SEA控制器的結構與使用－老音響資料庫/蘇桑部落格

　　本刊第九期「SEA妙用無窮」文中,葉漁者先生對SEA的由來及功用說的很詳盡,使筆者深感興趣,因這關係著音響效果,直接影響聽音者的生活情趣,簡單的說,音響最基本條件的「頻率響應平直」,利用SEA來處理,真是簡單方便極了。筆者自不量力,也提供一些淺見,並介紹日本JVC最新的SEA-50製品的線路,供有志製作者共同參考。

SEA沿革

　　SEA(Sound Effect Amplifier)為一種音響效果控制用儀器,比前置放大器及擴大機中的音調控制「高音及低音」來的複雜,功用也更廣闊。音響效果控制很早就使用於專業性錄音室,音響工程師製作音樂時,採用控制盤及混音器(Mixer),對音樂廳及來自其他音源的音樂加以潤色,而創作出更自然的音響。

　　不過,即使再優秀的音響工程師,也無法配製出適合社會各階層需要的音樂,另外,家中聽音室的影響,也使音響效果發生變化,譬如喇叭的位置或牆壁隔音吸音特性不同,均使音響效果發生變化,所以欣賞者可自行調整一下,才能使音響生動,調整時,也使欣賞者有一種創作的滿足感,其樂趣實難形容。關於早期(約十幾年前)的箝制放大器及擴大機的音調控制器只分為高音(treble)及低音(Bass)兩種,對當時欣賞者的需求,兩種調整控制是足夠了。不過,漸漸地,欣賞者的要求提高,使音調控制器除了高音及低音旋鈕外,尚追加一些附屬控制器,而最終目的均為使欣賞者能聽到想聽的音響。

　　大約十幾年前,已有屬於音響效果控制器(SEA)儀器的,可是一般人並不太接受它,還是習慣於前置放大器及擴大機的音調控制器,大概是SEA的控制較麻煩所致,所以當時的SEA還是屬於專業用途。可是,即使音調控制器再追加附屬控制器,還是比不上一台屬於專門控制音響效果(SEA)的儀器來得更完善,欣賞者採用SEA的趨向是必然的。

　　早期的SEA構造簡單,選用控制的中心頻率少,像美國Scientific Audio Electronics, Inc.的早期SEA製品編號MARK IX只選用80、320、1280、5K及15K等五個頻率,葉先生文中提到的日本JVC早期製品PST-100選用60、150、400、1K、2.4K、6K和15K等7個頻率,使用的通頻濾波網路特性為12dB/倍頻的斜率,即頻率每增大一倍(或降低一半)的電平下降12dB。

　　最近數年來,專業方面在錄音室內或音樂廳內,為了更精細地配置更完善的自然音響,所需要的SEA的控制頻率及特性品質更好,但在家庭中,相對地,對SEA的認識及使用也會提高。在經濟原則上,SEA選用控制的中心頻率由早期的5個、7個改進為10個以上,最高頻率由15K推廣至32K,最低頻濾由60、80變為40、30、10Hz,採用倍頻方式,所以又稱為倍頻等化器(Octave Equalizer)。最新的SEA產品有日本JVC的SEA-50,日本Technics的SH-9090,美國Scientific Audio Electronics. Inc.的MARK X VII,另外美國ALTEC也是SEA製造廠家,其製品被廣泛使用於劇院及音樂廳。

　　SEA-50的控制中心頻率為32、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16K(12K或20K),其中12K、16K及20K可以選擇。SH-9090的中心頻率選為10、30、60、125、250、1K、2K、4K、8K、16K、32K,中心頻率可以變換,在每一中心頻率處均設有旋鈕,譬如中心頻率10Hz處有一旋鈕可以改變頻率,由5~20Hz,也就是10Hz的選定可以變成5~20Hz之間。另如30Hz的旋鈕頻率由15Hz~60Hz......,因此,SH-9090的調整更為複雜了。MARK X VII的頻率為40、80、160、320、640、1,280、2,500、5K、10K、15K等10個。

　　新的SEA製品中,有的含有兩聲道分離之控制,相MARK X VII總共有20個電平控制滑動器,其中10個為左聲道,10個為右聲道。但相SEA-50及SH-9090,僅能控制一聲道之用,若處理立體雙聲道,則需要兩台共同使用才可。

SEA的動作原理

SEA的頻率響應,當個滑動鈕均置於中心位置,特性平直,也就是輸入與輸出電平完全一樣。當滑動鈕上移,則輸出電平就提升,最大可提升16dB(或8dB);滑動扭下移,則輸出電平下移,最大可下降16dB(或8dB),可以按鈕來選擇。

所以其上升及下降的特性如圖一,該曲線特性為以中心頻率為準,每隔兩倍頻或½頻率就下降12dB。像這種選擇中心頻率及頻率曲線必須採用共振線路。共振線路有兩種,一為CR共振,另一為LC共振。CR共振線路在共振點的Q值要大很困難,且通頻帶很寬廣而不適用,另外其插入損失(Insertion Loss)大,所謂插入損失乃因阻抗不匹配造成的,信號電平在輸入時就遭受衰減,所以CR共振線路不能使用於SEA儀器中,不過,在前置放大器及擴大機的音調控制線路,其共振頻率數少,Q值小的情況也可適用,故可採用CR共振線路。

　　SEA中諧振頻率數多,必須採用Q值高的LC共振線路,其中L採用電感線圈的不便處在葉先生文中已提過,同時,若共振頻率低,L值必須大,則所繞線圈外形就大,相當佔體積。線圈雖有優點,但缺點是受鐵芯影響及低頻體積大使用起來確實不便。

　　因此,有採用半導體方式的「L」,及如葉先生所說的"Simulate"方式。此可得Q值大的實用特性。使用半導體「L」方式,即使共振頻率低且Q值大的「L」的體積也很小。以前使用的線圈,為使線圈特性好,採用了75%鐵、鎳合金(Permalloy)含於線圈中,其失真率約為0.05%~0.02%,若使用半導體L,因沒有採用鐵芯,其失真率可達於0.01%以下是相當簡單的。同時線圈的尺寸大小影響特性,鐵芯小容易飽和,因此,鐵芯的大小影響到動態範圍,若欲使動態範圍大,鐵芯要大,相對的,線圈也要大,則SEA在裝配時就相當麻煩,在半導體L方面全無此問題。另外,變壓器及線圈特性均屬於磁性的結合物,電源變壓器的磁場會感應至線圈,為了使S/N比很好,則線圈擺設位置及隔離就需要詳細的考慮,這也是相當麻煩的事,所以採用半導體L是一大革新,使SEA品質向前跨進一大步。

　　半導體L的動作原理,請看圖二為其基本線路。其中放大器增益為+1,輸入阻抗Zin由等效線路如圖三可以計算出來,電壓及電流的關係形成兩條式子:

　　(4)式中,R=R1+R2為直流電阻,L=C1R1R2為電感量,兩者串聯如圖四,所以SEA線路使用的半導體L就形成了,請看圖五為SEA中所使用的線路,其等效線路則如圖六。由圖六得知:

　　另外,關於共振特性Q值的定義為

　　因此,Q值決定於電容量之比。

由上式,「半導體L」可完全代替線圈,欲使Q值變大,相當簡單,一般Q值設計在SET中大底在2.5左右。

　　在圖五中,放大器增益為+1為「半導體L」的重要條件。此放大器線路有很多種,但增益為+1,失真率很低的條件,採用OP.AMP.價錢高,因此可以採用一個NPN及一個PNP構成的線路如圖七所示,價錢低、性能好。屬於一種反相達靈頓線路,前段為PNP,後段為NPN的混成二段直交線路,其回授電阻RNF為0,來DC~AC其負回授為100%,因此增益為+1,Q1、Q2均選用低雜音電晶體,則雜音低,S/N可以提高,Q2應使用hfe大的,因此可採用達靈頓線路如圖八,由兩個NPN電晶體組成,其hfe大至10000,輸入阻抗由前段電晶體的負載決定之,因此前段電晶體Q1的動作條件應注意之,其hfe應使用在300~350左右,如此,整個放大器的總和hfe約為300~350萬,而負回授為100%,所以輸入阻抗接近於無限大,對⑥式的共振頻率

　　另外,電容C1C2的損失隨電容的種類而不同,譬如膠膜電容,電解電容及鉭電容,均有不同的漏流及損失,此可用來調節Q2的增益,而使整個放大器的增益為+1。

　　整個SEA-50的構成線路的「半導體L」均由此線路構成,圖九為SEA-50的整個線路圖,供讀者參考。

SEA 中心頻率的音響特性

　　SEA由5個、7個選用中心頻率發展成10個、12個頻率,以SEA-50來說為32、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、12K、16K、20KHz等10個滑動控制鈕,而有12個頻率控制。

　　現在職業錄音中,立體錄音時,依立體音如何設計,樂器迴音特性以及麥克風佈置的性質均有不同的音響效果,當然,在錄音室內的音調控制調整相當必要。而在家庭中,欣賞也可做適當的調整,使喇叭音響更動人。現以SEA-50為例,說明各頻率的調整造成的音響效果。

　　當此滑動扭下降,低音樂器等的電平衰減,若將滑動鈕上升,使低音加重,低音古、管風琴等的魄力產生,使音響有安定感。

　　此附近的頻率音量增大與減小隨聽音室大小而不同,若欲使有心情輕鬆的音響,則將此鈕下移。

⑤500Hz──SEA滑動鈕:

　　此附近的頻率,為音樂基本頻帶影響音強度大小,則音響有大的衝擊力。

⑥1KHz SEA滑動鈕:

　　在有人唱歌的歌曲,此鈕滑動對音響影響很大,歌聲在喇叭之前而出以及臨場感,可以調整此鈕。

　　此音域對人耳朵有大的刺激感,鈕上移就好比弦拉緊使聲音更尖,易使聽感疲倦。相反下移,則音響趨於平滑,聽起來較順耳。

⑨8KHz SEA滑動鈕:

　　此鈕上升,使弦及管樂器聲音加強,形成華麗的音響,此鈕的調整,對音質有微妙的影響。

⑩(11)12K/16K/20K SEA滑動鈕:

　　適度地將此鈕上升,則使高傳真音響有了較佳纖細的高音:鐃鈸(Cymbals)的輕快音響,也得以增加其纖細感。

　　另外,像唱頭10K~20KHz附近的共振點,也可使用此鈕加以補正之。

SEA 的操作特性

　　一般SEA的輸入輸出端及控制鍵大抵有下列幾項:

(1)SEA電源開關

(2)SEA開關,此開關置於ON時,則各頻率電平的調整均有效,DEFEAT時,則信號不通過音質調整線路,所以音質調整後的音響效果與沒調整的比較,由此開關切換即可輕易地比較出來。

(3)SEA錄音開關

OFF時,信號沒通過音質調整線路的錄音狀況,ON時,則信號通過音質調整線路。

(4)錄音機連接端點有2系統,此二系統可以做錄音機互相複錄之用。SEA的錄音機輸入點電平較高。

(5)唱盤接點及調諧器接點以及輸出至調諧器的接點。唱盤及調諧器接點,是用輸入電平較低者。SEA輸出點接至擴大機。

(6)Auxiliary接點

　　此接點適用於高電平信號的輸入,譬如錄音座(內含放音前置放大器),電視機聲音,有較高輸出電平的調諧器或唱頭。均可接用。

(7)其他方面

　　有的SEA負有AC插座,A插座分成可切換性及不可切換姓,可切換性插座可連接至調諧器、錄音座等,受到SEA電源開關的控制,但不可接至唱盤,避免造成轉盤不規則滑動,尤其是採用墮輪帶動式轉盤。它可以接至不可切換性插座,然後,自行切換電源。

由此可知,SEA接於唱盤、調諧器、錄音座等與擴大機之間,用以控制音響特質,由調頻台來的音樂,經SEA調整潤色之,可從擴大機及喇叭放音出來,也可以錄於錄音帶上。在錄音時,也可監聽信號源及錄音帶,也就是說,音樂進入錄音頭之前,可經由喇叭放音出來,這叫做監聽信號源,而信號經錄於錄音帶後,馬上經放音頭放音出來,再經擴大機放大,由喇叭發出音響來,此稱為監聽錄音帶,經由SEA的切換開關,馬上可以比較錄音的成效。另外,錄音機及錄音機之間可以互相複製(Copy),所以SEA的使用範圍很廣。

室內音響特性的測定及SEA的調整

　　欣賞傳真音響的首要條件,即「聽音位置」的頻率響應特性平直,這裡特別強調「聽音位置」的理由,乃音響最終目的乃欣賞者在聽音位置的欣賞效果。同時,我們也知道在同一聽音室內的不同位置,其音響特性均不同,其音響效果也不同,而一般要求音響器材特性好,頻率特性平直,其目的還是在欣賞效果,所以欣賞音響是屬於整個系統的問題,由音樂源經系統處理到達欣賞者的耳朵,其過程均影響音響效果,老實說沒有一個人在不同位置能欣賞到完全一樣的音響。製造音響器材的廠商,一直尋求產品品質的改善,譬如在失真、雜音及頻率響應方面,而音樂帶及唱片等儲存音樂的軟體製造廠商,也極力要求信號能完美的記存。再說,欣賞者本身在家中聽音室也極力佈置,尋求音響室的最佳音響特性。單就頻率特性平直這項特性來說,儀器的品質、聽音室的佈置就不知花費多少心血和精力,所得到的仍然不會有大的突破,也就是事倍功半。本人認為以SEA來解決頻率特性平直的問題,是最經濟最方便的事了,雖然SEA並不見得能使頻率特性完全平直。

　　欲得良好的聽音效果,則須對聽音位置作音響特性測試,然後依據測試結果,利用SEA做適當的調整。

　　聽音位置音響特性測試之前,必須先將喇叭位置設定好,聽音位置也設定好,同時聽音室內的設備佈置均不再改變之後,才可進行。

　　測試音響特性需準備的用具如下:

(1)音響測定器: 用以測定音響電平大小。一般均採用無指向性麥克風,經一⅓倍頻分析器(Octave Band Realtime Analyser),再接至電平指示器即可,其中⅓倍頻分析器乃根據IEC規格(國際電氣標準會議)而製作,不過,這種音響大小測定較麻煩。最近,日本JVC及音響測定公司的新製品,體積如小字典一樣,使用相當方便的音響電平測定器,JVC的為LM-3,音響測定公司的為SM-6,它們的構造為採用無指向性電極型電容式麥克風(Electret Condensor Microphone),經一聽感補正線路(依據JIS騷音A級測定法),再以VU表指示出來。

(2)錄音座用的標準測試帶,屬於盤式及卡式測試帶各一,測試帶內容有同電平個頻率的錄音,譬如說路有333Hz、125Hz、1K、6.3K、10K......等的測試帶,其電平均在-10dB。

(3)唱盤測試用的測試唱片,唱片的錄有同電平各頻率信號。

　　準備了上列三樣用具後就開始聽音位置的頻率特性測定。SEA與其他音響器材的接法,唱盤、錄音座及調諧器接至SEA的輸入點,而SEA的輸出點接至擴大機,擴大機輸出接至喇叭。

　　沒有兩台唱盤特性完全相同,唱頭與唱頭的特性也不盡相同,錄音座方面也一樣,為了使任何放音聽音位置得到平直頻率特性,則任何一台唱盤及錄音頭均需有各別適當的SEA調整,調整修正結果均不相同,譬如唱盤A與唱盤B的特性不盡相同,在唱盤A放音時,SEA調整修正位置應採用適合唱盤A的位置,而唱盤B放音時,當然SEA調整在適合唱盤B的位置,其他如錄音座更不用說了,均應作適合的修正了,另外,錄音頭及唱頭不同,也應有不同的修正位置,欲獲得SEA調整位置方法,在唱盤方面,將測試f特性唱片置於轉盤上,並將SEA各滑動鈕歸零(中央位置),使放音而將各頻率在聽音位置的音響電平紀錄下來,畫成頻率響應曲線圖,然後依據曲線圖調整SEA各滑動鈕,再從頭測試記錄之,則逐次修正,即可得較接近於平值得特性了,當然沒有辦法完全的平直,然後將SEA各滑動鈕位置記錄下來,即屬於採用此唱盤及唱頭時放音,所必須補償的位置。