后只好放弃了。
注一：A. Bentley: Musical Ability in Children and its Measurement, G.G.Harrap, London 1969

很好的学习资料，辛苦了。

你知道唱片是如何制成的?

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2010/03/13 00:54

　　在唱片行里架子上的唱片,就像其他我们在日常生活中所接触到成千的货品一样,我们并不了解他是从什么地方来,或是如何制成的。
　　的确,在参观过一座纤维工厂、一座屠宰场、或是自动装配工厂后,常使我们对小至鞋带、牛排大至汽车等货品的观感发生戏剧性的改变。 几乎在我们日常生活中所使用的每一件物品的制造过程,都是相当的复杂、困难和精密。
　　为了使每一位读者对唱片的制造过程能有所了解,我们为您准备了一系列的过程介绍。 包括了录音间、唱片主盘设施(disc mastering facility)及唱片压制工厂,使您对演奏者在录音间所录制的声音,如何转变成您客厅中的音乐过程能有详细的认识。
　　现在请依图片编号往下看:

1.)唱片的制造过程,是从录音间里对装备不稍间断的保养及调校开始。 对忙碌的录音间来说,基本的录音机保养几乎是每日所必须的。 图中是一位工程师正使用标准带来检查并调整MCI的JH114型24声道录音机。

2A.)

2B.)
　　2A & 2B:当乐师们都已在声道录音机上决定其个人的声轨之后,音乐的录制就可以分别或同时的进行了。 如图中三位爵士乐团的乐手正同时在录音,或是和歌手一样最后才加上他的声音;要注意的是这爵士乐团中的每一支麦克风只能拾取一位乐手的演奏,然后在取得各演奏间音量的平衡,但演奏者却可以从耳机中听到其他三位演奏者混合的乐声,这个声音只做鉴听用而不录在多声道录音机上。

3.)多声道录音带的录音电平及初步等化是由录音键盘来控制,如图中这部Tridend的组件。 它的功能包括前级放大、等化、传递(route)及监听每一个录音声轨的电平。 图中的录音机是3M公司的32轨数字录音机,并附有遥控设备由左方的音乐台来操作(图中为Minneapolis的Sound 80一号录音室)。

4.)最后所完成的多声轨录音带必须经混合处理而​​成为两声道的母带(master)。 这个过程通常都在另一间混音室来执行大多数的特殊效果及等化也都是在这个阶段完成。 在这个阶段鉴听喇叭是非常重要的,因为录音工程师所听到的声音,对声音的修饰及最终声音的平衡有极大的影响。 我们可以看到图中有各种大小不同的喇叭,从迷你型到大型鉴听喇叭都有,他们是为了决定录音在各种不同的喇叭上所发出的效果如何。 因为不同的音乐有不同的听众,所以某些唱片将经等化修饰以便适合在廉价或是手提唱机上播放,而有些则为了备有高传真音响的人士而制作。

5.)现在这卷已包含所有效果及等化处理完毕的二声道母带,将被送至唱片主盘设施(disc mastering facility)上准备切刻(cutting)及压制的工作。 在这而准备切割唱片的空白瓷漆片(lacquer)已经压制完成。 瓷漆片实际上是一块铝板在它表面上覆盖一层极薄且光滑如镜的瓷漆。 它的大小比完成的LP唱片稍微大一点,大小约在13 ¼ 至14英吋之间。 多出来的部份将用来决定唱片沟槽的深度,检查正确的刻针温度,或在正式切割前做其他的测试,同时在压制唱片的过程中,这部份将用作固定印模( stamper)的皱折边缘。

6.)切刻车床(Scully牌)在切刻的过程中呈辐射状的移动切刻头(图中为Neumann SX74型)通过瓷漆片的表面。 注意在瓷漆片中央连接在车床上的真空附件,是使瓷漆片紧密的接合在平盘上。

7.)近看切刻头,我们可以看到切刻针由两条细线连接制加热部分,及真空附件的尖嘴能够检拾起在刻片过程中所产生的细瓷漆屑。

8.)切刻针的安装是将切刻针悬桁的末端通过顺服橡皮(compliant rubbery)紧绑在切刻头上,像大多数流行的动圈或动铁式唱头。 切刻头的功能也如同一只动圈式唱头,但是过程却相反。 从切刻放大器(cutting amplifier) ​​输出的电流,流经两个与水平成45 ° 角连接在唱针上的线圈,然后这两个线圈相互的受到两个大磁铁的吸引或排斥。

9.)切刻头内线圈的电流是由我们平常所使用相似但不相同的高功率立体扩大器所供应,此种扩大器每声道200瓦,与一般扩大器最大的不同点在于它们能推动像切刻头这种高感抗的负载。 图示的切刻放大器及其附件是属于Sheffield的。

10.)在切刻过程中两沟槽间的距离(简称沟槽间距)可由以下数个方法中选择一个来调整。 对直接刻片的唱片,沟槽间距的调整必须用手动,如图示。 因为讯号的强弱无法预知,所以切刻工程师必须基于他在预演中所获得的讯号电平作一合理的推测,而不至于使得一个沟槽的讯号刻入相临的沟槽内.或因相距太远而偏离了切刻的范围。 使用录音母带而刻制的唱片,可以使用一个预设的切刻头,它能自动调整沟槽间距。 最新的技术如"沟槽巢"(groove nesting)是利用电脑来分析沟槽调变(groove modulstion)以获得最小的沟槽间距。

11.)在清除完切割车床上剩余的瓷漆屑之后,因为刻成的沟槽将在几天中稍微的恢复或改变它的形状,所以大多数的唱片工厂会在数小时内完成瓷漆的电镀。

12.)接下来使瓷漆片专变为压片机所使用的金属印模的步骤称为"铸型阶段"。 在这阶段里三种不同的溶液分别喷再瓷漆片上,而在瓷漆片上度一层极薄(约两个分子厚)

13.)现在将镀银的瓷漆片置入(预备镀上一层厚镍)工程师们称之为"浴槽"的电镀设备内。 溶液的温度、水的纯度、电镀的速度对电镀的过程都有影响,因此也将影响到唱片的品质。 要注意的是瓷漆片固定再平板上而再电镀时必须旋转以防止欲镀金属厚度的不平均。 图中的电镀设备是由Europadisk制造而属于Mastering Lab经销的。

14.)电镀完成后,镍主盘(master)就可以从瓷漆片上拿下来。 镍主盘是瓷漆片的负片,也就是说瓷漆片上的每一条沟槽,在镍主盘则为突起的棱纹。

15.)镍主盘再次的电镀,此时产生一张金属母盘(mother)。 这是张正片,也就是说瓷漆片上的每一个沟槽在母盘上也是沟槽。

16.)金属母盘依序电镀而产生了瓷漆片的第二张负片,称之为印模(stamper),这张复制片才是压制唱片的模子。 依特殊的企图,我们可以在每一个金属电镀的过程制出许多复制品。 畅销的金唱片可以借着数张母盘或主盘所压制出的成打印模来大量的生产,而且利用母带甚至连瓷漆片都可以复制。

17.)虽然由瓷漆片镀出的负片不能用一般的器材来播放,可是瓷漆片及金属母盘都可以用一般的器材来播放,但这样子很容易伤到瓷漆片。 利用图中由Stanton所发展的有V型凹口的唱针及逆时针转的特殊唱盘就能够检查镍主盘及印模。

18.)在印模的边缘刻上皱折后,借着固定在边缘上的皱折及中心,我们就能装印模装载压片机上,以备压制唱片。 反面的印模就装在压片机的上端固定位置。

19.)将印模装好,并仔细的将上下两面对正后,压制唱片就可以开始了!

20A.)人工操作的压片机,操作者首先放上一张底面的标签,然后是一块与油灰密度相同的乙烯基(vinyl)。 这一块像面团的乙烯基的热度约为华氏350 ° ,所以必须戴上手套才能处理。 正面的标签是一块三明治的第三层,在自动压片机上这些都由自动的控制臂来操作。

20B.)软化的面团状的乙烯机由另一部机器挤压出后自动称重,然后放入压片机。 乙烯机的来源有二,利用像豆子的球状原料,或是从破唱片及其他塑胶再研磨的粉末。 除了纯聚氯乙烯(polyvinyl chloride)外,大多数的乙烯基中还含有当作防黏剂(release agent)使得压好的唱片不会黏在模子上的润滑剂,及醋酸聚乙烯(polyvinyl acetate )的化合物,还有使混合物在所有温度下保持均匀的稳定剂(stabilizers);另一件包含在乙烯基中的是黑炭。 散布良好的炭粒子除了着色之外,还有人认为可以帮助热传导。 某些制造商近来为了减低表面噪音而使用其他染料来着色乙烯基,但是这种想法和其他大多数的唱片工艺技术​​一样仍为一些专家所争论。

21.)压片机降下并挤压乙烯基面团而成为唱片。 压制的时间约在20至30秒,以确使乙烯机能充满印模的每一部份。 乙烯基的温度及压制时间对沟槽刻痕的精确程度有相当大的影响,还有乙烯基内的应力(stress)会在以后使唱片发生弯跷的现象。 大多数专家的意见是压制的时间越长,乙烯基的初温越高,唱片的音质越好。 但这样做会使产量降低,所以两者必须取得平衡,这也就是为什么某些特殊唱片的零售价格会较高。

22.)压片机用水冷却之后,压好的唱片就可以取出来。 此时虽然唱片已成固态,但还相当的柔顺,所以必须在平的时候等它完全冷却下来。 标签无须黏胶即可黏上。 因为热和压力使它深入唱片表面。 而中央圆孔依不同的机械由一个或两个中央针柱形成。 在图中这部人工操作的压片机里,边缘的整修将由另一部机器完成操作。

23.)图中属于KM唱片公司的高产量自动压片机,正利用照片中央的齿轮,自动在作边缘整修的工作,以去除多余的乙烯基。

24.)自动压片机最后将唱片堆积在一支轴上以待冷却,操作员在每12张左右加上一张封套。 冷却之后唱片将包装、运输,并且除了抽样检查外,不再经过任何机械操作。
转载音响技术第56期AUG. 1980 你知道唱片是如何制成的?/Gary Stock 原作/王超群译述/

SCAN三音路系统制作示范

分类： DIY自己动手做

2010/03/16 04:04

一、前言
　　本刊第52期罗哲介绍过用Scan的单体,所做成的二音路扬声系统,在当时是考虑Scan单体,售价的确不廉,才做此设计。 事实上,以10吋的低音要采用二音路方式,先天上就有困难,更何况高音扬声器的口径小到只有0.8吋,在Cross-Over Frequency,也就是中音带,会有若干不足。 于是再三催促凯昕公司,应从速进口中音单体来搭配。 凯昕郭先生考虑到二音路都已经这么贵了,三音路更甭谈了,一般自己装的阶层是否负担得起,更是一大问题,因此迟迟不敢进货。 结果,二音路上市之后,大多数购用者,都希望能推出三音路再买。 即使在这种情况下二音路系统也几乎销售一空,使得郭先生有信心推出三音路系统。 终于,把Scan中音单体13M3808也引进台湾市场了。 本来在52期介绍二音路系统时,罗哲就建议凯昕公司以比赛方式,征求对系统设计有研究的​​高手,届时,这个三音路系统似可以由高手来设计,结果,似乎没有下文,罗哲只好自己再来献丑。
二、系统组成单体介绍
　　这个三音路系统,低音与高音部分,沿用前次二音路系统的25W 4208 F 2A SD和D2008,因此,低音与高音扬声器就不再介绍。 中音扬声器单体,则是使用Scan的13M3808,其口径是80mm,有关资料如 Fig.1 所示。 从阻抗曲线看,除最低谐振频率以外,交流阻抗几乎不随频率而增加,因此,其驱动部分,自然也是采用Scan的专利Symmetric Driver,在分音器的设计上,可以视为纯电阻来计算。

　　由频率响应曲线上看,从1300Hz至15KHz之间的响应非常平坦,事实上,单独使用做成全音域来用亦无不可。 自然谐振频率(最低谐振频率)厂方公布的是90Hz,但是从阻抗曲线的峰点看,应该是130Hz,音平灵敏度是92dB,比低音与高音扬声器的灵敏度90dB高出了2dB,因此,再设计分音器时,应加入衰减2dB的分压网路。 厂方所推荐的使用频段是200~5.000Hz,连续承受功率是100W,假定分频点是800Hz,衰减量是每八度音12dB的条件下。
　　根据上述资料,我们来自行决定分频点应如何安排较为恰当。 当然,先从指向性为出发点来考虑。 第52期中已提到过,低音扬声器25W 4208 F 2A SD的有效半径是10cm,其指向性在30 ° 方向上衰减3dB得频率,可以按下式计算出为:

　　也就是说,低音与中音扬声器的分频点不能高过1.6KHz。 同时也不能低到在中音扬声器最低谐振点附近(因为在这附近,中音扬声器的失真较大),通常是取最低谐振频率2倍以上的频率,有些讲究的系统则取到3倍以上。 罗哲的经验是由阻抗曲线上,高过最低谐振以上地带,阻抗最低点的频率附近来选定。 这个中音单体,由于阻抗并不很显著的随频率而变,因此,就以最低谐振频3倍以上的频率,作为分频点的不可超过下限。 案前述最低谐阵势130Hz,3倍频率为400以上。 则分频点在400Hz与1.6KHz之间,都是合理的选择。 当然选得略低,对指向性有力,但选得太低的话,让中音扬声器承当太多低频信号时的大幅度锥膜振动,会使中音扬声器的承受功率减少。 Fig.1已经提示我们,分频点在800Hz以上时,可以承受100W的连续功率,因此就暂定800Hz为分频点。
　　再来看中、高音间的分频点又当如何?中音扬声器口径是8公分,有效半径大约是3.2公分。 则指向性在30 ° 偏向衰减3dB的频率,将可算得是:

　　也就是说分频点高于5KHz时,指向性将会劣化。 高音扬声器单体D2008的最低谐振频率是900Hz,3倍频率是2.7KHz。 因此从2.7KHz。 至5KHz之间的选择,都是合理的。 当然进一步地改善指向性,可选择较低的分频点,但是也须兼顾高音扬声器的承受功率能力。 按,高音扬声器D2008,厂方提供的资料,是分频在4KHz,衰减量每八度音12dB时,可以承受到100W的连续功率,因此,就暂定分频点为4KHz。 如此分频安排,使得高音中音扬声器,都同样地能承受100W的连续功率,可以说是很Balance的做法。
三、分音器各元件的计算
　　目前为止,可以将分音器的各项要求列出如后:阻抗8欧姆,分频点800Hz与4KHz,衰减量-12dB/Oct,中音扬声器需附-2dB的衰减电路。 采用标准的-12dB/Oct线路,如Fig.2 所示,各元件的数值可以下列各式计算得之:



　　所有计算所得之电阻电容值,都不是一般市售标准数值,因此已市售标准值取其近似者而用之。 1.6欧姆取公称1.5欧姆误差10%者,32欧姆者取33欧姆误差10%者,17.6uF取16u误差10%者,3.52uF取3.3u误差10%者,制成分音器,以8欧姆纯电阻做负载,电感当然是自绕,也有市售既成品测得分音器之分频曲线,如 Fig.3 实线所示,换用扬声器单体做负载如同图虚线所示。

　　由Fig.3,我们可以发现,以纯电阻做负载,和以Scan的扬声器单体做负载,所测得的分音器分频曲线,二者几乎重叠在一起,这证明了:Scan的扬声器的确可以做到很接近纯电阻性,因此使得分音器的设计大为简化,也使实际效果和设计预期值更为接近。
　　又,中音路分频曲线的平坦部分,比低音路和高音路分频曲线的平坦部分,降低了2dB,这市衰减电路所造成的,目的是前述调整中音扬声器与高低音扬声器灵敏度不同之用。 最后,在分音器部分尚有一点要注意的,就是中音扬声器,接到分音器时扬声器的相位要和低中音扬声器反向接线,因为采用-12dB/Oct的分频网路,在Cross-Over Frequecy点,分音器会造成180 ° 的相位偏移,中音扬声器分相之后,正好更正相位,此点在本刊第52期,二音路系统中,Fig.5C已经以仪器证明,相信不反接时,会造成频率响应曲线下陷的现象(在分频点附近)。
　　有一现象,几乎忘了说明,即在以扬声器为负载时低音扬声器的分频曲线,在60Hz左右,有一点小峰(Peak)出现,只是不太明显罢了,这是扬声器装箱后的新谐振频率所造成的。
四、以Pink Noise 在室内聆听环境之测试
　　一般扬声系统,都是在无响室内,以纯音(也就是正弦波信号)来测试的。 业余者的变通办法,可使用 ⅓ Oct Pink Noise,在实际聆听环境来测试。 这两种测试结果,大抵在极高频和及低频地带,频率响应在曲线稍有不同外,音乐信号上的主要构成频带大致上是大同小异的。 这些微小的差异,乃由扬声器指向性所造成的,而且Pink Noise测试法,在国外很多文献上,都证实比纯音的测试法,更接近实际聆听效果。 因此,罗哲认为很值得向业余音响爱好者推荐。 况且,目前Pink Noise的来源,也很容易获得,例如国内的声美唱片公司,也已经推出一套包括 ⅓ Oct Pink Noise信号的测试唱片STMS系列,其他在国内音响专售店可以买到的Decca SKL 4861─How To Give Yourself A Stereo Check-Out,内容含有这种测试信号。 当然,别的进口唱片还有,只是未能一一枚举罢了。

　　Fig.4 是完成后的系统,以Pink Noise信号,在罗哲自家客厅内,所测得的频率响应曲线。 为了比较Scan的三音路系统,与Scan的两音路系统,在频率响应曲线上有何不同,在此,把第52期所介绍过的两音路系统的频率响应一并刊出以供读者们比较── Fig.5 。 我们可以发现,3音路系统在中音带方面是比较丰富一点,并且60Hz以下的极低音部分,音量方面也高出了将近10dB。 中音带的增加,当然是由于追加了中音扬声器的缘故,原来的两音路使用的木箱容积大约是30公升,现在3音路的木箱,容积已经增加到45公升,自然使得低音部分更能发挥出来。 200Hz左右的次低音带,似乎有点下陷,这是测试环境所造成的因为测试时把木箱悬空,无任何一面与地板或墙壁相贴。 因此与壁面的反射波造成相位相反的抵销所造成的,还好并不明显也不严重,也就不再调整位置重新测试了,有很多外国资料显示,在一般使用条件下,在200Hz左右,因墙壁或地板的反射,所造成的响应下陷,是非常地严重,这次的测试,仅有稍微的下陷,也属不易。 在中音带附近,似乎频率响应略有起伏,尤其600~700Hz之间有点尖锐的突出,这是罗哲所用的分音器不太正确所造成的。 中音路与低音路分频点800Hz,在低音路上-3dB点正确地落在800Hz,而中音路-3dB点却落在700Hz处,重叠部分太多,才造成600~700Hz处的隆起部分。 次高音部分4KHz部分有点下陷,这也是分音器不正确所造成的。 中音路-3dB点正确地落在4KHz处,但是高音路-3dB点却落在将近5KHz处,重叠部分不足,自然造成频率响应曲线上的下陷。 这个分音器是购自市售现成品,其公称分频点是800Hz与4KHz,与我们的设计符合,可惜做得不很精确。 当然凯昕公司的分音器,不会随便在市面上去购买一定会另外订制并检验合格才能使用。
　　这一次的三音路扬声系统,还有一项与众不同之处,就是增加了Phase-Equalizer,可以做到一般所谓Linear Phase的效应。 所谓Phase-Equalizer,其实就是垫于低音、中音扬声器与木箱之垫圈,使得低、中、高音三支扬声器和人耳之间,都能保持相同之距离,使得低、中、高三音路的声音都能同时到达人耳,而避免了不同时到达所造成的相位偏差。 Scan扬声器专利的Synnetric Driver,本来就具电气上的线性相位响应,如今更加上几何位置上的Phase Equalizer,更是相辅相成。 一般扬声器,如果也使用Phase Equalizer,未必有效,因为电气方面是否也属Linear Phase还是一个问题。 或许一般扬声器也能做到,但是,绝不是只把二支扬声器垫到处于同一平面即可办到的。
转载音响技术第56期AUG. 1980 SCAN三音路系统制作示范/罗哲

怎样教他们精打细算买音响

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2010/03/03 21:54

细读此文,纵然不能使你立刻成为专家,但临阵磨枪......
　　联考过了很可能就会有人求教你──当然是音响技术的长期读者──选购音响的诀窍及方法,虽然你也装过或修过几部扩大机,但走进琳琅满目的音响店真的就能做一明智的选择吗?为免于你「误人子弟」,我们特请苏天豪先生赶译此文,希你尽速熟读以备不时之需,使你的后进老弟心服口服!

──编辑部

　　假如有这么一天,我们突然想到要对市售音响器材各机型间搭配组合的可能性加以分析的话,此时就算我们把这个分析的范畴限制在有限的购买预算中,也可以看出下述的统计不是开玩笑的:例如我们假设买扩大机的预算是100英镑(约为8.500元台币),唱盘是80英镑,唱头是20英镑,而扬声器、调谐器和卡式录音座则为100英镑,在这种预算范围中,音响店可以提供的厂牌和机型(以唱头为例,能有27种之多,唱盘也不下于21种),以其搭配的可能性依排列组合算来,可以有五千二百万套的组合(正确的数字是52.436.160)!如果说要一套一套的去试听,就算你每一套都只听上5分钟,也要499年才听得出一个结果来!
　　当然我们不可能有这种美国时间来这么做,故而本文的目的就是要替你省下那些你听不出结果的时间。 而我们一切说明的出发点,都是出自你所要的只是一套「物有所值」的音响的假设,换句话说,是要能让你觉得赏心悦目,又不致有得不偿失的感觉。
　　首先我们要声明一点,以下数章并不是为了那些爱凑热闹的角色而写的。 坦白的说,如果你对音响器材的选择完全基于有多少个旋钮、多少种指示、用的是红灯或绿灯,那么你就全然不该买这本杂志。 诚然,精美的外观对诸多挑剔的音响专家也有某种程度的影响,但是如果所发出来的声音不忍卒闻的话,也无济于事。
　　我们也不打算向你推荐这么一套器材,如果你买了就会在亲友间出名,或许我们所推介的器材会使人印象深刻,但绝不是因为其外形像协和机的座舱般动人,或是像出自设计中心般有来头,其动人的原因必然在于再生出来的音响效果能让人瞿然端坐。 但这又不是因为其高音使人如坐针毡般猛烈,或是低音如地震般惊天动地,而是因为再生出来的声音能完全临摹现场的音乐;而音质也能和乐器所奏出来的极为类似,每一个音符都能清晰的表现出来,并能有空间感和透明感,同时也要让人充分有圆润和临场的感受。
　　由于空间和文字所造成距离的限制,我们对你的助益有限,因此一切完全要靠你自己和你所选择的音响经销商来做决定。 而在此我们所能告诉你的是如何在琳琅满目的机种中去芜存菁,及如何缩小一些诉诸耳朵的选择差距(包括售货员基于本身利益所在而施加于你的压力);以前我们提过,但是值得一再重复,那就是哪怕贵一点,也要选一间好一点的音响经销店(最好是由同好们所推荐的),能提供充分的解说,特别是能让你带回去试用一阵子。 同时,多花一点钱而使整个系统得以正确组合起来,也是值得的。 另一个要点是:不要重金买进整套音响,却又吝于区区而用上一些别脚的导线和插头,妥当采用一切附件,不仅能使器材免于受损,更不会有哼声、嗡嗡声、爆裂声,以及「哎呀!怎么只有一个喇叭有声音!」等情​​事发生,同时还会使声音更加完美。

I 扩大机
　　要选择合适的扩大机有两个方法,第一个方法是把所有的售价和你的扩大机预​​算相当的机种加以比较;另一个方法则可能比较符合你对品质的要求,即以输出功率为比较的著眼点。
　　现在,我们就从功率谈起,到底扩大机要有多大的输出功率才能配合你的聆赏环境呢?这可能是最大的症结所在,因而趁早弄清楚是极为重要的一点。
　　有一种简略的概算法,能轻易的评估出音响系统的功率需求,即每1.000立方呎(28.3立方公尺,而1坪约为3.305平方公尺)的室内容积,每声道就要有12到17瓦的输出。
　　由此而衍生出两点有待说明,其一为上述规则适用于Hi-Fi性能的追求,其二为各扬声器因系统设计不同,而使得感度或效率不一而足。 严格说来,这两点之间是相互关连的,但是我们可以很明显的看出一点,即功率大一点远胜过小一点。
　　因此要决定扩大机的功率也不太简单,坦白说,每声道低于9瓦的输出,就不足以在毫无失真的情形下,能有应付音乐中渐强音的功率余裕。
　　然而,在做成任合选择时,你认为扩大机该有多大​​的音量,心里还是要有个数,如果你一定要一个绝对的准则,我们只好坚持到底的说最少有8瓦,而较为适当的数字是每1.000立方呎的室内,每声道要有12到17瓦。
　　现在再来说明一下和功率有关的一点,功率扩大机的额定功率是由制造厂家所订定的,要知道各家的说法概不相同,对门外汉而言极易引起困惑。
　　大多数的扩大机其功率表示法是在某特定负载阻抗下的均方根(rms)值,此一特定阻抗通常是8欧姆,要注意4欧姆阻抗的功率值如不是用在4欧姆的扬声器上(事实上大多数的扬声器都是标称8欧姆的),而用来推动8欧姆的扬声器时,输出功率会显著的下降。
　　同时要注意一些峰值功率(peak power)、总功率(total power)、及音乐功率(music power)等说法,比起我们用来比较扩大机性能的「均方根(有效)功率」而言,会比较少──有时差得很多。
　　至于说扩大机面板上的控制旋钮,通常应当有低音(bass)和高音(treble)的音质控制,有时候还会有辘声滤除电路(滤掉唱盘所生的辘声),以及刮声滤除电路(滤除高频的杂音──特别是唱片上刮痕所生者)。
　　在规格表上你同时还会看到「频率响应」等诸如此类的新奇名词,在此也一并说明一下。
　　频率响应的数值应当在20Hz到20.000Hz(20KHz)的范围内,其宽限的程度是-3dB,如果能比-3dB还好,好比说是20~20KHz -1dB,则就更加不错了;信号杂音比(讯噪比)最少要有50dB,如果能有60dB更好;串音当有40dB,50dB则更好;失真在1%左右还是可以接受的,但是仍和失真的种类有关,举例来说,有一种失真称做交越失真,就是极为令人不快的,而由于制造厂家和评论家们都不太重视这种失真,是以最好选择低于1%的机种,同时在买进以前要反覆的以各种音量试听。
　　某些扩大机上还有一种「响度控制」的装置,尽管说这不一定是必需的,但如果电路设计恰当的话也是极为有用的,这种观念是在低音量时提升低音和高音,来配合人耳的听觉特性,以期获致更自然的效果,有时候这种装置和音量控制连动的,音量调低后就自动做必要的提升。
　　实际品质的测试是就整个系统听出来的,故而某一项组件工作不当时,整个系统就无法正常工作,也不能获得预期的效果了。
　　在做成决定前,要牢记在心一旦买进后就要步入Hi-Fi的境地,故而一定要确实的去试听,并且要尽可能的吹毛求疵,其著眼点是要尽量避免做出错误的决定,以免买了不久就又要开始考虑换机或升级的花费,如果你认为在某些方面多加投资就能获致更多改进,则不妨放心去做,因为到底要听美好音响的是你自己的耳朵,所得的乐趣也是你自己的,故而最好能一劳永逸,从一而终的只做一次选择就好。
II 调谐器和天线
　　想要有良好的立体声调频接收,一定要有良好的调频天线装置,就算你住在电台的发射天线附近,在阁楼或屋顶上装一具天线也是明智之举,至少也要装一具3节的八木天线,但如果距离发射天线35英哩以上时,就应该装4节或6节的。 仅仅是在室内装一条简陋的偶极子天线是不太好的,因为你不仅可能收不到合适的立体声信号,更可能因为过往的车辆、温度调节装置及电器开关等而引起干扰。
　　连接天线的导线不是同轴(75欧姆)式的,就是双线(300欧姆)式的。 同轴的馈线通常有一个特殊的插头连接,才能插入调谐器的75欧姆天线端子,有些调谐器或收音扩大机是兼有75欧姆同轴电缆式或300欧姆平衡式两种输入端子的。 但是有些机型则因地区特性而只有两者之一,由于两者之间不能互换,按错了不同阻抗的端子,感度会降低,信号弱的电台杂音更多;我们最近曾测试过一种机型,由于严重的设计误差,300欧姆输入端的感度竟然比75欧姆端低上20多dB。
　　如果你只对接收本地电台的广播感兴趣,那么你就无须太过担忧调频单​​元的输入感度,但是如果你想要收到较远的电台,感度就得高一些了。 其典型的数值依IHF 30dB的表示法当为1.2uV,较差但仍可以接受的数值可能低至5uV,而等值的立体声感度要比单声低上24dB,例如说对前述30dB感度较高的接收机而言,其立体声感度为20uV,而感度较差的接收机,立体声感度是80uV。
　　同时你也要注意射频级的内调情形,遗憾的是评论家们都过于忽视此一数值,如果调谐器的射频内调特性差,在接收到两个或更多的强信号时,所生的内调现象就会在刻度盘上其他的位置接收到,在某些情形下,如果有强信号出现时,就不可能接收到任何若电台了,并在2个频道外产生混附效应。

　　有时候你想收听一个极弱的电台,但却紧邻着一个极强的本地电台,此时你就要参照一下调谐器的邻近(adjacent)和相隔(alternate)频道的选择性。 有些接收机由于有极强的自动频率控制效果,实际上就不可能接收到紧临强信号旁的弱信号了,同时在某些情形下信号强的电台会对信号弱的电台产生干扰和噼啪声,因而无法收听,如果想要正常的收听到弱信号的电台,相隔频道的拒斥至少要有50dB,这种相隔频道测试是在强信号旁400KHz处完成的;如果你是住在机场附近,同时正位于繁忙航线的下方,你就该选一个假像拒斥比良好的调谐器,可以接受的数值通常都在65dB左右,就算有65dB的拒斥比,在刻度盘上某些电台位置的附近仍会有航空器所生的信号,约为6uV左右,故而干扰仍能听得出来。 有的评鉴会引用捕获率的数字,其优点为相当于调谐器能选择同一频率上信号强的电台,而拒斥信号弱电台的能力,此一数值对单声接收相当重要,当然对于立体声接收而言却是极为重要,捕获率有2dB或更好,就可以称之为优秀,反之比4dB还差的数字就有待加强了。
　　有许多评论家会列出限幅的临限电平,即在该点时调谐器有最大音频输出,过此再增加射频输入电平,输出也不会增加了,即令超过此限幅电平,嘶声电平会有可观的改善。 一个良好的调频接收机其临限电平大约和单声的IHF输入感度相当,故而任何有收听价值的广播其音频输出电平都是相等的;调谐器的失真特性也极为重要,因而仅仅说明单声道的失真数据是不够的,或者只是指出中心拒斥的立体声数据,即左右声道同时发射所测得的,也是不行的,有时候电台的广播中左右声道的偏移非常大,这个时候差一点的调谐器就会产生破裂声,特别是在该处的卜声为然,故而要注意广播信号中立体宽度部分中左声道或右声道单独的失真特性,调谐器在调近正中央的调谐点时,其失真也应当最低才对,有些调谐器的失真最低点和调谐中点相差很远,选购时要避之大吉,这个问题可以在收听一个强信号时找出来,即转动调谐钮以确定声音最佳点是落在失真能听出来的两点之间,此时调谐表也要指在最正确的调谐位置。
其他的规格要求
　　串音通常不会成为问题,尽管我们也曾碰到串音只有6dB的机种,简直不能输出立体声的信号,在整个音频范围内至少要有20dB的分离度,同时为了获致真正第一流的性能,调谐器最好能有优于30dB的分离度,特别是在中高频时为然,换句话说,在某些机种中,串音可能正是失真的来源而不是基本规格之一,这个时候宁可使串音的数字稍微差一点也无妨,以期能减少失真,然而某些工程师们,由于过于重视串音之为基本要件之一,因而忽略掉一味追求高分离度而引起的失真。
　　输入信号1mV时的信号杂音比(讯噪比)也是极为重要的性能之一,大多数的工程师是用CCIR(国际无线电通信咨询委员会)的加权滤波器来测试此一数值的,对一个合理设计的调谐器而言,上述滤波器所用的加权后其杂音幅度应该在峰值变动下至少62dB之处,而如果调谐器不致使有时会再广播中出现的杂音显著的增加时,此一数值应当优于-65dB。 哼声的电平相当低,故而对大输入信号所做的未加权讯噪比的测试也是一个值得研究的课题,幅度为-60dB的50Hz哼声在任何情形下都不致很明显,但是如果哼声的频率主要是100Hz或更高,例如说来自调整或滤波不良的电源供应单元,-60dB的数字不能算是很好,再音乐或说话中休止的音节时就会有高音调的哼声出现;立体声广播时的讯噪比大约有65dB就很理想了,但是很难于测试出来,这是由于用来测试的仪器必须能拒斥​​14KHz左右的频率,否则指示信号或多工线路动作信号会干扰测试,并使测试失准。
　　如果你对广播节目有录音的兴趣,你就该选一种有优良多工滤波电路的机型,对慢带速的卡式和盘式录音而言,为求有适切的滤除效果,其最低的拒斥能力至少要有-50dB,有的调谐器对指示信号的拒斥能力很差,因而在放音时会有啸叫声出现。
　　有些调谐旋钮做得很不灵活,但有的却做得很平滑,因而很容易调谐选台,同时有的旋钮更附有后座力的装置,能使调谐钮立即变换方向而无需稍做停顿,而再选购时可以利用几个著名的电台频率来检测调谐刻度的精确性,如果误差在200KHz以上时,这种刻度就不够精确了,但如果每一座电台都能在100KHz的误差范围以内,这部调谐器在这方面的性能就算良好的。
　　至于中波的性能,要注意中波和长波的频宽不能太尖,使得声音含混,选择性精细能改进对本地和外来电台间的鉴波能力,但是这样也自然会减少了收听较远处中波电台的乐趣;同时也要注意到最强的中波和长波信号不致使接收机过载;有的调幅单元是用棒状陶铁磁体天线,有的装在机内,有的则是装在机后的支架上,有时候这种支架式固定的,使得天线无法测向移动,但是如果能转动的话,就能接收到较弱的信号了。

III 唱盘、唱臂和唱头
　　首先唱盘要能寂静的、速度恒定的转动,其次要能让唱头尽可能输出清晰、纯真的信号给扩大机,其速度要像磐石般稳定,不会有瞬间的震动;其三为不得将其本身特有的现象加诸于输出信号上。
　　转速的恒定性主要和供电电压有关,如果电压下降10%到15%,转速可望降低甚微,大多数的厂家都标明转速对电压变化能容忍的宽限程度。
　　如果唱盘附有测速仪以及转速微调控制,则真实的速度可经由调整而获致。
　　呜声和颤抖声,为唱盘转速时慢时快所致,也很重要,因为这种现象不仅会使唱片内含的实际信号失真,并会经由唱针而为唱头所拾取。
　　呜声可能是最为明显的,任何人听过钢琴持续的音符其音调吃力的时高时低波动后,无疑不需任何进一步证明就能确定这种现象最好是不要出现。
　　至于颤抖声虽然不十分明显,但也同样令人不快,这是由于其失真特性会使高频的音质粗糙及恶化,失去音乐再生时所必需的干净和自然的甜美,而一座质量重的唱盘,由于其转动时的动量较不可能受到干扰──其重量和质量使这种情形不致发生,可以克服这种现象。
　　呜声和颤抖声的数字(通称颤抖率)也当列入考虑,其数字在0.2%时堪称良好,0.1%就极为良好,0.05%时就是很优秀的产品。
　　辘声,是最为令人不快的低频噪音,在音乐中较寂静的小节中就可以听出来,特别是用低频响应延伸的扬声器来听时为然,其成因是来自不良的轴承或者马达的震动,透过唱盘而传至唱针。
　　皮带驱动式唱盘有助于解决上述问题,因为马达的震动大部分为软而有弹性的皮带所吸收,因而不易传到唱盘,但是有一种直接驱动的系统,是一种全然不同的设计,马达直接带动转盘,故而没有任何传动的机构。
　　然而,不管是哪一种系统,直接驱动式也好,皮带传动或惰轮是也好,都逃不了要一个良好的轴承来让唱盘转动。
优良的数字
　　所有规格表上列举出来的数字,如果不注明其测试的方法,则毫无明确意义可言,好比说辘声的数字标明为-50dB,并不能表示出什么来,这个数字可能是在未加权的DIN(德国工业标准)A的情形测出来的,这个数字就是极为优良的性能表示,也可能是加权后的DIN B的情形,所测得的这个数字就极差,距Hi-Fi的标准还远,加权后即DIN B的数字通常都比在未加权即DIN A情况下测得的数字要好,这是由于两者测试辘声(及其他参数)的方法不同。
　　故而看规格说明时一定要搞清楚这些数字所代表的意义,一般说来,我们把-60dB定为良好,-65dB非常好,-70dB时就相当优秀了,如果所引用的数字是未加权即DIN A情形所测得的,则-40dB堪称良好,-45dB非常好,而已-50dB为相当优秀的数字。
　　皮带驱动式的唱盘,马达悬置,通常和唱盘中心的轴承完全隔离,因而辘声大为减少,然而把转动自马达传送到唱盘的皮带再使用一段时间后就会磨损和拉长,皮带的材料有很多种,有时候,皮带用久了就会显得黏滞和聚满灰尘,如果小心的清理有时候还能使之恢复,但是通常皮带还会拉长些许,偶尔也会自带动唱盘的正常位置上滑落。
　　唱盘基座的选择也极为重要,因为室内有人走动经由地板传回的震动,或者是直接来自扬声器的声响回授,都会使唱盘的工作受到影响,良好的基座可以隔绝来自所处环境的震动,使得唱盘和唱臂能更为​​精确的搭配工作;要证实这一点,可以在唱盘上播放一张没有声音的唱片,然后用手指关节处敲击桌面、唱盘外壳或是靠近基座的任何东西,注意此时扬声器所发出的砰然声响,在最坏的情况下,如果前置放大器的低频提升也加足了,同时音量也旋得很大,就可以听到一阵很响的轰隆之声,这表示有很严重的回授正从扬声汽船回到唱头,这个时候你只有立刻旋低音量,或是减少低频的提升,很明显的是这种现象部分是由于声响的回授,部分是由于低频经由地板传回,故而其情况视所在室内环境之不同而会有所改变。
　　有的唱盘附有开关,启闭时会造成很响的滴答声,这种声音也相当恼人的,买的时候一定要检查一下,因为有时候过于尖锐的滴答声一响会使有保护电路的扩大机跳开。
二、唱臂
　　今日大多数的唱盘在售出时都附有唱臂,然而,对一些音响玩家而言,为了要使他的音响系统更加完美,他可能选用不同厂家的唱臂和马​​达,如果要了解他们这么做的奥妙,有必要先了解一些唱臂工作的情形,以及其和唱头的关系。
　　姑不论唱臂复杂的工程设计,其主要功能有二──支撑唱头,以及提供通路让唱头的信号得以传出,听起来其理论似乎很简单,但实际制作不良或设计错误的唱头反会成为狗尾续貂。
　　摩擦是唱臂的大敌,如果唱头有倾向要滑过唱片的表面,唱臂应当要能遏止这种现象,为了要使所生摩擦力低,就该有高水准的设计,虽然说这种讲究为必要表现在表面上,却也几乎能全面反映出成本之所在。
　　质量是另一个问题,虽然说唱臂可以轻易移动,唱臂的质量依然介入整个系统,有良好设计的唱头采用值轻的合金、管状的构造以及打孔的唱头壳来减轻质量,再加上重量轻的唱头,就能减低其再唱片上移动时整个唱臂的有效质量了,质量高的唱臂其循轨能力差,并使信号失真。
　　另一项有待克服的问题本质上是几何的问题,支轴在一端的直线型唱臂只能循着圆周的路径移动,这意味着原本应和音槽维持直角关系的唱针,实际在唱片上移动时其和音槽壁间的角度会渐渐变动。
　　要克服这个问题可以对唱臂采取补偿措施,也就是说使唱臂上装有唱头的一端弯曲,使得唱头转向唱片,其实这么做也只是一种妥协,因为仍有若干程度的循轨误差存在,只不过是使能控制的成分增多罢了。 根本上,音槽开始时误差最大,在唱片的三分之二时降至为零,过此又渐渐增加。
　　自然这种问题也可以如此解决,即在唱臂支轴的一端下工夫,以使唱针在唱片上的整个旅程中都能和音槽维持直角的关系,但不可避免的是质量会增加。
　　不要认为唱臂本身就是一个完整的实体,只有再与之配合的唱头也能表现良好时,才能发挥其完整的性能,在选择唱臂前要先决定采用何种唱头,然后再选一个最能匹配那个唱头特性的唱臂,好唱头配了差唱臂,或是差唱头装在好唱臂上,不仅使音质变差,还会使唱片受损──也因而增加了一项开销。

晶体扩大机的非线性失真从何而来?

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2010/02/22 23:08

　　音乐讯号经过一放大器后,从输出端取得的讯号,是不可能和原来讯号一模一样的,它产生比原来讯号多的额外成分有二种,一是失真,一是杂音。 失真是随输入讯号的有无相伴而生的,杂音则是放大器本身「生产」的。 谈到失真,不管是谐波失真、内调失真、甚至于瞬时失真,都是放大器放大倍数对其他函数的非恒定所造成的。 所谓其他函数,即构成波形的基本因素,像振幅、相位、频率、或时间,还有周围环境的影响。 所以反过来说,一具放大器的放大倍数如果不受任何因素的改变而能维持一恒定值,它就是理想的。
　　改善非线性失真最常用的实际而有效的做法,是回馈技术的应用,但是在应用这一技巧去处理原生的非线性失真时,又会额外的产生其他失真的现象,如最近很热门讨论的TIM 失真,于是原始的开环路放大器又被搬出来了,音响技术50 期中有一篇「没有TIM 失真的前置放大器」,就是典型的例子。 我们可以联想到或许「没有TIM 失真的音质放大器」以及「没有TIM 失真的功率扩大器」也会被着手设计。
　　如果纯粹是做音乐讯号的再生,那么一个没有TIM 失真的放大器尽管含有百分之一或更大的失真,在整个音乐的产生与再现的程序中,可能并不严重,因为从演奏乐器的失真到人耳感觉的差异,都可能远大于放大器非线性失真的影响。 实际上具有1% 失真率和0.01% 失真率的两个放大器,人的听觉是不容易察觉得到的。
　　开环路的无TIM 失真放大器所以能再被搬出来而且失真率已降到很低的位准,不可忽略的,乃是单元元件的品质已较数十年前大幅提高,诸如电阻电容电晶体等,实在已够结合成高水准的「开环路无TIM 失真放大器」。
　　唐凌先生在51 期里也把「没有TIM 失真的放大器」列入其六种高水准电路之列。 个人认为像这类属于开环路的放大器,是最适合更多对音响有兴趣的同好用来做自己装的对象,因为它没有像其他电路有「牵一髪而动全身」的脾气。
□ 电晶体是放大器中的主角
　　放大器以前是用真空管为其活性元件,后来大部分都以电晶体取而代之。 组成放大器的元件有很多,电阻器、电容器、电感器以及电晶体,但是以电晶体为其主角,其他被动元件则全为配合电晶体而使用。 一个电晶体可以构成单级放大器,也是最简单的放大器,但我们看到的电晶体放大器则由数枚乃至十几枚电晶体所构成,一方面可以得到更大的放大电压、放大电流及功率,如果就改善非线性失真的观点而言,则有时借降低各单级之放大倍数来换取更低的失真率。
　　我们讨论非线性失真,几乎要究根于单个电晶体的基本特性,也就是放大器的非线性失真几乎全由电晶体产生而甚少成份由其他被动元件电阻器或电容器所产生。 电晶体的电流放大倍数hft 可能很容易受到其他因素的干扰,如它本身工作条件下的供应电压的变动,供应电流的变动,以及频率温度等的影响。 一个电晶体动态扫描的特性曲线,是我们用来分析与探讨其非线性失真形成的对象。 最近又有一种所谓RET 电晶体被发展成功,而大量被应用于放大器中,由其所构成的放大器在非线性失真的因数上可获得相当程度的改善,且看我们的分解。
□ 电晶体BE间偏压的非线性

　　任何使用电晶体作为放大器的活性元件的单元,它讯号的流程,必然需经过每一级的电晶体的基射极间。 我们知道一枚二极体之传导特性,是非线性的,因此上述放大器之讯号传导,必受其非线性函数的影响,简单的说,从放大器输出端所得的讯号,并不是输入讯号的固定倍数,尽管电晶体本身的hfe的非线性忽略不计。Fig.1(a), 就是电晶体基射级之间的电压电流特性, Fig.1(b) 是电晶体单级放大器的最简单形式,我们常常将电晶体设定在某偏压点上,就是所谓的Q点,到目前为止,有某些偏压形式被采用,如电压回输、电流回输等方式,但是总不免将Q点设置在转移函数曲线的某一点上。 当讯号送进电晶体的基极时,V BE 电压就变动,如果偏压设定良好,Q点可能在非常接近直线的位置,那么电晶体的动作只是在Q点附近变动,就可得到较佳的讯号线性转移,但是如果偏压设定不当如太低的情况,则Q点可能落到曲线较显著的地方,讯号的转换就呈现对数函数的型态了,和线性的转移相去甚远。 在设计单级放大器时,I B 偏压的设定是非常重要的。 在求线性良好的状态又要得到良好的温度稳定性极最低的杂音点,实在要费一番功夫。

□ 电晶体特性曲线表现了些什么?
　　如果我们已拥有一台示波器,也许构造是最简单的普通示波器,也可以配合使用于曲线扫迹器上。 音响技术在很早以前即有自制电晶体曲线扫迹器的文章,既简单又实用,是非常值得一试的,将来找有空档的时候,再对这一部曲线扫迹器做进一步的探讨。
　　通常的电晶体特性曲线是由一组含有七条不同基极电流值的曲线所组成,并用集极和射极之间的电压做扫描。 这七条曲线的I B 值是一级进的方式延伸的,如果第一条曲线的I B 值是10mA,第二条曲线就是20mA,第三条曲线则为30mA,依此类推,第七条曲线的I B 值为70mA,另外还有一条I B 为零的曲线,它几乎是平贴于水平轴(即VCE轴)的。 NPN电晶体其特性曲线是在第一象限,PNP电晶体则在第三象限,但是所表现的各种特性,则可完全由图中分析出来。

　　Fig.2(a) 是实际的电晶体(NPN)特性曲线。 水平轴是I c 值,在示波器上,这两条轴线并没有以光迹显现出来,而是我们就示波器原有的刻度分划(DIV)来设定其原点及水平、垂直轴线,这个曲线在示波器上扫描的次序是自原点先扫出I B 为零的曲线,再回到原点扫出I B 为1mA的曲线,依次序扫描到I B 等于7mA的曲线再回到头先的地方,于是完成了一幅完整的电晶体特性曲线。 通常Vce轴的扫描电压是直接取自60Hz的市电经全波整流后得到120Hz直流涟波,我们知道扫出一幅完整的曲线必须用掉8个波,所以如果电源频率为60Hz的话,它每秒钟就会呈现(120 ÷ 8=15)15幅图案来。 人眼的视觉暂留时间是十分之一秒,所以每秒钟扫描15次已能使图案「定型」了。
　　从电晶体特性曲线,可以得到以下的几点用以表现电晶体的基本特性:
A.供应V CE 之值不宜太低且其动态范围应有所限制。 V CE 之值太低时,虽然I B 是固定的,而Ic却变动得非常厉害。 实际上,电晶体之供应电压甚少有低于一伏特,如果低于这个值,其线性特性非常恶劣。
BV CE 太大,曲线上扬。 在曲线上扬的区域,线性特性也是很差,况且其将达到崩溃区,有危及电晶体本身的安全。
C.每一条曲线之间的间隔不一样,表示虽然有固定的I B 的变量(即 △ I B ),但并不能得到相同的Ic的变量(即 △ Ic)。 以一枚2N3055为例,其标明之最大集极电流为15A,当它的Ic为200mA时,hfe可能有200,而Ic为5A时,hfe却仅有20。 在集极电流极小和极大时,都可能有很差的hfe特性,以前,也许我们认为使用HFE METER测得的值是值得信赖的,现在则必须重新估量。
D.七条曲线中有一些上扬得很厉害,有些则非常接近水平。 很多hfe值极高的电晶体,使用曲线扫迹器来扫描,结果是令人失望,它们的曲线斜率很大,以一条I B 为1mA的曲线而言,V CE =10V时,Ic仅50mA ,而V CE =40V时,Ic已升高至100mA。
E.耐压的问题。 如果测得某电晶体之V C EO 为120V,别高兴,它是不能工作于120V的。 在特性曲线上,我们可以找到I B =0的一条曲线,这一条曲线上扬时的V CE 值远较加上固定I B 时为大。 所以Ic值愈大 ​​时C、E间的崩溃电压愈低。

　　Fig.2(b) (注:上图误植为Fig(d))是一完全理想的电晶体特性曲线,我们之所以绘出这个曲线,侍卫了要用来和实际的曲线比较,比较的结果,如果曲线越相似于理想的状况,就表示这电晶体特性越佳。
　　电晶体特性曲线,可以充分表现出其在某一工作条件下的线性特性,在制造单级放大器时,特别能借着曲线的观察,得知电晶体的选用级数。
　　我们曾经提到过「RET」电晶体这玩意儿,它的基本结构是使用好几枚电晶体并联起来,在射极的地方再接上等值的电阻,有如很多枚功率晶体并联一般,我想如果能取得工作条件相近的一枚RET 电晶体和一枚普通电晶体,并做出其特性曲线的纪录,以及IC-hfe、Vce-hfe、Temperature-hfe、f-hfe 等等曲线相互比较,则对电晶体放大器的非线性失真更能真确的认识,且有助于RET 电晶体于放大器中实际应用的技巧。
　　也许我们可以把一些电晶体非线性特性的由来追根于半导体的结构上,并用复杂的方程式来表示。 不过在电路的实际应用上,相信拿起一支热的烙铁要比K 了整夜的电子学来得印象更深。 理论是很重要,但它必得符合实际需要。
□ 电晶体的Ic之值在甚大或什小时,hfe都会降到很低
　　有一次再制造一部5V-10A的直流电源供应器,已经不记得是多少年前了。 照理说使用一只2N3055已是足足有余,那时候使用10mA的I B 测得2N3055之hfe为150,即加上10mA的I B 就有1.5A的Ic,那么Ic为10A时I B 只需66mA,所以就设计其推动电流为100mA,自信足足有余。 哪知结果这一部5V-10A的直流电源供应器只有4.5A的输出电流。 有时候我们拿到一份单元件的厂方资料,并没有耐心的从头看到尾,这刚好是一次教训,所以后来,就是一枚电阻器,仍然刻意的要求其厂方资料的完整,否则等到装到机器上去才发觉设计不周时,已经不知花掉多少时间。
　　Fig.3(a) 是一枚电晶体之Ic值对hfe特性的简单表示。 图中Ic在很大和很小时,hfe却往下偏,这一条曲线越平直,则其线性放大作用愈佳。 通常我们是选择某一段Ic值,作为电晶体的动态工作范围。 有些AM收音机的可变振福的调幅器,就是改变电晶体的Ic之值来改变其hfe值,在这种场合,这一枚电晶体就要选其线性较差且斜率固定的一段Ic值为其动态工作区。
□ hfe.值随Vce变化
　　Fig.3(b) 其实是电晶体特性曲线中曲线群的一条而已。 电晶体C、E两端所加的电压愈小则hfe值愈小,C、E两端所加的电压愈大则hfe值愈大​​,尤其在接近崩溃区时,更显著的变化,所以电晶体的动态活动区要选择在中间的位置。
□ 会「生长」的电晶体特性曲线
　　温度愈高,放大倍数愈大,几乎是大家都晓得的。 一部机器也许它的工作环境的条件变化得非常厉害,尤其是会发热的机器,其稳定性更是难求。 最近我们常将电路使用全对称或互补对称式的配置方法,如差动放大器,它们对温度变化因素的稳定性确实深具「免疫力」,不过在单及电晶体放大器中如前述之「没有TIM 失真的前级放大器」,温度的变化应该列入其考虑的必要条件。
　　将烙铁靠近或接触测试中的电晶体,则可看到它整个特性曲线都会「生长」,待烙铁移去后,又慢慢恢复本来的样子。
　　其实电晶体周围之温度变化常常是缓慢的,所以它不像其他因素(如Ic 和Vce 之变化)那样,直接影响到单个波形的失真因数,而常被列入稳定因数里头。

　　有一些电晶体,温度对hfe之曲线 (Fig.3(c) ,其斜率非常稳定,因此我们也用它来 ​​做电子温度计之用。
□ f T 代表电晶体的频率响应。 当其工作频率一直增高而使hfe降到1的频率值即为f T
　　Fig.3(d),在电晶体资料手册中,我们常常可以看到有各个不同编号的电晶体的f r 值,或100M或60M,究竟它是代表了什么呢?一只标明f r 为60MHz的2N3569,我们是不能把它用来做60MHz讯号的放大器的,根据f p × hfe ≒ f r 的公式,如果这枚2N3569之hfe为300, f r 仅为600MHz ÷ 300 ≒ 200KHz时,这枚电晶体之hfe已降至300 × 0.707=212。
　　一枚二极体有两个端点,这两个端点之间就存有电容,而电晶体是三极元件,它应该有三枚电容存在,简单的说就是CB CE BE 之间的极间电容,因此这造成它对频率敏感的原因。
　　有关电晶体的非线性特性,可供讨论者实在太多了,今述及以上数种,仅及皮毛而已。 不过虽然它有哪么多的缺点,而我们却有办法去克服它。 线性运算放大器(Operation Amplifier)​​的发展与应用就是典型的例子。 对电晶体非线性特性最有效的处方,应该是舍弃它的放大率,而大量取用本级回输的方式,尤以电流回输最常使用,所以只要能够灵活运用各种电路基本结构的技巧,不难设计出高水准的机器。
转载音响技术第56期AUG. 1980 晶体扩大机的非线性失真从何而来?/洪飞

电容器对音质真有影响吗?(上)

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2010/02/16 20:57

　　最近在某些日本的电子类刊物上,我们发现了音响技术的另一个话题,就是谈电容器对「音质」的影响。 记得在若干时候以前,他们大事吹嘘导线对「音质」之重要,由是乎,一些售价极昂的、声称能够改善音质的导线相继出笼了。 而现在则已可以在日本刊物的广告上看到一些售价非比寻常的电容器广告。 那些折合新台币至少在千元上下的电容器,究竟能使音质改善多少?相信是读者所急欲知道的事情。 不幸,这类问题看要从哪一方面来观察或解释,在编者的立场,并不希望太过于强调可能是既存的事实,正如同虽然我们也承认把鼻子垫高一些,可能确实会更「美丽」一些,但我们绝不希望强调「鼻子」,毕竟除了鼻梁高挺之外,还有更多使人「悦之」的因素。
　　接着我们可能选载一两篇日本方面的论述,读者无必讶异。 ──编者

　　时常我们可以听到有关音频线路上使用的被动元件(例如电容器)所产生的失真及其他的非线性效应,可是却罕能从一些著作中找到这一类试图定量化地描述,或引述有关电容器方面的问题,特别是针对音频方面,然后,所产生的失真随着电容器种类的不同,有着相当大的差异;在某些例子中,这种失真很容易就测得出来。 很多例子里,因电容器而产生明显的缺点,习以为常地就成了这个设计中的「阿奇里斯之脚跟」(Achilles' heel, Achilles 是荷马史诗Illiad 中之希腊英雄,传说除踵部外,其全身刀枪不入──译注),何以在这方面并没有很多论著,倒是一个值得令人玩味的问题。 如果这种说法不真,那么,为何又有那么多的音响迷在减少仅在品质上改良的电容器之使用量呢?若本文能为读者们所重视,此中种种问题或许将会更为明朗化。
　　虽然过去并没有关于这方面问题探讨的出版物,仍有二篇专论值得注意,因为本文的灵感系得自这两篇专论。 在[1](参阅文末参考书目编号──译注)文中,Dave Hadaway 概略地将不同种类电容器之相关的性质予以分级;尔后John Curl 在[2]文中,对二类电容器间做了某些度量。 Dick Marsh 在几期Audio Amateur 通讯[3、4、5]内,特别提醒注意某些型式的电容器。
　　本文中,我们希望讨论的范围涵盖电容器的基本特性(也就是包括阻抗及失真的测试),以及有助于更佳音质的选择标准。 我们打​​算从一些简单,但其中有诈的失真实验着手。 关于电容器方面的一些重要名词之扼要阐释放在后面的附录:「电容器的基本认识」内。
电容器失真的信号路径测试
　　不易对电容的失真问题作深入探讨的原因之一,是无法直接测试他们在信号路径上典型的特性。 随后将讨论的有关钽质电容之一些THD 测试例子里,这点很清楚的看得出来。 那些THD 测试结果显示如果「选择得当」的话,很容易就使人相信钽质电容能令人满意。 虽说如此,仍缺乏聆听方面标准;且在采用其他方法测试时,并没有很强的电气上关系──甚至在THD 测试里可以表现得几近乎无失真方式的使用亦然。
　　二级串联的THD 测试里,系采用钽质及陶瓷二种不同型式的电容器;在不同型式电容器上加上相同的变化所产生类似的结果,使这种测试似乎很具代表性,在Curl 的[2]文中也提及到这种结果。
钽质电容器的测试
　　在钽质电容器测试中,先要有如 图一 中简单高通滤波器型线路。 一般所采用的线路如 图一A ; 图一B 则为不同测试情况下电容之连接法。 3Vrms电压产生器及电表一具THD振荡/分析复合仪上,这种测试一般目的是检查处在交流信号的正负极性情况下,具有极性的钽质电容之失真感受性(the distortion sensitivity)。

　　如同图一B 所示的各种连接方式,具有极性之电容也具有不同的连接方式。 图一A 所示的电路仅在简单的不含直流极化偏压之纯交流电路里,所采用A 状况下(图一B 中)之电容。
　　这种方式下使用时,钽质电容将产生一可觉察到的失真;也就是在这种信号状况下,电容器二侧会产生一明显的压降。 换句话说,亦即与负载(此处为680 欧姆)相较之下,电容的电抗性较明显了。
　　在图一B 的A 状况下,所使用的一只6.8uF 电容,约在35 Hz 附近,它的电抗就等于680 欧姆。 因此,我们把这个频率叫做转折频率(the corner frequency),记做fc。 随后我们将晓得,这是一把了解不同方式的失真状态之钥。
　　剩余的连接方式也可以依法泡制,以获得有关的THD资料,结果如 图二 (图二中之A、B、......E、F结果分别为图一B中之A、B 、......E、F情况之测试值──译注)。 A状况下,可看出在十倍频率以上的地方,失真非常低;但接近fc时失真增加,在fc以下,有一很大的交流电压存在电容器上,使失真接近百分之一的电平程度。


　　在这些资料中,似乎有一点很值得注意,就是此种情况下使用的具有极性之钽质电容,就如同被一只不完全的二极体短路一般,所产生的失真从 图三 可看得出来,相当具规律性。 因为此装置之交流特性的不对称,意味着线路本身的不对称性愈小,则失真的产生也愈少。 John Curl曾经提到过[2],类似的电容简单地并联,像B例中,可 ​​稍微减少一点失真。 比较A、B二种状况下,在Fc处所减少的失真大约呈2:3之比(图二)。

　　C 状况的背对背串联之电容能够降低的失真更为多一点,如果这二个电容能发生互补特性的话。 图三中也显示C 状况之失真情形。 总之,不同状况的连接须配合所采用的单元。 因此,和B 之连接法不同,像C 中所示的串联连接会增加净等效串联电阻(ESR),随后我们将讨论这并不受欢迎的东西。
　　如果这种串接方式有效,那么我们会接着问,是否在接点处加上具有极性的偏压有所裨益?答案是肯定的,如同D、E 及F 情况随着偏压的加深,效果更佳。 甚至只要有非常小的偏压就非常有效,像D 之情况,在fc 时之THD 仅0.01%。 此时的偏压电平为五伏特,也就是比信号摆动的峰值稍大一点,D 状况之失真测试参见图三。
　　这种串接的测试意味着,当交流信号「越过」一个有极性的电容时,得小心控制,以使失真最小。 如果你把一只简单的电容采无直流偏压连接那就表示在减低杂音方面可以降低约十倍。 换句话说,若使用的交流电容经计算之fc 为10Hz,使其在1Hz 处转折(corner),可将这部分所产生的失真减至最小。 虽然如此,事情尚未终了,好戏还在后头呢!
陶瓷电容之测试
　　第二种串接的测试,也就是我们接下来要讨论的,系由一般的圆形陶瓷电容器所产生的失真,测试结果如 图四 ,以THD对频率表示。 所使用的头一个线路是一个简单的低通滤波器,此时电容C就像一支分路一般。 线路中R=1K,C=0.1uF/100V。

　　正如图四的资料所示,在转折频率(本例约为1.800Hz)之下不远处,意料中的失真产生了。 经过修正后的这项资料也显示,100% THD设定电平也随着低通滤波呈现起始(roll-off)的效应。 虽然更高次的谐波有减少的趋势,可是从这份资料看来仍不乐观。 IM测试或许能更清楚地看出这个低通滤波器有多糟。图五 系失真照片,注意图五A的三次谐波;将线路中的电容用塑料电容取代之,显然并无很明显的失真(见图五B)。

　　将同样的陶瓷电容放到高通滤波器里,谐波的起始效应似乎略占上风。 这么使用时,低频跨过电容的电压较高,因此非线性就表现在高的高次谐波上,这种高次谐波很迅速的就能通过滤波器。
　　高通滤波器测试的结果显示,低频处有大量的失真存在,且电压也是最高的,这二种测试中共有的杂音源我们尚无法解释。 有件事却很清晰,很简单的事实──我们无法「逃避」产生在陶瓷电容上的失真问题。 我们总觉得,只要很简单避免靠近音频信号的通路,或者只要避免和信号在一起就行了。 例如,有些聆听实验中,加上个额外的旁路电容即可产生可听得见的失真,必须拆下,恢复原来的耦合。
　　上面种种事实暗示着:无论如何,电容不单单是个电容。 当然,此处我们只讨论二种型式的电容,我们也应介绍一些较令人满意的型式之电容,也会让我们更清楚电容器是什么,它和音频有啥关联。
电容行为资料的阐释
　　在说明资料以前,我们必须充分了解电容在音频上应用的标准。 或许读者可能看过像附录的图B4 中假设的阻抗/频率曲线。 如果我们考虑到真实资料的曲线,则我们甚易自混珠之鱼目中挑出珠来,同时也让我们晓得何种可用于音频方面。

　　真正钽质电容的典型资料如 图六 所示。 注意这资料且回味一下真实电容的等效电路(图B2),我们晓得在直流或低频情况下,Rs和L可忽略不计,可视为C和Rp的复合体。 当频率增加时,特别在数千Hz以上时,Rs和L的作用也跟着加强。
　　此处的特例(其中有一个是品质极佳的钽质级电容),很容易就可发觉Xc 并不随着频率的增高而和理想电容之-6dB/每八度音程特性一致。
　　随着频率的上升,Xc趋向减少,X L 值却随容量而增加。 这就意味着计算阻抗Z的式子里(Xc-X L ) ² 这项将渐减,直到某个频率为止。 (Xc-X L ) ² 这项等于零,此刻阻抗即为纯电阻性,或者说Z=Rs;这就是所谓的串联谐振频率,一般的钽质或铝质电解电容多在10KHz至1MHz之间。 因此,很显然,如果一个电容使用在比谐振点还高的频率上,那么对这个线路而言,就不能再视为一个电容了。
　　虽然到目前为止,此处所讨论的仅及于钽质电解电容,但这种非理想的阻抗对频率的性质事实上对所有的电容器都具有几分真实性。 品质较好的绝缘介质之Rs 和L 较低,也更容易控制;因这些寄生的参数较低,使得逸散因数(DF)也较低。 如果我们所得到的资料系自其他电介质时,这点将更为明显。
　　铝质电解电容也有类似宽度的谐振频率,此处Z=Rs(等效串联电阻)。图七 所示为多种不同的铝质电解电容的情况。

　　这些资料中值得注意的是,谐振频率的典型值在10 至100KHz 间。 注意在这些铝质电容里,随着有效的容量增加,阻抗的绝对质愈低。 因此,许多设计用来减少大涟波电流的电解电容都具有非常低的Rs 值,这点很重要。
　　如果这些资料能小心分析,可以得到极多有用的地方。 一般言之,对二个容量相似的电容而言,耐压较高的那一个电容之Rs 就比较低(DF 亦然,如果也如此测试的话)。 从A 和B 之间或者F 和G 之间做个比较即可知道,钽质电容也有这种趋势(图六中的特例亦然)。
　　或许有人会针对这点而问,用在音频上的电容,若有相当高的Rs(或DF),有何缺点?这可以换个观点,用图七来说明。
　　以电容A极B为例,以4式解C可得不同频率下的有效容量。图八 系是项结果所绘而成,可清楚看出,Rs较高的A电容随着频率在容量上很明显地有着差异。 B电容的情况较A电容的情况略为好些,仍有容量改变的情况存在。

　　关于电容容量随频率的改变对音频信号之完整性所产生的失真是无法想像,特别在相位方面。
　　如果我们能想像音乐中种种的复合频率通过一个电容(非真实的电容)时,而此刻的Z值同时亦随着音乐中复合的频率之改变而变动,因此微妙的基频/谐波间相位及振幅之关系,很容易便察觉有紊乱情形。 不仅自容量改变的观点看是如此,从具有电感性方面看亦如是。 使用这样高DF(或者L或Rs)交连电容,音色会变得模糊,乐器因谐波所产生的音色也无法再生,等于隔着一层面纱看女孩子一样。 加上回授后情形更复杂,因为我们使用已经被「污染」的信号做错误的修正。 例如,如果我们考虑扩音机的转换特性,此处增益等于Z f ÷ Z in, 很轻易的就看得出,随频率改变的Z和理想状况之差异间的失真关系。
　　我们再看看塑料薄膜电容的情形,在阻抗对频率方面的差异上,已有相当的改良。 这是因为塑料薄膜介质,像聚苯乙烯(Polystyrene)、聚丙烯(Polypropylene)、多元碳酸酯(Polycarbonate)、多元酯(Polyester),具有更低的电介质损失。 因此DF和Rs亦降低,对频率和温度之稳定系数也相形提高。 一些塑料薄膜型电容的阻抗对频率特性,如 图九 所示。 一般说来,值得注意的是,它们多半具有非常低的阻抗(Rs很低);在共振点附近呈很陡峭地下降。 图形上的点指出电阻性的损失非常低,许多例子均在10毫欧姆以下。

　　塑料薄膜电容在串联谐振频率上也有电感性,系起因于绕卷和(或)引脚上的寄生电感。 可是这种电感性,可借着适当的绕卷和尖端的技术来降低,二者都能制造出在更高频率上更为有用的电容。 因此,在这方面去发掘特殊的无感绕卷和趋向箔接引脚(foilwelded-lead)元件是很值得的。
电容阻抗的测试
　　由前面所提到关于选择合适的电容方面,大部分的「音响实践迷」必然要知道如何测量不同电容间的特性参数。 因为我们很少有人不受所需庞大费用所困扰(因此之故,所以许多人无法测试Rs或DF),所以有必要设计一种装置来测试这些参数。 我们发现有一种非常简便,如 图十 所示,图八中所有的资料就是这样得到的。

　　基本上,这里用来测量阻抗(Z)是采用一个分压方式,利用一个正弦波产生器和电压计。 从这项阻抗资料里,C、Rs、L及DF都能获得。表一 和那些注解即为测量过程的细节部分,原来是利用一具电压计或者一具振荡分析仪。 然后注意个个偏压电平、极性等等。 同时,在电压计上要使用隔离的接脚直接和电容接脚末端相连接,以减少Rs值误差。

　　你或许有兴趣知道,关于这简单的装置对电容分级的能力如何,特别是对电解质电容。 例如,你可以利用它很快的挑出品质很差的电容,像图七的A 品(特别廉价的劣品);或者给你几个容量近似的电容,你便很轻易的挑出最低的电容,如图七的H 对I 电容。
　　如果你采用的是音频振荡器及普通电表,你所能测量的上限大概是100KHz 或200KHz。 可是同样地可利用宽范围的函数产生器代替正弦波音源及更高级的高增益电表代替电压读出装置。 同样的也可以用在测试塑料电容上,此时典型的串联谐振出现在更高频率的范围里。

(译自Audio, Februare 1980)

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电容器的基本认识
　　对电容器一些特性概要地回顾一番,或许有助于更了解本专论的内容。

　　参见 图B1 ,一个电容器系由电介质或绝缘体分开的二片极板(Plates)或者导体构成,能够贮存电能、电容器的容量(Capacitance)则由极板的面积及位置(电介质厚度)、电介质常数共同决定。 电介质常数计作K,K值系由测量已知物质之贮存电子能力与空气贮存电子能力之比值而获得。 注意,若对一已知大小的电容,只有增加K质方能增大容量。


　　表B1 是用在音频方面的电介质资料摘要。 注意,所有的塑料薄膜电介质的K值均相当低;剩下的诸如氧化铝及氧化钽,K值均甚大。 这就是为什么相同的耐压下,10uF的多元碳酸酯电容比10uF的铝或钽电解质电容来得大的原因。
　　所有的电容都可以用 图B2 等效电路予以电子模拟化。 图中的各个零件除C是理想的电容外,余均系寄生之产物。 图中并联的电阻R p ──或称之为绝缘电阻,记作IR(Insulation Resistance的缩写)──系起因于泄漏电流所引起的短路。 Rp值端视温度及所加上的电压而定。 和C串联的电阻Rs,通常称为等效串联电阻,简记为ESR,决定着最小阻抗之值。 Rs由极板、引脚及主要的末端电阻(terminatuon resistances)构成。 在大电流线路中,Rs上将产生相当可观的功率损失,所幸比值尚很小。 L则围绕卷及引脚之静电感。 电容C实际上由C1和C2组成,此处C2及R视电介质吸收方式而定(详论于测试部份)。

　　电容的损失包括真实电抗及无功电抗(reactive impedances)二部分,二者关系如 图B3 之向量图所示,可由式(2)、(3)、(4)计算之。

　　在关于电容特性的书本里, θ 和 δ 经常可见。 此二者所代表的损失可用功率因数(PF)或逸散因数(DF)表示。 如式(5)及式(6)所示,二者呈三角函数关系。
　　有一点很重要,值得一提,在Rs 非常小时,功率因数与逸散因数几近乎相等。 二者也可以用百分比表示,如式(7)、式(8)所示。
　　电容的损失也可以用另一种方式表示,即Q 值或称为品质因数(quality factor),系一般的优良指标(figure of merit)。 Q 值是逸散因数的倒数,如式(9)所示;亦即低逸散因素的电解之Q 值高。

　　从 图B4 之假设的电容阻抗对频率驱县可知各个不同的电容损失因素间之相互关系。 在频率相当低时,阻抗Z之值等于Xc,如式(2),呈反比关系,频率高到某一处时,此时Z有一最低值,即Rs。 在这个阻抗最小频率处,此电容事实上相当一个串联谐振电路,最大的电流为Rs所量制。 注意:只有真正的理想电容之阻抗,才可能随频率的增高而无限地降低;此刻在对数──对数座标里随频率增加呈一下降直线,如图B4中之虚线所示。 此外,Rs也受温度及频率之影响(图B4无法看出)。
　　关于电容的一些公式
电容性电抗=Xc= ½ π fC
电感性电抗=Xc=2 π fL
　　(注:以上二式仅限于正弦波,参见正文)
阻抗=Z= √ Rs ² +(Xc-X L ) ²
功率因数=PF=cos θ =sin
δ =Rs/Z
逸散因数=DF=cot θ =tan
δ =Rs/(Xc-X L )
　　(注:Rs值相当低时,Z和Xc-X L 接近相等,因此, θ 趋近90 ° 时,cos θ 与cos θ 接近相等。故PF和DF和这个很小Rs值就近似相等。)
DF(%)=DF × 100=100[Rs/(Xc-X L )] (7)
PF(%)=PF × 100 × 100(Rs/Z) (8)
　　若PF(%)值小于14% 时,可说DF=PF,此项误差低于1%。
　　品质因数或优良指标=
Q=(Xc-X L )/R=1/DF (9)
例题F(%)为0.1% 之电容,其Q 值为1.000。
　　非常有趣的一点是2)、(3)二式系在单一频率,正弦波之特殊状况下电抗情形。 事实上,音乐是同时具有许多信号的复合体,把它当作一个暂态波形源,或许能更正确地描述其一般地特性。
　　因此,像下面的短脉冲周期t 与f 之关系是相当地正确。
f= ½ t (10)
　　注意此时,我们不仅仅要考虑到重复的基频,同时若波形能正确地传递,则尚须考虑所有谐波和其准确的相位构成的符豆尔级数(the Fourier Series)。 (有兴趣的读者可自行参看工程数学中关于符豆尔级数部分──译注)
(下)
转载音响技术第55期JUL. 1980 电容器对音质真有影响吗(上)?/赵建雄(译自Audio, February 1980)

电容器对音质真有影响吗?(下)

分类： 2010/02/22 22:09


　　电容器的电介质吸收(DA)常数代表一种耗损,同时也是音响问题的制造者。 实际上,虽然一般对DA 并不了解,可能比逸散因数(DF)更为重要。
　　这种现象像电介质部分泄放时,放掉其本身的电子(即过分放电,连其本身组成粒子中的电子亦释散出──译注),事实上是种磁阻。 因此,当这种暂态消失时,那些殖存在电介质中的电子将迅速聚集在极板上,在电容器的二端上形成一种「回复电压」(recovery voltage)。 这就像电容器「纪录」了方才所遭遇的情形。 回复电压除以起始储存电压,以百分数形式表示,叫做「百分电介质吸收率」(%DA)。
　　相反的,另一种磁阻的形式是电介质部分以相同速度吸收了出现在电容上的所有能量。 如果你记得图B2之电容等效电路的话,这些都不难了解。 电介质吸收效应系起因于图中的电容C2和与其串联的电阻R DA ,全部的实质电容量C=C1+C2。 电容量相同而电介质吸收程度不同的真实电容器,有着不同的C2 C1及R DA (注意这个模拟的模型暗示着,外在可察觉到的电介质吸收效应,或许可借着调整真实电容量的充放电之相关阻抗,来控制到某种程度。随后讨论的实验结果,趋向支持此论点。)。
　　除了前面所说的「被束缚的电子所产生的现象外,关于回复电压值大小的另一个因素是电介质中任意移动的「自由电子」。 那些自由电子在短时间内从电介质移动到电极上,因而产生了回复电压。
　　电介质吸收就​​成了线路里的一项重要的因素,大地影响了响应速率(speed of response)。 当交流信号成为零时(例如短路时),电介质中被捕获的电子(即被束缚电子)无法迅速跟上这电压的变动。 那些电子在极短的时间内自电介质上移动到极板上。 这种通常在音响线路上的电容器,我们可借着将再生音乐的细微部分与之原来音乐本身动态的结构相较,把这种缺陷所形成的差异捉出来。
　　很明显的,我们可以考虑向电介质吸收这种现象在大量瞬态现象组成的交流信号(如同音频般)下之效应。 例如,当加上交流电压时,电介质吸收现象有反抗极性改变的倾向。
　　若音乐呈此种交流信号时,这种对信号的衰减就成了一种对动态范围的压缩或限制。 因此,这种使信号微小地方产生损失的结果,就使得音乐中尖锐的部分很明显地沙哑下来。 随着种类不同的电介质,其电介质吸收率愈高,这种在信号中的乱七八糟失真(这种失真英文叫做grundge)就愈明显。
　　电介质吸收现象对构成主观的音频声响印象非常重要。 电介质吸收率和逸散因数(DF)所表现的效应,可明显的觉察出来有所不同。 逸散因数主要影响相位和振幅的调变,而电介质吸收率则减少或压缩动态范围,后者是无法立即释放所加上的全部能量所致。 信号通过有电介质吸收现象的电容器,其振幅随百分电介质吸收率不同而做不同的减少。 稍后这些减少的能量才释放出去,但这些能量与原来的音乐或声音脱节,成为像垃圾一样无用的杂音,加在后来的音乐中,使杂音电平增高,高频或者暂态信号大多数均有听得出来的压缩,一些跟在后面的脉冲信号(许多暂态的音乐讯号都是这样的)之声调听起来就沙哑而模糊。 「晦暗」、「动态范围损失」、「呕哑嘲杂」、「缺乏深度」这些字眼所描写的都是电容器之电介质吸收所造成的结果。
　　所有具有极性之电介质,其电介质吸收DA 值均相当高,最好的例子莫过于铝和钽电解质电容,二者DA 值均高达百分之几。 再电介质常数K 和电介质吸收DA 值间有某种关系存在,即电介质常数K 值愈高的电介质,其电介质吸收率愈糟(此处要感谢TRW 厂的T. von Kampen 先生指出这点)。 举例来说,回忆一下表Bi,陶瓷和氧化铝及氧化钽之K 值均较高,因此,连带地电介质吸收DA 值也就较高。
　　玻璃及云母质之电介质的K 值中等,因此DA 值也就中等。 此时它们可能和陶瓷或氧化铝、钽一样差,也可能跟塑料薄膜一样好。
　　极为有趣的,值得注意的是在低逸散因数DF 与低电介质吸收DA 间亦有一般的关联,特别在塑料薄膜电介质中。 然而低的逸散因数并不一定意味电介质吸收也较低,玻璃和云母质之电介质就是一个很好的例子。 这二种电介质在逸散因数方面均有极为良好的特性,对频率和温度所引起的容量变异值也很小。 不幸的是,这么好的特性(使得这类型电容用在谐振电路及等化电路上令人非常满意)实际上不见得和低的电介质吸收并存。 因此,它们并不是有助于高度原音重现的极品。
　　无极性的塑料薄膜电介质再电介质吸收及逸散因数上,风格又大异。 列在表B1 上的型式,其电介质常数K 均相当低(小于等于3),在逸散因数及电介质吸收上均表现良好。 在这些塑料薄膜电介质之中可发现电介质常数K 与电介质吸收间直接的关系,且即使相互比较下,最糟的塑料薄膜电介质(多元酯)的电介质吸收值也小于百分之一。 最好的铁弗龙(Teflon)之电介质吸收值则在0.01% 至0.02% 之际,聚丙烯和聚苯乙烯在伯仲之间,也相当好。
电容器的电介质吸收测试
　　测量一个电容器的电介质吸收率,依MIL-C-19978D 之规定,须有若干个步骤。 这项标准广泛为电容器制造业者采用及参考,而且除非你按照MIL-C-19978D 之方式测试不同型式的电容,否则所得的结果无法相较(甚至即使再不同的介质间之相对品质关系已知下亦然)。
　　这项标准的要点包括五分钟的电容充电时间、五秒钟的放电、接着一分钟的开路情况后,才读出回复电压。 电介质吸收(百分)率就是回复电压对充电电压之比,再乘上100。
　　必须了解的是,不论对电容器或仪器的使用,这都是项很严格的测试。 极好的电介质再完全充电、五秒钟放电及一分钟开路后的回复电压值非常小。 因此必须采用低消耗电流的电压计来读取是项电压,以避免产生严重的错误值。
　　为仿照MIL-C-19978D规定的方式测试,我们设计了如 图十一 的电路,利用一具数字式电压计(DVM)来读取回复电压Vo值。


　　被测试的电容DUT被充电至0.6伏特。 这项电压值看起来好像低了些,所以选择这么低的电压是因为它是典型的峰值信号电平,特别是对低电平线路而言(稍微高一点的充电电压,可想而知,将更利于测量,且对更高的峰值信号电压而言,更为有用。)采用CA 3160 BT这枚MOS FET IC做输入放大用,因为它只需数pA(1pA=10 ˉ ¹² A──译注)的偏压电流,对线路中被测试电容DUT而言是被允许的,如果这个偏压电流太高将导致测试电容DUT上的电压变动,使电容被偏压电流充电,不易和所产生真正的电介质吸收电压区分。 在这个线路里,3160的偏压电流限制了所读出的误差在0.1% DA值已下。
　　测试的程序并无困难之处。 此处所预先列出来的注解必须遵守,如果你想将结果互相比较,对这些列出来的部分最好不要任意自行变更。

　　所做的两组测试,结果摘要如 表二 。 头一组系比较四种容量类似,而电介质不同的电容器之间,电介质吸收的差异。 看得出来,铝及钽电解质电容均非常差,而钽质比铝质稍好一点。 从二者的电介质常数K也可以预期得到。
　　金属多元酯(metalized polyester)电容远比任何一种电解质电容来得好,测出的结果小于0.15%。 对多元酯膜电容来讲,算是相当不错的型式,然而所得到的详细资料典型值并非均表现出可资比较的低指数。 金属聚丙烯(matalized polypropylene)电容在电介质吸收方面表现得和厂方的资料一样好。 聚丙烯膜电容虽没那么好,但也非常优秀。
　　对3 号样本和4 号样本电容(或者其他任何低百分电介质吸收型电容)而言,此时个别的测试状况之选择必须注意,使误差低至毫伏特或更低。 这个并不难,因为0.6 伏特的0.1% 仅600 微伏特──若不小心设定及调校,很容易就使误差大于这个电压。 考虑更高的充电电压(譬如10 伏特)更容易加载,但我们却不能说这种测试电平和较低电平有何种直接的相关。
　　第二组测试系比较一组大容量的铝及钽质电解电容。 比较1 号样本和2 号样本可知,容量相同的电容,其耐压愈高则电介质​​吸收有愈低的趋向。 这点很有意思,考虑散逸因数(DF)在同样的理由之选择标准下,也有同样的情形。 也就是说,如果要使用电解质电容的话,尽可能选用耐压较高的品种,不管是铝质,钽质均然。 像1 号样本那种电容,不管价格多低都应避而远之。
　　3号样本是音频电路中常见的一种50uF无极性铝电解电容,值得注意的是它的电介质吸收DA值很低。 显然地,背对背这种连接法将比单一电容的DA值为低。 例如,4号样本实际上是像1号样本的电容二个串联而成,所测得的DA值比单一电容为低。 总而言之,无极性电容或者一般电解电容无极性地连接使用,在电介质吸收方面均优于一般具有极性的电容,而且这种差异在理论上是大得让我们可以察觉到的,如果你真想听高品质的音响,即使是零点几的百分电介质吸收值都不是你所能忍受的。 因此,除了最好的薄膜电介质外,所有的其他电容都得评估一番。 表二中的6号样本电容之例,即为一个品质良好的铝电解电容(亦可参见 图七 )。
　　为了研究钽质电解电容的电介质吸收问题,我们使用一种简单、无缓冲的测试方法,挑选并测试了一大堆不同的电容。 最基本的程序是将电容在10 秒内充电至5 伏特。 借着一只1K 欧姆的电阻放电10 秒钟,然后拆下电阻将它处于开路状态,30 秒之后读取其回复电压。 以这种方法,我们可将不同的电容依照其电介质吸收关系予以分级。 在这种测试中,最好的品种所读到的电压可少于5 毫伏(或者说是0.1%),最差的则超过20 毫伏(0.4%)以上。 虽然这种简单地测试无法直接和图十一所得之结果比较,但仍可以概略地分级。 并且一定可发现,在音频线路上低电介质吸收值的电容会表现得更好。 然而,不论是铝质或钽质,任何我们所熟知的电解质电容一旦当交连电容使用时,它却不会简单得像一段导线。 当你曾经尝试亲自去测试好的音响系统时,一旦除去了这层面纱,你将厌恶甚至痛恨电容,并尽可能的除掉这些失真的最有效方法。 然而不单单是减少电容器,其他的减少信号恶化之方法也值得我们去深究探讨。
不同电介质间行为的比较
　　此次,我们准备对不同的电容之电介质所表现的特性对音频之关系做一全盘的透视。 我们将先前所提过的所有电介质──陶瓷及电解质除外──做一探讨,看看对高品质的音响而言,哪些电介质尽可能地不采用。 这儿的电解质电容因为滤波器或时间常数的关系,仍有必要,某些时候钽质电容仍是十分好用,足以需要介绍引用,在文末将会提到这点,此次先按下不表。

　　表三 是大多数被使用的电介质一般特性概要,典型的特性分别以最左侧各种主要之参数表示,这些特性事实上并不严谨,只是典型的一般平均概况,并不代表任何特定厂牌或特别的产品。 充其量,表中各资料只是提供电容一般有用的部分何在。 表中阴影部分是表示对某型电介质在该方面特别优秀。
　　虽然表三的资料都是各自独立的形式,图十二至十六则将这些不同的特性选择数项,用图形表示期间之关系。
　　不同电介质的逸散因数通常是指25 ℃ 时的情形,事实上却随温度而异。图十二 显示多元酯在这方面是塑料薄膜中最差劲的,而塑料薄膜中最好的则不随温度变动而变化,散逸因数显得非常平坦。

　　绝缘电阻(R p )在前面并未提到很多。 在此处,对音频而言并不是顶重要的参数(至少站在失真的观点上是这样的)。图十三 是很好的概略情形,可看出电介质与R p 间之关系;而且随着温度的增加,R p 值成减少的趋势。

　　虽然逸散因数是电容器很重要的特性,另外一点也是很重要的:对不同频率而言,逸散因数值依然很低。 对许多电介质来讲,逸散因数对频率仍有明显的关系,如 图十四 所示。 比较好的电介质有Parylene、聚苯乙烯,聚丙烯及铁弗龙(图上未列出)最好。 此种差异系起因于对不同的物质而言,K值频率的变化所致。


　　塑料薄膜电容在电容量对温度变化方面,一般说来均相当良好, 如图十六 所示。 愈好的电容,使用再调谐电路上因温度改变所引起的不稳定愈小。 在塑料薄膜电容方面,多元酯膜最差,多元碳酯膜其次。 温度系数(TC)最低者是聚苯乙烯。 在音频方面使用的电容,虽然尽量使TC最小,但在目前已发展到极限的电介质工技方面,TC的降低却导致电介质吸收DA值的升高。 图十二C中的特性B和特性C之Parylene电介质即为一个很好的例子,此二者表面上的TC为零,但DA值却数倍于特性A的Plrylene电介质,后者的DA值仅0.1%,TC值却达200ppm/ ℃ 。 对音频方面的使用而言,我们宁可接受特性A,因为对电介质吸收我们无法采取「补偿」,使其值成为零;对温度系数却可以(而且是必需的)。 附带一提的是,有时我们必须对可能在电介质吸收和「零温度系数」间妥协的电容做一番查验,这种事情常有,我们并非暗示对Plrylene电介质在电介质吸收的妥协情形是罕见的。


　　表三中未以图型资料说明的其余特性,仍有必要阐释。 撇开电气特性不谈,其他误差程度及价格的范围都能深深地影响电容器的选择。 一般对大多数的塑电介质而言,误差范围愈小(误差的区别在百分之一以下)愈有价值。 价格方面则比较麻烦,特别是大型电容上的价格。
　　大多数塑料薄膜电容器均易利用,市面上可以买得到的,最大只到1uF。 1uF 以上则不易获得,某些电介质的电容(例如聚苯乙烯)甚至根本不存在。
　　所有的塑料薄膜大容量的电容,体积均很可观。 所以,为了利用最好的电气特性,以获得品质良好的声响,我们必须有接受大体积的电容器之准备,当需要1uF或更高值的电容时,有种方法可以有助于减少成品的体积,就是采用金属化的电介质。 大部分的塑料薄膜电容(特别是聚苯乙烯)采用和多种箔绕方式不同的金属化形式都很有用。 金属化的电介质使用非常薄的金属箔层做为电极,以利用空间。 危险的金属外壳是铅质而难于处理的地方。 如果处理不得当的话,会产生一个高的串联等效电阻R s (更糟糕的情形是间歇产生)。 金属外壳可能会表现出比普通箔绕电容较高程度的逸散因数之情形。 然而,它们品质仍相当优秀;因此,最好的建议,也是最简单的方法,是使用前先检验一番。
　　表三中的最后一项是不同电介质间的相对价格。 毫无疑问地,一分价值一分货,「超级品」的电容将使你更加「破费」。 举个例子来说,数量不多时5uF 聚丙烯膜电容的价格约美金八元左右,而铝质电解质电容只需美金廿分!
　　这种比较尚属十分合理,然而,如果你要求最好的品质的话,就不该自我陶醉再「便宜就是好」里面(天下没有白吃的午餐,也不能又要好吃又要大碗,这里只是正常状况下。对买卖双方而言,应先要考虑是否「货真」,然后才能谈到「价实」。只可惜本地供应消费双方却本末倒置,从价格上先着手,造成前者「既然你要便宜,我就给你稍差一点,甚至劣品」;而后者「能用就好,反正都一样,何妨再杀你几成」。(移译至此,不尽唏嘘不已。──译注)。随着时代的进步,电容器的逐渐改良,我们希望容积的处理有助于价格的下降。无可避免地,外壳是必需的,我们也要准备必需的品质付更高的代价。如果前面所提过的种种让你觉得冷酷无情且无可妥协,那么最后的结论会告诉你何以真正的音响迷会对电容器这么斤斤计较。
摘要
　　如果这篇论文的确有一点建树的话,就只有表三,并考虑失真的情况下,能让读者很容易地选个好的电容器。 实质的理由及其他相互关系,使得鱼与熊掌不可兼得,此处仅仅是途径之一。
　　10.000pF 以下的电容,可选用的以聚苯乙烯膜为最佳,体积亦很合理,许多不同的容量事实上也非常有用,制造上的误差也不大。 10.000uF 以上,甚至到0.1uF 仍可采用,只是不易弄得到。
　　0.1uF 容量以上,以聚丙烯膜(或者金属化聚丙烯膜)电介质为佳,在逸散因数和电介质吸收方面和聚苯乙烯类似。 误差亦不大(但有特殊的分级),甚至可找到10uF 或者更大容量的此类电容。
　　铁弗龙膜对所有的音频范围而言都是最好的电介质,可惜生产的种类有限,实用性不大。 Parylene 也是极好的电介质,可惜在容量方面受限制(小于等于1uF),因此使用的并不广泛。 多元碳酸酯膜电介质或许是仅次于前述各种电介质的次佳电介质,并且也有多种不同容量可供选用。
　　多元酯膜电介质系所有塑料薄膜电容里,在许多电路中使用得最为广泛的电介质。 毫无疑问地,原因是基于价格低廉,可是方便取得和价格便宜并不是吹毛求疵的音响迷头一个选择的标准。 多元酯电容事实上不难在好的音响系统中找到,其缺点和钽质差不多,当然,还是略为少一点。
　　我们认为,在音乐迷的设备里,对多元酯电容的使用需格外当心。 任何设备中信号所经过的地方,以聚丙烯或多元碳酸酯(容量、耐压及误差均相等)电容取代之或许更有裨益。 我们自己在不同的设备里(包括真空管及电晶体的机种)试验均得到相同的结果──声音品质变得令人耳目为之一新。 而且,我们也看到了其他人士所做的类似结果,不论和我们所采用的方法相同与否,均有同样的结果。
　　这种影响的产生早在意料之内,因为在单一的多元酯膜或电解质(甚至其他有极性的型式)电容就能发觉到。 对一部旧的前置扩大机或后级扩大机来讲,可能就因此要换掉一打或者更多的电容器!如果你只把一部旧的(古董级)Dynaco PAS 前置扩大机中所有的电容器都换成聚丙烯膜电容,你将会大吃一惊。 对会用烙铁的任何人而言,只要花少许的代价就可获利不少,也不需将扩音机送到任何音响专修店去!(电容器可参见后面附录的制造厂商名单购买)
一些变通的方法
　　在前面所讨论过的取代使用(基本上是种一对一的取代)后,我们想看看如何有效的利用铝电解质电容,以使声音的恶化减至最低。

　　图十七 所示的二种连接方式,需要使用容量较大的电容(100uF或者更大)。 所使用的技巧是选个低等效串联电阻R s 的电解质电容,这个电容就是曾三番二次提过的C A (即图七中的C电容)。 例如50uF可能为所需的容量,站在时间常数的观点,此三者可能过于太大。 可是如铜图七所示,容量大且耐压高才能使R s 低,相当高的耐压才能使电介质吸收降低。 高频时因电解质电容变得更具电感性,将信号分流的塑料薄膜电容可使音频的衰减减至最小。
　　图十七A是用在电容具有明显的极性时,且因此需要正确的极化上。 图十七B使用二个前面提过型式的电容以得到低R s 值、低电介质吸收的非极性电解电容。塑料薄膜电容C B 尽可能采用聚丙烯电容,否则使用多元酯电容。 二个例子里,二个很小的聚丙烯分流电容C c 则更进一步帮助C B 。 此外,在某些情况下,尚可任意加上一个更小的聚丙烯或聚苯丙烯电容,容量约在0.01至0.1uF间。
　　图十七C则说明十七A或十七B图之复合电容如何用在一个典型的实际线路里,当作交连电容(隔绝直流)用。 电容所需的负载电阻系由R L (也许是工率扩大机的输入电阻)和泄放电阻R B 所组成。 净负载电阻是R B 和R L 并联之值。
　　有二项理由使得这项阻抗必须很低。 首先,最明显的是,为泄放出任何大电解质电容的直流泄漏电流(有时大到1uA 或者更多)。 举个例子,选择一个10K 或者更低的负载电阻,在10mV 输出而泄漏电流达1uA 时,可减少因泄漏电流所引起的直流补偿电流。
　　其次是为减少实际存在C A 和C B 上,因电介质吸收所引起可听得见的影响。 低的负载电阻(或源电阻)可使交连电容对声音恶化的影响减至最小。
　　在单一的「盲听测试」(blind listening)里,使用不同的电介质如云母、多元酯膜、钽质、聚丙烯膜等,发现若负载阻抗非常高的时候,即使一枚小小的交连电容对声音的品质也影响很大。 这个实验里R L 用50K,R B 则由无穷大递减到1K,对C而言的信号源阻抗是1K。
　　像表二、测试二中一号样本那样的钽质电容加上50K 的负载,结果使声音失真得很厉害,音乐细微部分也丧失,并且加入数种非声源之杂音。 同样的电容在1K 负载时,声音的品质有显著的改进(并不是电容变得更易让信号通过,而是确实改善了)。 其他的电介质也如出一辙:负载阻抗高时表现差,负载阻抗低时使音质为之明晰。 甚至我手头上最好的电介质电容(5uF 聚丙烯电容)在低负载阻抗时也表现得更出色。
　　当然,我们也不能因此就任意降低负载阻抗,这么一来低频应将超前或延迟。 但是前面一些实验的结果和一般实验台上对电介质吸收的测试(此种测试显示低的RL 将减少回复电压)均指出:在尽可能的范围内,值得降低负载阻抗以减少电介质吸收效应。 这项事实也可以站在另一个观点上解释,总之电容器真会把声音弄糟,也就是说某种电介质电容的电介质吸收就足以说明声音会遭到什么程度。 减少负载阻抗对电路而言,可压抑电介质吸收。 关于「调整」(tuning)型式的音频电路里之电容器的改善,留在附录里讨论。
　　有趣的是,很多地方均显示,电源供应电解电容和信号通路上使用的电容一样不能掉以轻心。 一般的选择原则是:使用低R s 电容,并以一塑料薄膜电容傍路(像图十七A所示)。 如果利用电路拓扑学来分析,这个问题或许更为清晰,不论在扩音机线路上、真空管或电晶体上都值得去考虑的。
　　那些不谙电容器「音色」或有关这方面领域的读者,前面就像胡言乱语一样拉拉杂杂扯了一大堆,我们想说明的只是我们觉得这个问题应该这么去做。
　　在我们看了前面的所有试验后,接着将我们使用的系统里面不需要或者品质很差的电容除掉,全部改良的程度会远大于曾经使用过的改良方法。 除掉所有电容后,你才能真正欣赏到什么是音乐,更为接近原音。 而后,你才能分别你从未了解而存在的箇中​​奥妙。 你的音响很简单地就脱了胎,换了骨。 我们所听到关于「固态装置声音」或许大多数均起因于粗陋的电解质电容──这些在真空管时代是不曾大量使用的。 (译自Audio March 1980)
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电容器品质与典型的音频「调整」型电路
　　或许有人会更深入地问:「如何依本文,将我的某牌前级扩大机使用文中所述之较佳的电容,以改良它呢?」一些较典型的方法似乎值得介绍。 首先,读者必须明白,我们并不打算在这方面替不同的个案做不同的解答。 如果你不能将我们所提供的一般性原则应用到你自己特殊的设备上时,拜托你去请教一些更高杆的朋友帮你的忙吧!在没有一些基本知识及充分了解以前,千万不要冒冒失失就企图动手改装。 如果你决定要做,请再慎重考虑所冒的风险;换句话说,我们无法为你所招致的损失负任何责任。 同时,某些零件的更换可能导致保单失效,亦影响再脱手的价格。
　　音响系统最简单的方块图是由二部分所组成──前级扩大机和功率扩大机──我们将逐项讨论。 这个最简单的概念是用来说明使用电容器的任何音响器材用的,后者当然包括了很多东西。

　　图B5 是一般所熟悉的前级扩大机略图。 可以看出:在唱头放大部分,信号经过的路径上有五个电容器,每一个都足以影响音质的良莠。 图上扩大机的线路部份简化成一个有增益的方块A,可能是运算放大器或者由一大堆零件组成,下面所提到有关电容器「物尽其才」地使用的原则,可用在任何实际装置里──甚至尚未生产的器材上!
　　C1 通常用来隔绝来自唱头的直流电流,通常使用小容量约1~10uF 间之电解电容。 有趣的是,有些输入偏压电流较低的运算放大器(像TL071 或LF356 等FET 型OP Amp.)可以直接和唱头耦合,不需C1。 当然,传统的双晶体差动型是因为固有的偏压问题,就不能如此做。
　　C2 通常是个大的电解电容,约10~100uF 左右或者更大,为了低频响应尽可能降低所以需要大容量。 此处可以选择低等效串联电阻ESR 型电容,或者采背对背连接法再加上一个塑料薄膜电容分路。 图十七阿种复合方式也可采用。
　　C3 和C4 是RIAA 等化用电容,必须非常精确以获得平坦的频率响应。 若此网路值正确地合乎RIAA 的三个时间常数(参见S. Lipshitz 的"On RIAA Equalization Networks" 一文,该文刊于Jour of the Audio Eng. Soc., Vol. 27, No. 6 一九七九年六月),必须使用像聚苯乙烯膜或聚丙烯膜电容(后者较佳),至少也要用多元酯膜电容。 万不得已才采用陶瓷电容,如果陶瓷电容品质有把握的话。 C5 是个输出隔离电容,可采用图十七B 那种复合方式,以获得更宽的频率响应(若次级输入阻抗相当高,则可用一大容量的塑料薄膜电容)。
　　前面所述之法也可用在真空管机型上,像Dynaco 的PAS 系列。 此时,阴极旁路可使用低等效串联电阻的ESR 电解质电容,以塑料薄膜电容旁路。 级间交连电容必须采用品质最好的塑料薄膜电容,像聚丙烯或聚苯乙烯,耐压也要够。 输出电容不能像一般使用电解质电容,因为高偏置电压将引起直流泄漏,所以必须采用数个5~10uF 塑料薄膜电容,再加上个较小的聚苯乙烯或聚丙烯旁路,类似图十七A,但不用电解质电容。 小心电容的耐压要足够,并当心浪涌(surges)现象。
　　有一点值得去尝试一番,及减少真空管线路的栅极电阻,因为它使交连电容增加。 借着将图十七C 中的方法加之于电容器上,将有助于减少电介质吸收效应。 也可以在阴极的输出电容上依法泡制。

　　图B5B 是现代一般的固态装置前级扩大机中电平放大部分。 C1和C2用来隔绝直流电流,如果使用电解质电容也要用等效串联电阻低的电容,并加上塑料薄膜电容分路。
　　实际的电路中,C1 或C2(或者两者)可能省掉。 例如LF357 运算放大器系常见的放大单元,此时偏压电流非常低,而C1 和C2 可省去不用。 其他任何取代IC 而使用的装置仍然需要输出交连电容C3。3 的选择和唱头放大部分相同。
　　此处未画出来的音质控制部分亦需将放大器负回授部分作一交连。 此时情形类似RIAA 等化部份电容之使用,通常所采用的系容量较大的电容,聚丙烯膜电容值得考虑。
功率扩大机
　　今日所使用的固态装置功率扩大机,为了更简化的需要,电容器的使用有减少的趋势。

　　典型的功率扩大机之信号路径如 图B6 所示。 扩大机本身直接和喇叭交连,省掉一容量巨大的隔绝电容,并简化偏流。 C1系数度提过的输入交连电容,约1~10uF左右;C2值约在100~1000uF间。 这些电容和前级扩大机内所使用的都差不多。 C2通常采用电解质,最好是复合型式。 某些例子里,随R2值而异,C1也可能仅仅只是一个塑料薄膜电容;当典型的输入阻抗在10~50K间时,通常需要10uF或更大的容量,以获得足够的低频响应。
　　C3 和C5 系输出补偿网路,C3 在某些例子里用的是陶瓷电容,此处用一容量相当的塑料薄膜电容替代是可行的。
　　总而言之,或许强调「用在音频信号路径上的电容能否尽量发挥其特性,端视所使用的电路级方式而定」是重要的。 此处仅简单举了些较大众化的例子,品质好的电容不管在什么电路里都表现良好;分频网路也是被动线路之一特例;等化器则是主动线路之很好的例子。 这些器材的特性良莠否,与电容器息息相关;首在换掉所有较差的电容,例如若陶瓷电容用在信号路径上时,先予换掉。


转载音响技术第56期AUG. 1980 电容器对音质真有影响吗?(下)/赵健雄(译自Audio March 1980

好资料，L版辛苦了。