谷津HA-1耳机放大器 [复制链接]

顾名思义，耳机扩大器是专为驱动耳机而诞生的产品。在早期除了录音师、总机人员、飞行员…等必须仰赖耳机工作外，其实耳机并不太风行。直到７Ｏ年代，随身听等个人化商品渐渐流行，耳机也开始有了完全不同于以往的视野，从一成不变的全罩式到半开放式、开放式、缩小型乃至耳道式等动圈式、静电式，可谓百花齐放。
以前扩大机之耳机孔算是附属功能，在家用音响中，这些耳机孔大多附属于前级或综合扩大机内，以并联或串接电阻的方式将声音讯号截取出来，由于人耳之耳蜗至耳机振膜间的距离非常短(10-40mm)，况且耳机的效率很高、阻抗不低，因此再怎么不理想的驱动都能让耳朵得到满足的音压而不吵到别人。
随着时代的变迁，耳机不再是有声就好。诸多着名的耳机厂无不绞尽恼汁做出更传真、更微型的耳机，一方面因应高品质也一方面因应个人化的需求。就高品质的角度而言，以往附属于前级或者综合扩大机的耳机输出孔也渐渐的不敷使用，耳扩的专用线路就此因应而生。
在Amtech设计耳扩之前，我们先收集了现今流通于市场的各名厂耳机，这之中包含了AKG 240 、240DF、K501、K701、GRADO 325、325I、RS2、RS1、BEYERDYNAMIC 990PRO、ULTRASONE HF1700、AUDIO TECHINA 、DENON 、TECHNICS、 Sennheiser HD-600、 650..等。并针对每一款耳机的电气特性做全面的了解，并且实际的去测试其阻抗变化以及阻抗相位变化，当然也聆听每一款耳机的声音特性，实质的记录下来。
关于各家各款的耳机其在声音上的表现，并非本文要讨论的重点，不过由于各家厂商对人耳等量曲线的设定均不同，其声音的差异也可谓南辕北辙，这部份就留给各家音响杂志去评论吧!我们把重点放在与耳扩驱动的相关议题上。
首先是标示阻抗，从这些专业耳机中不难发现其阻抗标示有32ohm、65ohm、75ohm、120ohm、 250ohm、300ohm，乃至600omh不等，假设在不考虑其效率之下，输入同等的讯号强度(电压)则30ohm到600ohm其电流差异将近有20倍，以3V为例600ohm所需的电流为5mA而30ohm则需100mA;标示效率又从90dB到100dB不等，当然也有少部分例外。而其强度单位是mW，也就是送给耳机1mW从耳机所能感受到的音感度(音压)。表面上看来似乎没什么，但可别小看这10dB的差距，在功率乘积之下它可是会让你感受到很小声及非常大声的差异。
从以上两种基本标示中所延申出更复杂的变化，假设一只100dB/32ohm与90dB/600ohm的耳机，在基本阻抗不同之下要得到相同的功率强度(1mW)，32ohm需要0.197Vrms的电压强度，而60ohm则需要0.775Vrms的电压强度。然而此时在600ohm耳机上只获得90dB 的音感度，若要在600ohm的耳机上得到100 dB 的音感强度则这10 dB的差异转换在电压强度上为20 log 3.2 也就是0.775V再乘以3.2倍约为2.48Vrms，答案就是想要在上述两个耳机中得到相同的音感度一个只需0.179Vrms，另一个则需2.48Vrms，这之中相差了13.85倍。如果把这600ohm的耳机用在随身听来听，那肯定会有问题，因为随身听的供应电压大多在3V以下，也就是随身听所能输出的电压强度将小于3V/2/2=1.06Vrms以下，也就是说90dB /mW 600ohm的耳机在此时最大不失真仅92.6dB ，这个音压很难满足音响迷的要求。
不幸的是阻抗与效率的组合并没有一个规则可寻，而这些组合所产生的复杂因素全部都必须由扩大机来承担，截至目前为止除了某些少数的耳机生产商有针对该公司特定对像耳机而生产的专用耳扩外，几乎所有的耳扩都会在放大器的输出端串上一颗电阻，用以调谐各种不同耳机的阻抗效率差异。这不失为一个聪明的做法但非常的不理想，概因这个电阻会大大的降低耳扩的阻尼因数，一般的做法是在输出端串上一颗约100ohm的电阻，当耳机是32ohm这颗电阻会分得约3/4的电压，仅1/4给耳机(好在一般32ohm的耳机所需电压不高)，换言之如果是600ohm则这颗电阻仅得1/7的电压而6/7的电压将会落在耳机上。这个做法会使高阻抗与低阻抗的耳机，差异不再那么大，然而缺点是牺牲了阻尼因数。
如果耳机的阻抗是一个恒定值，例如300ohm不随频率变化而改变则阻尼因数的高低便不是重点，可惜的是没有一个扬声器、耳机其阻抗是恒定值，下图为例:分别是65ohm及300ohm的阻抗曲线图。从座标中可清楚观查到65ohm的耳机在80hz时其最高阻抗为120ohm，而300ohm的耳机则在84hz时阻抗更高达554ohm，看到这实测的结果，聪明的朋交应该马上会有一些联想，没错这就是一般耳扩驱动不良时使耳机听起来低频松散软糊的原因。

对策:

(一)、低输出阻抗:
这是理想放大器的共通要求，在Amtech 的Headphone Amplifer裹，我们依然将输出阻抗做得很低，仅有0.3ohm，相较一般耳扩的数＋甚至一ニ佰Ω，0.3ohm的输出阻抗将可达到数百甚至2000的阻尼因数，如此便能将所有的讯号能量转移在耳机上，使耳机得到极为完整的音乐讯号。先前提到，耳机的阻抗非恒定值，降低输出阻抗也意味着耳扩将把所有的讯号功率完全转移到耳机的音圈并传达到振膜上，当音圈运动时将产生空气压カ，同时在振膜上便会有相同G值的反作用力与总合应力，这使音圈阻抗产生漂移，降低放大器的输出阻抗使放大器的输出端产生优势的压力节点，再透过导线使音圈得到完全的控制，因此透过低输出阻抗的耳扩来驱动耳机其低频将不再是糊糊的一片。

(ニ)、增益连续可调:
虽然低输出阻抗能将耳机驱动得很理想，但是会衍生出一个严重的问题，那就是不同阻抗与效率的耳机在相同的电压强度之下其音感度差异极大，例如将耳扩的音量旋钮转在10点钟方向，低阻抗高效率的耳机将会很大声，但高阻抗低效率的耳机将会非常小声，有关这相关的技术在先前我们已经提到，大家也已然暸解。解决之道便是将增益改为连续可调，在Amtech的耳扩中其增益最小是2倍也就是６dB最大为20倍也就是26dB，因此只要应耳机而适时调整增益便能克服此问题。

(三)、静态电流可调:
这是Amtech的一项创举并落实在这款产品，大家都在说纯A类，在众多耳扩文宣中他们都号称是纯A类放大，但不仅要怀疑这到底是真是假，纯A类的低失真大家都知道但要如何才是纯Ａ类可能就鲜少人知。耳机的阻抗先前提到从30ohm到600ohm都有。以纯Ａ类的定义而言其静态电流的差异将高达20倍。以正负12Ｖ供电来计算30ohm的最大电流为400mA因先其静态电流应为200mA而600ohm的最大电流为20mA因此其静态应为10mA这20倍的差异除非将耳扩设计成如A-25一般的随藕式，否则单一静态电流是无法应付众多耳机阻抗而一直处于纯A类状态(除专用耳扩外)。有鉴于此Amtech耳扩设计了可调式静态电流。为了方便使用者操作我们将静态电流设计成４段可调，分别为32ohm、64ohm、128ohm、及256ohm、而静态电流依序为187.5mA、93.7 mA、46.8 mA、及23.4 mA。虽然无法完全对应所有的耳机但巳可找到相近值。如耳机为75ohm则应选择于64ohm档位，又如300ohm的耳机则应选在256ohm的档位。

(四)、低失真要求:
低失真似乎是音响工业必备的。但什么样的态度方能成就真正的低失页？在线路的部分恐怕非三言ニ语可以讲完，在以往我们的相关文章中已提过很多，在此姑且跳过。
就态度而言，从选用电阻便可一窥厂商的认知与态度，电阻是线路中不可或缺的元件但却很不起眼，很少人会去努カ认知与讲究。一般而言反正用精密电阻就对了，由于不了解为何要精密而往往失之交臂。例如输出级有ニ颗阻值很小的功率电阻，假设0.5ohm5W，负载30ohm，电晶体工作在AB类则奇数谐波失真约为1/2  RE/RL 1/3 =0.329 % 再者RE1与RE2并不会完全相等导致因失配而产生的失真约为RE/RL  mismatch  1/2若mismatch=0.5 % 则计算值为0.416 % 如此将招致更严重的失真。反之如果这两个电阻能精配至0.01 % 则其失真将大幅降低为0.0083 %，因此可知用对地方很重要，很不幸的是我们很难发现一般厂家在这些地方所下的苦心。
还有潜布电容，这种藏在pcb线路中看不到的电容，当两条走线很近时便会产生寄生电容。这些电容约在数pF到数拾pF。可别小看它，当这种电容出现在高增益的线路中很可能造成优势极点(pole)进而使放大器变成有条件的稳定。
其实上述二例都是小地方，但却在在决定着一部机器的良莠，以Amtech的耳扩而言，RE1和RE2都是精配过的其相对误差都小于0.01 % ，至于PCB layout我们要求是5pF以下而实测却都在3pF以下。
我们一贯的观念是不去做出美美的失真，更不会去做所谓的调声动作，因为对的事是经过一连串的计算与实验所得。而利用调声所得的好声也不能说不对，只是这种作法往往是在瞎子摸象难有定论。


Amtech的耳扩还有一些特点

(一)、强悍的电流输出:
Amtech的耳扩其实测得的最大功率在8ohm状态下有9W的输出功率，在32ohm状态下有2.25W的输出功率，而最大输出电流达到1A，以耳机所需要的驱动电流数十mA到数百mA这无疑给了最高保证。

(二)、分离式电源:
为了使放大器得到更纯净及更安定的エ作环境，Amtech的耳扩将电源分离开来，在电源Box内有一个52VA的环型变压器以及一组共13200uf的滤波电容，还有一组足以输出1.5A的稳压线路。藉以提供给放大器(耳扩)绵延不绝并且干净.稳定的能量。

(三)、可当前级使用:
其实Amtech的耳扩不只可当耳扩可也当做一台前级使用。由于失真非常低仅有0.00146 % ，加上超低输出阻抗频宽达到330k以上。因此当前级使用依然拥有极为优秀的特性。

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