歐吉桑的真空管世界

歐吉桑的部落格「歐吉桑的真空管世界」多年來致力於分享真空管音響的DIY樂趣，分享作品有分音器、喇叭、真空管擴大機、音響架等設計製作。今日以手工精心打造MM/MC唱頭放大器MMC-01，從線路設計、PCB layout、零件選擇配對、手作銲接、量測分析、實機測試皆親力親為近乎苛求。目前除自用之餘尚可提供分享少數社團好友，由於數量有限只剩6組，有意者請連繫歐吉桑信箱fs_liao2001@yahoo.com.tw。
MMC-01技術規格如下：
增益　　：MM 35.46db / MC 58.05db
等化範圍：MM ±0.17db / MC ±0.2db
訊號雜音比　　：MM -93db / MC -75db at 1V
總諧波失真(MM)：0.007% at 250mV    0.0025% at 1V
　　　　　(MC)：0.01% at 1V
輸入靈敏度：MM 4.2mV / MC 0.313mV at 250mV輸出
輸入阻抗：MM 47kΩ / MC 100Ω
輸出電壓：MM 250mV / MC 250mV
輸出阻抗： < 100Ω

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由於唱頭放大器增益相當高且容易產生雜訊干擾，無法如同真空管機一樣用手工搭棚，所以必須以雙面電路來設計和製作，PCB layout的工程就更顯重要性。歐吉桑習慣使用Altium Designer來設計，雖然版本有些老舊了，但其使用起來還是能得心應手相當實用。而PCB laylout之前準備工作要將各個元件的規格尺寸蒐集齊全，如外箱、RCA插座、電鍵開關、DC插座、主被動零件等等。

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談到唱頭放大器設計必須先了解RIAA等化器和其原理。RIAA等化技術是美國唱片工業協會1954年製訂，透過一種簡單預先加權錄音和反加權回放的模式，來再生先前錄製黑膠唱片的音樂。也就是錄音時會降低低頻、提高高頻的音量準位，而在播放時情況正好反向操作，最終獲得結果是平坦的頻率響應。如此設計允許更長的錄音時間（減少每個凹槽的平均寬度），提高音質，並減少播放過程中可能出現的凹槽損壞。

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本EL-34擴大機是以5881真空管差動擴大機修改而成，原先5881三極管接法配線內部如下圖。系統雖然是綜合擴大機的架構，搭起棚來簡潔俐落的內在美井然有序算是很好看，要拆除部分電路重配，感覺有點捨不得。
當然要做大改裝前必定要有大破壞進行，首先將要更換的零件、配線全部拆除，包含燈絲、柵級交聯電容及偏壓調整回路。

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先前在2012年發表一篇” EL-34全段差動真空管擴大機分析”深受讀者的喜愛點閱，雖然曾經以此為藍圖完成了5881三極管接法綜合擴大機，經過多年使用不管推動Scanspeak單體製作的 discovery W18或者是Revelator R5.5-2喇叭，音色始終有不錯的表現。但心中的感受和EL-34來比較起來總是覺得還是有一段距離，本次藉由部份電路修改主架構為改，並將先前製作上不足的電路設計給予適當修正，就此完成可切換EL-34超線性、三極管真空管差動擴大機。
此次更改要點為：
一、    功率管以EL-34作差動輸出，增加G3第8腳配線
二、    輸出級除三級管接法外，增加超線性接法並以開關TS2作切換
三、    功率管柵級G1串接一電阻來防止寄生振盪產生
四、    功率管柵極G1偏壓電路修正，並將偏壓調整可變電阻外接方便調整
五、    增加推挽輸出功率管陰極電壓K1、K2量測點，用以方便調整校正使用
六、    前置級電路屏流降低以減少總諧波失真
EL-34負載曲線和工作偏壓設定
由於本機將以以EL-34作差動輸出，差動定電流電路並未修改，所以功率管靜態電流為12V / (100 // 470)Ω /  2 = 73ma。依照負載線(Load line)對應的屏極電壓為310V，柵極G1電壓約-22V，柵極外加偏壓約-8 * 5.6K / (5K+5.6K) = -4.23V，所以陰極電壓K1=-22V-(-4.23V) = -17.77V。

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自從使用Scanspeak Revelator系列的18W/8531製作SP95二音路落地型喇叭後，從此打破”低頻響應好一定要用較大尺寸的低音喇叭”的迷思了。其實光看原廠的公佈頻率響應曲線和低頻共振頻率Fs便立可略知其中的奧秘，其豐厚的低音響應加上深度的中音表現搭配高亢清晰的D2905/950000，簡直是無懈可擊的組合。
由於歐吉桑對Revelator系列的中低音單體充滿十足的信賴感，這次就準備用Revelator系列5.5”的15W/8530製作二組較小型R5.5喇叭來搭配KT-88 SE綜合擴大機使用，其中R5.5-1是高音單體搭配D2608/913000和R5.5-2是搭配PEERLESS的LK10HT二種，高音喇叭雖然品牌略微不同，15W/8530、D2608、LK10HT直流阻抗均為8Ω，只要充分把握住每支喇叭1W輸出分貝數的靈敏度數據，設計就不至於會有太多問體產生。但是由於取得4支15W/8530中低音單體；其中的ㄧ支實際量測的直流阻抗與標示5.8Ω差異太多，因此退還廠商另外改購買4 Ω阻抗的15W/4531來組配，所以兩組喇叭的搭配就是R5.5-1 15W/8530+D2608與R5.5-2 15W/4531+LK10HT兩種。對於碰到15W/4531與LK10HT兩種不同阻抗的喇叭分音器設計，就要有改變不同的思維與作法了。
喇叭箱製作
這次製作的音箱並沒有參考特定的喇叭箱原型，是依照喜歡的式樣繪出喇叭箱圖面，計算容量約12.7升略大於Scanspeak Revelator 4R的10.8升，對5.5”的中低音喇叭而言，已經綽綽有餘了。由於是低音反射式且倒相孔開於箱體後方，所以擺設喇叭時必須注意與牆壁保持適當距離。

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本文是針對喇叭不同阻抗分音器設計與製作，網友可以先行參閱三階二音路分音器設計內文，瞭解三階二音路分音器設計過程。
第二組二音路書架型喇叭使用Scanspeak 15W/4531G00搭配PEERLESS的LK10HT，事實上LK10HT的高音喇叭年代久遠資訊取得相當有限，只知道其阻抗為8Ω，與KO10HT同為高音小號角高效率喇叭同時發表，其1W的輸出是95db，若使用1500Hz二階分音器可達50W，分頻點設在4000Hz時可達100W。
由於15W/4531G00靈敏度為87db和LK10HT的95db相差8db，所以我們在設計分音器時將其並聯一只8Ω電阻使其成為4Ω等效阻抗，就可以當成4Ω的喇叭接在管機來作分頻器設計。

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此次以Scanspeak Revelator 5.5”中低音15W/8530K00製作小型二音路書架型喇叭系統，高音喇叭是選用D2608/913000來搭配。雖然此組合高音單體與中低音喇叭相較似乎稍嫌低階一點，但以D2608/913000來說；卻是現時Scanspeak性價比最高的一支高音單體，搭配起來是物超所值。
設計分音器時首先須瞭解各個喇叭的基本特性，諸如喇叭組抗、靈敏度、頻率響應。由於中低音15W/8530K00的阻抗是8Ω，1W的靈敏度為86db，頻率響應為39-6KHz，高音D2608/913000的阻抗同樣是8Ω，1W的靈敏度為91.3db，頻率響應為700-25KHz，兩者靈敏度相差5.3db，所以最後高音喇叭還需要作5.3db的衰減設計。

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真空管搭棚中最重要的莫屬接地與燈絲配線最為重要一環，好的配線設計除了避免哼流聲（60Hz)、雜訊產生外，更可以防範高頻振盪產生。
接地，很容易聯想到把接地線接到機殼就好。接地在真空管搭棚配線過程中則需要審慎處理，否則會有很多不可預期的問題產生。在我們配線中接地可分為電源輸入、整流濾波、燈絲、放大回路等四部分處理，在這裡歐吉桑將多年累積下來的心得提供大家參考。
一、電源輸入接地
　　電源輸入主要是針對EMI高頻諧坡處理，雖然電源變壓器主要工作頻率是60Hz，本身就具有高頻濾波效果，但是為了防止高頻諧波干擾，一般還會在電源輸入回路上加入EMI filter透過接地來濾除高頻諧波。
EMI filter元件及等校電路如下圖所示：

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管機的設計就是看懂設計資料，做出"把適當的元件擺在適當的位置"。
近日有某管友在社群中發表用300B作前級放大器，產生亨流聲求救中...，套用一般原住民口語來說這就是"假會"。
歐吉桑不敢以管機專業自居，始因離開學校退伍後的工作領域一直在工具機產業服務。專精於工業控制器設計、伺服控制器開發應用，業餘閒暇時偶爾研究真空管擴大機設計，剛好就近將工業控制器設計所學之電子學回饋至新的管機研究。
管機電路使用元件不外乎主動元件－真空管，被動元件－電阻、電容、變壓器，這些電路對於熟攆於電路設計的人還不至於很難了解其中的奧秘。主動元件選用要適才適所沒有奇門，被動元件電阻、電容選用金屬皮膜，注意功率、容量、耐壓不要弄錯，就不會太差，變壓器包括電源、輸出選用老字號廠商供應就對了。
一般真空管用途都會在資料表內註明用途，諸如音頻功率放大、音頻信號放大、高頻信號放大、DC穩壓、整流電路，要學會設計或修改電路第一要件就是看懂得元件的資料手冊給予適用位置。譬如常用的12AX7、6CG7、ECC82、ECC83、6SN7、6FQ7...，這些管子都標明使用在A.F. amplifier。另外2A3、WE300B、211、5881、845、6L6GC、KT-88、6550...，這些管子都標明使用在Power amplifier，是應用在功率放大輸出。而6080、6336A這類低阻抗大電流的管子則適用電源穩壓控制，當然有一些人也會應用在功率放大輸出，尤其是在OTL(Output Transformer Less)放大器。
會組裝真空管機不一定了解電路設計，如果要研究管機電路設計那就請先看懂資料手冊(Data sheet)吧！給予元件適才適所才對。

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偶然的機會在FB的社群上發現有人提倡焊錫可以可變聲音！
"發現不同品牌不同型號的錫聲音就是有差異"
上面這段話是原汁原味節錄下來，可不是我說的。
說實在的我可沒這本事可以分辨出來，連換個喇叭線、或RCA信號線都很難區隔，何況是焊錫！
歐吉桑學電子學四十幾年，也沒學過這種理論。莫非我上課時打混過日子，可真要向教電子學莊老師懺悔了，學生不材無能沒讓您教好！
在我的認知中焊錫只不過是個熔接焊點的材質而已，具有導電性阻抗近乎於0，要影響聲音則不知從何說起。
話說回來個人覺得影響真空管機的聲音最多的應該是擴大機的主動元件(真空管)、電路設計、輸出變壓器等因素，此不包含音源產生器(唱盤等)、喇叭元件，所以這種說法就可以一笑置之啊！

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