音頻擴大機進階篇(上)

一台擴大機在音響系統中的音質優劣表現，受到許多因素的影響，有時是預熱不夠，有時是搭配錯誤，甚至是因不同空間環境造成。若單純就器材而言，電路設計、元件選用、機箱材質…等，也會造成各廠牌擴大機有不同的表現。

機器愈重愈好聲？

君子不重則不威，雖然此重非彼重，但用在音響上似乎有些道理。有人購買器材前會先撚撚份量，Kg數低的就不考慮。如何讓機器重？機箱和變壓器是兩大要件。Hi-End機常用鋁質機箱，一是陽極處理(高污染)比較漂亮，二是不導磁；或是面板用鋁材，其它部份用鐵材。真要比重量，一定的體積，鐵比鋁重得多，而且鐵箱的處理（通常是烤漆，少部份是鍍鉻），較不污染，費用比鋁箱便宜。但就是因為有「不導磁」這個特點，鋁質機箱還是到處可見。

銅箱也不導磁，遮蔽特性也優於鋁箱，重量更是讓人尊敬三分。但銅板的不氧化處理很困難，若是電鍍，就會失去銅的特性。故你看日製高級機，銅板或鍍銅板常隱藏在機箱內部，絕對不能電鍍。筆者製作機箱，都是全鋁式，沒有鐵板。

前級擴大機比較輕，因為沒有大散熱片，而且電源變壓器功率容量也不大，所以很少有超重量前級擴大機。後級擴大機就不同，因輸出功率高，所以電源變壓器大，再加上濾波電容及兩側寬寬厚厚的散熱片，就真的很雄壯威武了。

輸出功率相同，但品牌不同的兩台後級重量必然不等。有些設計師很注重電源變壓器的功率容量，常安排在輸出功率的六倍以上。例如100W輸出的單聲道後級，歐美機器至少會採用600W，  甚至800W大變壓器(大火牛)。日製擴大機就絕對不會如此費工增本，同樣的機器，最多只用400W變壓器。這一來一往差了200~400W，重量當然不同。

濾波電容也是要素之一，大體積電容俗稱大水塘，其份量自然比小水塘足。純A類後級更是免不了巨型散熱片，再加上大火牛、大水塘，自然就是威武真君子。千萬不要忽略小功率真空管機，單端輸出立體聲300B雖然只有7W×2，但它比晶體機多出兩只輸出奧斗，若再算上choke及鐵箱，幾乎一定比60W×2晶體機還重。

被 動式前級既無大火牛也無大水塘，故份量最輕，有時旋轉波段開關，機箱還會跟著晃動。增重之法，是加上銅板或鉛塊。別懷疑，確實有人這麼做。機器重，有時一 個人抬不動，樓上樓下若無電梯，還可順便鍛練身子骨。它的聲音好不好是其次，但擺在家裏很讓人放心，除非是專業大搬家，一般闖空門的小偷絕不會動它。

環形、R-core及EI變壓器

若說擴大機是整組音響系統的心臟，那電源變壓器絕對是擴大機的心臟。早期的變壓器都是EI式，後來逐漸有R-core、Cut-core雙C式、UI式，現在則是環形torodial變壓器的天下。有人誤以為台灣不會製造Cut-core變壓器，其實十六年前國內就曾生產並外銷過，筆者也曾採用過。只是工廠後來全力生產環形變壓器，故知道的人並不多，特別是資歷較淺的音響迷或製造商。

EI變壓器有空氣隙air gap，易造成高磁阻，使密集磁束容易外洩，R-core鐵心就能消除空氣隙。環形更理想，不僅損耗低、效率高，體型也比較小，故Hi-End機差不多都採用環形變壓器。你可以不喜歡環形，但必得承認它是目前晶體機的主流。不過環形也非零缺點，它的「抗磁飽和力」較低，故容易引發高頻干擾；若從另一個角度說，環形變壓器對交流市純淨度要求較高。因此許多環形變壓器都外加隔離金屬罩，或是將它獨立裝箱避免干擾。

在香港，曾有人做過這種實驗，故意將環形變壓器的金屬外罩拿掉，發現擴大機的音質有明顯改變，拿掉前聲音比較平淡，拿掉後聲音比較鮮活；實驗機種是美國Mark Levinson No.23後級。

變壓器在工作時也會振動、會發熱，若異常發熱就非好現象。但要先確定熱源何在，以免冤枉好人，例如有時是因機箱傳熱所致。環形變壓器的振動相當出名，甚至十數萬元的進口機，如Audio Research、Aragon，一公尺外都能聽到變壓器振動聲。消費者的態度是：振動聲理應沒有，即便無法消除，此振動聲絕不可被放大電路撿拾，再經由喇叭散發出來。

輸出變壓器和電源變壓器不同，電源變壓器沒有阻抗的要求，輸出變壓器卻有。真空管輸出變壓器，特別是單端輸出，幾乎都採用EI形，因EI有空氣隙。所以管機的世界，仍以EI變壓器為主流。晶體機後級99%沒有輸出變壓器，McIntosh是唯一的例外，並且堅持採用。

前述環形變壓器對AC電源的純淨度要求較高，要如何量測府上AC電是否乾淨？三用電表是量電壓，完全無意義。至少要用示波器觀察AC電壓60Hz的正弦波波形有無失真？相信我，可能會有肉眼可看出來的失真。

電流設定與工作類別

請務必建立負載load的觀念。不考慮線材，前級的負載是後級，後級的負載是喇叭。前級驅動後級，後級驅動喇叭，都要送出足夠的電壓。前級要提供多少電壓才足以驅動後級？大約2V就可讓後級滿功率輸出，很少會超過3V，誇張一點，就說4V好了。後級是高阻抗輸入，有多高？一般都設定在47K左右，再與前級輸出阻抗併聯，也有23.5K（電阻併聯阻值降低，串聯則阻值增加）。OK，我們可以想像，將4V電壓接到一只23.5KΩ（歐姆）電阻上，那流過此電阻的電流就是4V/23.5K=0.17mA（I，電流，A，安培）。依照A類的條件，必需是峰值電流的一半，故0.17mA×1.414÷2＝0.12mA；寫成純中文就是：零點一二毫安。

1A＝1000mA，所以0.12mA的電流太低了，甚至1mA都還不到，因此胡亂設計，前級也都是A類的。Pass的後，其輸入阻抗只有10K，與前級輸出阻抗47K併聯，也有8.2K，依歐姆定律計算，4V/8.2K=0.49mA，所以純A類的條件也不超過是0.49mA×1.414÷2＝0.346mA。

但實際設計時，不到1mA的電流是不行的，因為電晶體可能會因電流太低無法導通，晶體不導通就不能正常工作，有時還會引發雜音；故前級擴大機可以說都是超-超A類。

你一定注意到前級擴大機從未標示輸出功率，因為無此必要，但卻會註明最大輸出電壓。前級的輸出是電壓，這與後級大不相同，後級的輸出是瓦--W（V×A）。於是當後級接上喇叭，問題就多了，因為不單是阻抗，還受效率高低的影響。現在暫且拋開效率因素，我們只談阻抗。為方便說明，以單聲道機種為例。若是200W輸出，就表示接上8Ω喇叭時，擴大機最高會送出40V不切割電壓，40V/8Ω＝5A，故5A×40V＝200W；倒過來算，也可以知道200W的輸出電流是5A。

假設喇叭阻抗由8Ω降至4Ω，40V/4Ω＝10A，而10A×40V＝400W！你看，雖然擴大機還是同一台，但負載阻抗降低一半時，它的輸出功率卻提升一倍。但我們要關切的數字不是輸出功率而是電流，由5A至10A，看似簡單，卻非每台後級皆能如此。再假設喇叭是2Ω，那輸出電流會高至20A，若後級擴大機的電流驅動能力不足，就無法避免電壓切割的產生。所以大電流擴大機就成為目前Hi-End機主流，甚至有些巨無霸進口機，8Ω負載300W，而接上1Ω負載，輸出功率就有能力提升至2400W！

喇叭阻抗降低有兩種情形，一是換用阻抗不同的喇叭，一是同一隻喇叭，在動作時隨著頻率改變阻抗，某些喇叭更是明顯。請特別注意：擴大機的輸出電流和擴大機的消耗電流是兩回事，不可混為一談。以前述擴大機為例，接4Ω喇叭輸出電流是10A，但這台擴大機的消耗電流還不到2A。消耗電流是看AC電源這端，喇叭是後級擴大機的負載，後級則是電源插座的負載，消耗功率除上110V才是消耗電流。

輸出電流大、消耗電流也大，百分之百不是真空管機，而是少數需要幾個人才能抬的電晶體機。輸出電流高，宜接用粗壯喇叭線以降低阻抗；消耗電流高，也不宜選用太細的電源線。同一台後級，在歐洲地區使用可以用較細的電源線，但賣到日本就應配粗電源線，因日本的交流市電是100V。或許你又說：真空管燈絲要吃很高的電流，所以很耗電。一支6922的燈絲電流要330mA，三支就接近1A，故管機變壓器，燈絲電壓要用粗線，屏極電壓用細線即可。正因燈絲消耗電流高，所以電路板上燈絲電壓銅箔要寬，否則有可能會引發哼聲。

但真空管輸出電流極低，還不是普通的低，常以mA做計算。而電晶體，只要是功率放大用，隨便都有7A。由於喇叭是低阻抗負載，以電子學的立場言，真空管並不適合做後級。有人用250W管機推Dynaudio喇叭，但發現推不好，換成150W晶體後級就一切搞定，原因就是管機後級沒有輸出電流這種規格，它是電壓控制元件。當然，管機後級有輸出變壓器，它可以將高電壓、低電流轉換成低電壓、高電流，但以電流負載傳輸，還是以半導體元件直接。

再談純A類擴大機的電流設定，其條件也與「負載線」有關，比較通俗而實際的說法是：輸出峰值電流的二分之一。比較學術性的說法是：在無訊號或訊號週期，集極360°均有電流。聽起來似乎很簡單，做起來卻非易事，你得先解決散熱的問題。

有兩個疑點可探討，一是有沒有純A類線路？二是純A類能否將失真徹底消除？以技術者自居，筆者常會說放大線路沒有A類或AB類之分，當靜態電流設定在峰值電流一半時就是A類，反之就不是A類。再以上述200W後級為例，8Ω負載輸出電壓是40V，輸出峰值電壓就是40V×1.414＝56V，故輸出峰值電流是56V/8Ω＝7A，故A類之電流設定是3.5A。

不過是3.5A，看起來也沒什麼。但A類200W要施加約±75V的工作電壓，3.5A×75V×2＝525W！200W輸出，卻超過500W的消耗。

因電流大、熱度高，所以A類後級一般都在50W輸出左右，以免弄成龐然大物。AB類的電流設定就小得多，幾乎都不到1A，熱度方面也溫和許多。但AB類偏流低，那也是指靜態偏流或無訊號偏流，它是最低設定點，在工作時，其偏流也會隨著輸入訊號的增高及低頻出現而上升；但是當無訊號輸入時，偏流又會回到設定值。

電晶體後級輸出，目前幾乎都是互補推挽輸出結構。若推挽輸出功率晶體不施加任何偏流─0 bias，其輸出端會產生交越失真，以示波器觀察，輸出波形的上半波與下半波不能完美結合，會錯開接不上。A類固然可消除交越失真，但設計妥當的AB類也絕對有此功能。而且擴大機的失真成分不只交越失真一種，因此千萬不要將A類捧為萬靈丹。

現在的消費者愈來愈聰明，已經會問輸出電流是多少？這很難準確的回答，有些進口機在說明書上印的數字是海闊天空。輸出電流可經由實測知道，絕對不是將功率晶體的集極電流當成輸出電流，這是欺騙。例如英國Audiolab 8000A綜合擴大機，宣稱輸出電流17A，它是將2SA1494/C3858功率晶體的最大Ic當做輸出電流，這是誤導消費者，最多只能宣稱10A。

若不是大電流擴大機，接低阻抗喇叭會燒嗎？可能性很低，在測試時，接低阻抗純電阻可能會燒，但接喇叭卻不太會，因喇叭是抗性負載。

B類擴大機就非常少見

在電子學上，效率甚高的B類放大是不適合音頻擴大機使用。由於輸出級在無訊號時工作於截流點，完全沒有偏流，故絕對不發熱，也絕對不振盪，但交越失真就不能避免。按理，音頻擴大機是不會採B類設計，但音響市場上曾經出現過，而且還人人說好聽。

此產品是英國製造，Naim的Nait綜合擴大機，設計者為了消除因交越失真引發的刺耳高頻，只得將正常高頻大量衰減---1KHz就開始衰減，犧牲高頻細節換取永不發燙。此綜合機也內置散熱片，但純為增加重量用。 很多滿腦子只有A類的人，聽到這台英國機器也都讚美好聲，但卻不知它是工作於B類。

單端、推挽及差動

通常我們談論擴大機的電路結構，經常是看輸出端及輸入端，特別是輸出端。晶體擴大機輸出結構，目前幾乎都是SEPP-單端推挽，這是全對稱式結構。而真空管後級，則是推挽及單端兩大類。你可能會覺得奇怪，真空管的推挽和單端是兩樣東西，為何電晶體能夠將單端和推挽搞在一起，成為一種電路結構？這就是電晶體和真空管先天性性之不同，電晶體有互補對稱元件，真空管卻沒有。

真空管後級，特別是國產品，能看到的幾乎都是單端single-end的天下。單端的輸出功率低、頻寬窄，但搭配高品質輸出變壓器，細節很豐富。單端的輸出變壓器要有空氣隙，故環形不適用。推挽的功率較高，兩端延伸較佳，但細節稍差。

Push-Pull推挽管機後級的輸出變壓器不需空氣隙，但有人想到：若是推挽管機採用具有空氣隙的輸出變壓器豈不兩全其美？美國似乎也有這種產品上市。單端好，還是推挽好？只要設計得當都有好聲，不良的設計都只會帶來衰聲。國外管機名廠，有的單端及推挽都做，有的只做推挽，甚至連超級管300B都不用，例如Audio Research。

晶體機原本都是單端推挽全對稱式，但最近卻有人吹縐一池春水，此人即是頂頂大名的尼耳頌‧帕斯-Nelson Pass先生。Pass自組新公司後，推出的前、後級都是單端輸出放大，而且採用全MOS FET，線路結構也很簡單，讓很多管迷暗自歡喜，因為不但是單端，也是simple is the best。

單端頻寬窄，不是隨口說，而是可經由數學公式驗證。至於線路的簡單或複雜，也絕非簡單就是美，或少隻香爐少隻鬼一句話帶過，因絕大多數Hi-End機，其線路設計仍走複雜路子。Pass的高級機種不採單端，又走回差動放大結構就是明證。其實Pass單端MOS後級擴大機在美國上市已超過10年，但賣不出去。有位聰明人接手銷售，他專挑管機打，十打九贏，所以很快就聲名大噪。Pass後級與真空管後級相比，自然是贏面居多，但與Brumaster相比，就輸一大截。

輸入結構，晶體機以單差動及雙差動為主流，屬於電壓回授；少部份採用推挽。自從John Curl首次在JC-2前級上採用FET單差動，往後FET單差動或FET雙差動就被大家習用。

Push-Pull Input推挽輸入很少人用，屬於電流回授，頻寬較寬，元件要嚴格挑選配對，否則問題百出。在台灣，只有筆者在用。推挽輸入，並非正確名稱，應該是「非差動式全對稱輸入」。推挽輸入沒有共模失真，但設計困難度較高，故一般人不敢輕易嘗試，筆者慣用全對稱FET推挽輸入。可能是筆者用此名詞已有一段時間，故很多人也跟著用，將「推挽輸入」也掛在嘴上。由於筆者常會公佈線路，故最近似乎有國產廠商推出「FET推挽輸入」前級上市銷售。

一般常用的電晶體是bi-polar雙極電晶體，它有NPN及PNP互補對稱元件，場效應電晶體FET及金屬氧化膜場效應電晶體MOS FET則有N-ch及P-ch互補對稱元件，這是真空管完全不具有的特性。雙差動是全對稱互補放大，單差動就不是。有些設計者只用單差動而不用雙差動，考慮主因是NPN及PNP的特性並非完全相同，Pass的單端擴大機，全採用N-ch的MOS FET，除配對容易外，也顧及P-ch的特性比較差。

精確的挑選配對非常重要，不論電晶體或真空管皆是如此。很多進口機的功率晶體配對非常隨便，誤差甚高。因精確配對很困難，為了降低成本，只好提高誤差率。