題外話
在「音響技術」第一期裡,我寫了一篇「擴大機的音色差異」。該文原本是我寫了很久而一直沒有完成的殘稿,不幸讓唐老編在抽屜裡翻出來,並一語咬定它頗值「公開」,於是乎它便被當頭條發表了。更不幸的是那篇文章沒有寫完,唐老編隨手在文後加註了(下期續)三個字,這一續續了我將近四個月的時間過著負債的日子。
稍稍值得安慰的事是這篇頭大尾小之作,獲得頗多的反應,音響技術編輯部一一轉來讓我過目,並催命似的趕我把下文說完。以下這些看法,或許已經不是我原先想寫的東西(因為全忘光了),不過,我想如果能為來信問疑的朋友釋去多少心中的疑問,倒也是值得的事。
差異在何處?
就理論上說來,音響系統之音色差異,多半來自始端和終端單元。就錄製過程來說,通常是指錄音室、麥克風,就再生過程來說,則為唱片、唱頭、或錄音機放音頭; 而所謂終端單元,錄製過程是錄音頭、刻片刀、磁帶和唱片,再生過程為喇叭和耳機。
綜觀這些過程,它們都有一個共同之點,就是「換能」──亦即能量由這一種形式,變成另一種形式,而在能量的轉換過程中,往往會藉重一種中間媒體──磁。舉例來說,喇叭發聲,通常是以電能產生磁,再以磁形成動能(即振動)。於是所有的差異便在這中間產生了。
欲理解這種差異的實際情形,即使有相當精密而完備的設備,仍然十分不易,因為其中相關的因素太多,掛一漏萬之處,就會在所難免。這種掛漏有些對於結論或許不會有太大的影響,但是有些因素(例如一個乘數)如果漏了,可能要差之毫厘失之千里。
在這裡,我們不妨舉一個很顯然地被遺忘的例子,看看它的嚴重性:
我們都知道,電磁型揚聲器和靜電型揚聲器之間,有相當大的音色差異,究竟這些差異產生在何處,論者每以靜電揚聲器不具電感性,且有較大而用力平均之振膜為其優點。但很少人(幾乎沒有看過和聽過)去追究它們之間換能的理論響應情形。其實這種現象光憑「土想」都可以想得出來:
給電磁喇叭以1W 1,000赫的電力,它振動的幅度為0.5公分,給電磁喇叭1W 50赫的電力,它振動的幅度可能到達3公分。因此如果你以極低的頻率給喇叭,你看到喇叭振動得非常厲害,請不必訝異,它和給它10,000赫時用手還摸不出來振動的功率是一樣的。一個振幅小,但卻是同樣的功率,當此功率被散發到空間的後果如何呢?除了亞里森(Roy Allison)曾經發表過一篇有關聲阻抗的論文略略與此有關外,似乎沒有誰關心過它。
如果我們接著考慮與喇叭相對的那一端──麥克風,問題可能變得更為嚴重。因為有一種麥克風叫做速度型麥克風（性能相當優異,多被用於專業錄音）它的特性是空氣振動一公分它也振動一公分,不管頻率是多少,但當它轉換為電的時候,情形恰與喇叭是相反的,也就是在相同的振幅下,頻率愈高,輸出電壓也愈大。於是乎同樣用電磁喇叭去聽電容是麥克風和速度型麥克風的錄音,音色的差異,便難以在話題之下了。
縮小了圈子談
像上面這樣,繞著大圈子來談音色差異,根本於事無補。今天我們談差異,主要不是想發現什麼是差異,而是希望追根究底的去查明發生差異的原因究竟在何處?
麥克風、錄音機、唱片、唱頭、乃至喇叭系統的音色差異因素太複雜了,專家們都難免掛一漏萬,更不是我們業餘者憑空可以論述。於此我們所希望的,乃是本著科學的精神,一一攆除相同的部份,去追求或探討最細微的不同之點,前文定題為「擴大機的音色差異」而不說「音響系統的音色差異」道理在此。甚且在文中更強烈地暗示出,前置擴大機的音色差異,根本不足為奇,因為十部擴大機的EQ放大器有十種的響應,其音色焉不因此而有異矣!
然而文中所帶來的疑問是,讓我們覺得最可靠,且臻於理想的功率擴大機,竟然也會造成音色差異,而且就如所知,其差異還相當明顯,原因究在如何?
定義的重要性
一本科學的精神,為了探究這個令人不解的現象,第一個關鍵,是繼續把功率擴大機細分下去。然而細分擴大機,似乎不是一件很容易的事,至少它可以有兩種方法,這兩種方法縱橫交錯,互為因果的。縱的方面,我們可以把功率擴大機分為電壓即、倒相級、驅動級和輸出級,橫的方面則可以分為線路結構,零件選擇及使用、裝配技巧等等。不幸的是我們發現所有縱的橫的因素都可能強烈地影響到這部擴大機再現的音色。如果將這些顯然可以影響音色的因素,綜而括之定義為「線路因素」,則必然地,線路是改變音色的主要因素。但是用這樣的態度來處理問題,實在很缺乏科學和負責的精神,這正如同醫生在解釋一個人為什麼會色盲時,說那是因為遺傳一樣地無法令人滿意,因為我們想知道的不是遺傳,而是為什麼會遺傳,遺傳後又為什麼會再現......等等,值到我們能夠控制這個因素為止,才算獲得真正想知道的最後答案。
線路因素,既然是錯綜複雜(這是一個定義的問題,因為最狹義的線路根本無所謂音色),但是在科學上可用另外一種方法來處理它,讓它「定」下來,然後用別的因素去刺激它,使它造成不同的反應,然後求取結果。
如何使線路因素定下來呢?那就是選擇三、五種乃至十、八種結構完全不同的線路,使它們都用最好的零件,最好的校調,最正常的工作狀態之下,然後來比較它們,比較時,當然可以使用多種不同的外加因素──例如電源電壓、電壓穩定率、負載特性、訊號特性等等──給予嚴格而精密的考驗。此時,我們所追求的答案,或許就此逐漸開朗起來。
原因就在這裡
第一、如果我們把所有相同品級而線路結構方式不同的擴大機的「功率擴大部份」都拆下來,裝到另外一個機箱裡去,用同樣的電源,同樣的接線,我們會發現所有的擴大機的表現,可完全一樣,這一點便說明了線路結構與音色無關。
第二、所謂「相同品級」當然是指它們之間可測的因數完全或接近完全相同。
第三、所謂可測因數,指的是輸出功率、失真、頻率響應、阻尼因數、增益......。
第四、20W的擴大機焊40W的擴大機相比,因色當然有不同,但造成20W焊40W輸出不同的因數不只是線路,因為同一個線路我們可以使它有20W的輸出,也可以使它有40瓦的輸出(SEPP電路輸出決定於電壓),因此雖是線路完全相同甚至同一塊線路板的擴大機,只要它們的輸出不同,音色便會有不同。
第五、失真是1%的擴大機,和失真為0.01%的擴大機,音色當然也會不同,即使其不同以聽覺難以分辨,但我們相信它是不同的。而造成失真的最主要原因,恐怕是在主動元件的選擇和使用上,一對放大率誤差大到50%的功率晶體,即使有差動放大作為補償,以100%的直流回授來穩定,失真仍難免除。職是之故,一個曾經擔任過Hi-Fi線路設計的專業工程師,在離職之前,必然會產生一種令旁人覺得啼笑皆非的心得: 最佳線路的設計,其為了最惡劣零件的理由遠較獲得最佳性能要重要千百倍。因為他們一生工作努力不懈的只是為了解決無法獲得「理想元件」的困擾。如果沒有這項困擾,他們可以拍著胸膛告訴你「我可以設計一台零失真的線路」。
第六、頻率響應在今天的功率擴大機來說,幾乎不是問題了。因為隨隨便便裝一部擴大機,也可以使其響應由3~50,000Hz±0.5分貝,那麼由0~3乃至由50,000到100,000赫,難道做不到嗎?做得到,只要零件可以。限制的因數大致發生在交連電容上,但今天的OCL以可以完全免除電容交連了,這差強是屬於線路因數之一,不幸的是20赫以下的平直響應似乎和音色扯不上關係,而在超高頻方面,今天所面臨的主要也在①電晶體的延時作用所造成的不穩定。假如使用FET問題便解決了; ②技巧的問題,同樣(完全同樣)的零件,同樣的線路,我裝的可以到100,000赫,擬裝的到50,000赫就開始衰減或不穩了,因為我這條線在電容上繞了三圈,而你卻直接就接過去。
第七、阻尼因數,這玩意兒確實不好瞭解,不過您可以想想如果我們把100瓦的擴大機當成25瓦來用時(可以有兩種方式: 一是讓它保持100瓦的輸出,但串聯一枚8歐姆的電阻,一是把供電壓降到一半)自己便可以比較它有什麼不同,有關這一點,前文已有述及,於此從略。不過請您注意,它們(100瓦、25瓦、20瓦三種情況)都是同一個線路,同一台機器。
第八、增益,一般人常常只喜歡把Volume放到12點位置以前,如果開到12點以後的話,即使聲音大,也會覺得鬆散無力,為什麼?出力不足?內行人都知道Volume與出力無關(記得唐老編在Hi-Fi問裡對此曾有細述)問題便落在增益以及訊號強度上,為什麼增益及訊號強度會影響音色呢?請想想響度補償的原理,就不難明瞭了。這裡,我們想證實的只是增益只與線路中的回授有關,其它的關鍵便在主動元件上了。OP-AMP之所以好,是因為它幾乎有無限大的增益,而不是因為它真正是好。
線路何罪乎
由上所述,我們已經可以知道,致令擴大機音色不同的,是我們常用以定其品級的所謂性能規範,而影響性能規範的則有線路,機械結構、零件、裝配技巧、校調、品管......等因素。在這些因素中,如果一定要我們說出哪一個因素影響音色最大,這幾乎是一個沒有答案的一個問題,換句話說,一部擴大機,不管是線路、機械結構、零件、裝配技巧、校調、品管......任一樣不好,便可能嚴重地影響擴大機之音色,不僅如此,還可能使擴大機不響呢!
但是,話又說回來,在諸多影響擴大機音色的因素中,我們仍可分析其影響發生的可能性。其中零件的好壞,有儀表可測,好壞分明、校調是否正確、品管是否嚴密,也易明辨; 唯獨線路設計、機械結構、裝配技巧,在多數時候是無法一言定高下的。尤其嚴重的問題是有很多人,常將零件選用不當、技巧錯誤、機械結構乃至校調所生的弊端,歸罪於線路不好。
其時,天知道線路無罪乎?且看下面這個線路:
像這樣一個出現在全晶體SEPP擴大機初現的典型OTL電路,不要說自己裝的「此中高手」對它不屑一顧,即使是初入此道者也會振振有詞地說它落伍了。不錯,這是一個早就落伍的線路,但落伍的卻不是它真正擁有某種「落伍」了的音色。而是在生產管制上落伍了。今天我們在科學知識的學習過程中,最大的悲哀,乃是無可避免地受到商業化的影響。商業說全IC電路最好,學者(學習者)便認為IC真好,其實IC好在哪裡,好在裝配生產檢單,錢賺得快。如有故障,推說偶然故障,換一個也可以毫不臉紅。(當然IC在其他系統中,確有許多絕對的優點不可否認)。
以上的線路,如果我們能夠仔細的選擇零件,並予最適當的校調,我們深信,至少用聽覺是無法與當今最摩登線路所產生的音色有所分辨的。只是在此,我們不得不重覆再說一次,科學研究的精神和命脈,是在諸多相同的因素中去發現不同。如果我們用最古老的線路,最古老的SB337、SB77加上1,000uF的交連電容,不僅加802/4502全直接交連不能相提並論,即使和3055/2955一較長短,也可能相去一大截。
然而,此中差異來自線路嗎?不會絕對的是,因為古老的線路也可以被套上802/4502而使音色一新。當然,它們之間用精密儀表觀察時,是會有些許差異的,因為它們並非真正完全相同的兩個東西。
豈是儀表無能
談到這裡,遂又使我們想起一件使人悲哀的事情。那就是生為萬物之靈的人類,仍然喜歡將自己之所不能歸罪予麻木不仁、無所反應的物類。這種難堪實一如老師令學生在一直線上任易截取兩段相同長度的短線,這位學生死勁用米達尺在上面量了又量,折過來一比無論如何都不一樣長,後來靈機一動,細查米達尺,原來米達尺不準,於是振振有詞地報告老師,他的米達尺不準,所幸他還不知到什麼是「精度10%」否則更會說他只能取出誤差為10%的兩條直線呢?
說完這個故事,我們實在不願提起「圓規」兩個字,因為這樣對大多數的人將是一項嚴重的污辱。而在諸多討論的文字中,又何獨不然呢?
哦器真的測不出因響系統的「音色」嗎?這根本是一個方法和觀念的問題。因為用VTVM當然量不出失真,用正弦波無法一眼瞧出頻率響應,用方波看不出割切,用三角波不能估阻尼因素,用猝發波難以肯定諧波的存在......是必然的。
換句話說,只要萬能的人類真靈,他應當可以使用現有的東西去較量可能的差異,即使那種差異無以名之是什麼,曰吳氏係數、曰張公因子均所無妨。就算是今天的儀器真的無法量出那個令我們覺得差異的因子,是人無能,不是儀器無能。
像這樣在Hi-Fi上顯示人類無能(當然是一部份,而且是比較接近商業化的那一部份)的最佳例子,莫過於對揚聲系統的測試或較量上。一遇有自己知識不足以應付某項問題時,便說,今天的科學,對喇叭還無法做到正確的測試......以為搪塞。喇叭之無法做到正確的測試的事實固然不錯,錯的是不是在儀器不能,而是方法的不能,如果我們可以找出方法,儀器便可應運而生,甚至於用已有的,最簡單的儀器便可應付了。
說喇叭之音色尚無法以儀器辨別,尚情有可原。然而若說擴大機之音色,也不能用儀器來觀察便離事實太遠了。至少以今天人類能分辨得出的音色差異,不管甜酸苦辣,明暗晦澀,都可用不同的波型顯示出來,唯一的不能,是無法與人類的感覺契合,正如人類不能替自己的感覺──諸如美、甜、辣之類──下一個明確的定義。儀器便無法告訴您什麼是什麼感覺。此事今日不能,他日依然不能,因為人類所能造出的最好的電腦,必仍然需要程式才能工作,程式是人的問題,不是機器的問題,機器無罪。
結 論
(雖然我不喜歡用這兩個字,但為了避免唐老編誤認仍有下文,不得不如此)。
最後,我本想一談改變線路中的哪個零件,會使音色跟著產生變化,產生的變化又如何?以及什麼樣的音色會呈現什麼樣的波形,或者測驗差異應當用什麼樣的步驟等等,這是朋友來函中最多的問題。但是我顧慮到這樣寫下來,這篇談音色差異的文章,可能永遠完不了。誰叫我當初把題目定得這樣大?
朋友們,請原諒我,讓我以後以較小的題目來談它吧! (全文完)
轉載音響技術第5期 MAY. 1976 再談擴大機的音色差異/陶 苑
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