Hi-Fi环牛及其业余测试.docx

Hi-Fi环牛及其业余测试(1)2000-08-23 00:00:00 yeskyyesky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，但一只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”。而我们业于发烧友又无“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，那可就惨了。这里笔者给大家谈一谈胆机的输出牛及其业于测试方法，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”。 理想的Hi-FI输出牛条件一颗理想的Hi-FI输出牛要求其：初级电感（pri-inductor）为无穷大（infinite），以应付很低的低频信号；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？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）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不会满足以上条件的。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会使相位失真加大、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”？不然也，相反我是却是个胆机迷，且快至如醉如痴之地步，常言道“爱之深，责之切”，且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 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10Hz60KHz1.5dB（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会感觉到），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、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，甘脆就只照顾低频，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）。现今的音箱好像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。 Hi-Fi环牛及其业余测试(2)2000-08-23 00:00:00 yeskyyesky宽频输出牛的具体要求 一只宽频响的Hi-Fi输出牛其电感漏感（leakage inductance）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）L：L=K（Ra-r1）/2fmin其中Ra是放大器的最佳负载阻抗（optimum plate load），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=3fmin所要求之最低频率。 初级漏感（pri-leakage inductance）Ls：Ls=KRa- r1/2fmax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=0.5Ra（1-），次级电阻r2= r1（N2/N1） 推挽（push-pull）输出牛初级电阻r1=0.414Ra-a（1-）次级电阻r2=0.586？Ra-a（1-）（N2/N1） 其中，Ra系单端放大器（single-ended）最佳负载阻抗（optimum plate load），Ra-a系推挽放大器（push-pull）最佳负载阻抗，为变压器的效率（efficiency），一般取0.750.9，功率越小取值越低。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（dynamic range）。 由于变压器中存在电抗（reactance）成分，其感抗（inductive reactance）随频率的变化而变化，使得其输入阻抗（input impedance）亦随之变化。一般中频段呈一定值不变，而低频段会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（optimum plate load）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（input impedance）变化30%。 另外，由于变压器本身存在有分布电感（distributed inductance）及分布电容（distributed capacitance），其相互作用将会产生串联或并联谐振（resonance）。 发生谐振时，其输入阻抗（input impedance）会趋向于零或无穷大（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 骰芈返腝值（这里Q值的含义是，感抗（inductive reactance）或容抗（capacitive reactance）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。 Hi-Fi环牛及其业余测试(3)2000-08-23 00:00:00 yeskyyesky初级电感与动态范围 另外，变压器初级电感的大小还与信号的动态范围（dynamic range）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（induction density）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，很大的初级电感会引起波形失真加大，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（freguency response）。 再者，从减小相移失真（phase-delay distortion）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（magnetic saturation）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（magnetizing current）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（induction density）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、带纹向的矽钢片）。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（air gap）SS（cm）=1.310 I？N1 I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5-10mA时，就要留有空气了（或者不将铁心插的过紧）。 Hi-Fi环牛及其业余测试(4)2000-08-23 00:00:00 yeskyyesky输出牛测量 前面我们简单的谈了一下对HI-Fi输出牛主要参数的要求。下面我们来谈谈如何在业于条件对输出牛进行测量。所用的工具有数字电压表、电流表、普通电感表，还有0100KHz信号发生器（signal generator），为观察波形失真情况，最好还要有示波器（oscilloscope）、失真丁（distortion meter）等（如在测量频响宽度时，在高频段有时测得输出值也不小，但波形却已出现失真）。不过我们可以通过其他测量方法来得知在重要的20Hz20KHz范围内是否良好。笔者推荐的信号发生器（signal generator）是大陆典型的XD-1，二手价仅人民币300元左右。示波器（oscilloscope）也是最常用的双踪示波器SR-8，二手价仅千于元人民币。此两件必用的丁器的价位较低，业于发烧友很容易拥有，且完全可以满足测试要求，非常实用（当然馈下若拥有其他高档的丁器则更好）。输出牛在正规厂家一般均是用专用综合测试丁来测得，有些数据对发烧友来讲，并无多大意义。用这里简单的测试方法，即可测出输出牛的几项实用参数，且相差不多，很具使用价值。 1、电感（inductor）单端（single-ended）输出牛由于存在严重的直流磁化，故在测量时须加入与实工作电路相近的直流电流，其中电源变压器（宜用大功率的）提供交、直流两种电压，在被测输出牛的初级同时通过交、直流两种成分（模拟单端牛实的工作状态），R系无感电阻（noniductive），A是直流电流表，用以显示回路直流电流的大小。分别测量R上的交流电压值UR，及输出牛初级交流分量UL。然後按下式计算出初级电感 L=UL？R/2f？UR 注意以上三表均不能用普通指针式万用表以免交直流分量相互干扰使测试不准确（以下均同）。 推挽（push-pull）输出牛，由于不存在直流磁化（或仅有少许的磁化，可给输出牛的某一臂加入015mA的可调直流电流（若你的电路两管电流完全相等，可不加直流）。其中，R0.05（2fL）。然後按下式求得： L=R （U/UR）-（1+r/R）/2f，式中U为交流输入电压，UR系R上的电压，r为输出牛的初级（pri）内阻。 2、漏感（leakage inductance）一般输出牛的漏感仅几毫亨几十毫亨，其值可用普通电感表或万用表测得，此不详述。 3、自谐振（resonance）频率：无论是串联或 痴瘢詈貌灰湓谝羝捣段冢悦馄苹堤小话慊岢鱿衷诩甘甂Hz，有的可能在10KHz以内。其中，R系无感电阻（noniductive），其值越小越好，但须能保证电压表有合适的电压显示，信号源输出定的电压。然後调节信号源的输出频率，当电压表出现最小读数时，查看信号源的频率，此频率即为并联自谐振频率。当电压表出现最大读数时的频率，即为串联自谐振频率。 4频率响应（freguency response）推挽（push-pull）输出牛其中R值等于初级阻抗的一半，RL等于输出阻抗。先在将信号源的输出电压调至最大（最好将电压升至输出牛工作所电压），并记录，然後调节输出频率，分别记录下低频、中频（1KHz）及高频时RL上的电压UR低、UR中、UR高，再按下式计算：低频响应值（dB）=20lg UR低/ UR中，高频响应值（dB）=20lg UR高/ UR中。 单端（single-ended）输出牛由于单端牛中有直流磁化作用，故测试电路中加入直流电流成分，不过高频段仅与漏感及分布电容有关，为方便测试，在测高频段频响时，可不加直流成分。图5中R等于被测输出牛的输入阻抗（input impedance），调节W使电流表A指示到输出牛实工作电流值，C为隔直电容。其测试方法及计算公式与推挽（push-pull）牛相同。 5、输入阻抗（input impedance）：输入阻抗受初级电感、漏感（leakage inductance）及分布电容（distributed capacitance）等的影响，在高及低频段呈现出不规则的阻抗变化，有时误差达30-50%。 推挽（push-pull）牛的测试在不同频率段分别测量输出牛初级的电压UL，然後按下式计算： 输入阻抗（input impedance）Z=Ra UL /UaUaRa上的电压。 单端（single-ended）牛的测试同样要加入直流电流，调节W使A指示到正常工作电流，其于测试方法及计算与推挽（push-pull）牛相同。 6、分布电容（distributed capacitance）的测量：分布电容是由变压器本身的结构、绕制工艺及材料等因素所形成。 初级分布电容的测量，调节信号源的输出电压至最大（最好能升至工作所电压），然後改变输出频率，当输出电压指示最大时，表明电路产生谐振，此时的频率为f（KHz），然後按下式计算：初级分布电容（pri distributed capacitance）C（pF）=25.310 /2fLs 式中Ls系初级漏感（mH）。次级分布电容（sec distributed capacitance）的测量见图9调节信号源的频率，当电压表指示为最大时，即表明产生串联谐振，此时的频率为f（KHz）。次级分布电容C（pF）=25.310 /2f