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   很多音響的愛好者,往往只注重選擇個別 Hi-Fi 器材的性能,而忽視了它們之間的配合,因而達不到預期的效果,實際上,每套 Hi-Fi 設備諸如擴大機、調諧器、錄音座、喇叭等只不過是整個 Hi-Fi 系統的一個環節而已,若要使整個 Hi-Fi 系統重播音樂有優越的高傳真度,則必須考慮到每個 Hi-Fi 器材的阻抗匹配、訊號電平的配合,我們下面將詳細地討論這些問題,以使讀者們能夠在安裝整套 Hi-Fi 系統時有所參考,俾使 Hi-Fi 系統發揮他們原有的性能。

匹配問題

  Hi-Fi 器材的普及,使得許多電學上的專有術語,如今也常常掛在音響愛好者的口中了,例如「匹配」這個名詞,在電學上有很複雜意義和解說,但把它運用在音響上,我們只要注重的是當兩種器材連接一起時,是否會因不匹配而失去原來的性能。我們曉得任何兩種音響器材搭配一塊,必定有一個是屬於音源的供給,而另一者則為訊號輸入的負載,如果訊號源和負載都是呈電阻性的,那麼他們將有一定的輸入或輸出內阻;如果是屬於電抗性的,這時內阻就稱為阻抗,而兩音響設備的正確匹配有賴於訊號源與負載有相同的內阻或阻抗,或負載所需的訊號電壓符合訊號源的。否則會產生某種程度的失真。

  某一器材對負載的要求決定於它的輸出內阻或阻抗,匹配不正當除了會產生效果低劣外,對於電阻性的器材來說還會造成訊號幅度的失真,而對電抗性的器材而言,則會帶來頻率響應的失真。因此每一種 Hi-Fi 設備,它對訊號源或負載的阻抗都應有一定的規定,但這種規定的要求在不能完全配合的情況下,是應該有所變通的,依據不同的器材,可循不同的方法,下面將分別就各種 Hi-Fi 設備來談談它們的匹配方法。依序為唱機、擴大機而至揚聲器。

唱機

  唱頭在作為訊號源方面,它是屬於電抗性的,而它輸出端也就必須有一個特定的負荷來配合,以免於頻率響應失真。一般常用的唱頭可分為兩類來說,一種是屬於壓電式,而另一種是屬於電磁式,而一般擴大機的輸入選擇都是設計至能夠配合這兩種唱頭阻抗只需經波段開關的選擇,而無須經過任何的更動,壓電式唱頭有晶體唱頭及陶瓷唱頭兩種,都是屬於高輸出訊號高阻抗一類的;而電磁唱頭則均屬於低輸出訊號低阻抗,因此專為陶瓷唱頭設計的擴大機,其輸入端就不能接入電磁唱頭;反之,為磁性唱頭而設計的擴大機,亦不能接入陶瓷唱頭,這兩類唱頭不能互換,實際上也沒有任何簡易的方法,可以將之變通來互換,因為它們除了阻抗特性,輸出訊壓不同外,它們的頻率特性也不同,如遇上輸出訊壓太低而又配上靈敏度不足的擴大機,唯一解決之道,則僅有將音量控制器旋至最大位置,這樣做無疑會使噪音提高,但似乎捨此也無他途可尋。

  如唱頭輸出太高,即令音量控制器旋至最低的位置,仍然有引起失真的可能,而一般低價,晶體唱頭最常有輸出訊壓太高的狀況,這時可以在唱頭與擴大機之輸入端間接入如下圖般的衰減器:
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  這個衰減器由兩個電阻組成,它會對唱頭呈現一個最低有 1MΩ 的負荷,而對擴大機的輸入端則構成一個大約 0.5MΩ 的訊號源內阻。

  有時電磁唱頭的輸出極低,往往非旋大音量控制器不可,因此在選購時就應考慮到擴大機的輸入靈敏度。電磁唱頭輸出太高的情況雖然不常見,但如遇有這種狀況時,不妨加入下圖所示的衰減器:

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  此衰減器是適用於所有類型的磁性唱頭,所得的效果是將訊號減弱一半(6dB),但這衰減器的缺點可能會使噪音提高。不過對於 Ortofon 及其他動圈式的磁性唱頭,最好還是採用如圖般:
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  在唱頭兩端並聯一個電阻來衰減,特別是晶體管擴大機,這種衰減有比較好的效果,這個電阻可用 10KΩ~5KΩ 範圍的數值來試,以達到最佳的訊號電平為止。

擴大機

  幾乎所有的 Hi-Fi 器材,如錄音機、調諧器、擴大機等,它們的輸出內阻都是屬於電阻性的,這也就是說,對這種器材負荷的不當,並不會對其頻率響應有所影響,但卻會令失真度提高或降低了其對訊號電壓或電力的承受能力。對這類 Hi-Fi 器材的配接,一般的要求是負載的數值最少要相當於訊號源的內阻,不過,在實用上一般都是使負載端的阻抗,要遠高於訊號源阻抗,因為這樣會更容易得到匹配,特別是專業性的 Hi-Fi 設備,你可以注意的到,具有高的輸入阻抗而低的輸出阻抗,幾乎已成為 Hi-Fi 器材設計的通例。

  兩種器材連接一起,如果是符合低訊號源內阻而高負荷阻抗的(一般情形也必如此),則只要考慮訊號源的電壓符合負載所求即行,如此便有良好匹配;若前者輸出訊壓太高,則通常可以在這兩器材間加入如圖的衰減器:

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  反過來說,若作為訊號源的器材,其輸出訊壓不足擴大機的所求,那麼也只有外加放大級才能補救,這就和唱頭的輸出不夠一樣,同是難於處理的,因此在選購一部錄音座或調諧器時,必須保證它的電壓輸出符合擴大機所需的最低要求,而對於它的輸出阻抗一般也不必太重視,當然,如果有較低的輸出阻抗那就更好。像上圖在遇到兩器材連接而作為訊號源訊壓衰減時很派用場,R1 的數值一般是選擇至與作訊號源器材的輸出阻抗相等,而 R2 的數值則可以盡量用得很小,務使能夠配合所需的衰減程度。我們不妨拿一個實例來做較具體的說明,假定有一個調諧器,它所要求的最小負荷需有 10KΩ,而有一部擴大機,其調諧器的輸入插端的阻抗值為 100KΩ,從負荷配合的觀點上,這兩者直接連在一起是可以的,但調諧器的訊號輸出有 1V,而擴大機在調諧器輸入插端之靈敏度為 80mV (此即表示擴大機只需要 80mV 的訊壓,即可獲得滿功率輸出),將這兩器材如直接連起來,其結果將會是音量控制器需要旋得很低,而且在很低的位置即可得到很大的功率輸出,這對晶體擴大機來說,如果擴大機的輸入級晶體管是在音量控制電位器之前的,這太大的輸入訊號還可能令這一級產生過荷放大而造成失真。因此這時加入一個衰減器是必要的。輸出訊號與輸入訊號的所需之差別程度大約是 10:1 ,故衰減器亦要有同樣的衰減設計,因調諧器的負荷最小要有10KΩ, 那麼上圖的 R1 的電阻可選擇為 12KΩ,這樣假設電阻有 10% 的誤差率,那麼也能保持有 10KΩ 的數值,而 R2 的數值可選擇為 R1 的十分之一左右,如 1.5KΩ 或 1.2KΩ 之值即可。前面說過,擴大機等器材的連接,做為負載的阻抗可選擇得遠較所需的為高,但在上圖這個衰減器的情況下,R1 的數值就不宜太大於調諧器所需的最低負荷,因擴大機之輸入必存著一定的輸入電容量,而調諧器與擴大機的連接,其引線也將存有頗大的並聯電容,如果我們將 R1 阻值選得太高那麼很可能就會引起不穩定及減弱了擴大機的高音效果。

  為了調節衰減器的衰減程度起見,上圖的兩個電阻也可以換成下圖的一個預調型小型電位器:
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  這電位器數值的選擇可定為較訊號源器材所要求的最低負荷大 50% ;調節這電位器就可以達到控制加在負荷器材的訊號電壓於一定大小的目的。

  以上所論,通常是在怎樣的情形下表示我們需要加入衰減器?若所用的揚聲系統是屬於一般靈敏度的,而擴大機的音量控制旋鈕在遠在低於一半的地方,就能獲得極大的功率輸出,此時就意味著有加入衰減器的需要了,不過,一般來說若輸出的訊號電壓超過於作為負載器材的輸入所需的二倍,仍然沒有加入衰減器的必要,但對於唱頭或話筒來說就沒有這樣的寬容了,它與擴大機的要求是很嚴格的。

揚聲器及耳機

  以上所述兩器材的匹配與要求皆屬於電壓性的,但將揚聲器或耳機接於擴大機上就有不同,這是屬於功率性的要求匹配。此外,揚聲器和耳機還都是電抗性的負載,因此萬一匹配不當,就會完全破壞了應有頻率響應,還有,一部良好的擴大機通常總要保持著很低的輸出阻抗,甚至在連接負載後也要如此,因此若想在擴大機與揚聲器間接入一個衰減器通常是不可行的,否則,一旦接入衰減器,由於揚聲器的電抗性特徵,將會使輸出的音響隨著阻抗曲線的形狀而出現有突然的加強及低落現象。撇開上面這一點不談,若揚聲器阻抗太高,則它將要求擴大機有較大的推動電力,而太低阻抗的揚聲器,卻又可能令晶體管式的擴大機的保險絲頻頻燒斷,或令擴大機不正常的發熱,因此揚聲器在配接時要特別注意阻抗匹配。而耳機的配接就沒有像揚聲器般的限制,因為它所需要的功率很小,所以通常可以利用一個「π」型衰減器接於擴大機,這樣一方面可以使擴大機有一個最佳的負荷,而對耳機則呈現一個正確的訊號源阻抗。π型接法如下圖所示:

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  在應用上,8Ω 的負載阻抗可適合所有的擴大機之用,故 RL 可選 8Ω 的數值而有 5W 的額定功率,而整個衰減器大約要有 30dB 的衰減;這就是將 1W 送至揚聲器的功率變成 1mW 送至耳機上,以 8Ω 的耳機來說,0.5Ω 足夠作為一個很低的訊號源內阻,故並聯的 Rs 可選用 15Ω,而 Rp 則可選為 0.5Ω,但對 300Ω 的耳機來說,10Ω 的訊號源內阻也可以視為足夠低,這時 Rs 可用 300Ω 而 Rp 則用 10Ω。在大多數附有耳機插座擴大機上,一般都已加有一個 300Ω 並聯電阻,對 300Ω 耳機,則會造成 6dB 的衰減,而對 8Ω 的耳機則可有 1/30 的衰減。

  以上所介紹的衰減器雖然很簡單,但在高阻抗而低訊號電壓的情況下,應將衰減器內的電阻加予屏蔽同時衰減器應在低阻抗的一端引線,這也就是說,衰減器應該是裝在作為訊號源的器材內,並盡可能將電阻安裝於這器材的機殼內,再用引線接至作為負荷的器材,如衰減器不能安裝於機殼內,最好用一個鋁質板製作一個衰減器外殼,這同樣可收屏蔽之效。

轉載音響技術第21期SEP. 1977 簡述 Hi-Fi 系統的匹配問題/掠美

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