最近音響方面的技術急驟的進展著,各音響製造廠無不專心致力於新技術的開發,特別是電氣訊號與物理特性方面的事情最被重視。像諧波失真、互調失真等,是在音頻段內測試器能量度的範圍,而像TIM失真則是音頻段內但無法以儀器測試的東西,這是最令技術專家傷腦筋也是最引人注目的東西。
雖然零件方面的技術已經非常純熟,但是以個個高品質的零件組合起來的機器,卻難保證性能的完美,顯然電路理論還有許多值得研究的地方。TRIO-Kenwood公司在對喇叭的電氣、物理性能重新檢討研究之後,發現還有許多理論是過去被忽略或過去無法適當克服的,並發展出一種功率放大器對喇叭驅動的新方式,因其接線方式像希臘字母Σ,故稱為「Σ型驅動電路」,主要在改善喇叭在低頻段的動作特性,因為即使是低頻段的失真,也會因為互調失真的關係使全頻段受影響。
驅動源──功率放大器
作為喇叭驅動源的功率放大器,它的負載並非純粹的電阻,而是動作特性相當複雜的喇叭(因為多是電感性的,若以二音路以上的系統而言,因為分音器裡還有電容,整個特性更是複雜)。一般廠商所公佈於其功率放大器的諸項特性(如諧波失真、IM失真、頻率響應等)都是以純電阻作負載的狀況下測得,雖然它仍能表示放大器的基本性能,但在真正接入喇叭時,其特性恐怕無法保證不變,我想這就是為什麼兩個不同廠牌但特性相近的後級放大器在接用同一組喇叭時,音色也會大異其趣的原因之一。因此,作為喇叭(指常用的動圈式喇叭而言,畢竟這種喇叭佔絕大多數)驅動源的功率放大器怎樣才算理想呢?換句話說,要對付這麼複雜的喇叭要怎樣的驅動它才是理想的呢?在此先來看看喇叭的電氣及物理上的等效電路:
圖1是從功率放大器來驅動喇叭時的等效電路,Bl表示電→運動(機械)的變換系數,Bl左方是電氣部份,右方是機械部份,ZE代表喇叭本身的電氣阻抗,ZM代表其運動阻抗(有關揚聲器之詳細請參閱本刊叢書之二的「現代Hi-Fi揚聲系統設計與製作」一書),各個因子間的關係在圖上已說明。我們現在所關心的是,由於喇叭是電抗元件,驅動源推動它運動時必會產生一逆向感應電壓,因此依圖所示的式子來分析,理想驅動源的電壓應該是
亦即除了喇叭消耗放大器的電力之外,機械的運動結果亦消耗電力(感應電壓為反向之故)。從純喇叭阻抗的觀點來看,圖2(a)為理想喇叭的阻抗與頻率曲線,在共振點時有一最大阻抗,且這共振點必須落在音頻範圍之外,其餘的頻率保持一定的阻抗值,但實際上是如何呢?
圖2(b)表示實際喇叭動作時之阻抗特性,常常這個共振點都會落在低頻可聞範圍之內(有些是擺設環境所引起),且在高頻處阻抗有提高的趨勢(由於電感抗是與頻率成正比的),但阻抗的升高亦非線性變化,因其中還有些因素如懸掛物的阻尼所造成,這些使阻抗升高的結果,將會造成對逆向感應電壓無法吸收,而使得電氣→運動的轉換特性變得很差。依此看來似乎應該以定電壓來驅動喇叭才是最理想的。
放大器電路技術的改良:
最近幾年後級放大器驅動技術方面的改進,各廠都有成果,像TRIO的Direct Drive(指放大器對喇叭,1976年);Yamaha的Ro Control(1978年),Onkyo的Super Servo(1978年)及Dual super Servo(1979年),Toshiba的Clean Drive(1980年),至今TRIO推出Σ Drive。這些新技術的內容分析起來,大部分是針對失真或穩定性的改善,為有TRIO-Kenwood的Divect Drive及Σ Drive是對付喇叭複雜特性的措施,也是針對著爭論多時的喇叭線能影響音質的解決之道。以D.D Drive的機型L-07C而言,它的Slew Rate有±170V/uS之巨,DF為200~400,並且作成Mono形式,以便後級放大器左右分開就放在喇叭旁邊,使喇叭接線能短至最短的程度,雖然這樣會使Pre Amp.至Power Amp.間的訊號線稍長些,但長喇叭線與常訊號線兩者對放大器而言,前者造成的惡劣特性將較後者為甚。
TRIO在達成高阻尼因數的作法如圖3所示,3(a)是L05、07、07II等機種內的接線,可看出其訊號路徑及接地路徑的微小阻抗都被考慮而繼電器的接觸電阻也加入NFB網路中去處理,3(b)中是採用非磁性體的L-01A,不但訊號的地線很粗,直到喇叭端點的地線也一樣粗,訊號路徑的負回輸也稍作改良,結果使DF提高至1000~2000之間。今回的Σ Drive則與上兩電路又有大幅改善,為確實使喇叭線的影響也能利用電路電路的負回授來補償,採用四端點的喇叭接線(不同於傳統的兩端點),另外在接地方面,把大電流的地與小電流的地完全分開,使放大器的電氣終端延伸到喇叭本體的接線住上。(傳統方式的電氣終端只到放大器背板上的喇叭接線點上)。
圖4將一般放大器對喇叭驅動時之等校電路與Σ驅動法之接線情形作一比較,在一般放大器中,放大器是一個獨立單元,喇叭也是一個獨立單元,這兩者之間再以喇叭線來相接;而Σ驅動法的系統裡,喇叭線的阻抗也被接入負回授電路中,實則,它已經與放大器結為一體,好像放大器的實際輸出端是被延伸到喇叭的端點上,這的確是驅動概念上的一大躍進。
Σ驅動法的詳析及其效果:
從圖4中Σ驅動法接線中還可以看出,這種接法時,後級放大器的基準點已經移到喇叭上去了,(一般放大器的接法是在放大器本身的機體內),因此放大器的真正輸出電壓是Vo,而Vo=ei x G.表示喇叭上的電壓是正比於輸入電壓,而不受喇叭線之影響。這個接法的實際效應,使阻尼因數提高到10000~100000之數。在實際接上喇叭時,其特性又如何呢?請參看圖5,
(a)是一般放大器接喇叭時之失真曲線,(b)是用純電阻負載時之曲線((a)圖中的曲線表示接至喇叭採用AC線時之響應,時線表是採用TRIO SPC-100喇叭線之響應),兩圖相較時可發現(a)圖中在中低音域有20~40dB,的劣化情形(指對純電阻負載而言)。在音頻段內,喇叭線的頻率響應應該是相當的線性,然而為什麼放大器一接上喇叭之後,失真就顯著的增加呢?主要有兩個原因:
□(1)喇叭阻抗對頻率的非線性特質
□(2)逆向感應電壓的大小亦非線性
這雖是兩個原因,但兩者之關係卻非常密切,因為前曾述及的運動電氣阻抗中即包含有逆向感應電壓的非線性成份在內,而這兩者在物理上是相同的現象。
當採用Σ接線時,失真特性如圖6所示,與圖5相較,全頻段內大約有20dB的改善,特別在低頻段大約有30~40dB的改善。
關於音質方面:
音響器材的終極目的乃在於Hi-Fi音重播之後的音質如何,怎樣追求更好的音質這點暫時撇開不談,技術人追求的是找出音質不好的原因並將之排除。音響系統之中使音質惡劣的種種要因逐一回溯的話,那就等於是在看音響器材發展史一樣,最近幾年的結論是電容器在電路裡造成種種的困擾,被解釋作音質不良的主因。但是Σ驅動法的概念卻完全排除掉這個觀念,也把喇叭線的影響之觀念排除掉,才得以發現喇叭逆向感應電壓的影響之大。Σ驅動法的系統裡,由於喇叭的行為完全被考慮,而喇叭線也變成放大器的一部份,所以喇叭系統中最難伺候的低頻喇叭能很有效的被控制,結果在音質的表現上有非常良好的定位感,這是拜低頻段失真大幅下降之賜。放大器與喇叭直接相接的話,音質聽起來就比較清晰,因此放大器的基本特性不很好的話,就會把放大器的缺點完完全全表現出來,因此訊號的傳送系統,應該是要從頭至尾當作是一個整體來看待,這是設計的重要概念。
結 語
TRIO所發展的這個趨動法,在接線上並沒有什麼太複雜之處(刊頭上那個所謂的Sensor Circit也只是電阻電容構成的濾波電路而已),雖然是這麼簡單的電路,但是它的觀念是一種最新的,完全排除舊有電路觀念的設計,它不斤斤計較於喇叭線是用銀的還是鍍銀的、平行還是絞合的,粗的還是細的,這些都不是影響音質的完全原因,TRIO能徹底的把原因找出來,跨越喇叭線這一關,發展出Σ接法,至此喇叭線的材質只是價錢的區別而已,對音質而言已無足輕重。相信這種觀念是值得借鏡的,相較之下,那些只為OTL、OCL之區別而三天都下不了決心的人就太微不足道了。
轉載音響技術第60期 DEC. 1980 日新月異/無甚奧秘！解開發燒線的神話/莊 仲
留言列表
