最近幾年來,幾家製造擴大機的廠商,推出了所謂的 DC 放大器來滿足音響玩家。對這種新機型的擴大機取名為 DC 放大器,或許有些不合適;在早期 DC 兩個字的縮寫,至少應用在音響器材上的意義是直接交連(Direit-Coupled)。

  從有電容器交連輸出的線路,轉變成音樂訊號可直接接到揚聲器上,是利用適當的互補型 NPN 和 PNP 高功率輸出晶體和採用雙電源,在兩晶體的接面建立零 DC 電壓,只能傳送出 AC 訊號功率到負載上而沒有 DC 電壓。這 DC 電壓的存在(只要有少量的 DC 電流流出),是很容易傷害喇叭的音圈,即使這 DC 電壓很少量,也會導致喇叭音圈位置的偏移,而引起喇叭非線性的工作。

  目前,當音響器材製造廠商提到 DC 放大器,他們意味著一種新型放大器,具有放大極低頻的能力──理論上可低達 0Hz 或 DC,而這點是有待討論的。既然任何樂器所發出的音樂訊號沒有低至 0Hz 的,所以設計一種能放大低至 0Hz 的放大器是沒有意義的,即使由管風琴所發出的最低頻率也高達 16Hz 之譜。何必企圖去捕捉如此低頻音樂訊號的傳送,在顫動的感受上大過聽覺之癮?

  實際上一些廠商定義 DC 放大器,並不如此意味著它能放大「低至 0Hz」的能力,但在它的負回授線路上沒有低頻時間常數(Low-Frequency time constant)。在圖 2a 顯示一般常用負回授線路;圖 2b 顯示應用在一般所稱的 DC 擴大機中的負回授線路,在這負回授網路中的電容器被省去了,但在其訊號路程中仍然使用電容器交連。

  通常在一部綜合擴大機中(包括前級/等化器部份、音調控制部分和功率放大部分)可能一部分或全部設計在 DC 擴大機的架構,即製造廠商仍然標稱是 DC 擴大機的產品。

為何要設計 DC 擴大機呢?

  放大直流訊號在音樂訊號的再生上是沒有必要的,設計 DC 擴大機的理由有以下三點:

  利用其極寬廣的頻率範圍特性,在擴大機和楊聲器之間,或者唱頭和前級/等化器之間建立一固定的驅動功率對頻率的關係。

  在訊號途徑,包括負回授迴路中儘可能的省去電容器,因為電容器是本身會產生諧波失真的元件。

  改善擴大機的波形傳送特性。包括複合訊號本身伴隨而來的相位與時間的關係,因此也可以減少瞬時互調失真(TIM)。

消除電容器

  在一個沒有輸出電容的綜合式擴大機裡,在訊號路徑上仍然有 8 個之多的電容器,如圖 3 所示。以前使用在輸出級的電解質大電容器,降低了音響的品質,因為電容器在此就像是非線性的阻抗,即使它有適當的極性。在唱頭與擴大機和揚聲器間的交連電容,也有同樣的影響,所以毫無疑問的在現代擴大機的設計中,將首先被考慮要消去的。

  在理論上,要設計一部全然沒有電容器的擴大機是有可能的。不過實際上仍然有些困難,而且是不合乎需要的。如果有一極小的直流電流由各種訊號源中輸入(例如在調諧器的輸出電容有微小的漏電現象,或者錄音座有同樣的問題),這電流將被綜合式擴大機的增益所放大(通常在 30dB,或者更多),而呈現 DC 電壓在揚聲器上,很容易的就會把價值昂貴的揚聲器破壞。為了這理由在設計綜合式擴大機時,交連電容器仍然有其必要的。

  不同的製造廠商在處理 DC 擴大機時,各有不同的方法。圖 4 顯示了幾種不同的處理方法。在圖 4a 中只有在功率擴大部分才是純無電容器的 DC 設計,使用此種設計的功率擴大機在低頻有相當優越的阻尼係數,而使低音部分相當緊而有力,在這種設計中整個音域要求在最佳條件下,必須有性能極其優越的電源供給。採用此種設計的機型有:山水的 AU-707、AU-717、AU-607、AU-515,還有 Technics by Panasonic 的 SU-8080、SU-8075。

  在圖 4b 中顯示另一種方法,除了功率部分是 DC 設計外,在前級/等化部份的輸入電容也消去了。此種方法允許電平極低和頻率極低的訊號不用經過交連電容直接由唱頭進入前級部份。既然唱頭可視為電壓發電機,所以在前級/等化部份的第一級通常都使用 FET,因為 FET 具有電壓放大的能力,在第一級使用 FET 的好處是不需要偏壓線路。在唱頭輸入線路中,當在輸入短路的測試條件下,當然使用 FET 和使用一般雙極性電晶體的線路,在訊號雜音比有所不同。在實際接上唱頭的操作下,FET 線路有較佳的訊號雜音比。

  使用如圖 4b 所示設計的機型有:Kenwood 的 KA-7300D、KA-7100D 和 KA8100。

  在圖 4C 中所示,在功率和音質控制級的回授迴路中電容器都被消去了,在功率部分輸出電容器原已被消去了外,在各級的輸入和輸出電容仍然存在,形成低頻時基常數線路。此種設計方法在 Pioneer A-004 的綜合擴大機中被採用。

  圖 4d 顯示前級/等化部份和功率部分都採用了 DC 設計,其交連電容都省去了。這設計強調唱頭的最適當的輸入交連,和對揚聲器最適宜的輸出交連。各廠商再製造此類型的擴大機時,會基於不同的觀點:音質、物理效率和造價,而有所不同。

  舉例來說,Onkyo 的 model A-708 和 model A-705,採用如圖 5 所示,分為兩級的等化電路。負回授線路是用來等化低頻部分。R-C 線路是等化高頻部分,而與 RIAA 等化要求一致。

  在 Yamaha model  A-1 功率擴大機中,當使用唱機時的增益是隨著增大的,而且沒有輸入電容器,DC 化設計的等化線路,直接交連到功率部分,如圖 4d 中虛線所示部分。在這種情形下只有一個電容器被用在訊號途徑上。換句話說,當音調控制線路使用到這線路上,訊號路徑將經過有電容器交連的音調控制部分。

  Sony 再此類型的設計時,稍加變化(如表現在它的 Model TA-F6B 型中),當採用 DC 化的等化線路設計時,為獲得更加穩定性,在其負回授線路中仍然保留著電容值很小的電容器,此種設計通常稱做「DC 回授型」。同樣的,在 JVC 的 model JA-S41 型中在其 DC 化設計的前級中,在其負回授線路中仍然保留著容量極小的電容器。

  在圖 4e 中所示,在每一級的回授網路中都採用 DC 化的設計,但交連電容器仍然使用在音調控制和功率放大級部份。採用此例設計的機種有 Pioneer 的 model A-006。

  最後在圖 4f 中所示,一種在各級回授線路中電容器都已省略,且各級的輸入電容又都省略了。JVC 的 model JA-S77 和 model JA-S55 就是採用此法。這表示出最好的處理方案是將訊號路徑上的電容器全部消去。輸出電容器仍然存在(在等化線路與平坦放大級之間和平坦放大與功率放大之間),是為了設計在最小的低頻時間常數。

波形的比較

  當我們比較 DC 擴大機和 AC 擴大機時,光憑一簡單的方波輸入訊號,是很難從其輸出波形看出其不同之處。因此,使用複合的訊號作為輸入,則較容易看出這細小的不同。例如,我們假如使 400Hz 的猝發波訊號(tone Burst)重疊到 20Hz 的正弦波上,利用這複合波交連的擴大機時,使用方波輸入訊號,即可很容易指出其不同之處。由經過 AC 擴大機的方波輸出波形的傾斜度(tilt)可指出在低頻範圍有相當可觀的相位移(phase shift)。

  在比較不同設計方式的 DC 擴形去比較如上述圖 4b 和 4f 的兩種 DC 擴大機,其間的差別就可容易看出,如圖 6圖 7 所示。

  圖 6 是由示波器上拍下來的照片,是使用如圖 4f 之方法所設計的 DC 放大器,使用上述的複合波形輸入,20Hz 低頻輸出的相對波形。而圖 7 是使用如圖 4b 構造而設計的 DC 放大器的輸出波形(圖 6 和圖 7 的上端為輸入波形)在圖 7 中可看出 20Hz 部分的輸出波形(下方)對 400Hz 的猝發波,有著位移存在。

  許多音響理論家指出這時間對相位間的關係中的微小的不同,是可以由人類的耳朵聽出來的。也有些人認為這相位的不同是無法由人類的耳朵感覺出來的。雖然如此,但在評論性的試聽時,對這新型 DC 擴大機反應出它的聲音的確不錯。毫無疑問的,各廠家都在以他們的觀點在發展設計 DC 擴大機。但是必須到達消費者的手中,才能決定出這些新型的擴大機,何者能把音樂再生得更接近原音,更且生動。

轉載音響技術第55期JUL. 1980 DC放大電路淺識/簫 聲(取材自 Radio Electronic July 1979)

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