唱頭放大部分
JW-33唱頭放大部分的改良,最初只是想擴充(考慮有關的因素而進行),以便達到我們想要的那種改良型式。後來因為回跳效應(ricochet effect)之故,而須其他某些改良。此處我們必須先稍加解釋這種效應。
原來WJ-1上的JW-33部份上,有個問題存在,即由鉭質交連電容所引起的問題(參見TAA 2179,54頁的Dick Marsh來函),使得聲音聽起來有雜亂失真(grundge)、粗糙、高頻處也不夠平滑,彷彿聲音透過厚厚的布幔懵懵間損失了許多似的。故此次改良的主要目的之一,便是儘可能設法解決此問題──仍受一般基本設計法所限的問題。
首先,很直覺的反應便是,我們最完美的鉭質電容來做這項工作,然後,為了讓高頻端圓滑些,在加上個適當的小電容旁路。這種做法,說穿了只是換湯不換藥,依然還是利用電容器。最好的信號交連,應是從頭到尾看不出有交連電容存在;如果無法做到,至少也得盡量使交連電容的影響,減至最低。
大的聚丙烯電容
「減少電容器」,最簡單的方法就是在JW-33上拿掉C1和C13,直接跨接即可;然後用一外加交連電容,來阻隔直流輸出(和C13的功用一樣)。至於IC1的輸入處,也仍舊採直接交連(和原來的設計一樣),在多種狀況下,只要5534A運算放大器的補償電壓小於1mA(典型值),這部份就都能正常地工作。輸出電壓等於(或少於)0.5V(與唱頭連接時),一般而言,可獲得相當於34dB(或少於)增益,對輸出的動態範圍並沒有什麼實質的影響。很不幸地,此處所需的最理想之輸出電容,倒是有三個問題:第一是體積太大;第二是價格太貴;地三則更為麻煩,就是很難弄到手。這個電容的質料可以是聚苯乙烯膜(polystyrene)、聚丙烯膜(polypropylene)、或是多元碳酸酯膜(polycarbonate),耐壓至少在50V以上,容量在5μF以上。
不管是怎麼「眾裡尋她千百度」,我們相信「她」定是從購得容易與否、費用和電氣特性之間的妥協產物(我們理想中的電容是20μF,事實上卻根本不可能找到)。解決的辦法,當然也不是減少唱頭的偏壓電流(the bias current)。到目前為止,顯然四個不同的唱頭製造商都告訴我們,5534所需的500μA偏壓電流,對唱頭而言並不礙事;許多讀者反而因此而更惘然,這麼一來,問題就更為麻煩了。不同唱頭所表現的直流源電阻,是我們所不能控制的;因此產生補償上的問題(至少對類似5534這種程度的偏壓電流之典型運算放大器而言,是如此)。
伺服裝置
有個釜底抽薪的辦法,就是採用低補償電壓的FET運算放大器,然後再加上局部直流回授環路。這個環路亦即伺服電路,控制JW-33的輸出保持在數毫伏以內,不因溫度及長時間的漂移所影響,而異於我們最初設定的補償值,當然也可使放大器輸出為零;然而卻因幾個理由,使得它並不是頂好的解決辦法。只要IC(或是唱頭)的溫度稍微改變一點,就需要調整好幾毫伏的輸出電壓,所以這個方法因涉及的因素實際上不可測,故不宜推薦(音響技術六十一期,122頁,Marsh先生的大作內有句話:「絕對不要試圖加上一極性相反的電壓,使原來就不平衡的那級之輸出電壓為零。」頗值得再三玩味──譯註)。
最後我們選擇了圖一所示的方式。圖中,IC1是一個OC-2N運算放大器,依Old Colony廠的說明書所載,是種具有FET輸入級的IC,也是幾經挑選之後,才用在此處。這枚IC所需的偏壓電流小於100pA,輸入級的雜音電平也甚低。增益由電阻R2-R4所決定,圖上之值在1KHz時,具有33.7dB之增益。這兒全部的增益或許顯得比以前稍低了些,對音量控制放在十二點鐘的方位──這是最適當的位置──而言,恰好合適。
伺服控制怎麼回事?
此處所用的伺服系統,最基本的功用就是抑制多餘的直流補償電壓及唱頭放大電路的漂移。RIAA等化部份亦採直接交連,直流增益大約是1KHz時之增益的十倍(對60dB增益時,約為1KHz增益之1000倍;對40dB增益時,約為100倍)。因此,1mV的直流輸入電壓(為說明起見,比值相當低) ,在唱頭放大級的輸出可得到1伏特的電壓。伺服裝置自然會自動降低這個過補償到容許的限度以下,大約低到10mV的程度,或者更少些。
以上所述,就是WJ-1A伺服電路作用的大概情形,可是卻沒有說出我們為何選用它。最主要(也是最簡單)的原因就是:不需使用交連電容而保持聲音之純淨。一個系統內,若因原本身即不深沉、不清朗,那麼在除去系統中的交連電容即由電容引起的雜亂失真之後,很輕易地就能聽出聲音改善的程度。於撰寫本文時,我們所採用唯一的一個隔離信號中之直流成分的巨容量交連電容,是TRWX363UW型,也許還有更好的這類電容,只是我們尚未發現。
對打算採用全部直接交連式的WJ-1A改良型及伺服電路的人,我們也要提醒你一些事:你將破費不少,而且除非他確實能工作正常,才能算是對你有益。所以並非生手所能勝任,並且需要具有10mV量程的直流電壓計,以便檢驗工作正常否。作者不打算解決私人改裝所發生的問題,我們不想暗示什麼,可是你必須了解,你自己做了些什麼。
易於仿製的電路板
伺服電路部份需要使用一塊新的電路板,包括兩個積分電路。積分器是利用低偏置電流運算放大器,輸出接到JW-33(A)部份的接點6;輸出則接到接點10,伺服電路之線路圖請參閱圖一。
伺服電路維持JW-33(A)的輸出在所使用的IC之合理補償電壓以內,對LM-308而言,典型值大約5mV或者更少些。時間常數是故意弄得很大,以預防任何低頻衰落效應(LF rolloff)。從開機到輸出歸零所需的時間,大約是三十秒左右。此處「務必」使用低漏電之電容器,諸如聚苯乙烯膜、聚丙烯膜或者多元碳酸酯膜電容,以維持積分器之功能正常。再聆聽測試時,我們使用本線路,尚未測出有任何不良的界效應(side effects)。這個伺服電路的最大好處,就是所花費的費用遠低於取代它功能所需的兩個5μF電容器之價格。
其他的改良,包括供應電源上的反交連電容,前面已經提過了。C7及C8不用了,C9~C12則務必採用無電感型塑料薄膜電容。在IC1輸出的洩放電阻(R2 6.8K),係使其工作於A類範圍內,以獲得最佳的線性及最好的音質。R3及R4則改用新的數值,如圖一所示。
IC在檢查方向無誤後,焊牢它,以免發生任何接觸不良的毛病。其他各電路板之固定亦然,均需稍微調整一番,使配線更為容易些。
使用直流伺服電路時:
圖二是伺服電路的線路圖。這是個很簡單的積分電路,在電路板上的兩個電路,排列方向完全一樣,以便於用在各聲道上。
組裝這部分時,請參見圖二上之註,裝在普通PC板上,和電容器一起,安裝在選擇開關的下面。電源則從JW-33(A)上接過來;至於WM-3上的輸入及輸出之接法,參見圖五。
如果你依前面所敘,做過了直流測試後,就可準備使用伺服電路。先將JW-33上有關IC2附近的部份電路予以改進,依圖一所示,裝上Rx及Ry。這兩個電阻只需用碳膜±5%,¼W型的即可。WM-3裝妥之後,把音量控制旋到最小,在JW-33(A)之輸出(接點6)加上直流電壓計。電源打開之後,電壓計可讀到一個數值(不論是正,抑或是負),然後慢慢趨近零,此電壓在十或廿秒內應降到10mA以內;兩片JW-33(A)都需要檢查。
伺服電路若正常,在接點10(Rx輸入)上應有一直流電壓,此電壓係要抵消IC1及IC2的累積過補償。如果這個電壓超過±12V時,表示有地方出問題了。如果用的IC是依照我們所指定的,伺服電路設計通用的範圍內,可以抑制最糟的直流過補償。可是伺服電路並非對「任何」IC都有效;除非這IC的補償電壓為2mV,或者小於本例子內的IC1,同時也要是個低偏壓電流型(100mA或更少)的IC。在輸入端使用隔離線(儘可能地短),並將選擇開關旁路。就只因為電路上的那些開關接點,你就不可能獲得頂好的音質。不妨採用鍍金的唱頭插座,後面我們還會談到這種東西。
高電平放大部分的改裝
最簡單的一歩歩改裝,如圖三及圖六旁之註。為了換用新的運算放大器,需將PC-34整個拆下,把整個PC板予以修改,並清潔一番。
先拆下C302及C304這兩枚6.8μF鉭質電容,改換成0.1μF無感型塑料薄膜電容。改換成0.1μF無感型塑料薄膜電容。留意圖六那些註,步驟5最好在完成所有其他步驟,清乾淨板後,才進行。IC301的第3及第4腳也得稍微留意些,別讓殘留焊油在FET運算放大器上引起漏電問題。前面我們提過,在使用前,先把PC板用乙醇或松香溶劑整個清一清,晾乾。
重新依圖三佈線時,使用多蕊絞線,儘可能地短。確定所有焊接處都焊牢了,沒有假焊或錫太多。注意,如果以前在高頻濾波器上裝有270pF電容,此時也要拆下。
接著新的音量及平衡控制,注意平衡控制用單曾可變電阻,如圖三所示。你可以把不用的低音控制上兩個電阻串聯起來。
音量控制:50KΩ,A型,雙連。
平衡控制:50KΩ,線性變化(B型),單層。
當PC-34改裝完畢後,從前後電路板間的±15V匯流線到右側U型支架間,跨接一對5μF塑料薄膜電容。
電容:4.7μF/250V 金屬塑料薄膜電容。
拆掉舊的插座後,改換成附有接線的鍍金唱頭輸入插座,因為附有接線,所以插頭能和合成樹酯板背面的接點正確接觸。舊插座只需拆掉插座接片,再把地線絞在一起,小心地在合成樹酯板上鑽個洞,把插座上的接線刮乾淨。鍍金的那頭用螺帽鎖上;未鍍的那頭接地,直接焊住,別用其他的接片,以免增加不必要的接點。
高電平放大部分及配線的更動
高電平放大部分原來改的地方並不多,主要是換了IC301(參見音響技術第五十八期,圖七),新增了音量及平衡二項控制。由於我們的目標是整個信號路徑上,全部直接交連,所以我們絕對不允許因5534偏壓電流上升,而引起的直流電壓之變動存在。某種情況下,這種過度的直流電壓會使輸出達到50mV,當這信號送入具有20dB典型增益值的功率擴大機時,就有1V的直流通過喇叭!
FET低補償電壓OC-2H運算放大器,實際所需的偏壓電流為零,所以不必顧慮因音量控制變化而引起的補償變化。並且,R319可以增大到1MΩ,對音量控制不致「加載」,避免了另一種微妙的失真源。在輸出出現的最糟過補償電壓,也不致超過11mV。
有些讀者或許試著拿其他型式的FET運算放大器來取代IC301,務請格外當心,尤其採用完全直接交連時。例如,在非直接交連時,一枚National半導體廠的LF357,可能非常勝任這項工作;可是除非補償重行調整,否則在輸出端可能出現110mV的直流。LF357A比起LF357就來得好得多,最大的電壓只有2mV;可是每個價格大概要美金廿元(小數量時的價格)。Precision Monolithics廠的OP-17F,用於非直接交連時,特性也很好,接近1mV左右。新的IC301之旁路部份也予以改良,如圖二旁之註。
剔除不必要的接點
在機箱配線方面的大量改革,對改良音質的影響雖甚微妙,卻也有十分好的效果。每個步驟內,改得最多的地方便是減少接點了。音質的良莠與否,不單單只靠前級擴大機線路本身,整個擴大機的每一部份都有關係;即使一個信號開關上接點的疏忽,也會搞得「一粒老鼠屎,壞了一鍋粥」。
信號路徑重新安排後,如圖三所示,減少了唱頭放大部分的一些接點,以降低接點所引起的雜音。首先,將唱頭輸入改用鍍金插座,輸入直接接到JW-33(A)上。JW-33(A)的輸出再接到選擇開關上,和從前一樣;但同時也接到以前所未採用的音調控制選擇開關之接點上。從這個開關往後,再接到平衡控制上。音調控制選擇開關的另一端,則接到低頻濾波器(參見音響技術五十八期,圖五)上。這樣子重新排列後,在唱頭放大部分,就少了兩個信號接點(每聲道一個);也不可能再少了,除非你要的PAT-5只有一個唱頭放大器。有關的改良,還包括新的音量及平衡控制,加上平衡控制是想改善聲音用的。
收穫了些什麼?
最大的問題應是:從聲音的觀點上,這麼一改良後,到底有什麼收穫呢?既然有多處改良,將聲音的影響也有多方面的。
把電容器從信號路徑剔除之後,對高頻的再生,自然是「乾淨」多了,聲音更為開放、潔淨而清楚,也更具真實感。電源供應部份的旁路作用,原本就是為改善暫態響應,因此聲音聽起來更有活力與生氣。除去了其中的「非錫接點」,則使整個再生音頻顯得平滑;增加的高頻解析能力,使聲音更為淋漓盡致。極優秀的低頻響應(這也是本設計裡值得一提的地方)可以一直延伸到直流,加上電源供應穩壓部分的改良,益加使低頻端更為充實。
測試驗收
如果你的音響系統算是還可以的,並且你的改裝還算是成功的話,你可以先聽聽看,經由唱頭放大選擇開關的舊信號路徑上,所產生的雜音究竟有多少;然後再加入音調控制,和不加音調控制時比比看。
你也可以換上純金的唱頭輸入插座,至少也要再唱頭輸入及主輸出插座上,用個鍍金的。
實驗方法及電路的簡化
為確定對PAT-5/WJ-1(A)的音質改良之影響,Walt和我循著下面幾個步驟進行:
1.決定修改處
2.聆聽所產生有關音質的變異
3.評估這種變更對音質所產生的改變
4.如果可能,找出產生這種差異的技術方面原因
5.測試所產生的結果
於改良的初期,在高電平放大上,我比較了兩種不同的運算放大器,然而卻沒有什麼差異(＞0.05dB),在幾次修改之後,雖然我量不出任何頻率響應上的差異,可是我卻很輕易就能指出二者的差異。除非你首先便修改我一再重提的電源供應部份,否則掩飾效應是個很嚴重的問題。
當電源供應改良之後,音質的差異所給我的印象,深刻異常。於是我便帶著這個前級擴大機到一位朋友的實驗是去,然後我們量頻率響應及失真的差異。唯一的不同在二次諧波失真,1KHz時,未改良前是-106dB(0.0005%);改良後則為-116dB(0.00015%)。在頻率範圍兩端的失真及頻率響應均無變化。主要的差別在分離度顯著的增加,可能因此產生巨大的差異。暫態響應似乎也更為良好。
我突然想到去量量動態電源供應情形。新的測試結果與主要的改變雖相當一致,可是我卻無法找出與標準測試間的關係。
我猜想不同的電源供應及電路,在靜態(意即單一頻率輸入時)與動態的頻率響應間,必然有相當大的差異存在。我們希望能夠及早把我們研究的結果整理一番,陸續發表出來。
有關裝置電路板的一些意見:在電路板上焊裝零件前,先用Spic and Span的稀釋液洗洗。這種溶液會溶掉任何製造時,遺留在電路板上的鹽類。徹底地洗洗,然後等它完全乾。音頻電路通常具有高阻抗,當溼度相當高時,鹽類會分解,引起電路短路。在焊完之後,也要把電路板清一清,免得焊油及其它殘存物留下,後患無窮。使用諸如接點清潔劑或者乙醇之類的清潔溶劑時,務必小心;因為這些東西能溶解聚苯乙烯膜電容上的塑料,並縮短電解電容封口用的橡膠之壽命。這就是何以商業上罕於使用聚苯乙烯膜電容,而無視於它擁有極佳的品質及特性。
後記
走筆至此,也許讀者會問,為了更好的聲音,難道我一定得這麼做嗎?如果你需要一些意見,你可以做些簡單、廉價的試驗,來決定這些改良對你而言,是否值得。
暫時把你現在使用的唱頭放大之輸出,直接接到音量控制上(跳過平衡控制),然後聆聽這個前級。倘若你能聽出一些很明顯的音質改良時,那麼你就得考慮要改裝了。如果你沒有察覺到任何音質上有所改變的話,那麼就意味著,你的其餘音響系統掩蓋了這個差異。你也可以開始試著先做做,朝著更「乾淨」的聲音邁出一步。類似的試驗也可以用鍍金插座及鍍金頭的信號線,來獲得類似的改良。
假使你的其餘音響系統相當的好,藉著這個小小的試驗,你應該可以感覺到對音質有所改善。如果的確如此,其餘的改善將更能獲得戲劇性地改良。
和原來的WJ-1比起來,我們承認這些改良是相當地大膽。由以更好的電壓穩壓器、寬範圍的電源供應之完全直接交連的前級擴大機,這種觀念更是大膽。我們相信讀者會認為經由這些改良,而獲得的音質改善是值得的。我們認為目前我們的線路,已接近PAT-5機箱利用的極限了。
當然會有人問我們:「這是否意味已達到『技術之極』的境界了呢?」我們相信我們不適合回答這個問題,我們能做的應是聽聽別人對我們所做的努力之看法。我們相信,喜愛上回改裝的人,必然也會更樂於這些改良。
(譯自The Amateur 3/1979, Walt Jung, Dave White原著)
轉載音響技術第63期MAR. 1981 Dynaco PAT-5 前級再改良/Walt Jung David White 原作/趙健雄 譯述
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