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前级的构造

时间:2012-08-23 16:41来源:未知 作者:admin 点击:
就前级所扮演的角色与功能而言,其实并不复杂。前级只需要负责切换讯源、处理讯号以及控制音量即可。它是进入后级之间的最后一道处理程序,在音响系统当中,它的位置介于讯源器材与后级扩大机之间,因此前级扩大机所扮演的角色其实很明白,它负责讯号整理与调
就前级所扮演的角色与功能而言,其实并不复杂。前级只需要负责切换讯源、处理讯号以及控制音量即可。它是进入后级之间的最后一道处理程序,在音响系统当中,它的位置介于讯源器材与后级扩大机之间,因此前级扩大机所扮演的角色其实很明白,它负责讯号整理与调整的功能。
    依照不同的用途,前级可以简单也可以复杂, 由于最简单的前级只需要具备讯源输入选择以及控制音量,因此以一个讯源切换开关以及音量电位器,加上一个机箱及输出入端子,就可以构成一部前级了。最复杂的前级,可以集各种功能于一身,从讯源输入开始,设计师可以针对每一个输入设计一个缓冲电路,用来隔绝前级与讯源之间的缓冲接口,讯号经过切换开关之后,则以最复杂、最严谨的心态,架构一个庞大的电路架构,其中包含缓冲、等化、调整等等步骤,最后再经过一级缓冲电路,将组抗降低之后输出到端子。当然,有心者可以使用简单的IC,也可以使用大量晶体管架构电路,如果对于真空管有兴趣,当然可以在机箱内塞入满满的真空管,外加上电池供电等等额外的设计,只要具备前级的功能,是没有什么不可以的。
    撇除简单至极的被动式前级以及夸张复杂的全功能型前级不谈,我们将焦点集中于一部标准的前级应该具备哪些基本架构。
    前级也有人称为「前置放大器」,由于设定的放大倍率为十倍,因此也有人称之为「十倍放大器」,在此则通称为「前级扩大机」,简称「前级」。输入端子是任何器材皆必备的,前级仅使用讯号线输出入,目前市面上的前级除了Mark Levinson早期的机型使用Lemo头之外,其余不是单端的RCA端子就是平衡的XLR端子。XLR端子也有人称为Canon头,这种三孔插头与数类转换器使用的平衡头完全相同,不过在名称上请特别留意。XLR、平衡头、Canon头指的是插头本身,而「AES/EBU」指的是数字传输的格式,因此不要在前级上见到了XLR头,就说是「我的前级具有AES/EBU插头」,那可会把人吓坏的。
    部份欧洲器材也会使用特制的输出入端子,Linn、Naim都曾经使用过多孔DIN插头,这种插头与平衡头一样,具有负端先接地的功能,因此在未关机的情形下可以直接拔除讯号线而不会发出杂音,使用单端RCA头的用家绝不可冒然一试。
    讯号藉由输出入端子进入前级之后,利用电路板或隔离讯号线,将讯号引导至切换开关,切换开关负责切换输入的讯源,透过数个切换开关的搭配使用,也可以控制录音输出的讯源种类,方便您一边听音乐,同时录制另一讯源的音乐。讯号经过切换开关之后,再进入左右声道平衡控制电位器,音响使用的平衡电位器为特制的MN型,此种电位器设计特殊,向左边旋转时,左声道的音量维持不变,但右声道则随着角度逐渐衰减,旋钮转至最左边时,右声道恰巧没声音;同理,向右边旋转时,左声道逐渐降低音量,藉此达到控制左右声道音量的目的。正常的使用之下,并不需要调整左右平衡,因此部份前级逐渐省略这项设计,或者将左右平衡电位器隐藏于机箱角落,反正它不常用到。
    经过平衡电位器之后,讯号接着进入音量电位器。音量电位器也使用专用的A型电位器,这种电位器依照指数特性制造,使旋钮旋转的角度,可以随着耳朵的感受而线性增加。正常使用的音量电位器应该转至那个角度才属正常?这没有一定的答案,要看整体器材搭配的总增益而定。喇叭效率高、后级增益大者,前级所需负担的放大倍率就得降低,音量开一些些就很大声了;反之,单增益前级由于放大倍率仅有一倍,因此往往把音量开到底,仍然还有不够大声的缺憾。正常而言,旋钮位置由九点钟方向至十二点钟方向之间皆正常,转动时也最顺手。
    讯号经过音量电位器之后,便直接进入放大电路。放大电路有繁有简,设计形式不一,因此这部份请见下面说明。放大电路输出之后,有的前级会设计Mute继电器,藉此控制前级讯号的输出与否,经过Mute开关之后则直接连至输出端子。
    因此简单的讲,前级的架构就是:输入→讯号切换→左右平衡→音量控制→放大电路→静音开关→输出。
    前级的功能可简可繁,只要具备上述功能,就有资格称为前级。
 2
主动与被动的差异 

    「主动」的意义在于电路中使用主动组件,香港书籍称之为「有源」,主动式前级便是有源前级,是必须插电才能工作的前级。有前级不需要插电的吗?有的,这就是被动式前级。
    以前级的定义而言,只要这部机器具有讯源切换以及控制音量的功能,不论繁简就有称为前级的资格。
    从电路架构上分析,被动式前级其实就是省略了「放大电路」这一个过程,讯号输入之后,经过讯号切换开关,进入平衡控制(或者将此功能省略),再使用一个音量电位器控制音量,最后直接输出。就控制音量的角度而言,它仅能衰减而无法放大,就阻抗匹配的功能来说,它也无法扮演缓冲的角色,因此被动式前级是最经济也最直接的前级。
    First Sound是最有名的被动式前级之一,内部仅由切换开关与音量控制器组成,由于没有任何主动组件,因此S/N比相当高。
    主动与被动之间各有哪些优缺点呢?主动式前级具备放大电路,可以将输入的讯号放大后输出,因此增益绝对充足有余;被动式前级除非使用被动式升压器提升输出电压,否则是永远不可能的任务。就缓冲与阻抗匹配的角度来看,主动式前级由于具有主动组件进行讯号放大,因此可以将阻抗特性较高的讯源,转换为较低阻抗的讯号输出,易于驱动后方的后级线路。这也是被动式前级所望尘莫及的要求。被动式前级充其量只能衰减,即使在音量全开的情况下等于讯源直入后级,其中并没有任何缓冲的作用。即使如刚刚所言使用升压器将电压放大,放大之后的结果也必须遵照质、能不变的物理原理,而增加了输出阻抗。因此几乎没有任何一部被动式前级愿意使用升压器进行电压放大,顶多使用一颗音量电位器控制音量罢了。
    既然被动式前级缺点这么多,为何还有存在的必要呢?因为被动式前级没有放大电路,其讯号通路直接,可以将讯源器材的讯号以最简短的路径直接输出给后级,因此这变成了被动式前级的最大优势。由于不使用主动组件,因此没有任何的失真、音染、噪声、相位飘移等问题,也由于使用机械开关,因此被动式前级也没有增益频宽积的限制,正常设计的被动式前级可以传输数MHz的讯号,尤其是噪声以及S/N比规格两项,几乎没有任何主动式前级得以匹敌。各有优缺点吧!只要该前级适用于您的系统,是没有什么不可以的。


真空管前级 


    依照电子材料发展的历史来看,最早发明的电子组件是真空管,隔了数十年之后半导体发明,半导体之中先以锗晶体问市,之后才是硅组件的天下,等到制造硅晶圆的技术成熟,才有集成电路(IC)的出现。因此前级使用主动组件的过程,也是遵循着半导体组件发展的历程而进步的。最早的前级扩大机当然以全真空管设计,从电源部份开始,变压器输出交流电压后,便以二极管进行管整流以及管稳压的动作,真空管的整流特性与稳压特性并不理想,因此早期的真空管前级声音普遍也不理想,哼声中夹带着嘶声噪音,S/N比不高频宽也不够,不过对于当时而言,这已经是不错的产品了!
    电子组件不断进步,扩大机的电路水准也逐步提升,半导体发明之后,便以半导体取代部份真空管,效率不彰功能不佳的管整流与管稳压逐渐被半导体组件所取代,体积小、动作稳定的半导体,制造出了稳定的电源,前级扩大机的性能也提升不少,背景噪音大幅度降低,S/N比马上提高不少,哼声消失了,聆听音乐开始进入更高级的享受。
    至目前为止,大部份的真空管扩大机仍然以半导体稳压为主,其实对于声音而言,真空管确实是无可取代的好组件,它的体积虽大,但却有其独特且无法取代的音色,温暖、醇厚,都是管机常见的特色。坚持使用真空管放大的Audio Research以及Sonic Frontiers,两家的前级几乎全为真空管设计,但不可否认的是,它们设计师仍然偏好使用半导体进行整流与稳压的工作。其实,真空管的电路架构早在二十年前就已经发展完成,差动、串叠、推挽、倒相,无一不在早期的真空管前级中出现,使用相同的组件要达到相同的目标,方法不外乎是那几样,因此对于现代的真空管设计者而言,电路的创新反而不再是追求的目标,为真空管线路提供一个稳定、干净的电源,搭配品质优秀的被动材料,便能让真空管好好的工作。最后,再藉由零件的搭配,进行调整声音的工作。
    也许您会说,有的真空管前级线路很复杂,有的仅使用一支真空管,这其中有什么差别?难道管子越得越多声音就一定越好吗?
    这答案当然不一定,目前前级当中真空管使用最多的可能是Sonic Frontiers Line 3,它是Sonic Frontiers最高级的前级,一口气用了12支真空管;而也有不少真空管前级仅使用一支双三极管进行放大,如Audio Research LS-2。前级使用数量的多寡当然不能表示声音一定好,从另一个角度来看,它必须以更严谨的态度进行规画与设计,否则真空管的音染、失真等问题,还没开声就已经难以收拾了。设计者进行高级器材的规画时,必然考虑到线路架构与其价格的等级分布,即使以相同的理念设计出不同等级的产品,价位高的声音必然要胜过旗下机种,不然也应该拥有更雄伟的造型。不论如何,真空管使用多寡与声音没有绝对的关系,设计者不过将器材设计得更完整严谨,以赢取消费者的信赖罢了。
    真空管前级的巅峰之作,多年前Audio Research的SP-11以及最近热门的Sonic Frontiers Line3。Sonic Frontiers喜欢使用精密的半导体稳压,配合真空管放大,声音兼具晶体机的透明度与管机的厚度。

3
混血真空管前级 

    混血前级曾经流行过一阵子,最早Luxman推出了以真空管及晶体管电路的Hybrid线路。混血前级的发展,主要目的在于截长补短,将半导体以及真空管的优点结合在一起,所形成的号召设计。
    当半导体组件成熟的运用于音响电路中时,真空管似乎一下子失去了原有的地位,没有人对于体积庞大的真空管提起兴趣,音响器材不断标榜着全半导体、全晶体管的设计。但早期的半导体在制造以及线路的构成上,很难避免的会让声音变硬、变冷、甚至于变吵。于是开始有音响迷回头重新寻找管味,原来,音响迷需要的不仅仅是优异的特性,更重要的是回放声音的音乐性。
    真空管比较有音乐性吗?这当然无法论定,但对于当时而言确是不争的事实。Luxman率先把真空管摆入晶体管线路当中,让真空管负责一级的放大,藉由真空管的独特音色,「感化」晶体管的声音。Audio Research在推出了半导体前级不获好评之后,也重新回头检讨真空管受欢迎的原因。声音,其实才是音响迷注重的焦点;技术,不过是附属的噱头罢了。
    Audio Research想到,FET与真空管同属于高输入阻抗组件,但FET却拥有真空管难以企及的频宽,但早期的FET声音偏冷,而真空管却洋溢着温暖的气息,何不将两者的长处融合,于是Audio Research使用FET输入,在输出段加入一支6922真空管,这就是脍炙人口的LS-2胆石混血前级。
    LS-2的成功推出,确实为混血前级设计开出一条成功的道路,目前市面上仍有许多混血前级,它们同时拥有高频宽的特性,S/N比与晶体机无异,用家还能自行换管调声,反正只要声音好,殊途也同归。
    Audio Research喜欢使用半导体与真空管的混血设计,打开内部之后可以发现真空管与晶体管、IC供列于电路板上。


晶体管前级 


    晶体管前级当然不限于场效应晶体管(FET)或双极性晶体管(BJT),晶体管的发展就是为了更好的规格而来的,因此当晶体管制造技术逐渐成熟时,音响的用料也朝向全晶体管的方向发展。晶体管与真空管的线路架构虽然类似,但却大不相同。晶体管体积小,可以在有限空间的电路板中大量使用,因此可以将线路设计得更严谨、更精密,不同的晶体管拥有不同的特性,适度的搭配便可以创造极佳的效果。 (责任编辑:admin)
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