我對SF-106的雙差動輸入和簡潔的互補對稱線路結構一向都是頗為喜愛。自從利用SF-106線路製作了我的BETA 1後級擴大機,並改裝把輸出級以前的電源穩壓以來,就對SF-106的穩定、可靠表現十分欣賞(見第60和70期「檀島音騎」文)。現在我住在學校宿舍裡,用龐大的ALPHA 1/BETA 1/THETA6S-6W系統十分不妥,於是把舊的系統存在哥哥家,自己又另外製作一套較小的系統。後級自然地採用音技的SF-106N,並配SF-2060機箱,現已完工。前級尚未開工,但我計劃採用Pro-217結構和並聯式超級穩壓,裝入SF-2002機箱,並把電源變壓器整流子和濾波電容(5,100uFx2)分開另裝在小機箱內(類似我的ALPHA 3/SIGMA 3 MC放大器方式:見第76期「檀」文。喇叭則用新製成的THETA 3袖珍型,用一吋軟球式高音、四吋氣墊式Bextrene中低音,並於2.5KHz二階分頻;裝在內容積只2公升的黑色金屬喇叭箱中,十分可愛。音質雖遠遜於THETA 6S,低頻響應卻也能達70Hz(QTC=1.0),且音色優於大部分日製類似體型的喇叭,用於宿舍是足夠了。
SF-106N最大的改良處是RET輸出級、無補償電容、無輸入交連電容、輸出中點微調的增設,和限流保護電路的省略。其他SF-106原有的優點一應俱全,因SF-2060機箱之故,體積比以前的BETA 1縮小不少。這使得SF-106N十分合適我的需要,於是請梁中鍔先生郵寄了全部的元件和機箱一套給我。
郵包到後打開檢查,發現電源變壓器鬆脫,把SF-2060的後板壓彎了,上蓋打凹了一點,前面板刮了一條痕,保險絲座砸碎了一個,有一個RET也被擊缺了一個角。後板輕易地就彎回原狀,RET幸虧沒壞,找到了缺的角用強力膠粘回原處,碎的保險絲座也另買了一個補上。上蓋的凹點和面板的刮痕卻是一點辦法都沒有,只好算了。除此以外,所有元件齊全,除了不多不少的RC零件、晶體等,連RET的雲母片、插頭、測量靜態的33Ω限流電阻、螺絲,和電源線都有。梁先生和服務部真是設想周到,給我不少方便。
線路板插焊次序是先電阻,次電容、電位器,然後各晶體。每個元件都在插焊前用數位式三用表測量,然後在焊完後再量一次。我發現這些金屬皮膜電阻特性十分優異誤差都在0.5%以內。個散熱片,濾波電容,和變壓器等此時皆裝入機箱,並把變壓器、整流子、電容器、電源開關、保險絲座和AC電源線之間的配線都焊好,再三檢查無誤後插上2A保險絲,上電測量直流電源電壓,空載應於±38V左右。關掉電源,用500Ω/10W電阻放掉電容上的電荷,把機箱置於一旁備用。
用靜態阻值比較法,測量兩個106N驅動板,發現其中一塊Q8的集極與電源端斷路,原來是PC板銅箔有一小條裂縫,焊好後再量,一切對稱良好。把Bias微調電阻旋至最小,Offset微調旋至中間,插上RET晶體和偏壓/熱補償晶體,把輸入短路,正負電源串入33Ω/2W電阻接上,零電位線也接上,再用三用表徹底檢查一遍。確定無誤,深吸一口氣,電源ON無煙無臭,趕緊用三用表量中點電壓,旋轉Offset微調電阻,輕易地得到0.001V以下的偏置。此時調靜態電流,旋轉Bias微調至50mA(33Ω上壓降1.65V),等大約半小時溫度穩定後,再慢慢把靜態電流提升至穩定的150mA為止。我比較喜歡高些的靜態電流,不但失真低些,溫熱的散熱片似乎也付予了本機生命(有點像真空管熱紅紅的那種感覺)。拔掉輸入的短路,用三用表AC檔量著輸出端,用手觸摸輸入端,得一讀數(約十伏左右),證實工作正常。關掉電源,特喝蘋果西打一杯以資慶祝。
剩下來的工作就是把兩片PC板固定好,取掉33Ω電阻而直接連線至±Vcc,然後把輸出入配線、輸出補償電阻、電容和線圈都接上,就大功告成了。試圖裝上上蓋時發現兩個散熱片似乎稍微太高了些許,使得U形上蓋兩旁的螺絲很難旋入孔位,但用點兒力氣還是把螺絲扭進去了。
用兩個8Ω/100W的大電阻做負載,輸入1KHz正弦波,調整輸出至12V RMS(⅓額定功率;我認為本機應額定為50W/Ch),連續輸出一小時後,散熱片溫度相當燙人,但仍工作正常(這是IHF的標準preconditioning test)。試聽結果十分令人滿意,雖然用的喇叭不夠高明,我聽不出本機有何缺陷。我相信經過各項改良,尤其是RET的採用,各工作點的重新設定,和補償電容的取消,應使106N的表現比106更佳才是。以後有機會帶到我哥哥家接上我的THETA 6S-6W參考系統,表現如何必一試便知。
有幾樣小小的不滿:第一,本機的四個濾波電容太小了些,只4.700uF實在有點兒寒酸。若使用阻抗低而又十分抗性的負載時(許多喇叭皆如此),此電源供應可能供應不了瞬間的高電流而造成失真。可是因SF-2060機箱空間限制無法直接換用更大的電容,只好以後有空閒時做一個數萬uF的電容箱和延時緩衝soft-start裝置(見第70期「檀」文)來改善這個問題了。第二項缺點是有關SF-2060機箱的喇叭輸出座。用「博士」端子(binding post)十分好,但是正負端子之間的距離並未遵循標準的¾英吋,使得「雙香蕉式插頭」(dual banana plugs)不能在此使用。所以,希望以後音技可考慮把端子間距改成¾英吋的標準距離(參考Threshold各型後即、Hafler DH200和DH220、Crown SA2,與諸多其他高級後級的設計)。
裝配全機總共花了不超過十個小時的時間,這恐怕是我所有自製的音響器材中最迅速的。當然梁先生提供的零件齊備是主因,自己裝機功夫的逐漸熟練也有關。這得歸功於音響技術雜誌,若沒有它,我必無現有的進展。
喇叭阻抗等化網路設計
一般設計喇叭分頻網路時皆假設單體阻抗為純電阻性的8Ω或4Ω,但是事實上單體的音圈有很大的抗性。動圈式低音單體(或中音單體)在交越點附近阻抗有劇烈上升的現象(電感性),使得實際的分頻特性受到嚴重的影響。若我們忽略低頻諧振點的阻抗高峰,音圈的阻抗特性可大略地用圖一(A)來模擬。
Rscc是音圈的直流電阻(用數位三用表Ω檔量得的數據),而LBM是音圈電感。假使我們知道某低音單體的Rscc和LBM值,就可以加入圖一(B)的補償網路Rz和Cz導致綜合阻抗相類似一個純電阻,而使得分頻特性大大地改善。Rz和Cz所形成的「阻抗等化網路」又稱Zobel網路,在Speaker Builder季刊4/82期中有位作者Wilfred Harms曾經撰文討論。可惜Harms文中對於計算實際Rz和Cz值的方法頗為含糊,且不準確。
我們若翻開1981年的音響技術記事小手冊,可找到一些十分實用的LCR串併聯電路定則。其中最後一個(第⑳式)就是我們所需的,阻抗公式為:
C的單位是Farads(1uF=10-6F)
在Zobel補償線路中,RL是Rscc,Rc是Rz,XL是2πfLBM,Xc是1/(2πfCz)。Rz我們可選定一個近於Rscc值的電阻,而在計算時設Rscc=Rz=R; 式①就簡化成:
Rz和Rscc的差異可達±15%而不會造成明顯的綜合阻抗變化。比方說若Rscc=6.6Ω則Rz選5.6Ω至7.5Ω之間的阻值都可。
在我們能設定Cz值之前,必須知道單體音圈的電感LBM。Audax在它們最新的單體規格上都有標明LBM之值,但是據Audax的資料顯示,它們的LBM值是在沒有磁場的情況下用Inductance Bridge於1KHz量得的,與實際的工作情況甚為不符(Audax是把磁鐵消了磁後才量;雖仍有鐵心,實際磁場集中在音圈上時會改變它的有效電感)。現用Audax的HD13B25H2CP12舉例(見圖二);
照公佈的LBM=625uH計算,在5KHz時阻抗應為20.7Ω。
可是看看圖二的阻抗曲線,我們發現5KHz的阻抗是15Ω,而非20.7Ω。所以,直接採用廠商公佈的LBM值並不一定可靠(大部份廠商根本就不公佈這項規格)。那麼我們如何求得LBM值呢?其實很簡單的阻抗曲線圖,就可以用下式求出LBM值來(此式是式③蛻變而來):
我們可選幾個靠近分頻點的頻率,利用阻抗曲線表和式④,分別求出在這些頻率的LBM值,然後取其平均值即可。LBM值會隨頻率有些許變化是因為圖一(A)的模擬只是大略地正確。幸虧變化不很離譜,而且很緩和,不致明顯地影響Zobel網路的功能。LBM設定後,我們可求得XL=2πfLBM,設Z=R(我們要求單體//Zobel網路的綜合阻抗=單體的直流電阻),式②可更簡化成下式(簡化過程是磨練代數技巧的好機會,有耐心的讀者不妨試試):
由式,我們可求出Cz之值:
Zobel 設計實例
單體:Audax HD13B25H2CP12(見圖二)
Rscc=6.6Ω, ∴設R=6.6Ω,Rz選用6.9Ω標準值。
設分頻點為3.5KHz,則用式④求得2KHz、4KHz和8KHz的LBM值
2KHz:Z=10Ω ∴LBM=598uH
4KHz:Z=14Ω ∴LBM=491uH
8KHz:Z=19Ω ∴LBM=355uH
三值的平均是481uH,所以我們設L=481uH。
用式⑥,求出所需的Cz值=3.68uF,可用3.6uF標準值mylar電容。
原阻抗曲線與加入Zobel網路後的比較請見圖三。我們可明顯地看出Zobel的效果:綜合阻抗變成頗平坦的一條線,而不再因感抗而上升了。這樣,設計分頻網路時可假設單體阻抗為Rscc值,直接使用標準的分頻LC元件值,就能達到預期的分頻效果了。當然,若單體的頻率響應並不平坦,分頻網路的LC值可酌情修正以等化之。我的THETA 6S衛星喇叭中就有用到這些技巧,讀者們不妨參考(第76期「檀」文)。
如果所用的低音或中音單體沒有附上廠方公佈的阻抗曲線,我們可自己量取;第67期的「Hi-Fi小實驗」文中有詳細的說明。
一般來說Zobel網路多用於「被動式分音」的喇叭系統中以改善分頻網路的表現;但是在「主動式」電子分音系統中,我們亦可在低音單體上併上一個Zobel網路。對推動低音的擴大機來說,一個純電阻性的負載比抗性的容易應付得多(不信讀者們可試試在擴大機輸出串上些LC元件,看看它的方波波形。小心別把擴大機燒了!)
最後要留意的一點,一些已設計良好的喇叭系統不需要任何多餘的補償,加上Zobel有時反而會惡化其表現。祝成功!
轉載音響技術第89期MAY. 1983 甘棣見聞 SF-106N後級製作/甘 棣
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