頭攏剃了,無洗頭咁A_Side

在後級電路完成後,所面臨最大的挑戰,就是找不到一個合適機箱來容納這隻「怪獸」。現成的萬用機箱,即使是最大的也容納不下這隻「怪獸」;尋找國內音響專用機箱,驚覺幾乎所有音響機箱,不是不夠大,就是所附散熱片不適合安裝TO3鐵殼功率晶體,這真是名符其實剛出爐的「老音響」;想訂製,所接洽的廠商都要求要有基本量,這怎麼談得下去?

就此放棄,裸機使用,不甘心啊!

重點是,這隻「怪獸」我用心餵養了數十年,如今孵化育成,成果雖非一鳴驚人,但卻足以撫慰人心,回報多年的努力與堅持。再者,已投注如此多的心力,豈能被機箱打敗,虎頭蛇尾草草了事,若因此而棄養此「怪獸」,留下軟弱的結尾,日後必感遺憾。

 

行百里者半九十,先自我心理建設一番。既然遍尋國內機箱未著,又不想半途而廢的情況下,再度挑起diy徵候群,衝動地興起自己打造機箱的念頭。首先考慮用金屬打造,花了些時間去詢問金屬材料行,並盤算如何利用這些材料讓機箱實現。但隔行如隔山,愈問就愈覺得,以自己膚淺的金屬加工知識與笨拙的技術、簡陋的工具,實在難以跨越重重障礙。識時務者為俊傑,不計代價蠻幹未必值得,山不轉路轉―另起爐灶。

 

木製機箱

在網站搜尋靈感與資源時,赫然發現有人diy音響用木製機箱,
http://www.facstaff.bucknell.edu/esantane/movies/a40.html
該網站的作者也是製作NelsonPass的作品,他的作品是Nelson Pass A-40A類推挽式輸出,同樣是A類,但和我的單端輸出是不同的架構。該作者大概是和我一樣面臨找不到機箱的困境,才會想到用木製機箱。木製機箱對我而言比金屬機箱容易處理,挑戰是,我的「怪獸」體積與份量都比該作者的A-40大很多,若真用木頭做,其體積大概會像衣櫥那麼大吧,這有點誇張;若往好處想,若選用檜木,這「怪獸」的體溫足以讓木頭散發出醇厚的檜木芬多精,屆時,不但耳朵可聆聽音樂,鼻子也能享受檜木的芳香,真是一機多重享受,好像蠻值得一試。

 

話雖如此,理智告訴我,木製機箱目前還不是首選,畢竟diy是最後不得已的選項,因國外機箱供應商尚未搜尋、資源尚未用盡。用amplifier chassis diy關鍵字搜尋,所得機箱式樣真是美得令人讚嘆,可惜都無法容納這隻「怪獸」,意興闌珊準備放棄又不願全然放棄之際,意外發現DIYAUDIO STORE 有一只「特大咖」不帶散熱片的萬用機箱Pesante 5U10mm供選擇,縱深也有300mm400mm二種,不用考慮就選最厚、最大的;另外加購底座(一定要加購,安裝變壓器才承受得住,不會變形)、把手,讓內部堅實能承重,外部渾厚壯觀。所有費用含運費(機箱總重10KG)與關稅八千有找。 

p1-機箱.jpg

P1-不帶散熱片的萬用機箱Pesante 5U

機箱運來後,又忙好一陣子,因為這是萬用機箱,除了背板預開一只電源輸入座方形孔和保險絲座外,其餘留給使用者自行加工使用。初期,原構想把前後級都放進來,節省一個機箱。規劃面板時,發現10mm厚的面板拿起來好沉,看起來渾厚雄偉,但是一般零件如電源開關、信號切換開關、音量開關等,無法穿透10mm的面板固定。解決之道是把面板安裝區塊拿去加工銑薄,或變更設計。考慮前者,在選購時刻意加厚面板,再花錢去銑薄總覺得有些浪費與不值,因此決定改變設計,把前級的信號切換開關、音量開關、平衡開關等移到背板;前面面板只安裝一只電源開關。如此設計規劃,可兼顧一機箱前後級共用,並保有後續使用的彈性,只是有點顛覆音量等操控開關安裝在前面面板背板的概念。

 

簡約不俗的前級

機箱解決了,後續事宜就確定多了,當初設計時是定位在A類的功率放大器,完成後,手中無前級供匹配,因此在後級輸入端加了一個10倍緩衝放大器,算是前級。線路簡單,只有音量調整,未加其他音質修飾部分,這樣完全忠於音源信號,線路簡單效果也不俗。

p2-十倍放大器電路圖.png

P2-10倍緩衝放大器圖

 

喇叭保護  VS.關機”噗”聲

喇叭保護器通常都能提供開機延遲,讓開機暫態脈衝不要湧進喇叭,與偵測到直流輸出時,跳脫,達到保護喇叭的目的。這種喇叭保護電路網路上隨手可得,上網尋找並分析,得一款自認比較可靠的電路,並稍加修改強化。實作測試時發現上述二項喇叭保護功能均劍及履及無誤,但是關機時,若忘記將音量關至最小,會產生不算小的”噗”聲,聽起來令人不安,擔心喇叭會受損。

 

P2.1-喇叭保護器.jpg

P2.1-喇叭保護器圖

 

仔細分析這惱人的”噗”聲,是來自關機瞬間電源失衡產生的脈衝信號,這信號喇叭保護器毫無招架之力,因為在此同時喇叭保護器也處在關機失衡狀態,自身難保;而且以物理觀點來看,就算喇叭保護器偵測到此此異常脈衝,要切掉喇叭,以繼電器的速度最快也得數毫秒(millisecond),然而脈衝速度趨近光速,二者相去甚遠,因此異常脈衝在繼電器切斷前,早已抵達喇叭發出”噗”聲。這暫態”噗”聲長度就是喇叭保護器斷電,繼電器OFF的時間。以數毫秒切斷時間來說,這”噗”聲不算直流信號,但是對喇叭的傷害究竟如何?實在不是很清楚,但是以那種方式結束美好的聆聽過程,實在大煞風景。

 

上網尋也沒找到好的解決方法,若要從喇叭保護電路處理,這真是難解的問題。山不轉路轉,若從系統制高點下手規劃電源系統,問題就容易簡單多了。只要先切斷喇叭保護器電源、延遲、再切擴大器電源,問題就能完全解決,因此,就要再追加設計一組電源系統控制電路。

 

設計過程,想到每聲道42000μ的電源濾波電容,開機湧浪電流不容小覷,若能在開機過程插入限流電阻,形成緩啟動,必能降低各零組件的開機瞬間衝擊。整個開機、關機時序示意如下圖。這時序圖用手邊的Arduino NANO加上幾行程式,輕易就解決一切問題,真是大材小用委屈了這片功能強大的NANO控制板。

 

P3-電源緩啟動示意圖.bmp

P3-緩開機、關機時序示意圖

 

p4-電源控制板電路圖.png

P4-交流電源控制系統電路圖

 

p5-電源控制板.jpg

P5-交流電源控制系統實體圖

 

p6-直流電源供應板.jpg

P6-直流電源供應板濾波電容實體圖

全機配線完成,經查核確認無誤,屏息、送電,電源繼電器依序「搭、搭、搭」三聲,接著喇叭保護器「搭」一聲,一切如預期正常開機,鬆了一口氣;接著測試關機,關閉電源、「搭、搭、搭、搭」四只繼電器以相反順序關機。開、關機過程喇叭寂靜無聲,初步測試正常,接著測試靜態電流、最大輸出功率(RMS 14W),一切正常。

 

組裝過程

p7-機箱開箱.jpg

P7-義大利進口的5U大機箱(10KG)

 

p8-單一聲道.jpg

P8-單聲道功率輸出級+驅動板+慮波電容

 

p9-安裝變壓器與DC電源板.jpg

P9-安裝變壓器與整流慮波電路(變壓器重3.5KG+3.5KG)

 

p10-安裝AC電源控制板、喇叭保護器、驅動板.jpg

P10-電源板架在變壓器上面,安裝喇叭保護器+二片驅動板。

 

p11-功率級二聲道.jpg

P11-二聲道的功率輸出級(2KG+2KG)

 

p12-配線.jpg

P12-配好線,二側的空間要安裝功率輸出級

 

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P13-背板(把前級信號的操控安裝在此,充當作前後級用)

 

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P14-功率輸出級最後安裝在二側,採活動式配線,方便日後維修保養。組裝完成,全機重22KG/最大輸出RMS 14Wx2

 

系統接地與”哼”聲

在安裝信號輸入RCA端子時,想消化手上好幾款以前留下的RCA端子,選了二組感覺處理得較精緻的RCA端子,挖好孔安裝時才發現底座直接接地,沒有絕緣墊設計,畢竟是2030年前的產品,怎麼辦?孔已經挖了,若裝上去輸入信號會直接接地。若換新款絕緣RCA端子,孔位勢必不合,擴孔加絕緣板固定,感覺工程過於浩大;若不處理後續系統接地會很不好處理,搞不好會產生難以處理的”哼”聲。但一想到拿銼刀擴孔,搞得灰頭土臉的景象,心中一陣猶豫,決定賭一下,不改照用,讓全機就在此輸入端下地(四個RCA端子,四個相近的點接地)

 

實際聆聽時,發現”哼”聲比裸機試聽時還大。是系統接地出問題,還是各組件太密集電磁感應的雜訊?接上示波器,發現輸出端有約15mv/120HZ的信號,經隔離測試,證實與輸入信號路徑無關,示波器所見波型和慮波電容上的漣波相似,推測應該是從直接電源感應進來的。雖然僅有10mv的電壓,也能產生令人無法輕忽的聲音,喇叭轉換的解析能力與效率真是超乎我的想像。

 

全機如前述,輸入端RCA端子的接地端是與機殼是相通的,慮波電容的地端尚未接到機殼,難道這是問題點嗎?用鱷魚夾測試線試著把慮波電容的地端與機殼連結,示波器波形閃了一下,仔細一看波幅降至5mv,”哼”聲變小,不靠近喇叭仔細聽是不會察覺的。至此事情順利得令人難以置信,正要鬆一口氣聆聽一下音樂,沒想到剛接上信號線時”哼”聲又起,自己高興得太早了!

P15.0-bad grounding.png

P15.0接地示意圖-1
左右聲道電源地端相連下地。

 

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P15-電源負端未下地,有15.2mv_pp/120hz的哼聲。

 

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P16-電源負端下地後,哼聲降至5.4mv_pp/120hz

 

接上信號才是考驗的開始

插入信號線接上訊源發覺”哼”聲比原來大很多,硬著頭皮試聽了一下,除了”哼”聲外,聲音和裸機沒什麼二樣。研判是接地迴路引起的,試著變更接地點但無改善,下這下麻煩大了。東試西試無明顯改善,但發現”哼”聲有以下特徵:

1.手接觸信號線接地,”哼”聲會變小。
2.RCA端子抽掉一聲道信號就靜悄悄。
3. ”哼”聲大小會隨著音量開關調大而變大。
4.信號波型不是單純的120HZ(含許多雜亂的諧波,老示波器無法抓到穩定信號)

 

砍掉重練更改RCA端子

原先擔心的噩夢果然發生了,應驗了墨菲定理(Murphys Law),「只要是可能會出錯的事就一定會出錯」。因為受制於RCA座沒有絕緣,使得信號線一進來就下地,而且四個端子形成四點下地,雖然各點距離很近,是否是問題點無法確定,但是除非拆下,這還不太好測試。

隱忍了幾天,終於決定砍掉重練,把古董級RCA端子拆下,機箱背板用銼刀擴孔,這過程要把機箱整個分解,還好早就預想到拆拆裝裝在所難免,已經在關鍵處用壓接端子處理,拆裝時卸下螺絲即可,但還是覺得蠻花時間,只能當作是怡情養性,增長智慧。

p16.RCA1-無絕緣墊片RCA座.jpg

P16.RCA1-早期無絕緣墊片的RCA端子圖。
雖然放了20幾年,還是亮晶晶的,被換下感覺很可惜。

 

p16.RCA2-有絕緣墊片RCA座.jpg

P16.RCA2新購有絕緣墊片的RCA端子圖

換上有絕緣墊片的RCA端子,全機的接地點就很好控制了,試了幾點很快就找到最佳接地點,前述""聲特徵現象消失,變成一種穩定的120HZ""聲,不隨音量改變而變化,音量也變得比較小。雖有改善,但是""聲還是有點大,夜晚安靜時讓人無法忽略它的存在。

 

P17-good grounding.png

P17-接地示意圖-2。試了結果全機選在RCA端子處下地屏蔽最佳。

 

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P18-全機在RCA端子一點接地後,輸出端仍有17.4mv_PP/120HZ穩定的哼聲。

 

正負電源加上反交連電容

120HZ的信號顯然是來自電源漣波,木已成舟現在很難再追加穩壓電路。用示波器東測西測,發現以負電源當作示波器的地,正電源當作示波器的輸入,測得的漣波約0.2V_PP,以示波器10mv/div看,大得嚇人。以往都是測正電源對地的漣波,或測負電源對地的漣波,看起來還好。這個發現讓我思考為什麼,電源慮波電容都是正電源對地和負電源對地?正電源對負電源加上一個慮波電容會有什麼結果呢?

 

P19-grounding.bmp

P19-追加電源反交連電容示意圖

 

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P20-擴大器正負電源輸入端加一個4700u反交連電容
輸出端的120HZ哼聲由17.4m降至10.8mv

 

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P21-整流慮波正負電源電容端再併上一個4700u電容,
輸出端的120HZ哼聲再下降至6.4mv
(信號糊糊的是因為
有其它雜訊介入)

 

至此已經黔驢技窮,想不出什麼簡單有效的方法來再改善 ”哼” 聲的困擾。還好白天處於周遭的雜訊背景下,不靠近喇叭仔細聽是不會察覺的;夜闌人靜時,經老朽耳測在無信號狀態下,約在喇叭一米範圍內仍可聞得輕微”哼”聲,但只要播放任何輕柔微小音樂都能掩蓋過這”哼”聲;而且除了測試外,在聆聽音樂時,通常是不會如此靠近此大型落地型喇叭的,”哼”聲大戰就此落幕。

 

P22-試聽與測試.jpg

P22-惡整一下,看看它的能耐----擴大器加二組喇叭測試(5.3Ω並聯8Ω)。

 

學習永無止境

很多人都說玩音響是一條不歸路,有人甚至誇張地說會敗盡家當;如果只是不斷追逐器材設備,玩軍備競賽的遊戲,那真的會讓人陷入永無止境更新更好的追逐中,而難以自拔。還好自知家當有限禁不起大手筆揮霍,但窮人自有窮人不減損樂趣的玩法。百萬音響固然讓人心動,然而透過學習、實作過程滿足自己求知的渴望,心靈的沉澱與成就感,早已凌駕感官的快樂;況且我也感受到原汁原味A類擴大器真的不同凡響,廠商廣告詞中所謂 A類擴大器醇厚的風味” 確有幾分真實性。

這隻怪獸總重22KG,如此噸位加上聆聽時散熱片上騰的熱氣,不但能聆賞音樂之美,還頗有鎮宅驅濕之效。

  

  

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