谈胆机的输出牛及其业余测试方法
输出牛是胆机的咽喉,其内在品质的优劣直接影响著整机的重放质量。由于输出牛的专业性较强,加之考虑厂家的利益,故很少有刊物作高保真输出牛的介绍。发烧友在评论某某胆机之输出牛时仅以外表或者品牌效应点评,甚至仅以个人听感为依据,缺乏对输出牛的定性的认识(虽然变压器所涉及的技术并不深,但一支高保真输出牛并非人人都能作得好的)。另外各胆机生产厂所生产的输出牛可以说各具特色,各有千秋。对于称得上“Hi-Fi”级(严格地讲胆机的输出牛无法算Hi-Fi)的输出牛,一个厂家一个“味”,甚至一个批次一种音色。
当然在这“云云众生”众多的胆机中,也不乏有那不够Hi-Fi甚至失真较大,频率响应较窄的输出牛“滥竽充数”。而我们业余发烧友又无“孙悟空”那“火眼金睛”,来识破那些“笨牛”。本来不够Hi-Fi的“牛”,却奉为上品,那可就残了。这里笔者给大家谈一谈胆机的输出牛及其业余测试方法,让大家对“牛”有一个定性的了解和认识,也让输出牛不在那么“牛气”。
一颗理想的Hi-FI输出牛要求其:
1.初级电感(pri-inductor)为无穷大(infinite),以应付很低的低频信号;
2.漏感(leakage)为零,分布电感(distributedinductance)、电容(distributedcapacitance)为零,以便高保真的传输现代音乐的超高频信号;
3.不产生各种形式的串联或并联谐振(resonance),以免使音频信号发生畸变(distortion);
4.不产生任何非线性(nonlineardistortion)或相位延迟失真(phase-delaydistortion)。
从变压器的原理上讲,现今无论何种形式的变压器均无法同时满足以上条件的。首先说变压器要用铁心(core)做导磁媒体,其非线性失真一般很大。再有若需诺大的初级电感(pri-inductor),其漏感(leakage)、分布电感、电容亦随之加大。满足了第1项,就要损失第2项,互为矛盾。且较大的初级电感又可使相位失真加大,动态范围(dynamicrenge)减小。
看到这里发烧友可能要问,照你的“牛”(谬)论,胆机就不能算Hi-Fi音响了?你是不是一个“恨胆狂”,然也,相反我是却个胆机迷,且快至如醉如痴之地步。常言道“爱之深,则之切”。本人对胆机并非盲目的崇拜,而是从其优点中找出可以改进的不足,无法改进的不足之处,才认为是“残缺的美”。一只宽频响(freguencyresponse)的输出牛,要求在满足高频的情况下,尽量增加初级电感,以使频响曲线向低端延伸。亦或在满足低频的情况下,尽量减小分布电容(distributedcapacitance)及漏感(leakageinductance)以使高频更靓。但两者总是互为矛盾,故频响不可能很宽。现今的输出牛大多采用高质量的铁心,特殊的线材及复杂的绕制工艺,已使频响宽度达到10Hz~20KHz±1.5dB(有的甚至更宽)。根据现代“音乐频谱曲线”看,已能满足各种音乐信号的传输了。
不过荣幸的是,由于输出牛不可能传输更高的高频信号(即便能传输过去,相位也已延迟了很多,加之人耳的掩蔽效应也就不能感觉到),可将一些高频干扰如CD、DVD等数位音源本身固有的数位干扰“拒之门外”。
这就是用有输出牛的功放(胆机或石机),重播CD、VCD、DVD音乐要比石机“好听”许多(显得不那么刺耳)。故有些名厂的石机也采用“牛”做输出如McIntosh(麦景图)。有些中低档胆机之输出牛,干脆就只照顾低频,高频到那里一概不管。此类胆机虽有充实的低频但高频暗淡,久听会感觉“闷”得难受(如今发烧友的耳朵已修炼的挑剔的很)。现今的音箱好象在暗中为胆机弥补这“高频不足”,把音箱的高频做的较靓,甚至用高灵敏的号角单元,那种“不足”也就不显得那么突出了.
一支宽频响的Hi-Fi输出牛,其电感漏感(leakageinductance)比(LL)很大(即较大的电感(inductor),极小的漏感)。故通常用电感漏感比(LL)来衡量一个输出牛的优劣。下面我给大家谈谈对输出牛具体的要求:
初级电感(pri-inductor)LL=K·(Ra-r1)/2πfmin其中:Ra是放大器的最佳负载阻抗(optimumplateload),r1是输出牛的初级直流电阻。K是一个系数,当
要求频响曲线不均匀度为-3dB,或允许初级阻抗变化30%时,K=1;当要求-1dB或允许阻抗变化10%时,K=2;要求-0.5dB或允许阻抗变化5%时,K=3;fmin:所要求之最低频率。
初级漏感(pri-leakageinductance)Ls
Ls=K·Ra-r1/2πfmax
其中:fmax系所要求之最高频率,当允许初级阻抗变化30%时,K=0.8;允许变化10%时,K=0.5。
输出牛直流电阻
单端(single-ended)输出牛,初级电阻r1=0.5·Ra(1-η);次级电阻r2=r1(N2/N1)
推挽(push-pull)输出牛
初级电阻r1=0.414·Ra-a(1-η)
次级电阻r2=0.586·Ra-a(1-η)(N2/N1)
其中:Ra系单端放大器(single-ended)最佳负载阻抗(optimumplateload);Ra-a系推挽放大器(push-pull)最佳负载阻抗;η为变压器的效率(efficiency),一般取0.75~0.9,功率越小η取值越低。
输出牛直流电阻不宜过大,否则将影响瞬态(transient)、解析力及动态范围(dynamicrange)。
由于变压器中存在电抗(reactance)成分,其感抗(inductivereactance)随频率的变化而变化,使得其输入阻抗(inputimpedance)亦随之变化,一般中频段呈一定值不变。而低频段,随频率的降低而急速下降,高频段又随频率的上升而升高。当阻抗偏离放大器的最佳负载阻抗(optimumplateload)较多时,放大器将产生严重的波形失真,且输出功率亦下降。故一般要求变压器的输入阻抗(inputimpedance)变化<30%。
另外,由于变压器本身存在有分布电感(distributedinductance)及分布电容(distributedcapacitance),其相互作用将产生串联或并联谐振(resonance)。发生谐振时,其输入阻抗(inputimpedance)趋向于零或无穷大(infinite)。且无论是串联或并联谐振,其输出电压都可能出现峰值,使频响曲线变差。为控制变压器在谐振(resonance)时输入阻抗的变化程度,保证平坦的幅频特性,应控制住变压器回路的Q值(这里Q值的含义是,感抗(inductivereactance)或容抗(capacitivereactance)与回路电阻之比。Q值越大,其阻抗的变化程度也越大),
选择合适的电感(pri-inductor)漏感、内阻及分布电容值。另外,变压器初级电感的大小还与信号的动态范围(dynamicrange)有关联,当信号幅度(amplitude)与响度(loudness)变化时,意味著铁心中的磁感应强度(inductiondensity)和磁导率(permeance)在变化。因而初级自感量也将随著信号幅度(amplitude)的变化而变化,当信号幅度(amplitude)较大时,很大的初级电感,引起波形失真加大。而信号幅度较小时,铁心的磁导率(permeance)变小,自感量变小,将影响频率响应特性(freguencyresponse)。
再者,从减小相移失真(phase-delaydistortion)的角度考虑,输出牛亦不能只为照顾低频而过分的加大初级电感(pri-inductor)。由于铁心的磁饱和(magneticsaturation)程度与频率成反比,在低频段,铁心有可能工作在B-H曲线的饱和区,此时,因磁化电流(magnetizingcurrent)的波形已严重失真,呈尖顶状,致使输出电压的波形也产生失真。输出牛铁心的磁感应强度(inductiondensity)越高,失真亦越大(这就是为何用EI型铁心做输出牛,要比其他形式的如R型,C型及环型铁心还好,且EI铁心最好不用超高导磁率,带纹向的硅钢片)。
当输出牛中有直流磁化时(如单端输出牛,或推挽牛因两管电流相差较多,或两组绕组圈数不对称时),失真就更为严重。为减小波形失真,常用的办法是在铁心(core)中垫入空气隙(airgap)SS(cm)=1.3×10I·N1I:磁化电流;N1:圈数根据计算,若推挽输出牛两管电流电流相差5mA以上(或者初级两臂圈数相差5%以上)时,就要留有气隙了(或者不将铁心插的过紧)。