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本文刊于<<无线电与电视>>07年6期 |
本年第二期时为各位介绍了一台真正平衡式的功放的制作,不少爱好者均来电表示出浓厚的兴趣与制作意欲,并要求我可以介绍一台高档次前级的制作资料。4月中到上海时,蔡贤老师曾下达指示,希望我们可以更多地将自己掌握到的经验公开,以让更多的爱好者可以提高对音响DIY的兴趣与实作能力,故此,一回来我就立即将我最得意的前级资料整理向大家介绍。 前级在整套音响系统中,最有可能被部分爱好者认为是最次要的一台器材:只担任了信号电平与阻抗匹配的作用,似乎将后级的增益调整得大一些,加个音量控制就可以省却了前级。但不少资深爱好者却认识到,前级在系统中的影响不亚于信号源或功放,这不是一台高增益的纯后级加个音量电位器所可以同日而语的,它可以正面提高(或还原)系统声音的动态,细节,音场等,故市场上一台稍有名气的进口前级,价格都是数万元以上的,并不比DAC或功放廉价多少。 不少DIY爱好者在看杂志时对电路是否产生兴趣,通常是由电路的技术含量决定的,因为绝大多数爱好者者无法从文字中领略到电路完成后的音质是好或是坏,而技术含量高的电路相对而言会更容易令仿制品音质更有保证,令爱好者更有兴趣去实践探索。我要介绍的这个前级,相信可以引发一部分爱好者的兴趣,因为它使用了不少现代国际品牌的顶级器材中才会应用到的技术,而这些顶级器材,售价都是令一般的爱好者难于接受的,而我进行自制的成本,却低到连一台最廉价的进口前级也买不到。虽然整机电路显得相当复杂,但爱好者可以将此机分作几部分看待,也可以将其中某部分单独抽出来仿制,应用到自己的音响系统中。 以下介绍本前级的一些技术亮点。 1, 电源采用了再生电源处理技术,遥控控制电路与音频电路中的功能执行电路使用光电耦合器及分离不同机箱进行隔离。 2, 信号放大处理电路采用了CAST电流传输技术,并兼容RCA及全平衡的XRL。 3, 使用模块式电路结构,爱好者可以轻易地实践制作不同的电路模块,体验不同电路带来的音质音色差异,这往往比单纯地对电路进补更有效及更具性价比。 如果阁下感到兴趣,请继续往下阅读。
再生电源处理器 如果只从电源的处理可分两个方面去看待。一方面是追求某频段的突出或韵味,放弃高低频的延伸与细节还原能力,这种情况可以使用较简单的电源处理,象胆机一样,简单的电源处理比复杂的往往更具“胆”味,晶体管机也不例外。另外一方面是希望重放时巨细毕现,宁静清晰,这种声音风格也正是近年普遍认同的,这就需要使用隔离性能优异,内阻低速度快的电源。而我这个前级制定的目标正是后者。 日常接触到一些爱好者,他们喜欢细节丰富而动态大的声音,在制作时往往在音频电路下重料,补品,却忽视了电源电路,制作出来的器材,音质自然没有达到较佳的境界。我一直也强调着电源电路的重要性,认为一切信号的还原再生均源自于电源,设计电路时要将电源电路与音频电路放在同等位置看待。 对音频电路的工作环境来讲,再没有什么比电源供应更重要的事情了。不管是用于模拟的放大器还是数字的DAC解码器,CD播放机,它们对电源的纯净度都非常的敏感,即使是数字电路,也会因为电源处理不好而令Jitter值大大高出标准,也见到过有DAC工作时因为电源脉冲干扰而死机无声,可想而知,音质会受到何等严重损害。 市电电源的纯净度会常常受到各式各样的污染,包括了由电脑,移动电话,荧光灯,以及如 CD机之类数码器材所产生的电波干扰,甚至是音频电路本身也会透过同一供电系统去影响邻近的另外一声道电路或其它电路。所以,如果不对电源供应电路进行细心处理的话,电源的噪声及干扰信号就会窜到音乐信号中去,令音质变差,甚至会掩盖了原本音乐中一些细节信号,令重放的音乐细节减少,高低频延伸及透明度下降,虽然这样会显得中频或低频量感更突出,似乎声音厚了,但有量无质,音质粗糙,无法还原CD片录音时的音乐含蕴。 这可比喻为我们日常用水的源头,需要经过严格的过滤洁净处理才能使用。稳压电源,滤波电容等就相当于这一个环节。 Mark Levinson的产品向来注重电源电路的处理,这也是造就他们的器材能高度还原信号的原因之一。他们在顶级的前级NO.32中采用了极度复杂的分体式再生电源处理电路,并在这个分体的电源处理器中安装了功能控制电路,通过光电耦合与音频放大器中的控制执行电路进行隔离控制,将控制电路产生的干扰减到最低水平,令音质达到巅峰。我制作的这个前级电源与控制电路就正是参考了这种做法。 再生电源处理技术并不是新技术,早就广泛应用于精密工业设备控制电源中,但在音响中的应用,它还是尤抱琵琶半掩面,原因是在音响电路中使用的再生电源处理电路,设计更需要严谨,性能优劣会充分在音质重放时反映出来。 详细的再生电源原理图如图1。 市电经主电源变压器降压,整流,滤波,稳压后,供电到两套独立的400HZ再生电源驱动电路,去驱动各自的400HZ输出变压器,产生稳定而纯净的交流电压,然后再一次整流,滤波,经过并联稳压器才提供到音频电路使用,前级音频放大器内部再另外有一组并联稳压电源进行二次稳压。诸位爱好者或许已经意识到,这个再生电源处理器的复杂程度已超过很多前级或功放的整机电路,而这样大动干戈,目的只为了提供一个绝对纯净的电源,令音频电路可以不受任何源于电网干扰及电源噪音的影响。 不知会否有爱好者疑问:这样复杂的制作倒不如用蓄电池供电?对于这样的疑问,我也曾产生过,并进行了反复实验对比,感觉再生电源具有蓄电池供电的宁静细腻效果,而相对蓄电池多了一分润泽与丰满,于是认识到Mark Levinson这样处理也是有道理的。 目前市场上一些220V的有源式电源处理器成品售卖,当中多数并不属于再生电源的形式,但部分爱好者均不能明确区分,将其概称为再生电源处理器,在此向诸位简单地介绍一下。 音响用电源处理器常见的可分为三类:无源净化电源,再生电源,补偿式净化电源。 其中无源净化电源是大家所熟识的使用LC滤波器的处理方式。成本最低,可靠性高,但处理效果三者中最差,只能小幅度地抑制中高频的干扰噪波。 再生电源,利用原来的市电工作,在内部使用低失真模拟波形产生电路,模拟的波形驱动电路及输出变压器产生恒定而清洁的电源,相当于一个小型的发电机,市电的变化,干扰均可输出变压器输出端被隔绝。 再生电源与一般廉价的电脑设备UPS电源及应急电源的逆变电源存在本质的差别,后者通常会使用数字梯波模拟成为正弦波,有些甚至是使用方波,驱动电路采用开关式工作,对波形的失真度没有严格要求,音响用再生电源则是完全模拟式工作,对电源输出的波形失真度要求极高。因此在几种电源处理器中,效率最低,成本最高,对电源的处理也是最好。 补偿式净化电源,这种电源处理方式的成品是市场上较多见的,与再生电源的区别在于它的驱动电路不直接担任波形的全部处理,通过内部产生的基准波形,与实际市电的波形进行对比,取出误差部分,再对市电进行纠正补偿,相当于功放中的失真纠正,从而得到较理想的电源波形,减少电源波形畸变及干扰,效率相对高,容易实现大功率输出。
这个再生电源是为本前级而设计的,但可适用于其他用途,如增大电路的功率储备量,改变再生波形的频率,更换输出变压器等措施后可制作220V/50HZ的大功率再生电源处理器,爱好者根据可根据不同的使用要求,自行斟量修改,本文最重要的目的,就是为了向各位展示再生电源的实际电路,以让各位爱好者可将其应用到自己的器材中。 电源处理器由一个功率为200W的环形变压器提供整机的工作电源,400HZ波形驱动电路的输出级使用单独的一组大电流绕组供电,其余电路均由环形变压器的另一绕组,经过并联稳压电源后供电。 400HZ波形产生电路由振荡电路构成。 振荡电路是以特定的频率进行振荡,需要电路中有具频率选择性的器件,象维恩电桥电路中是使用RC网络,还有使用陶瓷或晶体振荡器的振荡电路,陶瓷或晶体振荡器有固定的机械谐振频率,这是由振荡器元件内部的材质,构造等决定,将其接入反馈电路中就可以制成振荡电路。函数振荡器是由数字逻辑电路组成,通过软件或特定型号的芯片输出方波或三角波,由正弦波变换器电路输出正弦波。还有LC振荡器,但一般应用于高频电路,用于低频时往往需要较大的电感而难于实现。状态变量振荡器是使用具有象LC振荡电路一样的衰减特性的有源带通滤波器构成,容易取得较高的Q值,因此振荡波形失真低,抑制高次谐波能力强。 应用于音响的再生电源,要求电路产生的400HZ波形必须具有低失真及良好的相位特性,输出波形的稳定性要高,否则输出电压或频率就会有波动。我对比了多种不同方式的振荡电路,最终从测试与实际听音中,认为采用状态变量型的振荡电路性能最佳,音质最为细腻通透。 400HZ波形产生电路的输出端使用一个双运放OPA2604将振荡电路输出的单端信号转换为平衡信号,这是为了让波形驱动电路可以工作于平衡桥接的状态,提高整个电源处理器的效率及减少最终输出的失真等。 波形驱动电路使用一对平衡差动式的放大器组成,波形驱动电路本身的音色特点会被反映到前级的音频输出,即使它们只是应用在电源中,使用不同结构的放大器线路担任波形驱动电路,音色音质的变化就象更换音频电路中的放大器一样明显,这里我选择了如图中的放大器,表现较中性,音染较少,音色的校调就交由音频放大电路去完成。 平衡差动式放大器的优点这里就不再罗索,如果不理解工作原理可翻阅我在本刊2007年第二期的文章,它们的工作原理是一致的。R1是调整波形驱动电路输出的平衡信号的幅度绝对值相等,R2是调整波形驱动电路输出端电压幅度,符合输出变压器的电压使用的要求。R3,R4数值变更可以改变波形驱动电路的输出频率,计算方法如下: F0=159/R3/0.1 R3=R4 波形驱动电路输出的直流漂移就尽量降低,以免变压器被磁化,需要对所用的三极管进行配对,幸好,这个电路直流稳定性相当高的,我做的这台机器中,各波形驱动电路输出端的直流漂称电压没有超过2MV的。输出变压器是一个工作于400HZ,输入单22VAC,输出双28VAC的变压器,功率为100W。 如果仿制时没能找到能工作于400HZ的变压器,也可以用50HZ的变压器代替,只消将波形发生器输出波形的频率调整为为50HZ。与使用400HZ相比,仅再生电源输出联接的整流滤波电路的效率高低稍有不同而已,使用50HZ时应适当增大滤波电容量。为了具有最佳的分离度,以免音频电路通过电源耦合产生串音,影响音场还原及高频的透明度,本前级每声道单独使用一套波形驱动电路及输出变压器。输出变压器的输出电压是很稳定的,使用调压器令市电在180-250V变化,输出电压也能保持不变。 变压器输出接到第一级的并联稳压电源,第一级并联稳压电源安装在电源处理器内,通过三芯线将电源传送到音频放大器,由于并联稳压输入端使用恒流源,即使短路也不会损坏电源,这样可避免了只经整流滤波后直接输出而出现意外短路被损坏的可能。第二级并联稳压并不安装在电源处理器,这样做是经过实践而决定的,对比将第二级并联稳压分别安装在电源处理器与前级音频放大器,后者的音质明显要好得多,可能是由于电源传送时经过的线材,插座等产生一定的电阻或接受到外界电波的干扰,影响了前级音频放大器的工作,而将第二级并联稳压电源安装在前级音频放大器内,减少与音频电路的连线距离,及抑制了由于插座,传输线等带来的不良影响,令音质更佳。 遥控控制电路是安装于电源处理器内,控制芯片输出的数字控制信号经过光耦合隔离,再使用九针数据线传送到前级音频放大器中控制音量,输入通道切换等各项功能,可减少控制数字电路的时钟及数字脉冲的干扰。必须对控制电路提供两组独立变压器绕组所产生的不共地的+5V电压,耗电量不大,使用IC三端稳压就足够了。 完成了的电源处理器如图2,中间部分是再生电源的波形产生,驱动电路及电源电路,两侧是每声道的输出变压器与第一级并联稳压电源,通过充当散热器的厚铝合金板分隔。
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