胆机(使用电子管的音频放大器)

胆机是一种使用电子管,也叫真空管放大信号的音频放大器。其特点在于其非线性音色,大输出功率和高保真度,具有温和不刺激的听感,广受音乐爱好者和音乐专业人士的喜爱。

胆机的历史,可以追溯到电子管的发明。最早由英国物理学家弗莱明在1904年发明了二极管,然后由美国物理学家德福雷斯特在1907年发明了三极管,电子管的问世推动了无线电子产业的发展,广泛应用于通讯领域和家庭娱乐领域。之后由于晶体管的出现逐渐令电子管走向了没落。在20世纪70年代末期,电子管功放又开始活跃起来,并且越来越盛行,中国胆机厂家中也出现了一些具有自身特色和风格的胆机品牌。

胆机(使用电子管的音频放大器)

胆机的工作原理是将输入的音频信号通过前级电路放大后,再通过电子管进行功率放大,最终驱动音箱发出声音。工作稳定、听感温和、能和多种信号源作良好的阻抗匹配是胆机的几大优点,缺点在于成本和售价高于晶体管放大器、生产效率相对较低等。

发展历史

追溯

胆机的历史,可以追溯到电子管的发明。电子管是一种利用电子在真空中运动产生放大效果的器件,最早由英国物理学家弗莱明在1904年发明了二极管,然后由美国物理学家德福雷斯特在1907年发明了三极管,从此以后,这种被封在“小玻璃瓶”中的电子元器件被广泛运用于各种电子产品领域。

应用

电子管的问世推动了无线电子产业的发展,广泛应用于通讯领域和家庭娱乐领域,在60年代以前,电子管在电视机、收音机以及扩音机等电子产品中处于无可取代的地位,并且电子管在音响领域一直占有统治地位,它不仅仅应用于放大器,也应用于各种音响设备中,并且随着电子管技术不断进步,出现了五极管、六极管、八极管等多种类型,以及各种新型结构和材料。这些电子管不仅具有更高的增益、更低的噪声、更宽的频带、更好的线性度等优点,而且还具有不同的声音特色和风格,被广泛用于各种胆机中。

胆机(使用电子管的音频放大器)

衰落

1947年,美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人合作发明了晶体管。从历史的角度来看,晶体管发明具有革命的意义,它代表着固体电子技术时代的到来。这种以半导体做成的固体电子原件拥有很多电子管所无可比拟的优势,它的构件是没有消耗的,其寿命长、消耗电子少、不需要预热、结实可靠等特性都是电子管所无法比拟的,这种设备的出现逐渐令电子管走向了没落。在50年代,晶体管的收音机一投放市场就受到了热门的热捧,晶体管的功放出现也是必然。

现状

后来人们在实践中发现,般的晶体管功率放大器, 无论是音质或音色都很难代替电子管功率放大器,于是电子管功放又东山再起。在1980年代后期开始,数字音频技术开始出现并流行起来,数字音频技术是指将模拟信号转换为数字信号进行存储和传输,再转换为模拟信号进行放大和播放,数字音频技术相比于模拟音频技术具有更高保真度、更低噪声、更容易复制和编辑等优点,并且也能够提供更多样化和个性化的声音效果,例如CD、DVD、MP3、SACD、DSD等都是数字音频的代表格式,胆机能够中和这些高品质音源容易出现的数码声以获得更好的乐感,令其直到现在也是音响用户们相当喜爱的设备。

80年代末,随着经济改革和开放,国内开始有一些厂家重新开始生产胆机,主要是仿制日本和欧美的经典型号,也有一些自主设计的产品。90年代以后,随着国内音响市场的发展和消费者需求的提高,国内胆机厂家也开始提升自己的技术水平和创新能力,出现了一些具有自身特色和风格的胆机品牌。中国胆机市场各种类型和档次的胆机都有涉及,从单端小功率到推挽大功率,从甲类到AB类,从直热到间热,从三极管到五极管,从电子管到晶体管混合,从传统到现代,从仿制到原创,从低端到高端,几乎应有尽有。中国胆机厂家也不断地进行技术创新和市场拓展,不仅满足了国内消费者的需求,也走向了国际市场,与日本、欧美等传统胆机强国进行竞争和合作。

外观特点

胆机多数把电子管(胆)、变压器等部件裸露在机壳外,这与人们传统观念中的箱式机外型有所区别。也有部分胆机产品做成箱式机,但在国外流行的依旧是元器件裸露在机箱外的裸机,这与设计者和使用者心理审美观念有关,现代胆机的设计犹如工业艺术设计,讲究起伏变化、色彩对比、线条明快和材质体现。箱式机在这些方面较难体现,整体显得冷峻一些,没有裸机那种“人情味”,这也是裸机较箱式机更流行的原因之一。一部优秀的裸机胆机,其造型与工艺都犹如一件艺术品,工作时电子管的灯丝点亮,让人有一种温暖感。但是裸机在使用过程中往往没有箱式机方便,因此还是出现了裸机与箱式机并存的局面。从数量上来看,裸机的保有量还是要大于箱式机。

胆机(使用电子管的音频放大器)

工作原理

胆机的工作原理是将输入的音频信号通过前级电路放大后,再通过电子管进行功率放大,最终驱动音箱发出声音。具体来说,胆机的工作原理分为三个部分:前级放大、功率放大和输出匹配。胆机的工作过程中需要加热电子管以产生热电子发射,然后在阴极和阳极之间加电压,通过电子流的输送将输入信号放大到所需要的级别,输出到输出变压器。前级放大是胆机中的第一个放大级别,其主要作用是将输入的音频信号放大,并消除输入信号中的杂音和失真,在前级放大器中,通常使用高增益、低噪声的电子管作为放大元件,以确保信号放大的质量和稳定性。功率放大是胆机中的第二个放大级别,其主要作用是将前级放大器输出的低功率信号再次放大,以达到驱动音箱所需的功率,功率放大器中通常使用功率较大的电子管,以确保输出信号的高保真度和动态范围。输出匹配是胆机中的第三个部分,其主要作用是将功率放大器的输出信号与音箱的阻抗匹配,由于音箱的阻抗通常是不同的,因此需要使用不同的输出匹配电路来适应不同的阻抗,以确保功率放大器输出的信号能够被有效地传递到音箱中。

胆机(使用电子管的音频放大器)

该机的每个声道由3只管子组成,一支是三极五极复合管6F2作电压放大和推动,二支是末级功率放大管EL34X2。第一级6F2的五极管部分作电压放大,三极管部分接成P一K分割作倒相兼推动,末级EL34为超线性接法工作在AB类。

胆机(使用电子管的音频放大器)

胆机与石机的区别

我们现今所使用的功放一般多是用晶体管电子元件来制作的,但市场上还有一种以古老的电子管元件制作的功放,这种功放在港台地区俗称“胆”机,素以声音阴柔见长,晶体管机则以阳刚著称。以半导体器件为放大原件的功放称为石机,因为晶体是从石头中提炼出来的。晶体管机的长处在于大电流、宽频带,低频控制力、处理大场面时的分析力、层次感和明亮度等要比电子管机优越,但电子管机的高音较平滑,有足够的空气感,具有一种相当一部分人所喜欢的声染色,尽管声音细节和层次少了些,但那种柔和而稍带模糊的声音却是美丽的。

由于电子管是电压控制的放大器件,其失真成分绝大多数均为偶次失真,在音乐表现上正好是倍频程谐音,听起来没有生硬的失真感,拥有一种柔和甜美的韵味。但电子管由于体积大、耗电多的特征导致在大多数行业中已经淘汰,其最多使用的还是在音乐欣赏的器材上。

大多数的电子管都被体积小且省电的晶体管代替,晶体管的寿命很长,听起来中高频偏多一些,声音的动态大,速度快,表现一些大动态或节奏感强烈的音乐显然是更合适的。但其声音偏冷,特别是低音不够柔和,高音又会显得尖锐等特点令其不能被大多数用户所喜爱。而采用前胆后石的功放则折中了两者的优点,其将前级部分采用电子管放大声音信号来令输入的声音信号具有良好的声音表现和高动态范围,最终使音色更加自然和逼真。而后级功率的放大部分则大多数采用晶体管元件件来保证声音信号的速度和功率,其综合了两者的优势,中和了两者的缺点,是HiFi音乐爱好者们非常喜爱的一类功放设备。

工作特点和电路结构

晶体管功放是在低电压大电流下工作的,其电压仅在几十伏之内,但电流则高达几安或者数十安,电路设计大多采用直耦式无输出变压器电路,这样的输出功率比会相当大,并且多采用晶体管和集成电路结合方式,使用印刷电路板,效率高,焊接质量稳定,各项的电性能也都比较高;而电子管功放则是工作在相反的高电压、低电流状态,末极功放管的屏极电压可达到400~500V甚至上千伏,而流过电子管的电流仅几十毫安至几百毫安,其输入的动态范围大,转换速率快,电子管功放也大都是采用分立元件、手工搭线焊接,效率低成本也高。

功率储备和抗过载能力

晶体管功放需要有很多的功率储备才能避免过载的失真,并且一旦出现过载失真就会直线上升,严重时甚至会损坏晶体管,声音自然明显变坏;但电子管功放的抗过载能力比较强,即使发生过载,其音乐信号的巅峰也只是比正常波形滑一些,在声音上基本不会有可闻的差别。

瞬态响应

电子管功放的开环指标是优于晶管体放大器的,它不需要加深度的负反馈,也不需要加相位补偿电容就可以稳定工作;而晶体管放大器的开环增益量一般都很大,其优良的电声指标是依靠加很大负反馈来达到的,所以为了抑制寄生震动常常采用滞后补偿方式,这会带来明显瞬态畸变从而影响音质。

阻尼系数

晶体管放大器的输出内阻一般比电子管放大器小很多,其阻尼系数在100~200或者以上,而电子管功放只有10~20,音响同功放搭配使用是要求阻尼系数上达到合理匹配才能达到更佳效果的,所以应该为不同的扬声器搭配不同的功放,如果适合晶体管功放的音箱接在胆机上会由于阻尼欠缺导致音质不好,反之适合石机的音箱接在胆机上也会由于瞬态响应变差造成音质下降。

胆机优缺点

胆机的优势

工作稳定

电子管过载承受能力强,就算是在使用中不慎输入强信号,在短时间内也不容易击穿而损坏电子管,与晶体机比,晶体机在遇到一些故障时可能在千分之一秒内就已损坏,而胆机可以数分钟不被损坏。另外,胆机发生损坏时更换胆也很方便。虽然相同型号和批号的电子管的特性曲线和参数的一致性跟晶管体大差不差,但电子管在正常工作状态时温度特性很稳定,其放大率大,线路比晶体管线路简单,往往是一个电子管顶四五个晶体管用。

器材搭配

电子管是工作在高电压、小电流的状态下,它的输入阻抗比晶体管大,这使得它能和多种信号源作良好的阻抗匹配,由于工作在一百伏以上的高压下,电压动态范围大,不易产生谐波失真,声音听来更为舒展自然,声场延伸性好;胆机是通过输出变压器和扬声器相连的,在选择正确的输出变压器阻抗端时,它能和喇叭的音圈达到较佳的信号耦合,就算是小口径音箱也能得到相对饱满的声音,因此,一些效率很低、晶体管机难以驱动的小型书架箱用胆机推动却十分靓声。

听感温和

电子管与晶体管的传输特性不同,在输入信号过大发生激励,信号刺激超过承受范围时,电子管波形变化较缓和;晶体管的则不大平滑,直接影响音质。又如电子管的放大多激发“偶次谐波”,这些“偶次谐波”对听感影响细微,此外它的失真递增较缓慢,不易察觉听感变化,声音不会显得生硬刺耳,整体比较温和,而晶体管放大器多激发“奇次谐波”,会引起听感生硬刺耳的不适。在音色搭配方面,胆机在听感上的优点是中频温暖甜美、空气感好,音色浓郁、温润柔美,乐感强,它与早期有着略为冷硬、干涩音质的CD搭配起到互补的作用。

胆机的劣势

成本售价

在成本和售价上,胆机和晶体管放大器相比是处于劣势的。原因是它要使用输出变压器,这是晶体管放大器不需要的,输出变压器是决定胆机音质的关键,好的胆机都在输出变压器上下足成本,一对配对良好、指标优秀的输出变压器可以卖到几千元以上。放大器中必备的电子管售价也不低,如果用上世纪五六十年代生产的国外名牌如Telefunken、Mullard、GE等配对管价格就更高,在市场上一对Telefunken ECC83配对管可卖数千元,相当于一台国产中档晶体管放大器的售价。

生产效率和使用寿命

从制作方面看,胆机多用人工搭棚工艺,生产效率相对较低,电子管是用接插式管座,其承受机械振动的能力比焊接的晶体管差;电子管电路工作时需要多种电源(如灯丝电源、帘栅极电源和阳极电源等),耗电量大(单灯丝加热耗电就达数瓦至数个瓦),供电电路复杂,产生的干扰不易完全消除,效率和信噪比较品体管机低。从使用寿命来看,电子管是损耗元件,它的寿命受阴极材料的限制,一般累计使用几千小时后就渐渐趋向老化失效,比寿命几乎是永久性的晶体管要短得多,但好的电子管使用上万小时也很常见,对质量较稳定的电子管而言,每天使用2~3小时可以用上2~3年。

耗电量及发热量较大

电子管工作时要使用灯丝电源、帘栅极电源和阳极电源等多种电源,供电线路复杂,耗电量较大;同时电子管的体积比晶体管大得多,使用中发热量大,必须有足够的散热空间保证空气流通才能保证其安全工作,机内走线和多个变压器产生的电磁干扰不易完全消除,热噪音加大,令其效率和信噪比相对于晶体管放大器较低。

声场解析力较差

胆机必须通过输出变压器才能驱动扬声器。而决定音质的输出变压器无论选材如何优质、制作工艺如何考究、精湛,都无法避免分布电容与漏感分量的存在,从而产生相位失真;输出变压器作为感性组件,对不同频率的信号传输具有不同的感抗,对高频的瞬态响应不如晶体管机,因此胆机的声场解析力不如品体管功放,显得较为圆滑。

重量大不易移动

由于胆机使用的变压器除电源变压器外,还有输出变压器,使得胆机的重量十分可观,功率较大的胆机可重达数十千克,搬动非常困难,在运输过程中容易摔坏。

功能和操作性能较差

胆机的设计思路突出在简洁靓声方面,除了一些极品胆机外,大多数胆机在功能和操作性方面明显不如晶体管机,如遥控、监听、音调调节等等。在AV领城中,纯胆系统几乎是不可能的事情,因为电子管无法像晶体管一样做成集成电路。

知名厂商与代表机型

知名厂商

在音响放大器的发展史上,由于受UL、NEC、NEMA3等大工业标准的规范,欧美一些老牌厂家如美国的McIntosh、Marantz和英国Quad的放大器品质较好寿命也很长,这些机种对胆机的发展有着比较大的影响,后期生产的胆机中仍有一些产品沿用它们的设计。现代胆机中,以美国的McIntosh、Audio Research、Conrad-johnson、VTL,加拿大的SONIC FRONTIERS,法国的Jadis、意大利的Unison Research、英国的Quad、Audion、Audio Note为杰出代表,它们是胆机市场上的主流,其中北美名牌胆机品质稳定,它们的声音能量充足、动瞬态表现好,解析力强并十分注重音场的宽度和深度;而意大利和法国的胆机在用料及加工技术方面比较精致,在外观设计上也比较浪漫,有着音色悠扬、富有音乐感染力和韵味的特点,它们对细节的刻画较为细腻迷人;英国胆机因受其历史人文因素的影响,它们的设计朴实,注重音质多于注重于外表,大多数产品擅长重放古典乐曲,声音柔和耐听。日本的胆机不论是造型、表面处理、电路以及实用性都有不错的表现,由于日本掌握着较先进的技术并具有进行大规模生产的优势,在性价比方面也有着一定的优势。市面上著名的日本胆机有Marantz,欧美设计,日本生产、Luxman产品,其产品音色较为平衡,细节的刻画清晰,其音质表现直追欧美名牌。中国产的胆机有良好口碑的有珠海斯巴克、北京羽商和欧博、上海朱丽达等。相对来讲,中国产的放大器的特点主要是价格和功率都适中,某些品牌机型的制造工艺不逊色于进口机。

代表机型

斯巴克MT-12是珠海斯巴克电子设备有限公司出产的一款合并式真空管声频功率放大器,采用镜面不锈钢机壳,前端配以手工打磨的镂空桦木面板,三围体积规格为330×160×240mm,背景三只变压器以一字排开,共计七枚胆管,变压器壳为一次拉伸金属罩,表面镀以多层黑灰色金属烤漆,不易划伤且耐腐蚀通体细腻滑润,中央有两枚镀金旋钮镶嵌,整体造型高贵典雅彰显深厚人文设计底蕴,而且还不能为别的胆管所替代,使用欧洲著名小功率五极电子管EL84,美国型号为6BQ5,国产型号为6P14,小型九脚封装,小巧玲珑,有“淑质英才”之称。

胆机(使用电子管的音频放大器)

雅琴MC-5881A使用改良的超线性的推挽功放电路,低频推动力足,音色丰富,配有猫眼式的胆音量指示器,动态大。三围体积规格为360mm×350mm×170mm,使用拉丝面板,5881A电子管作强劲功率放大,镀金式端口,安全保险丝,有效保障用户安全。

胆机(使用电子管的音频放大器)

未来趋势

胆机虽然经历了晶体管和数字音频的冲击和挑战,但并没有被淘汰或消失,相反,它仍然保持着一定的市场份额和忠实的拥趸,并且也在不断地创新和发展,未来还可能会有胆机与晶体管的结合、胆机与数字音频的结合、胆机与新型电子管的结合等新方式。

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