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設計之目的: 一般為,

一、放大音源所產生之微功率,滿足主放大器之要求。

二、解除音源,內含之預行壓縮,使原音重現。

三、匹配音源與主放大器之阻抗,達到音質、音量之最佳配合,進而獲得滿意之音色。

四、消除或壓縮音源中不必要之雜音。

五、加入特殊音樂效果;如吉他前置放大器等。

前置放大器之要求條件: 

一、能將一毫伏或數百毫伏之音源電壓,放大至2.5V,也就是有68至36分貝之放大能力。

二、具有RIAA(唱片)或NAB(錄音帶)之頻率等化功能。

三、低雜音,S/N較好之輸出。

四、低失真度。

五、能具有功率控制為最好。

前言: 

  音樂之喜愛是一種嗜好。而欣賞的口味也因人而不同。它有著地域性、時間性,正如時裝,不停在變化。當然導致這變化的主因,正是欣賞者需要的不同。這樣才會有老曲新奏之存在。上述之目的,旨在說明「設計的目的」在求適應欣賞人的口味,因之適應度越寬,那麼設計人的智慧、知識、經驗與製作人的技術就得越精湛了。

設計人應有的認識: 

(1) 設計之主要目的,與達成的手法。

(2) 可能的規格,與不可違反的事項。

設計時首先考慮的事項

甲、雜音因數

  理想的前置放大器的雜音因數應當為1。(facter=1)實數(feature)為0。

  事實上,很難能達成上述的目標,其原因如下: 

  A、各元件本性上的雜音。

1. 活性元件之本性(Nature)雜音: 半導體、真空管、及已知的任何有放大作用之元件,本性上就具有雜音,大體可分兩種:

(1)恆流雜音; 其符記為in,效應平行於輸入,晶體之基流越大,in也越大。把輸入開路後所得之雜音為in

(2)恆壓雜音; 其記載符號為en,其值隨電阻,溫度及通頻帶之寬度而異,為輸入短路後所測得之雜音。

  有關上述兩項,請參考一九六一年由Sanderson先生所著,低雜音放大器設計中之簡化雜音原理及應用一書,這本書等於是實驗報告。

  雜音因子公式,在氣溫為25時為: 

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  在廠機之設計,當然可以選定元件,必要時依標準生產所需之元件。但對業餘人員來說,這是不可思議的事。Rg之誤差為四倍時雜音1分貝。因之,如果你購買音樂器材,最好使用廠家提供之配件、組件,最好不要自行選擇。否則花了大錢,得不到好的品質。有關此點,今後有空再作說明。

2. 被動元件所產生之雜音

  電阻、電容、......etc所產生之雜音,深信朱君對此點已知很深,不必再提。

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  (順便想起了pony用插頭式端子來結合音響器材,認真說起來是自找麻煩。音樂不比電腦,電腦頻率單純,電腦不以音響作輸出,而音響器材之輸出為音壓。單以100W的放大器,所造成的音壓,足可以使每塊模板與插頭隨聲起舞。那豈不是成為了雜音的產生器了嗎?)

乙、音源之特性: 

1. 電磁唱頭為電抗式,錄音頭亦然; 輸出經常以感抗計算。產生成音功率為唱針與唱片速度之比,因之可稱之為速度型。

2. 晶體唱頭為電容性,通常以容抗計算之。其產生成音功率為唱針與唱溝接觸面之比,也與晶體振幅成比例,因之可稱之為振幅型。

  依前人實驗結果,若使晶體唱頭成為速度式反應,就必須提高前置放大器之輸入阻抗。

  電磁唱頭,阻抗約數拾K。晶體唱頭一般其電容約為300P,至3,000P,但亦有10,000P者。

丙、線路之決定

  線路之結構對音響之音色與音質之影響亦如元件,也有優劣之分。諸如差動放大作第一級的,雜音指數好;射極隨耦的,頻率響應好。回授網路健全的頻帶寬......etc,但這些也要看我們所使用的末端元件如何。其低頻響應為60週,那麼再好一點的前置放大器,也不會產生突出的效果。除了主放大器與喇叭的匹配後產生特殊效果之現象之外,一般線路是少有這種事實的。這點等到主放大器製作時再談。各型網路element之搭配會產生不同之音色與音質。設計人選擇線路,有如作曲家之選擇樂器,何者為主奏,何者為從奏。

  總之要求愈嚴,設計公差也愈小,愈進入業餘人員難予達得到的境界。

  設計開始:

一目的: 要求工作可能性高,品質次之,以利自作。

二使用材料: 以廉價,而且易於獲得者為主。

三結構: 簡而易行。公差大,電壓有大的變動,溫度有大的變化能照常工作。

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選另件: 

  唱頭: 省產陶瓷唱頭,使用省產鑽石唱針。

  晶體: 市面上常見之PS9014B或C。

  網路: 習用式稍予改良。計算後得圖二之值。

  偏流一般情況

為求大公差計。Q1之偏流為ICQ, Q1120uA。

        Q2之偏流為ICQ, Q2300uA。

        Q3之偏流為ICQ, Q3500uA、

  上述之情況,係工作在12VDC時所得。

R4之值,依學理值當大得多,但為求足夠之放大率與不在回授網路上增加電容器,故取680Ω。因之穩定性稍差一點。可是一般後級放大器音色平平,穩定與否均不見特殊效果,因之就此作定。

R8,68,是防止相位失真而設的。

RL,是假負荷電阻,以建立經由R3 R5,通往Q2基極之回授網路。

R11 R12 C3 C4,為RIAA均衡網路。此網路之不用交連電容器,是為了自A點至Q1射極的直流囘授網路,有限制放大之功能。

C5,如果放大倍數過大,可去除此電容器,以增加RL至Q2基極之回授,以抑制其放大倍數。

若放大倍數不足,則於RL與R5之相接點加入CX以解除上述之回授網路,增大放大倍數,CX遠離底板。

RF,C8,當裝於電源處,使反交連內之漣波,遠離前置放大器。

回授取自A點,係防止輸出與回授相互牽制。在一些超水準的後級放大器中,此一牽制相當顯著。

依RIAA規定: 磁頭網路,求提升低音。瓷頭網路則降低低音。但目前流行低音,不降也罷。

此網路為一高輸入阻抗,高靈敏度,高放大倍數,大公差之網路,故必須嚴加隔離。最好能用一金屬板所作成之盒子,接地固定安裝。

所謂大公差,意味著可適應電壓、溫度之大幅度變化從6~24V,都可工作。電壓越高,高音越好,噪音也隨之增加。反之,結果亦相反。

CF,防止高頻發振。其它與習用機無異,不作說明。

製作應注意之事項: 

若使用自製PC板,須加清洗,以免雜物附著破壞絕緣度。

焊錫,使用高級60/40焊錫。低品質焊錫,含雜質與氧化物多;焊劑不佳,易造成不良之接點增加雜音。我本人所使用的為世上之極品。

英國Multicore廠,含ersion 364號焊劑60/40焊錫,為過去中正理工學院助教段君所贈。聽說是台北龍騰公司信義路四段69巷1弄5號所代理。我想自己買點,就怕數量太少不好意思。你倒可以試試。

先將晶體裝入定位,以濕毛巾置於其上,反轉底板將高品質焊錫絲,置於焊點,然後以烙鐵或焊槍加熱,直至焊錫溶解與底板銅片附著才停止。若不這樣,不是晶體燒壞,就是焊點不良。注意不可將焊槍頭燒紅增加錫之氧化。初作者,更應該注意。

最好能使用極品焊錫,學術單位是非常注重此點。不要因一點焊錫,而使你的作品的品質下降,為著一點焊錫,使產品品質下降,實在不太划算。

再將其他另件一一安裝好,焊好即可。

裝配須知: 

為求音源阻抗達低雜音,及較好的頻率響應,最佳方法,以一隻1M,或500K或D型可變電阻如圖三之接法。調整之,以求足夠之放大率與雜音指數。

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使用獨立電源更佳,若使用共用電源,每組電路於RF處增加D1一隻。一般整流子均可用,用以防止大功率輸出時,電源之變動,影響前置放大器,主放大器效果越好,這現象越顯著。

依實際經驗,前置放大器對音質音色固然有影響,但令人不敢置信的事實,後級放大器對音色,有比「前級」更大的影響,我曾以不同結構的體系,相互的實驗、發現。好的後級放大器,配合傳統式前置,發出的音響,高音出到超高頻率,低音出到很低很低。若以圖畫打比。好的聲音有若工筆畫,絲絲縷縷清楚實在,各各出現不與其它的混擾,而差一點兒的後級放大器,低音在80~600週打死人,但不夠低,高音不清爽且刺耳,以圖畫示之,則有若粗網點印刷,不清楚,也不動人,連有名的廠機,也不例外。我所用的一套,比SU3500更好,你相信嗎?這一套尚未發展完整,若你願意一試,那麼就帶著你自己的唱片,到我這兒來,聽一聽比一比,不管是古典的,或現代的。我歡迎你的聽後意見,作為修正網路的指南。

  最後,我願強調的是,音質是儀器可測出的,音色似乎不是儀表所能看到的。就如麵與米相比,化學反應同為碳水化合物,但吃起來,飯與饅頭的味道迥然不同,也許單就音色問題就夠許多人發展與研究了。頻率相同的提琴,同一個人拉起來味道不一,也許一隻只需幾十美金,另一隻就得數萬美金呢?音色,音色,你到底是什麼。

  我的地址是,台中大雅忠義平和路27~1號。你自台中坐到清泉崗的公路局班車到底,一問就知道了。你來時最好能先行寫信告訴我。

  此一線路,經試驗過的。樣品送與音響技術留念。另件,到處可以買到,你為什麼不試一試呢?若你不把晶體用銲槍燒壞,另件沒有插錯地方。我保證你能成功。

編註: 陳先生的這篇大作,固有某些論點有待商榷,諸如: 

  一、實作例中,所舉為放大器之製作,放大器原為速度響應型唱頭而設計,用之於一般瓷質唱頭的後果可能有過激(文中用1M電位器衰減來補救)頻率響應不可想像的扭曲化等。

  二、有關音響採用插入式模板的問題,假定100瓦擴大機所生的音壓足可使每塊模板與插頭隨聲起舞,那麼在電腦電路上便可能造成更嚴重的後果,說不定隨便一個咳嗽都可使電腦亂進位亂加減乘除亂開方起來。

  三、根據實驗(這個實驗國內的學術機構便可以做)幾十美元和數十萬美元的提琴,用示波器觀察很容易由波型上看出音色的不同,反之當一個重物掉落在鋼琴鍵上時,和名家以同樣的力量彈奏那個單音的音色並無兩樣。科學研究的精神,最珍貴的是在找出差異之外,更追究發生差異的原因。而這種精神正是研究Hi-Fi改進Hi-Fi的根本支柱。

  以上有待商榷之處,除去希望對此有研究或興趣(我們不希望一定非專家不可)的朋友們,能寫來更深入的分析,茲先將陳先生大作原文刊出如上。其中有關設計重點、裝製重點的提示頗為精闢而正確,深值初學讀者反覆讀之。

 

轉載音響技術第5期 MAY. 1976 聲頻前置放大器之設計與製作/陳令樸

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