雙擴大機調理技巧 I（轉載）

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轉載自台灣「音響論壇」146 期音響知識進階文章 - http://audioart.audionet.com.tw/146/06.htm



「雙擴大機療法」的基本連接法︰由一部具備二組輸出訊號的前級擴大機，與二部後級擴大機聯結後，分別驅動喇叭的高、中音單體分頻網路，以及低音單體分頻網路。



圖為真空管後級驅動高中音分頻網路，
電晶體擴大機驅動低音單體分頻網路


「雙擴大機療法」是否真能讓您的音響系統起死回生，相信許多讀者看完劉總編這篇報導之後已經躍躍欲試，或許您禁不住劉總編三寸不爛之舌的誘惑，早已試過「雙擴大機療法」，並且領略到柳暗花明又一村的另一番景象；但有些讀者可能心中仍有諸多疑問，或執行時遭遇各種問題，正坐困愁城而感到洩氣，甚至懷疑劉總編是否言過其實。筆者在此替劉總編背書，「雙擴大機療法」不僅能讓表現不佳的音響系統起死回生，也能使原來表現不錯的音響系統更上一層樓，如何達成，端賴您調理運用之妙。本文筆者將以技術的觀點分析「雙擴大機療法」的益處、如何選用擴大機；以及兩部擴大機增益（放大倍數）不同、相位不同或輸入阻抗不同時應採用何種輔助措施一併提出說明，以利讀者可以靈活運用，使雙擴大機療法成為人人可以享用的平民療法，而非少數王公貴族的專屬品。


雙擴大機療法是調音的進階手段
更換電源線、信號線或加墊各種不同形狀/材質的腳錐以改善音效，已是現代音響迷不可或缺的調音手段，如果您在此方面已有相當經驗與成就，建議您下一個步驟應該試試雙擴大機療法（Bi-Amping）的調音進階手段，只要您詳閱劉總編之前的報導，再參考本文的說明，您會發現雙擴大機療法其實跟更換電源線、信號線一樣簡單。等您領悟雙擴大機調理技巧，藉由Bi-Amping而得到更好的聲音之後，您將體會原來Bi-Amping所獲得的效益遠超過更換一整套線材（增購一台擴大機也許只需花一組線材的錢，但對音質的改善卻是全面性的）， 因為線材是被動原件，而Bi-Amping的擴大機卻是主動原件，更換線材就如同更換汽車的輪胎與避震懸吊系統，而更換擴大機卻如同汽車加裝增壓器（Turbocharger）與改造引擎的汽缸（Cylinder）一樣，更換輪胎與避震懸吊系統讓您覺得更舒適；加裝增壓器與改造引擎的汽缸（包含燃燒系統）則讓您覺得車子的力量更充沛（Powerfull）與加速度性更優越，由於燃燒效率提昇致使引擎運轉更平穩，故而兼具舒適性的提昇，兩種感受是截然不同然的。更換線材係節流（降低信號傳輸的損失），Bi-Amping則係開源（兩部擴大機分工合作將能量直接送達各喇叭單體），只顧節流是不夠的，還要積極的開源，最聰明的作法就是找一台合適的擴大機而不是最貴的，以分工合作的方式驅動不同喇叭單體，因為找一台十項全能（從低頻到高頻均表現優異）的擴大機必定相當昂貴，況且也不能解決所有的問題。


Bi-Amping可以降低擴大機的失真
喇叭因內含音圈及分音器，而分音器內又組裝有電阻、電容與電感等元件，故喇叭的負載特性極為複雜，不同頻率下會呈現不同的阻抗特性，尤其較低頻段，由於紙盆振幅比較大，音圈切割磁場後引起極大的反電動勢。一般後級擴大機遭遇極低阻抗、電容效應與強大反電動勢時，輕者導致擴大機波形扭曲、產生鈴振（Ringing）等失真；較嚴重者使擴大機電路工作不穩定而引起高頻振盪；更嚴重者直接導致擴大機燒毀，這就是為甚麼許多難推的高級喇叭搭配不適當的後級擴大機，會讓人覺得高頻吵雜尖銳刺耳、聲音太乾不夠豐潤飽滿的緣故。有不少高級喇叭為使頻率響應平直精準，將分音器電路設計成非常複雜的結構，甚至採用多單體驅動，如此勢必對擴大機造成重大負擔，必須搭配選用大電流、低輸出阻抗以及低負回授量的後級擴大機才足以應付，此種擴大機價格必定昂貴，若實施Bi-Amping將可獲得極大的經濟效益。


二部後級輸入並聯防止震盪的方法



在前級輸出端串聯上一只10Ω－100Ω電阻器作為阻尼。




在前後級訊號線之一端串聯上一只10Ω－100Ω之電阻器作為阻尼。




再後級的輸入端串聯上一只10Ω－100Ω電阻器作為阻尼。



為甚麼採用兩部後級可以達成這種效果？因為複雜的喇叭負載一分為二由兩部後級所分擔，各別驅動的困難度自然就降低了許多，尤其是最難驅動的低音單體已經由另一部後級負責驅動，由於高/中音與低音分頻網路已完全分離，即使該擴大機產生波形扭曲、振鈴等失真，也不會再干擾到高/中音造成聽覺上的不悅（人耳最敏感的頻段是在高/中頻段）。後級擴大機受到喇叭負載所引起的失真以高頻成分居多，低音單體之前已有低通分頻網路，使得大部分失真信號被阻擋在分頻網路之外而不會呈現在低音單體上，故低音單體所接收到的失真信號將微乎其微，因此採用兩部後級分工合作可以保有純淨無染的高/中頻，又可以獲得飽滿結實的低頻段。與低音單體相比，通常高/中音單體比較好驅動，若實施Bi-Amping，推高/中音的擴大機可以有更大的選擇空間，許多小瓦數質感很好的管機就是最佳選擇，例如最近流行的300B管機後級擴大機。

翻開音響雜誌廣告，凡是品質性能稍微好一點的後級擴大機，大都要價四、五十萬元以上，而且有愈來愈貴的趨勢，相信已經不是一般公務人員或年輕音響迷所能負擔得起，因此學習DIY是省錢又好玩的方式。唯對於大多數不懂電子的音響迷而言，要進入DIY行列可能有點困難，如果告訴您只要手邊有兩部後級擴大機而喇叭又具有Bi-Wiring端子（喇叭的高/中頻段與低頻段分頻網路是完全獨立分開的），再參照本文所述簡單的調整技巧，即可達成享受Bi-Amping的樂趣，相信您一定願意嘗試看看。


同廠牌同型號的後級Bi-Amping
若手邊有兩部同一廠牌同型號的後級，而前級擴大機又有兩組輸出，只要利用兩組訊號線將前級的訊號分別送往兩部後級即可；若前級只有一組輸出，可到電子材料行購買一組一變二的RCA轉接頭，但此時要特別小心，因為該一變二轉接頭內部是直接併聯的，有極少數後級或不同廠牌的兩部後級，若將其輸入直接併聯有可能引起震盪，要如何判斷是否有震盪現象發生？如果有震盪現象通常應該可以從喇叭聽到異常噪音，嚴重者將導致後級擴大機之保險絲燒毀。萬一遇到此種情形，還是有解決辦法，您可以在其中一部後級的輸入端（拆下後級上蓋，在輸入RCA端子之後與訊號線之間）串上一只10Ω－100Ω電阻作為阻尼（Damping）之用即可避免類似情況發生（如圖1-1），如果不想修改後級，也可以在其中一組訊號線之一端加串電阻，即RCA插頭在銲接訊號線之前先串一只10Ω－100Ω電阻（如圖1-2）。有些前級的擴大機雖然已經具備兩組輸出端子，但內部也是直接併聯的，此亦有可能發生震盪現象，除根據上述方法修改後級或訊號線外，也可以在前級擴大機輸出端加串電阻（必須拆下前級上蓋，在輸出訊號線與RCA端子之間加串電阻，如圖1-3），同樣可以達到消除震盪的目的。


增益調整
兩部後級若增益不同，有下列三種解決辦法：一、裝一部被動式前級，接在增益比較大的後級擴大機之前，以衰減其輸入訊號強度，使兩部後級的輸出電平一致。所謂被動式前級，僅是利用可變電阻器（VR）裝置在金屬盒內以形成衰減電路，電阻值必須與該後級之輸入阻抗一致或稍低為宜（如圖2-1）。二、在後級擴大機內部輸入端（RCA插座之後）加裝可變電阻器，以衰減輸入訊號強度，目的與前者相同，只是將VR置於後級機箱內而已（圖2-2）。三、修改後級擴大機內的回授電路，使兩部後級的增益一致，此法對一般音響迷稍微困難一點，但對懂得電子電路的DIY族來講應該是非常簡單的方法（如圖3-3）。至於是提昇其中一部後級的增益，抑或調降另一部後級的增益，則視該兩部後級的特性而定。降低回授量以提高擴大機的增益時，通常會有下列狀況發生：使聲音速度變慢，低頻尾韻變長，低頻量感稍增但凝聚感會降低，使整個音場變寬一點，但高頻的延伸及細緻度會變差一點；反之若增加回授量以降低擴大機的增益時，則聲音的走向是相反的，您可以依照上述經驗法則予以適當調整，以獲致最佳效果。


後級擴大機的增益調整



將一部被動式前級接在增益比較高的後級之前，以衰減輸入訊號強度。
Out 1 - 接在增益比較低的後級。
Out 2 - 接在增益比較高的後級。



在後級內部輸入端加裝半可調電阻（VR），以衰減輸入訊號強度。



修改後級內部回授電路以改變增益。
註︰當RF電阻值變大則增益提高，當RF電阻值變小則增益降低（增益G=1+RF/R1）。


阻抗匹配
兩部後級的輸入阻抗不同是否影響Bi-Amping？理論上兩部後級的輸入阻抗一致是最完美的，然而既要選擇喜愛的音色又要考慮輸入阻抗一致，可選購搭配的機種就會少很多，故擬在此提供一些輔助辦法。一般晶體後級擴大機的輸入阻抗大約在10KΩ－100KΩ左右，但有極少數稀有機種後級之輸入阻抗設計成10KΩ以下或100KΩ以上，然最大多數機種是設計成50KΩ左右，只要避開極大值與極小值互相搭配，應該不至於有太大的影響。但是一般真空管後級擴大機的輸入阻抗卻高達100KΩ以上，因此若要將真空管後級與晶體後級互相搭配Bi-Amping，則要特別注意輸入阻抗的匹配問題，否則可能無法調整出平衡的聲音，甚至導致真空管後級變成啞吧（發不出聲音來）。許多音響迷偏愛管機那種迷人的高/中頻，若要Bi-Amping，高/中頻段當然非選用管機不可，而先天上晶體後級擴大機的低頻驅動控制能力比一般真空管後級強得多，可以說它與管機最適配了！

筆者一位同事於數年前曾經嘗試此種搭配方式，但始終未嘗成功而耿耿於懷，最近又再度興起這種念頭，希望筆者能提供協助以達成多年的心願。那位同事原來所用的晶體後級為Linear Acoustic LA 120，經查閱設計電路圖，其輸入阻抗為4.7KΩ，增益為48倍（一般後級之增益為20－30倍），因此之前他以低輸入阻抗高增益的後級，欲與高輸入阻抗低增益的真空管後級搭配Bi-Amping，雖然當時已另裝了一部被動式前級藉以衰減Linear Acoustic後級的增益，但還是無法如願，據他表示，只聽到低頻而不聞高/中頻。為了解決上述問題，筆者提出下列解決方案：一、修改晶體後級的輸入阻抗與增益，使與管機後級一致。由於上述修改會改變擴大機整體的音色，我那位同事希望能保持Linear Acoustic之原味以備不時之需，例如，當管機故障時仍然可以單機驅動喇叭而不影響原有音色，故採取下一個辦法處理（如圖3-1）。二、另裝一部主動式緩衝放大器（Buffer Amp）藉以驅動並調整晶體後級的輸出電平（如圖3-2）。

首先由我設計電路及零件佈置圖，那位同事自行動手組裝，完成之後再由我檢查、測試，並協助最後的Bi-Amping平衡調整，一切都進行得非常順利成功。完成之後，使得中/低頻更飽滿，音場更開闊而深邃，高頻更柔順耐聽，那位同事也感到非常滿意，終於一償宿願，最近他正嘗試著更換不同廠牌的真空管，享受不同管味的高/中頻音色。Bi-Amping雖然花費不多，但在玩音響的生涯中又邁進一大步，好像增添了調色盤，讓音樂的色彩豐富了起來。緩衝放大器的增益一般設定為一，也可以依實際需要調整，使其增益小於一或大於一，主要在於提供輸入及輸出阻抗的匹配功能，若在其輸入端加裝可變電阻器，即兼具調整增益的功能，您若沒有能力DIY自己裝緩衝放大器，也可另找一部前級取代前述緩衝放大器的功用，不過在還沒有充分把握之前，建議最好先向同好借用前級試用一下，待成功滿意之後再購買，以免造成不必要的損失，尋找較便宜的二手貨也是不錯的選擇。


二部後級之輸入阻抗匹配方法



修改輸入阻抗設定電阻RIN之電阻值，使二部後級一致。



另裝一部Buffer Amp，接在增益比較高之後級輸入端。
Out 1接在增益比較低的後級。
Out 2接在增益比較高的後級。


相位測試與調整
兩部後級若相位不一致應如何處理？執行Bi-amping之第一個步驟就是先確認兩部後級的相位是否一致，一般擴大機可分為正相放大及反相放大兩種，大多數擴大機都是設計成正相放大，除非廠家說明書有特別申明，但為了慎重起見最好還是先確認相位，利用示波器與訊號產生器是既簡單又精確的測試方法，有此設備者都應該知道如何測試，故不在此多做說明，若同好或朋友中有此設備者可以委託他們代為測試。另唱片行可以找到許多CD測試唱片，上面錄有左右聲道、正反相及各種頻率等測試訊號，您可以依據唱片上的說明進行相位測試。如果兩部後級擴大機中，已知其中一部是正相放大，則可利用下述方法加以判定，首先將左右聲道喇叭面對面擺放（註：距離拉近一點效果會比較明顯），由兩部後級擴大機分別驅動左、右聲道喇叭，已知相位之後級驅動左喇叭 ，另一部則驅動右喇叭，兩部後級的輸入訊號必須同時從前級的左聲道或右聲道接過去，也就是說兩部後級是輸入完全一模一樣的訊號，然後選一張最熟悉、低頻量比較多的CD唱片播放，如果低音量感正常，表示另一部後級也是正相放大，為慎重起見可以把右喇叭的接線（靠喇叭端） 正負反接，反接之後若低音量感變少了，證明剛剛的判斷是正確的。相位測試時請記住喇叭正相發聲的接線方式（註：反相擴大機的喇叭接線其中一端之極性要反接，通常靠擴大機端的接線固定不變，僅於喇叭端正負對調反接），Bi-Amping時就依該接線方式分別接高/中音與低音喇叭就行了。這是不需增加任何裝置的最方便接法，您也可以在反相後級擴大機之前加一部反相Buffer Amp.或反相前級，使該反相後級擴大機改變為正相輸出，此時所有喇叭線即可照正常方式接線。


平衡調整
選擇大電流、驅動力強的後級推低音喇叭，高/中頻比較柔順、失真比較低的後級推高/中音喇叭，完成Bi-Amping接線之後接下來即可進行平衡調整，需準備的工具包括：數位三用電錶及CD測試唱片，另外有示波器與訊號產生器的讀者更方便，而且可調出更精準的平衡性。前面已經提到過，因為兩部後級增益不同所以需加以適當的調整，而調整過程，後級擴大機需有適當的負載，因為輕負載與重負載情況下擴大機的增益略有差異，此時最佳的負載就是所要驅動的喇叭。由於比較耗功率的者就在低音喇叭，而一般低音的分頻點都設在500Hz以下，三音路較大型喇叭都設在400Hz以下，所以測試訊號建議選擇300Hz左右或更低頻率的正弦波。為安全起見，測試前最好將前級關到最小音量，選定測試訊源之後再慢慢提高音量，一面提高音量一面利用數位三用錶（交流檔）或示波器量測高/中頻與低頻喇叭端子的電壓值。若以測試CD片為訊源，當前級音量旋扭轉到正常聆聽位置時，測得電壓值大約在1~3伏特之間（4歐姆喇叭），8歐姆喇叭大約在3~6伏特之間，視環境與喇叭的效率而定。若以訊號產生器為訊源，則宜特別小心，剛開始勿將訊號產生器之輸出調得太大，以免導致喇叭損傷。調整工作最好能再請一個人幫忙，當前級旋扭調至適當音量之後即固定不變，其中一人調後級的輸出電平，另一人則在喇叭端測量電壓值。為什麼要在喇叭端測量而不是在後級輸出端測量？因為喇叭線具有電阻值，大電流通過時會產生壓降而影響調整平衡的準確度，又測量時要交互量測比較高/中音與低音喇叭端子的電壓值直到完全一致為止。


後級選擇與功率分配
解決了擴大機的增益、阻抗與相位匹配問題，音響迷最關心的大概是擴大機的功率選擇問題，即驅動高/中頻與低頻喇叭的後級擴大機，其功率如何比率分配？在此不妨先看看ATC 100A喇叭內部電子分音擴大機之功率分配，ATC 100A係採三音路電子分音，其音箱內部設50、100及200瓦等三組後級擴大機，分別推高、中及低音單體。ATC的中音單體是出了名的難推，甚至比一般低音單體都還難推，因此ATC設計製造時才用100瓦驅動，換成其他單體大概只要50瓦就可推得很好，故一般Bi-Amping假設低音單體用200瓦推，則高/中音單體只要60瓦（真空管機30瓦）就夠了；如果遇上比較難推的中音單體或是採用雙中音單體者，我想以100瓦（真空管機60瓦）來推應該已經很足夠了，以筆者過去的經驗，推高/中頻的後級「質」比「量」更重要。筆者十幾年前曾分別裝過Nelson Pass先生設計的A 40（A類40瓦）後級擴大機及Marshall Leach先生設計的250瓦雙快槍後級擴大機，前者高/中頻音色柔美但推力卻不足；後者低頻驅動力比較好，但高/中頻的延伸卻不夠柔美飄逸，因此分開單機使用都有缺陷。經進一步研究發現兩者的輸入阻抗與增益幾乎相同（前者輸入阻抗為40k，後者為43k；前者增益為24.3倍，後者為24.25倍），於是將此兩部後級Bi-Amping推Duntech的 Crown Prince喇叭，截長補短的結果相當令人滿意，遂以此搭配聆賞音樂達好幾年之久。A 40與雙快槍雖然是DIY經典之作，但離筆者理想還是有一段距離，經過數年的研究設計，加上無數次的實驗，終於完成另一部220瓦之大電流後級擴大機，以單機驅動Duntech所得到整體音樂性與音響性的表現足以取代A 40與雙快槍Bi-Amping的效果，雖然維持使用了好幾年，但此其間還是唸唸不忘當時採用Bi-Amping讓醜小鴨變天鵝的美好經驗，於是又試著另外設計一部120瓦大電流低失真後級擴大機，這次特別針對高/中頻段的音質進行設計與實驗，以便用來推Duntech的高/中頻單體，因為高/中頻段是人耳最敏感的部分，故深信只要依預設的高標準完成這部後級，要把「天鵝」再蛻變成「天使」的夢想一定可以實現。為了實現此種理念因而耗費了許多不眠不休的日子，又為了一一突破諸多技術瓶頸，而翻遍了各類技術手冊，絞盡了腦汁，幸好皇天不負苦心人，終於賜給我天使的歌聲，讓我的美夢成真！


Bi-Amping VS. All0y＆Hybrid
編寫本文期間，一直苦思是否有日常生活上的例子可與Bi-Amping之妙相提並論者，以便加深讀者的印象，就在本文快完成之際，終於想到「合金」與「混血兒」的現象，特在文末引喻如下。

不同金屬元素混合製成合金（Alloy）之後，其硬度與機械強度均會超越個別金屬元素原有的特性，例如：「黃銅」是銅與鋅的合金、「青銅」是銅與錫的合金，鋅與錫都是非常軟的金屬材料，但製成合金之後，硬度與強度均超越純銅許多；「K金」是金與銅的合金，市面上鑽戒的檯架一定是用K金而不採用純金，因為純金太軟了，純金雖如此高貴還是需要銅的輔助才能更堅強而且能散發出光芒來！各位家中的菜刀與水果刀也是由合金製成的才不致於用不到幾下就鈍了；工業界更少不了合金材料，如大家最熟悉的不鏽鋼是鎳與鉻的合金，而航空用鋁合金、鈦合金等均是選用一定比例的不同材料相輔相成製成的合金，才能有如此優異的表現。不同民族通婚所生的混血兒（Hybrid）都比父母更聰明漂亮，此從眾所周知的許多演藝界漂亮寶貝與國際間聞人即可獲得證實。同理Bi-Amping也具有類似功效，即可以隱藏缺陷彰顯優點，化腐朽為神奇，明白此理並起而行之，經過細心調理定可同時擁有最喜愛的高/中頻與低頻，魚與熊掌是可以兼得的！在Bi-Amping聯邦共治的體制裡（註：不同廠牌、機種與不同增益、相位的擴大機混合搭配），管石共融（註：真管機與電晶體擴大機混合搭配）的太平盛世，定能締造音響的桃花源！


結語
如果您擁有一流的喇叭、一流的聽音環境，但始終唱不出美妙的樂聲；當您玩遍了所有發燒線材，還是找不到您所喜愛的聲音，建議您在換喇叭前一定得試試雙擴大機療法，說不定能帶給您全新不一樣的驚喜。戰場上講求地形地物利用隨機應變，玩音響也要能就地取材靈活運用，但願本文所提Bi-Amping調理技巧能幫助您在音響的領域裡有更寬廣的揮灑空間，您將發現原來可以只花很少的錢，甚或不花一文錢也能讓音響系統注入新的生命力，更重要的是，美好的成果有您貢獻的一份心力（Effort），此種喜悅是花再多錢也買不到的。


註：
一、下列CD測試唱片可作為 Bi-Amping 調整測試之用：
     （1）The Sheffield / XLO Test＆Burn-In CD （Sheffield Lab 10041-2-T）
             第 02 首       ：相位測試。
             第 05 首       ：315 Hz訊號。

     （2）Stereophile Test CD （STPH 002-2）
             第 03 首       ：相位測試。
             第 21 - 31 首：200Hz－20Hz Warble Tones。

     （3）Stereophile Test CD 2（STPH 004-2）
             第 02 首       ：相位測試。
             第 16 首       ：200Hz－20Hz Warble Tones。

二、CD 測試唱片內所錄之粉紅噪音訊號（Pink Noise）不適用於本文 Bi- Amping 擴大機
      輸出電平之調整測試用，因為一般三用電錶或數位三用電錶之性能無法正確量測
      粉紅噪音之電壓值，粉紅噪音訊號主要功用是作為頻譜分析儀量測調整喇叭擺位與
      環境特性之用。