雖然用RIAA的方式來放大唱頭的信號,其再生音樂的能力與方式已被認可,但是要靠它百分之百的重現原音卻有其困難之處,而且一旦設計稍有不良,聲音的傳真度往往就在這一級惡化,這個前置放大器必須放大幾mV甚至更小的信號至可用的程度,同時也得補償刻錄唱片時對信號所作的預強調特性,更而負起匹配各種唱頭的任務,在整個前後級放大系統中,佔著極其重要的地位。
一個設計優良的前置放大器,最重要的是要具備有極低的失真與雜音,同時提供一精確的等化特性及優良的輸入阻抗特性,許多設計者發現對於上述四個要求,在設計線路的方向時發生了互相矛盾的情形,重視其一,就會惡化其他,因此只好折衷處理。
這裡要給讀者介紹的是一個在設計上完全免除上述的折衷處理的一個線路如圖一所示,引用了轉折率(S.R.)非常高的Bi FET演算放大器(O.P.),構成一部完整分離的前置放大器;放大器前端用了兩只JFET場效晶體作為差動級,對具有高輸出阻抗及信號水平的固定線圈式唱頭(MM、MI及類似的型式)提供了一個極低的雜音,相當於最好的雙極演算放大器(Bipolar OP Amp),而且有數倍高的輸入阻抗,至於低輸出信號及低輸出阻抗的MC唱頭,這個差動級可換上兩只超低雜音的PNP晶體,在相當的輸入阻抗下,它的雜音相當於最好的雙極演算放大器(Bipolar OP Amp)的數十分之一。
線路說明
除了輸入裝置及第一級的增益外,這個線路對於固定線圈式及動圈式所需要的相當線路,幾乎沒有兩樣(如圖2);唱頭的輸出接至差動輸入級,被放大約30dB(MC為60dB),任何不需要的、共同形式的信號(雜音──譯註)經過不被放大的通路而抵銷;是一差動對單端的轉換器,加入反相的共同形式的信號成份(雜音成份──譯註)在此即再相互抵銷,因此具備了對不需要的雜音訊號有極佳的排斥能力,這就是本放大器能夠超低雜音的原因。
第二級,包括由一個極精確的等化網所組成的等化放大級,這種由一系列時間常數所構成的預強調及等化解強調的方式乃由唱片工業協會(RIAA)所規定的,最低點(頻率開始衰落點)是3180uS,相當50Hz(f=1/2πT,T試時間常數。)低於50Hz,頻率響應是平坦的,高於這個頻率,頻率響應便成每八度音階-6dB的斜率衰減直至下一個相當的時間常數,即318uS(500Hz),從500Hz至相當的最小的時間常數,即75uS(2122Hz,頻率響應再呈每八度音階-6dB -的斜率衰減;最初所規定的頻率響應僅由30至15000Hz,但最近被擴展由20至20.000Hz。
對於高頻的擴展是沒有問題的,因為大多數的設計者早就如此的設計,但是為了維持平坦至20Hz,要對5至10Hz這個超低頻區仍然有等量的衰減就比較困難,因此國際電子技術協會(IEC)設定了第四個時間常數在7950uS(20Hz -3dB之點)加在RIAA的標準曲線上,這個從20Hz開始每八度音階斜率的衰減,足夠用來衰減超低頻信號(無用的唱盤抖動及唱片因彎曲等所造成的信號,──譯註),而且稍稍的延伸了某些樂器的低頻成份(40Hz -1dB)。但是,至今這個設定的提案尚未為RIAA所接受,雖然如此,本前置放大器除了RIAA標準網路曲線外,也設置了一個開關來提供選擇IEC特性曲線的裝置。
為了減少抖動等超低頻信號而維持平坦的頻率響應至20Hz,這個工作由一個雙極主動式通高頻濾波器調至10Hz來完成,低於10Hz,頻率響應呈每八度音階 -12dB斜率衰減,當IEC時間常數切入時,低於10Hz的頻率響應即呈每八度音階 -18dB的衰減,在這個主動式濾波器之中,設有一微調的可變電阻來做左右聲道的平衡調整,其調整的範圍為±1dB。
至此,1KC的唱頭信號被放大了約34dB,為了符合RIAA的標準增益(1KC時為40dB),其後必須加上16dB的增益級,而且這個增益可調時,產生的結果極為有利,對高輸出唱頭而言,本前置放大器的容許過荷輸入量更提高了6dB,對低輸出的唱頭而言,得以放大10dB以上。
在音量控制器之前,容許一線性電平信號(line-level signal約150mV電平的各種音源信號──譯註)經一高電平的緩衝級由選擇開關的AUX進入,如此得與其他現有的系統相互連接,而直接推動後級放大器,或者把此前置放大器的AUX輸出接入另一現有的前級放大器的輸入,即可從此前級放大器的線性電平輸入而推動此前級放大器。
最後一級,是一個極性轉換器是用來給那些堅持音樂波形的極性必須維持現狀的人使用的(因一音樂波形經一放大電路後,極性會改變180度──譯註),來測試輸出的音樂的極性是否與他們認為正確極性者相同,因為從喇叭發出來的聲音很難確定是否與原音樂信號極性相同,而這個開關卻提供了一半的機會是在正確的位置上,可以把兩個開關位置均試試看,是否可以聽出來有所不同(當然左右聲道所接的開關位置要一致──譯註)作者至今尚未聽出來有何不同。
本前置放大器的電源供給線路如圖3所示。
當輸入接上各種唱頭時,必須有適當的電阻電容跨於輸入端與之匹配,而且為適應各種不同唱頭的特性阻抗,最好如圖4所示,由一選擇開關來選擇適當的唱頭負載,這裡是用一DIP的鍍金接點開關,而且最好每隔一年或兩年把這個開關轉動幾下,以恢復良好的接觸點。
如何決定正確的唱頭電容負載,可參考唱頭製造廠商的說明書上指明的數值,減去現有系統中包括由唱頭輸出至前置放大器的輸入的引線及纜線所具有的分佈電容值,便是開關上所需要的電容數值(典型的隔離纜線的分佈電容約為每英呎25至30pF,而一般固定線圈式唱頭的負載電容約為110至115pF),假如全部已存在的固有分佈電容量(不包括開關上者)已很接近唱頭所需者,可換以稍微不同電容量的纜線,或者如此上不夠的話,改變一下C1之值,只要不要完全不用C1。
一旦量過系統中全部固有的電容量,把它記錄下來,以備將來之需,最後,從唱頭所需的負載電容值,減去固有電容值,便是需要切入補足的電容值,上述這種負載電容僅用於固定線圈式唱頭(MM、MI等)。
裝機程序
線路板如圖5、6、7所示,固定線圈式與動圈式唱頭均可使用,只是電源的連接及IC、電晶體、電容極性的方向稍有不同,當改變電源供給時,可利用TL074演算放大器的對稱性將它旋轉180度裝入即可,依照圖示小心地將零件插入適當地位置,記住若唱頭屬於固定線圈式,Q1及Q2就使用JFET,若為動圈式唱頭,則Q1及Q2用BJTs,電源供給部分用一隔離罩與線路板隔離,以防止交流生的干擾,如圖所示,這個隔離罩可用一片1/32英吋厚,2 1/4"×4"的鋁片,一邊的一部分彎成90度使足夠用來鑽孔固定線路板即可。
JFET及BiFET演算放大器並不像MOS FET那樣的對靜電的敏感,可是最近的研究顯示所有的主動元件均可能為靜電所損壞,所以小心的使用仍然必需,在插入那些負載電容時,最好使電容器上的標示記號向上,以便改變切入負載電容時,可以很容易地看到電容的數值是否正確,這種聚苯乙烯電容(Polystyrene cap.)上帶狀記號端表示外層錫箔面端,必須接於地端以抑制交流聲,而且這個輸入負載線路板必須裝在靠近唱頭輸入的插座,四周均包以金屬罩,唱頭輸入插座的地端須與機殼絕緣,或用硬式的唱頭纜線直接焊接在線路板上,確定金屬罩與機殼相接,唱盤的地線亦即接在此地電位上。
使用
直接將此前置放大器接入音響系統中,此處不再詳述連接方法,記得調整R23使左右聲道平衡,側是食用一張單聲道唱片,假如裝有輸入負載線路板,也利用時間調整適當的負載電容之值,完成以上步驟,你就可以安心地享受如本文前面所述效果的美妙音樂了。(譯自3月號 Popular Electronics 1981年)
轉載音響技術第71期NOV. 1981 高品質前級放大器製作/魏正利 譯
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