第二章 放大器的種類、應用和操作

  放大器的名稱是因為能放大小信號而得,所有能把信號放大的裝置都是放大器,但這裡的討論只限於音頻放大,所放大的只是可聞的頻率範圍,因此我們說放大器時,指的就是音頻放大器。在所有的音響裝置中,放大器的進步最大,甚至可以說任何希求的特性都已成為可能。

  由於放大器能用來放大唱頭和錄音機磁頭的微小輸出,同時也能修正兩者的各種特性,因此唱頭和磁頭諸如頻率響應等的特性就更為重要了,這對揚聲器效率以外的特性也有很大壓力,因而愈來愈高的輸出是放大器的趨勢,這使邁向Hi-Fi途中的負荷更為沉重了。

  或許讀者們也知道,放大器的角色不單單是放大而已,也包括了許多其他的工作在內。

  現在流行的MM(動詞)形唱頭輸出約在1~2mV或1/1000V的電壓有多大?大約是一枚乾電池電壓的1/1500,或者是不論距電台多遠的1米長天線上所感應的電壓,或者和汽車的收音機天線所接收到的電壓相當,這種小電壓是無論多敏感的人也無法感覺出來的。

  這個小電壓被放大成能把一個大尺寸的揚聲器推動到極限的程度,這大概需要100W的功率或者是幾近30V的電壓,一個1~2mV的電壓要放大成30.000mV的程度,放大倍數已高達20.000到30.000倍了。

一、放大器的結構和種類

  雖然說都是放大器,市場上卻有無數種不同特性、結構和用途的機型某些用途極為有限,某些機型的用途卻極為多樣性,但如果我們概略的區分一下,可分為下列數種:

  1.前置放大器(Pre-Amp.)

  2.功率放大器(Main Amp.)

  3.前置──功率放大器(Intergrated Amp.)

  4.收音擴大機(Receiver)

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1. 前置放大器

  又叫做控制(control)放大器,這種型式是綜合了等化(equalizer)放大器和控制放大器的功用,這種放大器藉著許多控制作用能把1~2mV的唱頭輸出放大成1V左右,來配合功率放大器的輸入要求。

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 等化放大器

  刻錄唱片的時候,是拿1KHz來做中心頻率,過此頻率愈高愈加強,往下則頻率愈低其衰減程度愈大,這樣重播時有必要用一個頻率響應和錄製時相反的電路來校正,這種電路就是等化電路。

  這種等化系統到LP時代已是十分完善,但是早在SP時代,同樣的過程已然派上用場了。我們可以把刻錄在唱片音槽的波形看做源始聲波的縮小,但實際上有兩種錄製方法:等速錄製和等幅錄製。

  在等速錄製過程中頻率愈低振幅愈大,頻率愈高振幅愈低,其間關係式是V=2fA (V=速度,f=頻率,A=振幅)。

  如果Vin=5cm/sec,1.000Hz時的振幅是0.008mm,100Hz時是0.08mm,50Hz時是0.04mm,這樣在用速度型的唱頭(MM、MC等電磁型的)重播時,會產生一個平直的特性曲線。

  等幅錄製時,如果輸入不變,則唱片音槽的幅度不變,和頻率無關,因而這種唱片用速度型唱頭重播時,在愈高頻端電平愈高,而頻率愈低時電平愈低,這樣就特性平直的觀點看來,等速錄製最為合適,但是在低頻範圍時,振幅會有過量的現象,導致循跡困難而錄製時間變短。

  在SP時代的錄製系統,在300Hz或500Hz以下用等幅錄製,以上就用等速錄製的,而在SP時代的電唱機就有強化低頻範圍的電路,以期獲得平直特性,這種過程就是等化,其特性曲線就是等化曲線。
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  然而,對這種系統而言,當頻域向上延伸時,信號就會淹沒在表面雜音裡了,為了克服這種情況,錄製時就將高頻範圍的電平增加,這種過程叫做預行強調(pre-emphasis),預行強調約在1946~1947年間發展出來,而在LP時代全面應用,就是現在的RIAA曲線,在這種錄製系統裡,可以對整個頻域作等幅錄製,因而再電磁唱頭的輸出端隨時都要有一個等化電路,然而用晶體、陶磁、半導體等唱頭來重播時,無須任何變動就能得到平直的特性的。

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  由於唱頭的輸出相當小,所以除了等化以外,還要做和調諧器或錄音座輸入端相同程度的放大,放大的程度隨放大器之不同而有差別;但是唱盤(phono)輸入端靈敏度(1mV~2mV)和輔助(Aux)輸入端靈敏度(100mV~200mV)之間的差異,大約和等化放大部分的放大倍數相等。

  當然啦!輸入靈敏度1mV自是比2mV來得好,同時100mV的額定高電平輸入,增益也比200mV的要大。

  要使RIAA曲線完全平直相當困難,過去能有1%~2%的偏移就算是高品質的放大器了,但是最近這種情況有了改進,理想的數值可以低到0.5%以內。

  等化放大電路的另一個問題是動態邊際(dynamic margin),如果沒有動態邊際,不論靈敏度如何的高,在採用高輸出唱頭和峯值輸入時,就會有失真產生。

  錄製電平到達標準值以後不會自動停止,通常會繼續到高達20dB,而動態範圍增加的趨勢漸強,所以動態邊際愈大愈好,如果能有40~46dB,就能採用相當高輸出的唱頭了,現在有些放大器已能有53dB之高的動態邊際。

 控制放大器

  控制放大器有時候也叫做中間放大器,電磁唱頭的信號經過等化電路後再送進來,但是調諧器和錄音座等的輸出就直接送進來,前置放大器的面板上,有許多旋鈕和開關正是為這些控制功用而設,並能給我們一些實用的感覺,但是如果只有一個旋鈕或其他元件來控制音量的話,就可能是控制放大器了,因為在許多情形下,我們聽唱片或其他時,只用操作電源開關和音量控制就可以,換句話說,不必為了裝飾效果而設上一大堆的旋鈕和開關。

 平衡(balance)控制

  正常情形下,左右聲道的音量是由立體放大器上的一個旋鈕來控制的,而平衡控制是用來調整兩聲道之間的音量平衡用的,這種平衡控制有兩種型式,一種是獨立的一個旋鈕,另一種是和音量控制合併在一起的。

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  音質控制是藉加強或衰減高或低頻範圍,來依喜好不同校正音色,或修正混音工程師的影響等;由於個人好惡不同,因此對即使是能十分平直重播出來的錄存音源也有用途。

  最簡單的形式是用一個旋鈕來控制兩個聲道的高低頻範圍,然而在較高品質的機型,高低頻範圍是分別控制的,甚至有每一段1.5dB或2.5dB的連續可變型控制,也有的機型能分2或3段來調整音質控制開始的頻率,也有用圖示型等化器來控制5~7個頻率範圍的。

  隨著音質控制電路愈趨複雜,有許多機型還採用了音質控制失效的開關電路。

  有某些機型甚至乾脆把音質控制電路完全省略掉,這是因為當信號通過音控電路時,會產生相位差異,因而影響到頻率響應的均衡性,有某些人不喜歡這種現象,而認為放大器本身就能提供充分的重播效果了。

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 重播方式(mode)開關

  重播方式指的是聲音重播的情況,通常有五種情況:立體聲、反向(立體音像反轉時用之)、L+R(或者是把左右聲道混合所生的單聲道mono)、L(只重播左聲道的信號)及R(只重播右聲道的信號)。

  單聲(mono)的位置在用立體唱盤播放單聲唱片時極為有用,其他時間就很少用到。

 濾波電路(filter)

  濾波電路能濾除各種雜音,例如老唱片的嘶聲,唱針的碎裂聲,唱盤所生的吼聲和轆聲等,低頻濾波器能濾除低頻範圍的聲音,高頻濾波器能濾除高頻的聲音,高頻範圍濾波電路已幾乎不再需要,然而對低頻範圍濾波電路的需要性卻與日俱增,此外還有一種副低頻(subsonic)濾波器,能濾除由20Hz開始的不可聞頻率範圍的雜音,以及由50Hz開始的嘯叫聲防止濾波器,或者可以用開關來選擇這些功用。

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  真正有效的低頻濾波器其價值高昂,所以有必要基於安全的理由,小心測試廉價放大器的低頻濾波器是否有效。

 響度(loudness)控制

  人類的耳朵在音量降低以後,對高低音調的聽覺能力降低,響度控制就是設計來調整頻率響應,克服這種缺點;這種控制在深夜用低音量聆聽時尤為有用,但這只是一種補償作用,不可能完成音質控制所不能完成的功用,其次,這種控制只有在音量低於某種程度時才有作用,所以放大器要用特殊的音量控制才能完成響度控制的功用。

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 靜音(muting)開關

  靜音有三種意義:其一是FM調諧器中用來消除電台之間的雜音;其二是延遲接通電路,在放大器電源投入後數秒,才接通至揚聲器;其三是在前置放大器中,用一個開關來操作,使聲音降低-20dB,所以有時也叫做衰減開關,這種裝置在聽音樂時有電話打進來或客人來訪,相當便利。

 輸入選擇(selector)

  位置在放大器的前面板上,有時用Function或Input表示,這種開關是用來選擇唱盤(phono)1或2、調諧器(tuner)、輔助輸入(Aux)、麥克風(MIC)、錄音座(Tape)、或其他輸入這些輸入信號包括來自放音磁頭、唱頭等的低電平1~5mV信號,以及來自調諧器、錄音座等高電平由100mV到數個伏特的信號;除了來自麥克風的輸入以外,其他的低電平輸入信號都要經過補償電路後才予以放大,在切換不同電平的輸入時,如果能使切換在相同或相近的電平下進行,會使以後的各種電平設定較為容易,所以要在決定了如何安排切換點的標準電平以後,才能確定整個設計,這個標準電平在高品質的放大器裡大約在200mV左右,而在一般普通的機型中會較高,約在300~400mV之間。

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  以下各點是擁有上述各電路和操作的放大器的一般條件:

  1.實際操作時要有良好的S/N。

  2.失真要低。

  3.各電路的特性要相互配合,不得有輸出電壓降低或失真增加的現象。

  4.對輸入信號要呈現最小的輸入阻抗。

  5.對輸入信號要有充分的動態邊際。

  6.要對功率放大器提供充分的輸入,而輸出電壓要在最低限度內。

  上述諸條件是最理想的情況,由於某些特性的性質是對立的,所以很難完全滿足所有的條件。

轉載音響技術第49期JAN. 1980 淺說Hi-Fi音響/音響系統的心臟-擴大機 上篇(第二章之一)原載於日本YAMAHA公司所出版的「Audio Handbook」

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