一、前 言
前一期羅哲在本刊介紹過一個十段WARBLE TONE GENERATOR的製作,並且也私下試用來測試自己的音響器材。結論是十段的WARBLE TONE對業餘者而言,似乎是很方便,但是以專業的立場來看,十段實在是有所不足。因此又試作了一個三十段的WARBLE TONE GENERATOR,每一段所涵蓋的頻率範圍是⅓OCTAVE,每一段的中心頻率間隔也是⅓OCTAVE,從25Hz開始一直到20KHz,將整個可聽頻帶幾乎完全包括在內。然後,又利用此WARBLE TONE信號,再度用於測試自己的音響器材,並且將實驗結果,以及對於業餘音響玩家們,可以利用來改善自己的系統,或聆聽環境的有關應用,介紹給本刊的讀者參考。
基本的用途,實在是為了羅哲在本刊所介紹的「我的音響系統」一系列製作中,所提的電子分音器的調整而製作的。當然,用於一般傳統式揚聲系統分音器的設計,也是可以行得通的。用於調整GRAPHICAL EQUALIZER更是牛刀小試,甚至用以測試揚聲系統,在實際聆音環境內的振幅響應,亦無不可。最後的此項應用,一般專業的方法,是使用⅓OCTAVE的PINK NOISE。但是羅哲認為,以⅓OCTAVE的WAEBLE TONE來測試,其結果應當相仿。此種WAEBLE TONE對於聆音環境的研究方面,應當也是一個很有效的利器,雖然,只能作振幅響應的測試,但是能夠測試總比茫然無知要強多了。至於揚聲系統在實際聆音環境內的暫態響應,則必須另行設法,一般業餘的策法,可以測試其殘響時間(REVERBRATION TIME)。此一方面的測試器材,羅哲也已在著手進行中。走筆至此,突然覺得自己是否也夠資格名列發燒俱樂部的會員之內,因為除了音響器材自製之外,連測試器材也自製;除了玩擴大器之外,還玩揚聲器和儀器;除了重視器材之外還嘗試聆聽環境的改進。幾乎只要和音響有關的部份,都足以令羅哲發燒,只是一直未曾燒出一個令人滿意的所以然來。
二、30段WARBLE TONE GENERATOR的構成
這個GENERATOR的心臟部份,仍然是一個VCO,因次也就仍然使用前一期所介紹過的TA-7133P然來任此一工作。30個WARBLE TONE的中心頻率,按國際公定的OCTAVE BAND-PASS FILTER的中心頻率而制定,即25Hz、32Hz、40Hz、63Hz、82Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、320Hz、400Hz、630Hz、820Hz、1KHz、1.25KHz、1.6KHz、2KHz、2.5KHz、3.2KHz、4KHz、6.3KHz、8.2KHz、10KHz、12.5KHz、16KH和20KHz。
TA-7133原來是供PLL用的IC,早先是用於CD-4的解調器的,其IC內部等價線路如FIG. 1所示,PLL線路裡頭一定有VCO的部分,還有就是PHASE COMPARATOR部分,在此只利用其VCO部分。由原廠所提供的資料知:在無外加信號時,其VCO部份將作FREE RUNNING OSCILLATION,振盪頻率按下式計算:
fo≒1.2/(4RC)
改變R值或C值皆可以改變FREE RUNNING振盪頻率,R值可以由2KΩ至20KΩ之間選用,而可以涵蓋10倍的頻率變化。在此,我們以10段波段開關來改變R值,並且以3波段開關來改變C值做頻率倍率檔,而得到30段的振盪頻率。然後又以一個額外的正弦波振盪器,做大約10Hz的低頻振盪。將此10Hz的低頻信號輸入TA-7133的第7腳,而產生FREQUENCY MODULATION,以產生WARBLE TONE的信號。TA-7133的輸出為三角波,此三角波由電容C兩端取得,再取出之時應經過一個高阻抗的緩衝放大器,以避免對電容兩端產生過大的傍路電流,而影響到振盪頻率和三角波波形的精確度。三角波經過正弦波轉換電路,這個電路比前一期所介紹的電路,有一改進之處,即三角波之取得並不是由方波積分而得之,而市由VCO電路直接取得,三角波的振幅不論頻率如何改變都保持恆定,因此WARBLE TONE頻率的最大偏移(MAX DEVIATION)可以做得很大,也不致於影響到輸出正弦波的失真率。在此,將MAX DEVIATION定為⅓OCTAVE之半,而得到寬度為⅓OCTAVE TONE。而每一段WARBLE TONE的中心頻率有定為間隔OCTAVE,正好互相密合重疊。
一個OCTAVE的頻率寬度正好是2倍,⅓個OCTAVE則是2的⅓次方=3=√1.26倍。每一檔的電阻變化,如果能做到1.26倍,則振盪中心頻率的間隔正好是⅓個OCTAVE。假如以2KΩ為R值的最小值,以1.26倍呈等比級數排列的話,依序則為2K、2.52K、3.175K、4K、5K、6.35K、8K、10K、12.7K和16K。當然這此電阻值絕大多數都不是市售的標準數值,但是我們可以串聯累積而得到近似值。先看上述各電阻值之間的差距,依序為:0.52K、0.65K、0.825K、1K、1.35K、1.65K、2K、2.7K和3.3K。這些差距正好和市售標準值非常近似,取接近數值代用,則依序為510Ω、620Ω、820Ω、1K、1.5K、1.6K、2K、2.7K和3.3K。以2KΩ為最小R值,和上述電阻逐一串聯,可得下列數列:2K、2.51K、3.13K、3.95K、4.95K、6.45K、8.05K、10.05K、12.75K和15.45K。如果這些電阻選用誤差為±1%者,則依實際製作完成後,測得之頻率誤差在±5%以內。
在最低電阻時振盪頻率最高,欲振盪20KHz得時,依公式計算:
C=1.2/(4fR)=0.3/(20K×2K)
得電容C值為7.5×10⁻³μF,將電容值乘以10倍、100倍,則得降低10倍100倍的頻率檔。事實上計算所得之電容值也不是市售標準值,即使取得此種數值,實際製作也未必能得到正確振盪頻率,因為潛佈電容的問題也不容忽視,故最好是以市售標準電容,逐一並聯以FREQUENCY COUNTER試驗振盪頻率,而做最終決定。每一檔只需試驗一次即可,三檔僅需三次試驗,也並不麻煩。在此順便一提,電源電壓多少對振盪頻率也會有影響,因此穩壓電路的使用也是有必要的。
低頻的調頻信號,則屬一個R-C式WIENBRIDGE振盪器,僅由一個FET和一個PNP電晶體組成。振盪頻率固定在大約10Hz左右,依公式f=1/(2πRC),照FIG. 2所示數值R=47KΩ C=0.33μF即可振盪在大約10Hz左右,0.33μ電容可以使用MYLAR電容,如果嫌體積太大,使用鉭質電容亦無不可。一般R-C振盪器都需要使用振幅穩定零件,多半是使用熱敏電阻,或鎢絲燈,在此捨此二者而不用,改用一個直流分壓變路和一個二極體,所組成的CLAMPING電路來做成,當振盪器的振幅超過直流分壓器和二極體的CUT-IN VOLTAGE之和時,二極體即導通而產生CLAMPING作用,把振盪器的振幅限制住。這個方法簡單而又有效,只不過二極體的CUT-IN VOLTAGE會隨溫度而漸減,在溫度特性方面較不穩定,所幸偏差不大不足以影響大局。至於FET SOURCE腳上所接的半固定電阻,則是用以調整振盪失真用,阻值太大則振盪停止,太小則失真增加,調整到恰能維持振盪之點即可,此時失真最小。此一振盪信號,再經一串電阻(Rx)和TA-7133第7腳內部電阻(3.6KΩ),形成分壓器,使得TA-7133產生-⅓OCTAVE的頻寬的WARBLE TONE,由FIG. 3知道欲產生⅓OCTAVE的WARBLE TONE,其MAX DEVIATION是½×0.26=0.13,第7腳的信號應在0.13Vrms。調整上述串聯電阻值,使第7腳的10Hz信號振幅為0.13Vrms即可。當然也可以測得R-C振盪器的輸出有多大。
三、WARBLE TONE的應用
這個WARBLE TONE GENERATOR,對於喜歡自製揚聲系統的業餘者來說,用途可就大了,不需要無響室,即可測得揚聲器的頻率響應曲線。測試的方法是逐點描繪,在聯結成一條曲線,測得結果當然不像以掃描器,在無響室內做連續掃描那麼精確,好歹總是一個參考。因為測試時只選用了30個SAMPLING POINT,我們自然無法期望能得到和無響室測定一模一樣的結果來。
FIG. 4是羅哲所擁有的一套揚聲器,在工技院的無響室內測定結果,在該曲線的上方是以WARBLE TONE在聆聽環境所測得之結果,在該曲線之下是以PURE SINE WAVE,同一聆聽環境下測得之結果。我們可以看出,以WARBLE TONE測得之結果,和無響室測得者近似,但是在極低頻處略有提升,較高頻處也略有增加,這是聆音環境的反射所造成的。但是大體上和無響室測得者很相似,如果以PURE SINE WAVE測試,則完全不是那麼一回事,其曲線極不規則,與無響室測定結果毫不相干。上述所有的測試,都是採用進處拾音(NEAR FIELD MICKING),麥克風與揚聲器的距離都是1m。以此種距離拾音,即略可顯示出聆音環境的影響,如果把距離更加延長,則聆音環境的誇張效果將更顯著,與無響室測得結果偏差將更大,但是將更能顯示出實際聆聽時的效果。換言之在聆音室內以NEAR FIELD測試,可以得到接近無響室的測試結果,以FAR FIELD測試,可以得到實際聆聽時的效果,其結果和以⅓OCTAVE PINK NOISE測得者相近。但是如以PURE SINE WEVE,在聆音室內的測試結果,則完全無法提供任何參考價值,因為牆壁的反射和駐波現象,嚴重的扭曲了頻率響應。如果不信的話,以PURE SINE WAVE,在同一環境下的不同位置(但是麥克風距離保持不變),測得的曲線必各不相同,但是以WARBLE TONE做同樣的測試,其結果則大同小異。其原因乃在於WARBLE TONE能稍微抵銷室內的駐波現象,這在B&K的APPLICATION NOTE中可以找到說明,有些較差的無響室,為了獲得較正確的頻率響應曲線,也常使用掃描式的WARBLE TONE來測試。
讀者諸君如果有興趣的話,也可仿製一台測試一下自己的揚聲系統,在現有的聆音環境內,頻率響應究竟會扭曲到何種程度。所需要的其他輔助器材也並不難取得,只需要一支頻率響應夠好的麥克風,和一部VTVM即已足夠,假如沒有VTVM的話,可以利用卡式錄音機的LEVEL METER來代替,只是精確度要大為遜色。有些麥克風的感度較低,其輸出無法推動VTVM,則必須使用麥克風放大器,則以卡式錄音機來代替,並且由錄音機的LINE OUTPUT來推動VTVM,則不失為最簡單,而又可靠的辦法。測試的時候,僅需將WARBLE TONE的輸出接到放大器的AUX INPUT,將TONE CONTROL DEFEAT,以適當的音量由麥克風來PICK-UP聆音室的音量大小,紀錄於半對數方格紙,按其各頻率的輸出dB數紀錄即可。在此建議,儘可能以較大的音量測試,可得較正確的結果,因為較大的音量對於聆音環境內的背景雜音,可有較好的MASKING EFFECT。
測試結果的可信性,和所使用的麥克風的品質有很大的關係。在業餘使用的麥克風中,日本製的可能以AUDIO TECHNICA(鐵三角標記)所出品的AT-815較為廉價且實用,其頻率響應據說可達40Hz至20KHz。更便宜的可能要推PRIMO的EMU-4540,其頻率響應大約在50Hz至16KHz之間,業餘的情況下足堪勝任,且售價不會超過台幣2.000元,筆者購自日本秋葉原販賣店的價錢,約值台幣1.500元。
本次製作所得之WARBLE TONE GENERATOR,經羅哲的表弟蘇君,借去使用已近一個月,彼玩得不亦樂乎,每天把揚聲器的位置移動一下,測一測其室內頻率響應,所得的結論是揚聲器的陳設,可以藉此找出最恰當的位置和角度,從而更進一步的改善聆音效果。彼所使用的揚聲器為IMF-TLS50 II,即使名牌如IMF者,其擺設位置之不同,也會影響到聆聽效果,一般揚聲器是否也應考慮其擺設位置呢?
對於羅哲這種喜歡用儀器來測試音響的人,也有碰上唱反調的人的時候,羅哲的舅父就是一例,彼所使用者是TANNOY,羅哲試聽的結果是高音不足,舅父一直不肯相信,經儀器一測果然,可惜他老人家一直拒絕羅哲將測試結果在本刊揭露。雖然口頭上不肯認輸,可是卻立即換了一對DITTON44,當然,他的解釋是本來就打算要換的,何況使用時日已久,故障難免。在此羅哲慎重聲明,對於TANNOY也好,其他廠牌也好,羅哲完全無意褒貶(希望功學社別怪罪),也相信日久故障之說,更相信TANNOY對於舅父的聆音環境並不合適。其聆音環境之挑嘴不只TANNOY然,其他許多名牌機種也是屢試屢嫌,羅哲對他老人家的建議是,與其不停地花冤枉錢換器材,不如轉而投資在聆音環境之改善上。對於聆音環境的測試,最有效的方法就是測試其殘響時間,這方面羅哲也製作了一部殘響時間測試器,有機會也會在本刊「秤菜講講」,胡蓋瞎蓋一番。
轉載音響技術第67期JULY. 1981 做一部30段 WARBLE TONE 我玩音響時所用的道具──之一/羅 哲
留言列表
