在音技64期日新月異專欄刊出介紹NE5534這枚IC的文章之前,美、日、香港的音響雜誌已對它有所報導,但在特性的說明方面卻沒有像音技這麼詳細,所以當時只是知道有這麼一個新元件,卻也沒有引起太多的關心。直到拜讀過64期文章之後,接著又有該元件構成的低雜音穩壓電源,音控電路和RIAA放大器的實作報告,才開始對它深感興趣,於是搜集所有關於NE5534的報導文章來研究,才發現早在59期p.73的「IC運算放大器失真的實測法」一文中,已對5534有很高的評價(編註:該篇文章係取自美國的音響權威雜誌Audio Amateur,原作者為美國首屈一指的OP Amp.專家Walt Jung先生),這是興起本次製作的起緣。
IC OP Amp.的出現,的確給了電路設計者極大的方便和靈活運用,但是初期OP Amp性能上在發展而用者對它亦是一知半解之時,很多不當的設計卻使它冠上「IC OP Amp不適用於音響放大器」之錯誤觀念,以致於普遍存在凡IC構成的音響放大器都不能登大雅之堂的心理。筆者從事電子技術工作多年,從過去的工作經驗中深深的體會到,使用IC OP Amp就像使用一般的被動元件一樣,必須在適當的用途下選擇適當的品種才能使它的性能完全發揮出來。如用一只741型的OP Amp做成一個RIAA放大器,就好像以陶片電容來交連音頻訊號般的不恰當。不過筆者認為優質的IC OP Amp並不是沒有,只是國內專業性雜誌對這方面的報導並不多,而且零件市場也買不到這些IC。音技在零件資料方面的報導提供讀者和廠商許多新知,也在零件市場方面給予電路設計者不少幫助,在國內同類型的雜誌中並不多見。
製作的構思
通常一個業餘製作者,總是會儘可能的去嘗試新的元件和新的線路,但是常受到採購零件的困擾,因此,業餘者的原則是:(1)使用可能採購得的物品(價錢倒不在乎!)(2)線路的性能、零件的品質都是一流的(3)架構愈簡單愈好。NE5534的性能從64期的介紹文章中可看出,作為音響放大器的用途來說,它絕對是上上之選,而採購方面更無問題(根據筆者的觀察,自從音技介紹了5534之後,全省零件行到處都可買到它了)。身為技術者看上了65、66期中的線路是,基於以下的理由:
(一)電源電路方面
往常一個低雜音的放大電路,總是把注意力放在主動元件的雜音特性,被動元件的固有雜音(像採用金皮電阻、金屬化塑料電容等等)及配線技巧等等,但另一個影響放大器音質很大的因素卻常被忽視,那就是電源供應器的特性如何了。高性能的前置放大電路所使用的電源性能要求是:高速、低內阻、大電流(換句話說,在全部音頻範圍內電源內阻都要很低)和低雜音特性,而以5534為心臟構成的穩壓電源電路,由於雜音低正是5534之特長,且其Slew Rete有13V/μS,輸出阻抗僅有0.3Ω(一般用途的IC OP Amp至少都在數十Ω以上),短路電流高達38mA,所以說這個電源電路實在是設計得盡善盡美了。
(二)音控放大器
提起音控放大器的線路結構型式,除了早期的電晶體電路和更早的真空管電路中,曾採用RC型的音控電路之外,現代的音控幾乎都是負回授型的,事實上只要選用的主動和被動元件都符合理想的話,實在沒有什麼理由可以斷定何種型式的音控為優,而現代的電路設計者多數採用NF型的原因,是NF型的音控結構,在VR置於中點位置時不但頻率響應為平坦,而且增益為0dB,而RC型音控就沒有這個特性,因此在音控的Defeat設計性能上,NF型顯然較為有利。很多電路中都只用一級放大電路配合適當的RC構成音控電路,但由於音控級常常會因此與其他電路引起阻抗匹配的問題,也引起音控效果的差異等等,兩級的音控電路自是較為理想的設計,在65期的線路中輸入級A1選用FET輸入型的IC OP Amp用以承接各種訊源,然後輸出一個低訊源阻抗的訊號到音控網路,這樣設計的好處在於可以使用較低阻值得RC網路零件,以確保低雜音的性能,然而筆者認為電路更好的一個特色是,把10倍的放大率分配到A1 A2去,而不由其中的一級擔任全部的10倍增益,這個好處是保持了極佳的動態範圍,在它的響應是平坦時,就是10倍放大的功能了。如果後接的功率放大器是高功率型的,那麼本電路的設計無疑是最佳的搭配了。
(三)RIAA放大級
雖然原作者莊仲先生在66期文章中說明,NF和RC型RIAA電路之性能比較「想不出任何理由可說明哪一種較哪一種好」,但是筆者和筆者的許多朋友,都比較偏愛RC型的音色,或許過去的放大電路不太講究Slew Rate,以致接成NF型時容易產生TIM失真之故罷!偏愛RC型的原因,除了音色上的理由之外,以業餘製作者來說,它是比較合乎靈活運用之原則的,因為愛聽唱片的人相信都會備有數個不同的唱頭,以便偶爾換換口味,但是不同廠牌的唱頭特性之間的相差很大,光就輸出電壓大小的差異也就不小,因此每在更換唱頭之後,感覺RIAA的Gain需要調整,才能符合聆聽的習慣,但NF型的RIAA放大電路一旦要變更增益,則大有牽一髮而動全身的感覺。RC型的不利點是需要兩級放大電路,以便把RC網路插在兩級之間,免得RIAA特性受影響,這雖使成本稍為提高(業餘製作是比較不注重成本的),但是在±15V的供壓下,RIAA放大器之所需全部增益,分由兩級電路擔任,應是唯一合理的作法(確保動態範圍之故,尤以數位電路之介入,已使今日唱片錄音技術大大提升了,動態範圍相對加大不少)。看上66期線路的另一個較現實的原因是,音技服務部附贈以挑選在1%範圍內的RIAA網路所用的RC零件和FB(小磁珠)使得精密零件的挑選工作省了下來,FB的使用可能會給人多此一舉的感覺,但是極高頻何時會竄入輸入端實在是很難意料的事,是故,預防總比治療好。
製作過程摘要
舉出了上列的一大堆理由,說服自己買下了全套的IC、PC板和2000-2,2000-5兩個小機箱,不使用2000-1裝製RIAA的理由是因為只要2000-2和2000-5兩個就可以成為完整系統的前置放大器了。由於小機箱都附贈變壓器在內,除此而外需要採購的只是些機箱上的配件和少數R、C零件而已。配件方面的選擇蓮花座最好是用鍍金的,因為台灣這種海島型氣候空氣潮濕,鍍金的接頭既不氧化,沾了灰塵也易於擦拭。指示燈採用氖燈,有一種小型帶線的(已接好串聯電阻在內),尺寸正好適合(聽說與音技1000A機箱使用者相同),只是價錢稍高些,每個要四十幾元。6P開關作切換及選擇訊號用的,最好選用品質較佳者,大約六七十元一只就可以買到日誌的好開關(為長久計,還是不敢冒險試用國產開關)。
R、C零件的採購並沒什麼大問題,唯一感覺不便的是音技的文章中沒有列出零件表,以至於得重新整理一次,唯恐有同好者遭此不便,特把它列於表(一),說不定將來自己要裝第二部,也可為自己省了一事。
裝置時是按電源、音控、RIAA之順序進行,電源板上的零件最多,比較顯得複雜些,因為PC板是雙面低阻抗設計,有某些零件的接腳亦充當貫通兩面地線之用,這些零件要先焊好,計有C15⊝端、C16⊕端、Z1陽極、Z2陰極、A1➃腳、A2➆腳,另外A2➁腳與R9是在零件面經一獨立小銅箔相接的,亦應一併先焊好,最重要的電解電容和半導體的極性一定要再三核對,這雖是老生常談,卻也是經常易犯的毛病(包括筆者在內),只要遵照PC板零件面的符號和極性去裝就不會有問題。
裝好之後檢查無誤立即進行測試,附贈的小變壓器初級共有四條線,白-紅為110V、白-橙為100V,黑線為接地用(隔離層),次級三條線為綠-黑-綠,不過已經接好插頭,只要將之插在PC板上的插座即可。在接通電源之後正負輸出端的實測電壓是+15.1V,-15.9V,因為Z1 Z2是選用5.1V的品種,但沒有經過挑選,不過如此的電壓差異對OP Amp的動作並無影響,但至此仍未表示該電路已能正常工作,因每個5534最大為8mA,因此只要電源電路在30mA負載下能正常工作就可以了,於是取兩個500Ω/1W的電阻跨接在±電源之輸出到地之間,電壓表的讀數仍然不變,用示波器觀察電壓的漣波大小,顯示如圖(1)的波形(2mV/DIV),連同雜音電壓總共不超過2mV這不是包括示波器和測試棒的雜音在內,筆者曾經比較過多種穩壓電路和穩壓IC,沒有一種能表現這麼低的雜音特性,至於輸出阻抗之大小,筆者沒有適當的電路去測它,但從電路架構上判斷,5534之輸出阻抗僅0.3Ω,經過電晶體作射極隨耦輸出之後,相信必定在0.01Ω以下,不過這並不意味著該電路能接這麼低的負載。由於RIAA和音控是分開裝箱的,因此一共裝了兩片電源板,兩片的實測效果都相差不多。
音控板的裝置幾乎沒有什麼問題,測試的工作則等到裝箱時才進行,因為音控的VR都還沒有接入之故。接著是RIAA放大器,這片也是雙面低阻抗設計,但它是鍍金的,色澤度得非常均勻而漂亮,當初接到這些PC板時曾想把這片保留起來(不忍在上面焊它),可惜音技不肯單獨再賣我一片RIAA的PC板。不過後來繼之一想,這麼好的東西不讓它把應有的性能發揮出來亦屬可惜,所以就動手焊了。由於是鍍金的關係,焊接相當順利。需要留意的是音技所附贈之RIAA網路零件,電阻共有六枚,阻值分別是22.6K、3.32K、127Ω,四枚電容是0.033、0.1兩種,在沒有電容表的情況下,只好用判斷的方法來組合了,從66期67頁的算式知道C2/C1≑2.916,則可算出R5/R6≑6.87,而上列的三個阻值中22.6K/3.32K≑6.81,如果把22.6K和127Ω相串聯,則此值變成22.727/3.32≑6.85,就比較接近了,所以想必三個阻值中最大和最小相串連為R5,另一只則是R6了。另外還有兩個小磁珠,在高頻放大的機器中常可看到這種磁珠套在晶體的腳上,再看看AT-7003這片PC板上放置FB處的符號,用一條單心線穿過磁珠然後兩頭焊上應該是不會錯的。另外還有9個大孔在PC板上,分別是接RIAA網路和輸入負載電容用的,原設計的目的想必是要使這些元件在必要時易於更換,但筆者認為RIAA部分的元件更換的可能性太小,這部份就不用Pin了,所以只用四支Pin焊接在輸入負載電容的位置,然後電容器直接接在Pin上,原先附有的母Pin也不用了。
RIAA放大器完成之後先進行靜態測試,所謂靜態測試也只不過是側A2的輸出直流電壓而已。AT-7003PC板上的電源接頭是使用3P的Molex座,並且亦使用Molex的連接線,電源的接法可以各聲道分別從電源板上接過來,也可以先把兩聲道的電源端子相接,再接到電源板上。筆者採用後者,但在連接電源板與RIAA放大器之間時,發現所附的Molex接線總是有一頭的接線顏色不對(筆者自訂橙色為正,黃色為負),本想把現剪斷交換再焊上,再一一套上熱縮套管,但靈機一動想試著看看能不能把線的位置交換一下,找一支不很尖的鑽子從露出金屬的小空隙輕輕一壓,線就可以抽得出來了(見圖(2)),把兩個錯誤的線頭取出之後,交換位置再按同一方向插進去,就可以把原先顏色不對線換過來了,以後碰到的相同問題也都是這樣輕而易舉的把它解決了。
電源接通之後,量取A2的輸出直流電壓,哇!不得了,將近有14V之多,這已是5534能輸出的最高電壓了,計算一下A2的放大率大約是39倍,則A1至少輸出300mV以上的直流電壓,這怎麼可能呢?哈!原來這時輸入端還是開路著,僅有47K的電阻落地,A1正負兩輸入端的阻抗相差太大,以致引起過大的輸出偏移,在實際接入唱頭時,其線圈的直流阻抗大約僅有500Ω左右(MM型),所以找兩個470Ω的電阻將輸入端短路,再測A2輸出電端,兩聲道都在0.5V左右,這是很正常了,這個電壓雖不算高,但卻有損於動態範圍。在65期的文章中,莊仲先生建議了三種解決這個電壓存在的方法,那就是:①在輸出端用電容交連②調整off-set③用伺服。第1種方法雖然萬無一失但電容(尤其是要優質的)可並不好找,第二種方法可用,也不麻煩,但卻有個缺點對筆者來講不適用,因為即使已把輸出調到近0V,而且沒什麼漂移,但是每更換一個唱頭時必定得重新再調一次(因為唱頭線圈阻值各個不同,將使得A1的偏移量變化,經A2放大之後,又會造成不小的偏移)。所以最後決定採用第三種方法,雖然多花了150,但是直流偏移的問題卻能徹底解決。預料伺服的加入將不會在RIAA放大器的雜音特性上引起任何變化(因為已經先在別的電路上試過了)。
裝箱與測試
音控部分的裝箱配線完全不採用隔離線,PC板的Molex接線座為三個Pin一組,與面板上的VR及6P開關相接,利用彩虹線三線為一組相互對應,很容易裝置。輸入及電源使用Molex連接,實在使裝配工作簡化不少。最後要做的一件事是在PC板上靠近輸入端處和一條線與機殼相接,這是唯一的接地點。音控完成後即進行測試,筆者自備有基本的儀器,所以測試工作不假他人。首先測量了A1 A2的輸出直流電壓,A1輸出電壓兩聲道都在5mV以下相當理想,這個直流電壓太大的話,可能使得VR1 VR2轉動時產生雜音。A2的電壓比A1大得多,而且會隨著VR2的轉動而變化,相信莊仲先生早就預料到這些結果,所以提供了三種解決的方法,同前所述,筆者認為選擇這三個方法的順序是1、3、2,筆者仍選了加伺的方法(又花了150元),把伺服電路併在R9兩端,心想這下該穩定了吧!再度觀測波形的結果,雖然伺服見效了,反應速度似乎太慢了些,換句話說,當VR2靜止於某一位置時,A2輸出3mV,但轉到另一個位置時,A2輸出電壓先變大然後再慢慢回到3mV,當時以為是伺服電路的毛病,經與RIAA的伺服單元交換之後,證明毛病不是伺服引起的,再研究音控電路才想起,A2是分壓式回授電路,伺服電路之輸出應改接到A2的②腳才對,經修改之後問題終於解決了。65期文章中還提到,為了確保Defeat時之平直響應,VR1 VR2之旋鈕應做調整,照著表上的方法輸入500Hz 1Vp-p的方波,觀察輸出的方波形,反覆調整VR1 VR2使輸出的方波最正為止,調整時當然是兩聲道同時進行,由於VR是雙層連動型,當一聲道調至最正確時另一聲道不見得也最正確(視VR之動態與靜態阻值之平衡度而定),筆者調出的結果如圖(3)所示,調好之後把旋鈕上的小刻度記號對準面板上的「0」插進去就算完成了。實測的平坦增益(1KHz正弦波)如圖(4)所示,大約是8倍。其他的測試結果見於圖(5)。
RIAA的動態測試方面,筆者只作了1KHz時的最大容許輸入電壓,以及RIAA響應偏差兩項,後者是利用59期 p.150中的第二種反RIAA被動網路來測的,結果堪稱甚佳。這兩項結果見於圖(6)、(7)。
RIAA放大器是裝在2000-2小機箱中,其輸入接PHONO IN的蓮花座,輸出接訊源選擇開關。高電平的輸入蓮花座接地端接一0.1μ塑料電容接地,另外RIAA放大器的接地面引一線接地。音量和平衡的VR地端應與RIAA的地同一點,全機的地就是這樣了。平衡VR為100K或250K,音量VR為50K。
試聽結果
在進行試聽之前,筆者還先測試了這兩個電路在完成的機箱內時(亦即完成品)所呈現的殘留雜音(分別見於圖(8)(9),以便瞭解實際聆聽時的雜音大小與測試值之間的關係。
試聽時使用30W A類的後級推動一組高效率喇叭,訊號源高電平的是FM Tuner,低電平是NAGAOKA的MP-30 MM型唱頭。在以高電平訊源測試音控部分時,雜音、頻率響應及控制效果方面都表現得相當不錯,唯一感覺不適的是Gain好像太大了(因為後級的功率不算大)。隨後接RIAA級唱頭試聽唱片音樂,把音量VR關至最小仍有樂聲傳出,不得以只好在音控級動手腳。
音控電路的A1 A2分別分擔了4倍和2倍的放大率(平坦時),要使其中一個或兩個同時降為1倍都很簡單,如圖(10)所示,參照音控電路,要使A1的Gain成為1倍,只要把R3的右端從A1,②腳焊開;A2則是把R10的上端焊開即可,筆者一面聆聽一面試了1倍、2倍、4倍的三種情況,結果在2倍時最適用(音控的效果仍保持一樣),亦即最後只把A1變成1倍的放大率,其餘保持不變,(莊仲先生註:某些IC在單增益時會起振盪,必須予以補償)更改完成之後再度接入唱頭試聽,此時整個系統的匹配非常適宜,特別是CR式RIAA放大器發揮其清晰透徹的特質,音色十分輕快明朗。
MC放大器的加入
正當本系統在試聽之時,得知5534的MC放大器也開始供應了,看了69期的MC放大器製作一文之後,對該線路十分感興趣,其中採用的LM394、LM329、LM334,除後者曾在Temperature Sensor方面的用途有其實例之外,前兩者都是很生疏的零件,翻了翻特性手冊才知道這些都是非常高性能的線性元件,恐怕非常精密的電路裡才會用到,而音技社能以這樣低價供應讀者,不可不謂神通廣大。
買了一套MC放大器零件,又追加一組電源和2000-1小機箱,MC Amp的PC板仍是鍍金的雙面低阻抗設計,十分漂亮,這種水準恐怕不是市面上一般做套件的能跟上。在整個線路中較難採購的大概就是輸出端的那個100μ鉭質交連電容,舊貨攤時有時無,後來得知中華路樂音堂有售而且貨源充足,總算把它解決了。雖然該電容之耐壓僅4V,但是鉭質電容通常能耐1.5倍以上的反向電壓,而該電路的架構除非是出了故障,否則輸出端不可能出現那麼高的電壓。
由於有前面的經驗,MC放大器的PC板和裝箱工作進行十分順利。本放大器處理的都是極低電平之訊點,所以接地的問題十分重要,除了堅守「前端一點接地」的原則之外,還要在機箱上備一接線柱,小機箱上並沒有預留接線柱的孔位,還好鑽一個孔並不難,接地柱也容易買。
裝置完成之後進行方波特性測試,結果與69期莊仲先生所做的測試相去不遠,20KHz的方波仍然很正。5534第⑥腳的直流電位只有18mV左右,(輸入開路時),我想這是LM394的功勞。Gain的大小足有100倍(如文中所述,這是電路架構所必須的),原來的RIAA放大器設定在1KHz時有35dB的增益,假如要配用這個MC放大器時,最好改為30dB,所以就把R4改為649Ω,Rx與Cx也一併剔除了。
實際試聽時,在接好整個系統準備播放唱片之前,幾乎感覺不出來機器是開著的(靜悄悄的),當唱針觸及唱片的一瞬間,才確信不是出了故障而是「最高品質」。原先曾擔心輸入阻抗是否匹配的問題(筆者使用Dynavector DV-100R的MC唱頭,其推薦副在阻抗為40Ω,而本MC放大器之輸入電阻為50Ω),但此克悠揚悅耳的樂聲證明阻抗匹配不成問題。以相同的電路曾患用Supex SD-909及Entre EC-15兩種唱頭,聽感上都一樣的「順耳」。至此整個系統可說完全了。
[後記]雖然音技服務部以5534為主要元件的整個前級系統,前後拖了5個月的時間才完全供應,不過像這麼好的設計(以業餘者的眼光來看)實在難能可貴,音技社雖然對基層的教育工作不遺餘力,但是對音響技術方面的提升更是永遠領先,所以今天技術人才能以低的費用來裝置高性能的機器,期待預告已久,以5534推動RET輸出的後級能趕快推出,使整個放大器系統能一氣呵成。
轉載音響技術第72期DEC. 1981 高品質前級裝製始末/金武吉
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