自從完成了音技的SF-106N功率放大器以來,就一直想製作一個新的高品質前級擴大機以配合之。我原有的Alpha 1前級除了線路結構早已落伍之外,系統設計因當初所需有著複雜的濾波網路、響度控制、靜音開關和麥克風混音器等,對音質百害而無一利。所以我決定這部新前級必須有高明的架構,卻又不致過於複雜,以保持簡潔的原則。系統設計方面,則能省就省;訊號途徑中開關愈少愈好。任何濾波器、音調控制或響度開關當然就不設了,甚至平衡控制我都捨棄了。
系統結構
最後決定的系統結構圖如圖一。我將它命名為Alpha 6,特色是以「有增益的一條直線」理想為準,故系統結構十分簡單。其中有兩個特別的作法較不常見到:①採用Rec Out開關,在不錄音時可把錄音座的輸入線路切離,以免其加載於RIAA EQ級的輸出產生失真。②設Gain開關,在中小音量聆聽或使用高增益功率擴大機時可跨越10倍放大級,使訊號在音量控制後直接輸入功率擴大機,進一步消除由10倍放大所產生的失真和雜音。另外,這個Gain開關可當作一般的Audio Muting開關使用,因為跨越10倍放大時全機(從Aux、Tuner或Tape輸入)增益從20dB減為0dB。一般的Audio Muting是用兩只電阻構成衰減網路,而照此連兩個電阻都不必用了。
Balance控制省略的原因有三:①因採用Noble 32段100K雙連密封式電位器作音量,在插入平衡控制恐會造成阻抗不匹配之狀況。②一般我從不用平衡控制真是差到需要用平衡來修正的話,大概也不值一聽了。③既然系統設計準繩是「愈少愈好」,平衡控制也就順理成章地省掉了。
還有一樣較為不同的做法是多設一組"C-Load"蓮花插座以供插入MM唱頭負載電容之用。一般的前級根本就沒有更變負載電容的設備;若有,也只是一個開關選擇幾個定點的容量而已。像Alpha 6這種外插法可供使用者隨時插入任何數值的電容,非常方便。甚至在使用高輸出MC唱頭時可酌情插入一對負載電阻以減低原來的47KΩ輸入阻抗。我買了一些隔離式的金屬蓮花插頭,其中焊上不同數值的PS質電容,如47pF、100pF、220pF、330pF和470pF等,以備將來使用。現在我用的是Dynavector KARAT-23R MC唱頭,經NE5534的MC放大器Alpha 3放大輸入本機Phono,所以就不用負載電容了(其實我在RIAA EQ線路板上C1的位置也焊上了一個47uF PS電容,所以總負載電容=47pF+外插負載電容量+唱臂和唱盤訊號的引線電容量。)唱頭負載對音質的重要性是不容忽視的;我常見人們不分青紅皂白地換用不同唱頭並評價各唱頭並評價各唱頭音色之差異,鮮知各唱頭所需負載C值不同,用同一負載來評價不同唱頭是毫無意義的。
選擇開關採用四連五段式的Alps藍色密封旋轉開關,這種開關因為密封,故接點不易氧化;它的旋轉觸感亦頗佳。四連中只用兩連供兩聲道用,五段則分Phono-MM、Phono-DAD、Tuner、Aux和Standby。Standby其實是什麼訊源都不接的位置,可供暫時靜音之用。
放大線路架構
因為音技社的PC版製作精美,我打算採用音技的Pro序列設計。經再三考慮,我選擇了Pro-217。原因無他,是因為Pro-217是Pro序列前級中線路架構最「先進」的(現在有新的Pro-218,基本架構與Pro-217相同,但RIAA EQ部分改成衰減式的);不但採用FET差動輸入,並有FET串疊線路,和第二級差動放大的電流鏡負載。比起Pro-213來,Pro-217的架構的優點不難看出,而比起Pro-212,則見仁見智。因Pro-212有被動衰減式RIAA網路的特色,架構卻並不出眾(儘管它有怪異的不平衡差動法),況且訊號需經過兩級放大部分,理論上S/N和失真特性會稍受影響。
自從音技於75期推出Pro-217以來,似乎無人寫過有關的裝機報告。稍後音技服務部供應的PC板有些許變更(LM334恆流源IC取消了,以一只電阻代替),附帶的零件表也顯示各工作點亦重新設定。除了供電從±24V降至±15V之外,各電阻數值已大幅改變。另外,所用的晶體除了2SK146和2SK150雙FET之外,其餘的全改用Motorola的MPS8099和MPS8599低雜音晶體。這些變更並未在音技篇幅中公開發表,Pro-217試製者可實驗比較兩種設計的異同。
我的Alpha 6並未完全採用新的Pro-217的設計,而是按照原來75期的各工作點,重新為±15V供電而改算出的。當然,因所有的PC板是音技供應的,LM334恆流源也就不用了。表一列出Pro-217的原±24V供電設計元件數值,新的±15V音技設計,和我的Alpha 6設計相互對照,供讀者們參考。
在RIAA回授網路方面,Pro-217的R17、R18、C4和C5值皆未改變,落地的R19電阻在新設計改成1.2KΩ。我認為12.KΩ值似乎偏高,使得RIAA EQ級在1KHz時的增益降為10倍(20dB)左右。RIAA輸入靈敏度的標準是2.5mV,要放大至150mV的line level應有60倍(36dB)的增益,所以我採用R19=182Ω。
10倍放大部分的增益則設定為20dB(名符其實的10倍),輸入電阻R1改為620Ω,可改善音量電位器和輸入部分的阻抗匹配情況。輸出電容C3捨去不用,而以跳線連接,使10倍放大部分變成真正的直流放大器。讀者們不要以為鉭質電容的品質比鋁質電解電容好,除了漏電較少之外,鉭質的DA(dielectric absorption)和DF(dissipation factor)都和電解質一樣差。不信請見Audio月刊1980年二月和三月號Walter Jung與Richard Marsh專文,或音技55和56期譯文。以音質觀點來看,電容愈少愈好。再好的電容也不可能比一條直線好。所以不管是PP質電容也好,WIMA PC質電容也好,絕不勝過直接交連。
電源供應設計
穩壓部分當然採用音技的併連穩壓電路,並把穩壓電路板裝在RIAA EQ和10倍放大Flat amp部分同一機箱內以保低阻抗特性。電源變壓器和整流部分則分別裝在分開的小機箱內以免AC磁場干擾。這個做法我曾於因技75期和76期製作Alpha 3 MC放大器時提出。音技也於Pro 2000機箱採用類似的設計。此次電源部分命名為Sigma 6,並採用堅新的完全密封小型變壓器。整流方面用方塊形的10A/400V橋式整流子,並於Sigma 6機箱內設2.000uFx2濾波。在Alpha 6箱內除了穩壓板上的2.200uFx2之外,另設5.100uF/40V電容兩枚,使得總綠波容量達18.600uF之巨,這比許多後級的電源供應器還來得有「勁兒」。
因為整流子已裝在Sigma 6內,併聯穩壓板上的四只整流二極體就不接了。另外在穩壓器輸入處引出未穩壓的直流電,串聯限流電阻以點燃面板上的LED。
機箱的選擇
因手上有一個音技的SF2002無音控小機箱,所以剛好適用。我做了幾樣機箱的改變以符合Alpha 6的設計要求。主要的是面板和後板的改變,讀者不難從圖二至圖四照片中看出。上蓋的系統結構方塊圖因與本機不符,也重新打磨噴漆蓋掉。
試機與修正
三塊PC板逐一插焊完成後,用三用表作靜態阻抗比較法量了量RIAA EQ和10倍放大級,並目視檢查確定無誤後,鎖進機箱。此時箱內配線都已完成,信號線完全採用有色碼的單線,不使用隔離線。單線採用多蕊高純度銅導體的細線,約20號粗的即可。本機地線接法是純粹的「一點接地」,只在Phono輸入端接機箱(見圖五)。只要無誤,絕無地環路哼聲。
先接上電源穩壓部分,用數位三用表測其空載電壓,並調整R3可變電阻使輸出電壓為±15V。此時沒有負載Q10(2N6556/6553)的小散熱片溫溫的,而Q1(2N6553/6556)則微微一點兒溫度。街上兩個330Ω/1W的線繞電阻作負載;此時輸出電流為46mA,負載電阻溫燙燙地。輸出電壓仍保持穩定的±15V左右,Q10的溫度也在加上負載後降低不少,驗證了併聯式穩壓的特性。
把10倍放大接上電源,並量取中點電壓,旋轉VR1輕易地就調成≤±0.001V。雖然是純DC是架構(C3拿掉了),經長時間監視下並無漂移現象。甚至大幅變動其輸入負載(從短路至620KΩ)也不會影響其穩定性。VR調整至0V剛好在中間左右,顯示音技供應的晶體匹配情況甚佳。在C2=33pF時毫無高頻震盪的趨向,於是Q3 C、B之間也就不併任何電容了。本及工作異常穩定,使得我似有悵然所失之感,這簡直太容易了嘛!
等接上了RIAA級電源才知不妙。輸入負載接上470Ω以模擬一般唱頭線圈阻抗,試圖調中點時才發現與10倍放大級大異其趣。VR稍微轉一點中點就偏到+10V,再稍微轉回來一點兒又降到-6V以下之多。花了半天工夫,好不容易調到±0.2V以內。休息一下,換了輸入負載電阻到1KΩ試試,中點竟又偏得離譜!原來因為本級在低頻的增益頗高,只要訊源阻抗有點兒變化就會嚴重影響中點。無論如何,街上Shure V-15III HE唱頭,把中點調得近於0後,接上後級和喇叭試聽。
轉動音量VR時有沙沙聲,低音喇叭也跟著亂動,選擇開關轉至Phono-MM時也有衝擊聲,因此判定是直流偏移問題。乍聽音質似乎還不錯,但Phono-MM檔音量旋扭轉大時有微略的哼聲,並且在音量轉到最大一格前會「碰!」一聲巨響,低音喇叭跟著收縮一下。這種虐待對低音單體是極不利的,但幸虧Theta 6W副低音的Philips AD70655/W8單體構造結實,承受功率也大,因而無恙。音量鈕最大一格的碰聲初步判斷是有直流之外,也可能是阻抗匹配問題。
直流漂移問題似乎除了改變回授使DC有100%回授率之外,別無他法。我對採用伺服線路不太感興趣,因若再加上伺服,必也加入失真和雜音。更重要的,伺服線路增加全機的複雜性,騎在母板上的小伺服板也不好看,所以與Alpha 6主旨不合。我在R19底下串了47uF/35V的鉭質電容,並也併上1uF WIMA PC質電容和0.47uF的PP質電容各一枚。在這裡用鉭質是很不得已的事,因為若要保持20Hz平坦的低頻,必須用到44uF以上的容量。只是PP或PC質,或甚至Polyester的都不可能達到如此高的容量。若要用鉭質電容的話,則耐壓愈高其DA和DF都較佳,所以我用了35V的而不用16V的。加上電容後的綜合低頻響應是-3dB於18Hz,與新的IEC發表RIAA曲線有點兒類似,只是低頻衰減緩和些。
重新上電測試,中點果然好調多了,甚至比10倍放大級還容易,調到≤±0.001V,經長時間監視,並換用不同輸入負載(0Ω~開路),也不會漂移。於是決定把RIAA EQ級的輸出交連電容C3取掉,改成DC交連。這樣又少了一個電容,心中痛快無比。
再接上喇叭試聽,選擇開關衝擊聲依舊,音量控制的碰聲也沒消失,使人頓時灰心透頂。絞盡了腦汁都想不出道理來,就這樣費時忘餐了一天。中點直流不可能是問題了,那難道是阻抗匹配不良嗎?RIAA EQ的輸出阻抗很低(想大概在100Ω以下),10倍輸入阻抗是620KΩ(R1值),用100KΩ VR作音量控制應不成問題才對呀!
我試著在音量VR第一腳上串聯一枚5.6KΩ電阻後發現「碰」聲有減低的趨勢,於是改用一只33.2KΩ的,碰聲即消失無踪。
這是很令人摸不著頭腦的事情!電阻的串入增加了RIAA EQ的有效輸出阻抗,應會惡化阻抗不匹配的情況才是。而且VR1上串了那麼大的電阻,除了有衰減損失之外,對信號雜音比也不利,所以這也不能算是解決之道。翻開以前的音技「裝機問答」,也不得什麼要領。偶然翻到42期Acc 3100前級的線路圖時,發現其中音量VR前有一個由2.2KΩ電阻和50pF電容所組成的低通網路;算一算轉折頻率有1.5MHz之高,對音頻可說是一點兒影響都沒有。它的作用到底是什麼呢?又發現ESS前級原機線路(17期)中也有類似的設計,不過數值是10KΩ和47pF(轉折頻率340KHz)。唐主編在文中並沒詳細解釋,只說這兩樣元件是「系統配置時加入的,並非必需」。
不管三七二十一,試試再說。於是加上4.75KΩ和47pF的PS質電容試機。轉折點是極高的700KHz,絕不影響音色。
出乎我所料的,此法竟完全靈驗!不但「碰」聲完全消除,選擇開關轉動的衝擊聲連帶稍有的哼聲都一掃而清。
更令覺得奇怪了,加上的4.75KΩ和47pF只在極高的射頻有作用,怎會影響哼聲和衝擊聲呢?我到現在仍未能完全瞭解,待有較我經驗更深厚的讀者回答吧!
本機雖是Pro-217架構,零件數值卻有許多變更之處。圖六和圖七是RIAA EQ和10倍放大的完整線路圖供讀者們參考。
試聽與測試
所有的問題都解決後,稍微做了一些簡單的測試。因儀器有限,我只觀察了Aux輸入的方波波形、殘餘雜音,和輸出入相位響應(李沙育圖形)。
方波在低頻和中頻都十分優異,輸出波形和輸入波形完全分辨不出。因十倍放大部分改成純DC架構,故20Hz甚至更低頻率的方波仍方方正正。在20KHz時可看出方波邊有極其微小的圓角現象,非常不明顯,而且只有在示波器水平靈敏度很高的情況下才看得出。100KHz時方波波形都可謂甚佳。
相位響應亦很好,中低頻李沙育圖形都是細細一條斜線,表示沒有相移,一直到100KHz時才有較明顯的橢圓形。
本機RIAA EQ的S/N還不錯。輸入短路情況下音量轉到最大只聽到很弱的些許沙聲而已,並且完全沒有哼聲。音量轉到一般聆聽位置(大約11點鐘)時一點雜音都聽不到。RIAA曲線的精確度因無標準的反RIAA網路,故無法測定。
我採用的Noble密封式音量雙連電位器有極佳的循跡相配特性。-50dB之間兩聲道誤差不超過0.16dB。甚至-52dB時這種誤差根本聽不出來。
Alpha 6音質我覺得是非常優異的,它雖然是不折不扣的晶體機,卻無「晶體機式」的粗糙、生硬音色;它也並不像真空管機,音色不肥、不軟、也不濁。它的「焦點」驚人地精確,細節與音像無懈可擊。音場的寬、縱、深都完美重現,栩栩如生,有一種圓滿的三度空間感。音色方面,Alpha 6是很「整體」的,它從新鮮、甜美、開朗的高音域一直到最深的低音域都有一致的特色──忠實、結實的原音。幾乎沒有一點瑕疵,使得整體的表現顯得很自然。
比較許多其他名機,如Acoustat TNP、PS Aidio IV、Spectral、Hafler DH110、NAD 1020和Bryston 1B,Alpha 6皆能毫不遜色。各名機都具不同的特色,而Alpha 6的音色與Spectral前級似乎最相近。下次還有機會時再予Mark Levinson ML-6A和Threshold FET-ONE前級較量,可算為Alpha 6身價最終的考驗吧!
轉載音響技術第98期FEB. 1984 Audiosight 甘棣見聞/以PRO-217為架構的ALPHA 6前級/甘棣
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