2020年9月27日

真空管音響的聲音真的比較好聽嗎?答案:是真的!

首先聲明音響都是消費級器材列如...

擴音機前級Yamaha CX-A5000 

後級是Yamaha MX-A5000 

喇叭是亞瑟 BE-20、CP771..等

藍光碟是PS3 

電視是Sharp 80吋。

  總金額遠低於百萬,裡面沒有一台是真空管型,沒有百萬靜電喇叭或鸚鵡號角喇叭,沒有一樣是昂貴監聽室器材,全是消費電晶體設備。常聽到百萬、千萬級音響玩家說:真空管音響,聲音比較好,比較溫潤、柔滑、甜美、悅耳。知道他們想說甚麼嗎?這些形容詞未免太抽象了吧。做為曾經親自設計過音響,有量產百萬台中低階音響,OEM賣給世界名廠經驗的老工程師,從MT到ST真空管時代,開始設計音響,直到走入線性電晶體IC混合厚膜時代,數位D類時代,我們一直不解真空管好在哪裡?因為在高級儀器測試下,真空管前級、後級不論功率、諧波失真、頻率響應、輸出阻抗、阻尼係數,數據都沒有比電晶體好。

那為何用真空管音響聽音樂比較悅耳呢?特別是用黑膠唱片做音樂來源時更明顯呢?

  我多年來都一直附合主流思潮,假設雙載子電晶體因為同時有反方向電子與電洞流動,兩者的遷移率相差兩倍,所以可能是原因,但是到了FET場效應電晶體出現後,這個想法就不能成立了。因為FET是單一載子元件, 也就是同時只有電子或電洞在運作。

  我又想這些應該是復古崇古心理作祟,但是經過幾次雙邊盲目測驗後,真空管還是勝出。尤其是用黑膠唱片時。這種情形對一個相信規格、公式、儀器的人是很困窘的。每次看到假音響專家,用胡說八道、語焉不詳的形容詞堆砌組合,在互相爭辯時,覺得很可笑,但是自己又提不出一套正確完整的說法。

  真空管音響會令音樂變得悅耳,不只音樂家同意,普通家庭音響玩家也喜歡,甚至不懂音響的妻子到音響室小坐,聽到後也會讚嘆,這台比較好聽。可是在實驗室測量,真空管音響明明是有很嚴重的二次諧波失真阿!

  如果我們拆開頂級專業吉他放大器,會驚呀的發現裡面竟是一顆真空管,而且設計成會產生嚴重二次諧波失真,再用儀器測量高級名小提琴,發現他的結構竟然也是用來產生二次諧波。原來這一切就是溫潤、悅耳的秘密。

  於是我們就在實驗室用電腦模擬二次諧波,透過超低失真的電晶體放大器播放,希望也能產生悅耳音樂。結果是真的有好些,但沒真空管機那麼好。

  這其中一定還有甚麼秘密,深入研究發現,好聽的絃樂、銅管、敲擊樂器都有一個共同現象,就是除了二次諧波特別豐富外,其諧波強度還會隨著音量加大而失真更嚴重。這真是一個令人跌破眼鏡的發現,因為三級真空管也正好有功率越大二次諧波失真越大的現象,尤其是到達功率極限時其破音更是高比例,大量強烈的二次諧波。

例如:

若1W 輸出時二次諧波失真是 1% 即 0.01 W 

在10W 輸出時二次諧波失真失真 5% 即 0.5 W

100W輸出時二次諧波失真失真 20% 即 20W

  即功率越大二次些波比率越高。所以當二次諧波鬧成一場時,人耳竟然不覺得吵,反而有溫謦感。

頭頂門框限制

  真空管較好聽,另一個確定的原因是大家都知道的,"頭頂門框限制" Head-up。電晶體音響功率超過極限時,會將超過大的聲音部分無情的切掉,除了會使高音消失外,也會產生大量很難聽的奇次高諧波 ,及高頻黑噪音,甚至立即燒毀。所以不好聽,聽久會疲勞。而真空管機則會容許功率超過上限30-50% 然後緩緩飽和,圓圓壓扁,產生高比例大量溫潤的二次諧波。雖然真空管屏極也會短暫發熱發紅,但數秒內不會立即燒毀。

電容器品質好

  真空管音響因為使用電壓高 100-300V 比電晶體的30-50V 高很多,所以使用的電容器多是高級紙質、塑膠質電容器,比電晶體用的鋁電解質電容器損失角小很多。壞的電容器會造成高頻移相及瞬態失真,甚至因逆向電壓而爆炸,以前無法測量,現在新型儀器已能量出,所以一流廠商也都是改用胆質或更高級材料。很多濫竽充數工程師,不知電解電容需要維持順向電壓,而讓它長期處於微量逆向電壓下工作,除了會造成嚴重失真外,也會變成不定時炸彈。

負回授、過低輸出阻抗、過高阻尼係數

  真空管擴音器因為放大率有限,沒餘裕可供負回授電路浪費,加上其線性好,幾乎不需要使用太多負回授電路來修飾原來缺點,使得電路簡潔,瞬態失真小。總諧波失真值不會隨頻率升高而急遽升高。這點對音樂家就很重要。電晶體擴音機,為了掩飾本質缺點,採用超高負迴授來消除總諧波失真,致使輸出阻抗低得太誇張,也就是俗稱的阻尼係數太高。用儀器測量就會發現,總諧波失真值在高頻端會急遽升高數倍,例如頻率響應7Khz-22Khz之間。

  阻尼系數太高會怎樣,擴音機推喇叭線圈產生磁場使紙盆在磁鐵內移動,紙盆彈回時,因愣次定律,會產生逆向電壓灌回擴音機,擴音機裡的電晶體或真空管要負責將其吃掉消耗成熱量,這就是阻尼。汽車懸吊系統若阻尼太低,撞到凹洞輪子會彈跳很多次不停,因為能量沒被吸收掉,加上阻尼器後,就會正好彈一下後恢復原位,如果裝阻尼系數太高的零件,輪子凹下去後3秒鐘才恢復,就很可笑。又例如,汽車若以5檔開高速公路,因阻尼係數低,放油門時車會繼續滑,很順。但若以2檔開 100公里時速,只要放油門,車子會立刻急遽減速,這就是阻尼係數高引起的。

  奇次高諧波就是 3,5,7倍諧波,例如基頻是100 Hz奇次諧波就是300,500,700Hz,會令人有不悅感。偶次諧波就是就是 2,4,6倍諧波,例如基頻是100 Hz偶次諧波就是200,400,600Hz,會令人有愉悅感。(例如當你聽到C調的A音440hz時會出現一個不該有的高八度音880hz的A及高二個八度的A 1760HZ ) 有趣的是當這些二次高諧波出現時,人耳不但不會覺得不快,卻反而有愉悅感,這很可能是生物演化過程中,從阿米巴到哺乳動物演化時,二次諧波常常代表協和、安全的環境吧!

  近年來數位技術發達,人類已經可以將聲音精準錄下,精確無損的複製、重播,數位科技可將聲音抽樣切成 44.1K 48K 96K 192K甚至1141K 2282K小片 (K代表1000簡寫),然後每小片再稱斤稱兩,測量後計算解析出12-16-24bit數位碼,它的分解能力已經超過人耳聽力極限的數百倍,它不會因複製、傳播而損失,一般人耳已不可能分辨差異。當然數位化無論抽樣多密,解析度多高,永遠會有抽樣誤差,抽樣時間差,量子化雜訊。

  所以聲音學上麥克風永遠無法完美的將音波轉成電子訊號,喇叭或耳機也不可能將電流完美轉成聲音,但是在人耳聽得到的範圍20-20KHz 0-120dB動態範圍內,其實已夠用了。

謝謝收看

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