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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：