電容器的電介質吸收(DA)常數代表一種耗損,同時也是音響問題的製造者。實際上,雖然一般對 DA 並不了解,可能比逸散因數(DF)更為重要。
這種現象像電介質部分洩放時,放掉其本身的電子(即過分放電,連其本身組成粒子中的電子亦釋散出──譯註),事實上是種磁阻。因此,當這種暫態消失時,那些殖存在電介質中的電子將迅速聚集在極板上,在電容器的二端上形成一種「回復電壓」(recovery voltage)。這就像電容器「紀錄」了方才所遭遇的情形。回復電壓除以起始儲存電壓,以百分數形式表示,叫做「百分電介質吸收率」(%DA)。
相反的,另一種磁阻的形式是電介質部分以相同速度吸收了出現在電容上的所有能量。如果你記得圖 B2 之電容等效電路的話,這些都不難了解。電介質吸收效應係起因於圖中的電容 C2 和與其串聯的電阻 RDA,全部的實質電容量 C=C1+C2。電容量相同而電介質吸收程度不同的真實電容器,有著不同的 C2 C1 及 RDA(注意這個模擬的模型暗示著,外在可察覺到的電介質吸收效應,或許可藉著調整真實電容量的充放電之相關阻抗,來控制到某種程度。隨後討論的實驗結果,趨向支持此論點。)。
除了前面所說的「被束縛的電子所產生的現象外,關於回復電壓值大小的另一個因素是電介質中任意移動的「自由電子」。那些自由電子在短時間內從電介質移動到電極上,因而產生了回復電壓。
電介質吸收就成了線路裡的一項重要的因素,大地影響了響應速率(speed of response)。當交流信號成為零時(例如短路時),電介質中被捕獲的電子(即被束縛電子)無法迅速跟上這電壓的變動。那些電子在極短的時間內自電介質上移動到極板上。這種通常在音響線路上的電容器,我們可藉著將再生音樂的細微部分與之原來音樂本身動態的結構相較,把這種缺陷所形成的差異捉出來。
很明顯的,我們可以考慮向電介質吸收這種現象在大量瞬態現象組成的交流信號(如同音頻般)下之效應。例如,當加上交流電壓時,電介質吸收現象有反抗極性改變的傾向。
若音樂呈此種交流信號時,這種對信號的衰減就成了一種對動態範圍的壓縮或限制。因此,這種使信號微小地方產生損失的結果,就使得音樂中尖銳的部分很明顯地沙啞下來。隨著種類不同的電介質,其電介質吸收率愈高,這種在信號中的亂七八糟失真(這種失真英文叫做 grundge)就愈明顯。
電介質吸收現象對構成主觀的音頻聲響印象非常重要。電介質吸收率和逸散因數(DF)所表現的效應,可明顯的覺察出來有所不同。逸散因數主要影響相位和振幅的調變,而電介質吸收率則減少或壓縮動態範圍,後者是無法立即釋放所加上的全部能量所致。信號通過有電介質吸收現象的電容器,其振幅隨百分電介質吸收率不同而做不同的減少。稍後這些減少的能量才釋放出去,但這些能量與原來的音樂或聲音脫節,成為像垃圾一樣無用的雜音,加在後來的音樂中,使雜音電平增高,高頻或者暫態信號大多數均有聽得出來的壓縮,一些跟在後面的脈衝信號(許多暫態的音樂訊號都是這樣的)之聲調聽起來就沙啞而模糊。「晦暗」、「動態範圍損失」、「嘔啞嘲雜」、「缺乏深度」這些字眼所描寫的都是電容器之電介質吸收所造成的結果。
所有具有極性之電介質,其電介質吸收 DA 值均相當高,最好的例子莫過於鋁和鉭電解質電容,二者 DA 值均高達百分之幾。再電介質常數 K 和電介質吸收 DA 值間有某種關係存在,即電介質常數 K 值愈高的電介質,其電介質吸收率愈糟(此處要感謝 TRW 廠的 T. von Kampen 先生指出這點)。舉例來說,回憶一下表 Bi,陶瓷和氧化鋁及氧化鉭之 K 值均較高,因此,連帶地電介質吸收 DA 值也就較高。
玻璃及雲母質之電介質的 K 值中等,因此 DA 值也就中等。此時它們可能和陶瓷或氧化鋁、鉭一樣差,也可能跟塑料薄膜一樣好。
極為有趣的,值得注意的是在低逸散因數 DF 與低電介質吸收 DA 間亦有一般的關聯,特別在塑料薄膜電介質中。然而低的逸散因數並不一定意味電介質吸收也較低,玻璃和雲母質之電介質就是一個很好的例子。這二種電介質在逸散因數方面均有極為良好的特性,對頻率和溫度所引起的容量變異值也很小。不幸的是,這麼好的特性(使得這類型電容用在諧振電路及等化電路上令人非常滿意)實際上不見得和低的電介質吸收並存。因此,它們並不是有助於高度原音重現的極品。
無極性的塑料薄膜電介質再電介質吸收及逸散因數上,風格又大異。列在表 B1 上的型式,其電介質常數 K 均相當低(小於等於3),在逸散因數及電介質吸收上均表現良好。在這些塑料薄膜電介質之中可發現電介質常數 K 與電介質吸收間直接的關係,且即使相互比較下,最糟的塑料薄膜電介質(多元酯)的電介質吸收值也小於百分之一。最好的鐵弗龍(Teflon)之電介質吸收值則在 0.01% 至 0.02% 之際,聚丙烯和聚苯乙烯在伯仲之間,也相當好。
電容器的電介質吸收測試
測量一個電容器的電介質吸收率,依 MIL-C-19978D 之規定,須有若干個步驟。這項標準廣泛為電容器製造業者採用及參考,而且除非你按照 MIL-C-19978D 之方式測試不同型式的電容,否則所得的結果無法相較(甚至即使再不同的介質間之相對品質關係已知下亦然)。
這項標準的要點包括五分鐘的電容充電時間、五秒鐘的放電、接著一分鐘的開路情況後,才讀出回復電壓。電介質吸收(百分)率就是回復電壓對充電電壓之比,再乘上 100。
必須了解的是,不論對電容器或儀器的使用,這都是項很嚴格的測試。極好的電介質再完全充電、五秒鐘放電及一分鐘開路後的回復電壓值非常小。因此必須採用低消耗電流的電壓計來讀取是項電壓,以避免產生嚴重的錯誤值。
為倣照 MIL-C-19978D 規定的方式測試,我們設計了如圖十一的電路,利用一具數字式電壓計(DVM)來讀取回復電壓 Vo 值。
被測試的電容D.U.T.被充電至 0.6 伏特。這項電壓值看起來好像低了些,所以選擇這麼低的電壓是因為它是典型的峰值信號電平,特別是對低電平線路而言(稍微高一點的充電電壓,可想而知,將更利於測量,且對更高的峰值信號電壓而言,更為有用。)採用 CA 3160 BT 這枚 MOS FET IC 做輸入放大用,因為它只需數 pA(1pA=10ˉ¹²A──譯註)的偏壓電流,對線路中被測試電容 D.U.T.而言是被允許的,如果這個偏壓電流太高將導致測試電容 D.U.T. 上的電壓變動,使電容被偏壓電流充電,不易和所產生真正的電介質吸收電壓區分。在這個線路裡,3160 的偏壓電流限制了所讀出的誤差在 0.1% DA 值已下。
測試的程序並無困難之處。此處所預先列出來的注解必須遵守,如果你想將結果互相比較,對這些列出來的部分最好不要任意自行變更。
所做的兩組測試,結果摘要如表二。頭一組係比較四種容量類似,而電介質不同的電容器之間,電介質吸收的差異。看得出來,鋁及鉭電解質電容均非常差,而鉭質比鋁質稍好一點。從二者的電介質常數 K 也可以預期得到。
金屬多元酯(metalized polyester)電容遠比任何一種電解質電容來得好,測出的結果小於 0.15%。對多元酯膜電容來講,算是相當不錯的型式,然而所得到的詳細資料典型值並非均表現出可資比較的低指數。金屬聚丙烯(matalized polypropylene)電容在電介質吸收方面表現得和廠方的資料一樣好。聚丙烯膜電容雖沒那麼好,但也非常優秀。
對 3 號樣本和 4 號樣本電容(或者其他任何低百分電介質吸收型電容)而言,此時個別的測試狀況之選擇必須注意,使誤差低至毫伏特或更低。這個並不難,因為 0.6 伏特的 0.1% 僅 600 微伏特──若不小心設定及調校,很容易就使誤差大於這個電壓。考慮更高的充電電壓(譬如 10 伏特)更容易加載,但我們卻不能說這種測試電平和較低電平有何種直接的相關。
第二組測試係比較一組大容量的鋁及鉭質電解電容。比較 1 號樣本和 2 號樣本可知,容量相同的電容,其耐壓愈高則電介質吸收有愈低的趨向。這點很有意思,考慮散逸因數(DF)在同樣的理由之選擇標準下,也有同樣的情形。也就是說,如果要使用電解質電容的話,儘可能選用耐壓較高的品種,不管是鋁質,鉭質均然。像 1 號樣本那種電容,不管價格多低都應避而遠之。
3 號樣本是音頻電路中常見的一種 50uF 無極性鋁電解電容,值得注意的是它的電介質吸收 DA 值很低。顯然地,背對背這種連接法將比單一電容的 DA 值為低。例如,4 號樣本實際上是像 1 號樣本的電容二個串聯而成,所測得的 DA 值比單一電容為低。總而言之,無極性電容或者一般電解電容無極性地連接使用,在電介質吸收方面均優於一般具有極性的電容,而且這種差異在理論上是大得讓我們可以察覺到的,如果你真想聽高品質的音響,即使是零點幾的百分電介質吸收值都不是你所能忍受的。因此,除了最好的薄膜電介質外,所有的其他電容都得評估一番。表二中的 6 號樣本電容之例,即為一個品質良好的鋁電解電容(亦可參見圖七)。
為了研究鉭質電解電容的電介質吸收問題,我們使用一種簡單、無緩衝的測試方法,挑選並測試了一大堆不同的電容。最基本的程序是將電容在 10 秒內充電至 5 伏特。藉著一只 1K 歐姆的電阻放電 10 秒鐘,然後拆下電阻將它處於開路狀態,30 秒之後讀取其回復電壓。以這種方法,我們可將不同的電容依照其電介質吸收關係予以分級。在這種測試中,最好的品種所讀到的電壓可少於 5 毫伏(或者說是 0.1%),最差的則超過 20 毫伏(0.4%)以上。雖然這種簡單地測試無法直接和圖十一所得之結果比較,但仍可以概略地分級。並且一定可發現,在音頻線路上低電介質吸收值的電容會表現得更好。然而,不論是鋁質或鉭質,任何我們所熟知的電解質電容一旦當交連電容使用時,它卻不會簡單得像一段導線。當你曾經嘗試親自去測試好的音響系統時,一旦除去了這層面紗,你將厭惡甚至痛恨電容,並盡可能的除掉這些失真的最有效方法。然而不單單是減少電容器,其他的減少信號惡化之方法也值得我們去深究探討。
不同電介質間行為的比較
此次,我們準備對不同的電容之電介質所表現的特性對音頻之關係做一全盤的透視。我們將先前所提過的所有電介質──陶瓷及電解質除外──做一探討,看看對高品質的音響而言,哪些電介質儘可能地不採用。這兒的電解質電容因為濾波器或時間常數的關係,仍有必要,某些時候鉭質電容仍是十分好用,足以需要介紹引用,在文末將會提到這點,此次先按下不表。
表三是大多數被使用的電介質一般特性概要,典型的特性分別以最左側各種主要之參數表示,這些特性事實上並不嚴謹,只是典型的一般平均概況,並不代表任何特定廠牌或特別的產品。充其量,表中各資料只是提供電容一般有用的部分何在。表中陰影部分是表示對某型電介質在該方面特別優秀。
雖然表三的資料都是各自獨立的形式,圖十二至十六則將這些不同的特性選擇數項,用圖形表示期間之關係。
不同電介質的逸散因數通常是指 25℃ 時的情形,事實上卻隨溫度而異。圖十二顯示多元酯在這方面是塑料薄膜中最差勁的,而塑料薄膜中最好的則不隨溫度變動而變化,散逸因數顯得非常平坦。
絕緣電阻(Rp)在前面並未提到很多。在此處,對音頻而言並不是頂重要的參數(至少站在失真的觀點上是這樣的)。圖十三是很好的概略情形,可看出電介質與 Rp 間之關係;而且隨著溫度的增加,Rp 值成減少的趨勢。
雖然逸散因數是電容器很重要的特性,另外一點也是很重要的:對不同頻率而言,逸散因數值依然很低。對許多電介質來講,逸散因數對頻率仍有明顯的關係,如圖十四所示。比較好的電介質有 Parylene、聚苯乙烯,聚丙烯及鐵弗龍(圖上未列出)最好。此種差異係起因於對不同的物質而言,K 值頻率的變化所致。
塑料薄膜電容在電容量對溫度變化方面,一般說來均相當良好,如圖十六所示。愈好的電容,使用再調諧電路上因溫度改變所引起的不穩定愈小。在塑料薄膜電容方面,多元酯膜最差,多元碳酯膜其次。溫度係數(TC)最低者是聚苯乙烯。在音頻方面使用的電容,雖然儘量使 TC 最小,但在目前已發展到極限的電介質工技方面,TC 的降低卻導致電介質吸收 DA 值的升高。圖十二 C 中的特性 B 和特性 C 之 Parylene 電介質即為一個很好的例子,此二者表面上的 TC 為零,但 DA 值卻數倍於特性 A 的 Plrylene 電介質,後者的 DA 值僅 0.1%,TC 值卻達 200ppm/℃。對音頻方面的使用而言,我們寧可接受特性 A,因為對電介質吸收我們無法採取「補償」,使其值成為零;對溫度係數卻可以(而且是必需的)。附帶一提的是,有時我們必須對可能在電介質吸收和「零溫度係數」間妥協的電容做一番查驗,這種事情常有,我們並非暗示對 Plrylene 電介質在電介質吸收的妥協情形是罕見的。
表三中未以圖型資料說明的其餘特性,仍有必要闡釋。撇開電氣特性不談,其他誤差程度及價格的範圍都能深深地影響電容器的選擇。一般對大多數的塑電介質而言,誤差範圍愈小(誤差的區別在百分之一以下)愈有價值。價格方面則比較麻煩,特別是大型電容上的價格。
大多數塑料薄膜電容器均易利用,市面上可以買得到的,最大只到 1uF。1uF 以上則不易獲得,某些電介質的電容(例如聚苯乙烯)甚至根本不存在。
所有的塑料薄膜大容量的電容,體積均很可觀。所以,為了利用最好的電氣特性,以獲得品質良好的聲響,我們必須有接受大體積的電容器之準備,當需要 1uF 或更高值的電容時,有種方法可以有助於減少成品的體積,就是採用金屬化的電介質。大部分的塑料薄膜電容(特別是聚苯乙烯)採用和多種箔繞方式不同的金屬化形式都很有用。金屬化的電介質使用非常薄的金屬箔層做為電極,以利用空間。危險的金屬外殼是鉛質而難於處理的地方。如果處理不得當的話,會產生一個高的串聯等效電阻 Rs(更糟糕的情形是間歇產生)。金屬外殼可能會表現出比普通箔繞電容較高程度的逸散因數之情形。然而,它們品質仍相當優秀;因此,最好的建議,也是最簡單的方法,是使用前先檢驗一番。
表三中的最後一項是不同電介質間的相對價格。毫無疑問地,一分價值一分貨,「超級品」的電容將使你更加「破費」。舉個例子來說,數量不多時 5uF 聚丙烯膜電容的價格約美金八元左右,而鋁質電解質電容只需美金廿分!
這種比較尚屬十分合理,然而,如果你要求最好的品質的話,就不該自我陶醉再「便宜就是好」裡面(天下沒有白吃的午餐,也不能又要好吃又要大碗,這裡只是正常狀況下。對買賣雙方而言,應先要考慮是否「貨真」,然後才能談到「價實」。只可惜本地供應消費雙方卻本末倒置,從價格上先著手,造成前者「既然你要便宜,我就給你稍差一點,甚至劣品」;而後者「能用就好,反正都一樣,何妨再殺你幾成」。(迻譯至此,不盡唏噓不已。──譯註)。隨著時代的進步,電容器的逐漸改良,我們希望容積的處理有助於價格的下降。無可避免地,外殼是必需的,我們也要準備必需的品質付更高的代價。如果前面所提過的種種讓你覺得冷酷無情且無可妥協,那麼最後的結論會告訴你何以真正的音響迷會對電容器這麼斤斤計較。
摘要
如果這篇論文的確有一點建樹的話,就只有表三,並考慮失真的情況下,能讓讀者很容易地選個好的電容器。實質的理由及其他相互關係,使得魚與熊掌不可兼得,此處僅僅是途徑之一。
10.000pF 以下的電容,可選用的以聚苯乙烯膜為最佳,體積亦很合理,許多不同的容量事實上也非常有用,製造上的誤差也不大。10.000uF 以上,甚至到 0.1uF 仍可採用,只是不易弄得到。
0.1uF 容量以上,以聚丙烯膜(或者金屬化聚丙烯膜)電介質為佳,在逸散因數和電介質吸收方面和聚苯乙烯類似。誤差亦不大(但有特殊的分級),甚至可找到 10uF 或者更大容量的此類電容。
鐵弗龍膜對所有的音頻範圍而言都是最好的電介質,可惜生產的種類有限,實用性不大。Parylene 也是極好的電介質,可惜在容量方面受限制(小於等於 1uF),因此使用的並不廣泛。多元碳酸酯膜電介質或許是僅次於前述各種電介質的次佳電介質,並且也有多種不同容量可供選用。
多元酯膜電介質係所有塑料薄膜電容裡,在許多電路中使用得最為廣泛的電介質。毫無疑問地,原因是基於價格低廉,可是方便取得和價格便宜並不是吹毛求疵的音響迷頭一個選擇的標準。多元酯電容事實上不難在好的音響系統中找到,其缺點和鉭質差不多,當然,還是略為少一點。
我們認為,在音樂迷的設備裡,對多元酯電容的使用需格外當心。任何設備中信號所經過的地方,以聚丙烯或多元碳酸酯(容量、耐壓及誤差均相等)電容取代之或許更有裨益。我們自己在不同的設備裡(包括真空管及電晶體的機種)試驗均得到相同的結果──聲音品質變得令人耳目為之一新。而且,我們也看到了其他人士所做的類似結果,不論和我們所採用的方法相同與否,均有同樣的結果。
這種影響的產生早在意料之內,因為在單一的多元酯膜或電解質(甚至其他有極性的型式)電容就能發覺到。對一部舊的前置擴大機或後級擴大機來講,可能就因此要換掉一打或者更多的電容器!如果你只把一部舊的(古董級)Dynaco PAS 前置擴大機中所有的電容器都換成聚丙烯膜電容,你將會大吃一驚。對會用烙鐵的任何人而言,只要花少許的代價就可獲利不少,也不需將擴音機送到任何音響專修店去!(電容器可參見後面附錄的製造廠商名單購買)
一些變通的方法
在前面所討論過的取代使用(基本上是種一對一的取代)後,我們想看看如何有效的利用鋁電解質電容,以使聲音的惡化減至最低。
圖十七所示的二種連接方式,需要使用容量較大的電容(100uF 或者更大)。所使用的技巧是選個低等效串聯電阻 Rs 的電解質電容,這個電容就是曾三番二次提過的 CA(即圖七中的 C 電容)。例如 50uF 可能為所需的容量,站在時間常數的觀點,此三者可能過於太大。可是如銅圖七所示,容量大且耐壓高才能使 Rs 低,相當高的耐壓才能使電介質吸收降低。高頻時因電解質電容變得更具電感性,將信號分流的塑料薄膜電容可使音頻的衰減減至最小。
圖十七 A 是用在電容具有明顯的極性時,且因此需要正確的極化上。圖十七 B 使用二個前面提過型式的電容以得到低 Rs 值、低電介質吸收的非極性電解電容。塑料薄膜電容 CB 儘可能採用聚丙烯電容,否則使用多元酯電容。二個例子裡,二個很小的聚丙烯分流電容 Cc 則更進一步幫助 CB。此外,在某些情況下,尚可任意加上一個更小的聚丙烯或聚苯丙烯電容,容量約在 0.01 至 0.1uF 間。
圖十七 C 則說明十七 A 或十七 B 圖之複合電容如何用在一個典型的實際線路裡,當作交連電容(隔絕直流)用。電容所需的負載電阻係由 RL(也許是工率擴大機的輸入電阻)和洩放電阻 RB 所組成。淨負載電阻是 RB 和 RL 並聯之值。
有二項理由使得這項阻抗必須很低。首先,最明顯的是,為洩放出任何大電解質電容的直流洩漏電流(有時大到 1uA 或者更多)。舉個例子,選擇一個 10K 或者更低的負載電阻,在 10mV 輸出而洩漏電流達 1uA 時,可減少因洩漏電流所引起的直流補償電流。
其次是為減少實際存在 CA 和 CB 上,因電介質吸收所引起可聽得見的影響。低的負載電阻(或源電阻)可使交連電容對聲音惡化的影響減至最小。
在單一的「盲聽測試」(blind listening)裡,使用不同的電介質如雲母、多元酯膜、鉭質、聚丙烯膜等,發現若負載阻抗非常高的時候,即使一枚小小的交連電容對聲音的品質也影響很大。這個實驗裡 RL 用 50K,RB 則由無窮大遞減到 1K,對 C 而言的信號源阻抗是 1K。
像表二、測試二中一號樣本那樣的鉭質電容加上 50K 的負載,結果使聲音失真得很厲害,音樂細微部分也喪失,並且加入數種非聲源之雜音。同樣的電容在 1K 負載時,聲音的品質有顯著的改進(並不是電容變得更易讓信號通過,而是確實改善了)。其他的電介質也如出一轍:負載阻抗高時表現差,負載阻抗低時使音質為之明晰。甚至我手頭上最好的電介質電容(5uF 聚丙烯電容)在低負載阻抗時也表現得更出色。
當然,我們也不能因此就任意降低負載阻抗,這麼一來低頻應將超前或延遲。但是前面一些實驗的結果和一般實驗台上對電介質吸收的測試(此種測試顯示低的 RL 將減少回復電壓)均指出:在儘可能的範圍內,值得降低負載阻抗以減少電介質吸收效應。這項事實也可以站在另一個觀點上解釋,總之電容器真會把聲音弄糟,也就是說某種電介質電容的電介質吸收就足以說明聲音會遭到什麼程度。減少負載阻抗對電路而言,可壓抑電介質吸收。關於「調整」(tuning)型式的音頻電路裡之電容器的改善,留在附錄裡討論。
有趣的是,很多地方均顯示,電源供應電解電容和信號通路上使用的電容一樣不能掉以輕心。一般的選擇原則是:使用低 Rs 電容,並以一塑料薄膜電容傍路(像圖十七 A 所示)。如果利用電路拓撲學來分析,這個問題或許更為清晰,不論在擴音機線路上、真空管或電晶體上都值得去考慮的。
那些不諳電容器「音色」或有關這方面領域的讀者,前面就像胡言亂語一樣拉拉雜雜扯了一大堆,我們想說明的只是我們覺得這個問題應該這麼去做。
在我們看了前面的所有試驗後,接著將我們使用的系統裡面不需要或者品質很差的電容除掉,全部改良的程度會遠大於曾經使用過的改良方法。除掉所有電容後,你才能真正欣賞到什麼是音樂,更為接近原音。而後,你才能分別你從未了解而存在的箇中奧妙。你的音響很簡單地就脫了胎,換了骨。我們所聽到關於「固態裝置聲音」或許大多數均起因於粗陋的電解質電容──這些在真空管時代是不曾大量使用的。(譯自 Audio March 1980)
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
電容器品質與典型的音頻「調整」型電路
或許有人會更深入地問:「如何依本文,將我的某牌前級擴大機使用文中所述之較佳的電容,以改良它呢?」一些較典型的方法似乎值得介紹。首先,讀者必須明白,我們並不打算在這方面替不同的個案做不同的解答。如果你不能將我們所提供的一般性原則應用到你自己特殊的設備上時,拜託你去請教一些更高桿的朋友幫你的忙吧!在沒有一些基本知識及充分了解以前,千萬不要冒冒失失就企圖動手改裝。如果你決定要做,請再慎重考慮所冒的風險;換句話說,我們無法為你所招致的損失負任何責任。同時,某些零件的更換可能導致保單失效,亦影響再脫手的價格。
音響系統最簡單的方塊圖是由二部分所組成──前級擴大機和功率擴大機──我們將逐項討論。這個最簡單的概念是用來說明使用電容器的任何音響器材用的,後者當然包括了很多東西。
圖 B5 是一般所熟悉的前級擴大機略圖。可以看出:在唱頭放大部分,信號經過的路徑上有五個電容器,每一個都足以影響音質的良莠。圖上擴大機的線路部份簡化成一個有增益的方塊 A,可能是運算放大器或者由一大堆零件組成,下面所提到有關電容器「物盡其才」地使用的原則,可用在任何實際裝置裡──甚至尚未生產的器材上!
C1 通常用來隔絕來自唱頭的直流電流,通常使用小容量約 1~10uF 間之電解電容。有趣的是,有些輸入偏壓電流較低的運算放大器(像 TL071 或 LF356 等 FET 型 OP Amp.)可以直接和唱頭耦合,不需 C1。當然,傳統的雙晶體差動型是因為固有的偏壓問題,就不能如此做。
C2 通常是個大的電解電容,約 10~100uF 左右或者更大,為了低頻響應儘可能降低所以需要大容量。此處可以選擇低等效串聯電阻 ESR 型電容,或者採背對背連接法再加上一個塑料薄膜電容分路。圖十七那種複合方式也可採用。
C3 和 C4 是 RIAA 等化用電容,必須非常精確以獲得平坦的頻率響應。若此網路值正確地合乎 RIAA 的三個時間常數(參見 S. Lipshitz 的 "On RIAA Equalization Networks" 一文,該文刊於 Jour of the Audio Eng. Soc., Vol. 27, No. 6 一九七九年六月),必須使用像聚苯乙烯膜或聚丙烯膜電容(後者較佳),至少也要用多元酯膜電容。萬不得已才採用陶瓷電容,如果陶瓷電容品質有把握的話。C5 是個輸出隔離電容,可採用圖十七 B 那種複合方式,以獲得更寬的頻率響應(若次級輸入阻抗相當高,則可用一大容量的塑料薄膜電容)。
前面所述之法也可用在真空管機型上,像 Dynaco 的 PAS 系列。此時,陰極旁路可使用低等效串聯電阻的 ESR 電解質電容,以塑料薄膜電容旁路。級間交連電容必須採用品質最好的塑料薄膜電容,像聚丙烯或聚苯乙烯,耐壓也要夠。輸出電容不能像一般使用電解質電容,因為高偏置電壓將引起直流洩漏,所以必須採用數個 5~10uF 塑料薄膜電容,再加上個較小的聚苯乙烯或聚丙烯旁路,類似圖十七 A,但不用電解質電容。小心電容的耐壓要足夠,並當心浪湧(surges)現象。
有一點值得去嘗試一番,及減少真空管線路的柵極電阻,因為它使交連電容增加。藉著將圖十七 C 中的方法加之於電容器上,將有助於減少電介質吸收效應。也可以在陰極的輸出電容上依法泡製。
圖 B5B 是現代一般的固態裝置前級擴大機中電平放大部分。C1 和 C2 用來隔絕直流電流,如果使用電解質電容也要用等效串聯電阻低的電容,並加上塑料薄膜電容分路。
實際的電路中,C1 或 C2(或者兩者)可能省掉。例如 LF357 運算放大器係常見的放大單元,此時偏壓電流非常低,而 C1 和 C2 可省去不用。其他任何取代 IC 而使用的裝置仍然需要輸出交連電容 C3。3 的選擇和唱頭放大部分相同。
此處未畫出來的音質控制部分亦需將放大器負回授部分作一交連。此時情形類似 RIAA 等化部份電容之使用,通常所採用的係容量較大的電容,聚丙烯膜電容值得考慮。
功率擴大機
今日所使用的固態裝置功率擴大機,為了更簡化的需要,電容器的使用有減少的趨勢。
典型的功率擴大機之信號路徑如圖 B6 所示。擴大機本身直接和喇叭交連,省掉一容量巨大的隔絕電容,並簡化偏流。C1 係數度提過的輸入交連電容,約 1~10uF 左右;C2 值約在 100~1000uF 間。這些電容和前級擴大機內所使用的都差不多。C2 通常採用電解質,最好是複合型式。某些例子裡,隨 R2 值而異,C1 也可能僅僅只是一個塑料薄膜電容;當典型的輸入阻抗在 10~50K 間時, 通常需要 10uF 或更大的容量,以獲得足夠的低頻響應。
C3 和 C5 係輸出補償網路,C3 在某些例子裡用的是陶瓷電容,此處用一容量相當的塑料薄膜電容替代是可行的。
總而言之,或許強調「用在音頻信號路徑上的電容能否儘量發揮其特性,端視所使用的電路級方式而定」是重要的。此處僅簡單舉了些較大眾化的例子,品質好的電容不管在什麼電路裡都表現良好;分頻網路也是被動線路之一特例;等化器則是主動線路之很好的例子。這些器材的特性良莠否,與電容器息息相關;首在換掉所有較差的電容,例如若陶瓷電容用在信號路徑上時,先予換掉。
轉載音響技術第56期AUG. 1980 電容器對音質真有影響嗎?(下)/趙健雄 (譯自 Audio March 1980)
留言列表
