负反馈是如何造就胆机与石机不同的音色

9m38mi

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由上一篇文章http://bbs.headphoneclub.com/thread-153626-1-1.html负反馈，什么是负反馈，负反馈有什么好处，有什么坏处。[/url]我们知道负反馈的最大问题就是环路的稳定性。

胆机使用大环路负反馈降低失真的问题：
在胆机时代由于胆机的输出阻抗始终无法降低，大部分的胆机线路最终，都要靠输出变压器完成阻抗变换，输出。
上个世纪50年代是放大器的设计异常活跃的年代，许多很有名的线路在那时发表，最出名的算是威廉逊电路。威廉逊经过仔细分析后认为，为了使谐波失真降到最低，关键在于要把与扬声器连接的输出变压器包含在反馈回路内，从那之后，几乎所有的胆机都从变压器的副边取出反馈信号。
而众所周知，变压器是个在音频频段产生的相移就已经不小。这一方面在对输出变压器，电子管输出级阻抗，音箱阻抗提出了很高的要求，也对负反馈的使用形成了很大的限制。


第二个限制胆机使用负反馈的因素是胆机的增益，熟悉胆机的设计就知道，在胆机的那个年代，没有现在固体电路这么方便的恒流源，电流镜单元，电路的增益远远没有现在的固体电路高，偏偏胆机输出级对于信号幅度的要求很高，以常见的300B为例，典型的应用中要求的信号摆幅在70V左右，这么高的信号摆幅对于胆机电压放大级来说本就不容易达到，如果还要使用负反馈吞噬那点可怜的增益，难度可想而知。

最后一个限制胆机使用负反馈的因素是胆机的级间耦合方式，胆机风行时期，因为器件单一（电子管的对称器件始终没有被发明出来），级间耦合常见的只有RC,LC，变压器耦合，直藕很难做到。而即使是频率响应最好的RC耦合，也会产生可观的高频相移。

可见，对于胆机来说，想用大环路负反馈改善放大器的失真特性存在很多困难。


石机可以使用大环路负反馈降低失真：
到了晶体管时代，困扰胆机使用负反馈的三大难题迎刃而解（晶体管输出级的输出阻抗极低，变压器可以省去，晶体管电路的增益非常大，增益也不再是问题，因为NPN,PNP对称器件的使用，晶体机普遍使用直藕，使得频率响应大大改善。）


反馈量与失真之间的关系：

根据巴克山达在1978年做的研究所提供的图表显示如果负反馈的量很小，则总谐波失真反而变坏，原因是放大器的2次，3次等低次谐波失真虽然通过反馈抵消，但是它们也通过反馈回路再次被放大，产生新的4次，5次，6次等高次谐波失真，所以总的谐波失真系数反而更差了。

因为这个原因，很多胆机干脆不使用大环路负反馈，只使用一些局部负反馈，然后在宣传上号称使用无反馈设计。而晶体管机可以大量使用大环路负反馈。这是为什么石机在数据指标上明显比胆机好的主要原因。关于什么是全无负反馈，离题太远，我稍后另写文章说明。

石机可以完胜胆机吗？
看到这里似乎可以得出石机完胜胆机，至少在数据上完胜胆机的结论。很显然，石机不能完胜胆机，即便是数据上完胜，也仅仅是谐波失真一项数据，而总谐波失真远远不能代表整机的失真数据。

石机诞生之初，设计人员就被它巨大的优势所吸引，厂商出于市场的需求，普遍投入石机的研发中来，但是早期的石机数据虽好，声音却不尽如人意。经过30多年，无数工程师的艰苦努力，现在可以认为石机的问题已经基本被发现。

石机使用负反馈存在的问题：
石机的问题还是出在高频稳定性上，前文中提到，为了使放大器稳定，必须降低高频的增益。问题就出在高频补偿上。

下图所示是目前几乎所有晶体管放大器以及运算放大器的内部基本结构，包括如今十分热门的全对称线路，钻石差动，菱形差动线路等。它由许多优点，其中最主要的是输入输出以及级间都不需要耦合电容（我并不是说直藕就一定最好，但是直藕对设计人员来说十分方便，市场营销人员也乐于以此作为宣传噱头，顾客也乐于被洗脑，认为电容是万恶之源，）。它由一个输入级，一个电压放大级，一个功率级组成。


为了降低高频的增益，最简单的办法是增加一个电容C1


这是早期大部分放大器的做法，也是如今许多低档晶体管机的做法。假设有一个非常变化速度非常快（高频）的信号出现在Q1的输入端，Q1迅速做出来响应，而此时Q3的补偿电容正在放电，Q3处于完全无法工作的状态，显然Q2就完全没有反馈信号，Q1可能被激励到饱和区或者截止区，这是，这个放大器停止工作，所有的信号都会消失，这是一种能听到的缺陷。叫做瞬态互调失真。Graham Slee 老先生的NOVO耳放，吴刚先生的J1耳放就使用了这种补偿技术。

提升放大器的转换速率可以一定程度上缓解这种现象，但是根本的解决问题的办法是改变高频补偿的方式。
一种改进的办法是在输入端加入一个高频补偿电容



这里C1与放大器的输入阻抗形成低通滤波器，高频成分不进入放大器，则瞬态失真的问题，高频稳定性的问题就都解决了。大家可以看我刊登的SOLO原理图http://blog.sina.com.cn/s/blog_7115ea7c0100nmqz.html，SOLO也使用了这种方法，选用的是RIFA 100P的电容，这个电容对于SOLO的声音品质非常重要。。大名鼎鼎的天价线材天仙配，与之同源的MIT也在它们的线材中使用了这样的技术，当然，比这里刊登的电路要复杂许多，效果也更好。很多高档线材要求分布电容，分布电感参数越低愈好，其实对于低档放大器来说，如果使用的线材分布电容比较大，正好起到了图中C1的作用，虽然理论上说会损失高频信息量，但实际上音质会更好。我稍后写一篇文章讲如何做一条适合低档石机用的信号线。

还有一种办法可以解决这个问题，见下图。



把放大器的增益包含在反馈回路内。

这三种补偿技术可以同时使用，典型的例子就是Graham Slee 老先生的NOVO耳放，非常有意思。

回到主题，胆机与石机的声音差异形成机理有很多解释，比如从器件出发，胆机的为电子真空度越导电，石机为电子或空穴移动导电，噪音较大。胆机有软过载特性等。但反馈及补偿方法的不同，我认为才是形成这种差异的主要原因。高档的石机，比如GOLDMUND,KRELL可以在使用负反馈使失真数字降到非常漂亮的同时，使用复杂的补偿技术基本完美的解决负反馈带来的问题。而胆机无负反馈或较少负反馈的声音必然很多地方不如石机，但是也有不可取代的优点，这也是很多人着迷胆机的原因。

[ 本帖最后由 9m38mi 于 2011-2-15 23:04 编辑 ]

mk2003

有些东西，不是懂一点就可以随便说的。算了不较真。

[ 本帖最后由 mk2003 于 2011-2-15 23:12 编辑 ]

9m38mi

面对电脑这么久，老眼昏花，加上很多资料数据都凭记忆，难免有写错的地方，欢迎指正。老人家先去睡觉了

mk2003

哦，那提醒下，关于米勒补偿和超前补偿那有点问题。关于噪音，要说清楚可以写几大篇了，不能光凭个电子导电，而电子管xx（空穴不导电的，只是视觉移动而已）。真要科普，应该先从器件基础，硅的单晶结构和pn结说起吧。

whisky_qz

学习了

9m38mi

原帖由 mk2003 于 2011-2-15 23:13 发表
哦，那提醒下，关于米勒补偿和超前补偿那有点问题。关于噪音，要说清楚可以写几大篇了，不能光凭个电子导电，而电子管xx（空穴不导电的，只是视觉移动而已）。真要科普，应该先从器件基础，硅的单晶结构和pn结说起吧 ...

真要科普确实是应该从器件结构说起，补偿那部分也确实说的太简单。