12AU7 Buffer for Luxman D-225－不務正業的Marketing

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Yahoo部落格關了一年多. 這一年多來雖然沒有再寫新文章, 但聽音樂與玩音響卻也以一直沒間斷. 除了玩廠機, 小改機, 我更一頭埋進了真空管的世界. 這二年多來, 自認有如打通任督二脈的暢快, 藉由各種的實作驗證, 對於各種真空管技術有更深刻的了解. 更認真專研各種真空管的古典與經典線路.

幾個月前, 花了好幾天的功夫, 手動的把存檔的部落格移到痞客幫來. 希望慢慢的分享一些生活點滴與真空管的相關經驗與技術. 人生不知道可以留下些甚麼, 對我來說, 花點時間留下些有用的經驗與知識, 人生才不會白活.

希望痞客幫部落格可以永續經營, 而不像Yahoo一樣商業利益掛帥, 就算不再投資經營部落格, 至少應該把之前的文章留底, 讓這些部落格格主一字一字寫下的有用知識, 可以讓有需要的人查詢的到. 而不是連Database都刪了, 成千上百萬篇有用的文章就這樣不見了(很多部落格格主沒搬家, 更多的格主不再有新文章). 留下這些Database需要很多錢嗎? 對這種企業來說根本是九牛一毛. 就這樣把成千上百萬篇有用知識給毀了. 這樣沒有社會責任的企業真叫人寒心. 現在的Yahoo在做甚麼? "正妹大會考"? "雞排妹"? 這些娛樂新聞(這是"娛樂"嗎?)對社會對這國家有甚麼意義? (不要說貢獻了, 離這層次太遠了) 沒有理想與知識性, 乾脆改名叫做"蘋果虎"算了.

人心是被背叛後很難再挽回的. "鼎王"一蹶不振, "頂新"都快被滅頂, 只因為失去信任與該有的誠信, 與忘記了基本的企業責任. Yahoo在我心中, 跟"鼎王"的地位一樣. 一輩子都不可能翻身了.

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這就是Luxman D-225 CD Player. Luxman入門級的低價CDP. 除了承襲標準音響器材44cm寬的尺寸, 這台D-225高度特別高, 猜想是為了配合搭配的擴大機A-225, 所以做成一樣的尺寸.

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從內部來看, 可以看到高度這麼高, 但讀取系統並沒有特別之處, 如果只是要容納這個讀取系統, 機箱高度降低一半應該不成問題. 除此之外, 內部幾乎還有一半的空間是閒置的. 好幾年前會留下這一台, 就是喜歡Luxman與看中這麼大的閒置空間. 呵呵. 做甚麼用呢? 就是要加裝個擴大機做成2-in-1的複合機(CDP+AMP), 或是裝個真空管緩衝級(Vacuum Tube Buffer)調整音色.

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上圖就是為了Luxman D-225準備的, 利用12AU7所做的緩衝級(先不要嫌醜啦, 等我洗成PCB, 一樣漂亮啦), 功能類似於幾年前在網路上買的12AX7緩衝級模組.

有興趣的網友可以參考這一篇文章, 再一版 - 真空管緩衝級MP3 Player

http://greatsound168.pixnet.net/blog/post/172326598

如果我只是照抄或是Clone買來的模組, 那也太不長進了, 太浪費您我的時間了吧, 呵呵.

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簡單分析這一個12AX7緩衝級, 工作點如上圖所示.

Vg=-0.5V, Ip=0.5mA, & Ep~=55V

基本來說, 應該不能稱之為"緩衝級", 因為它是採用"共陰級放大"架構.

首先, 先簡單說一下緩衝級的功能與特性, "放大倍數大約等於1", "輸出阻抗小, 以便驅動後一級"

以一般三極信號管單一級放大架構來說, 適合當緩衝級的應該是"陰極隨耦"(Cathode Follower), 而非"共陰級放大"(Common Cathode)

這裡有一篇好文章 - 探討GG前級真相, 很有參考價值.

https://sites.google.com/site/tamhauman/%E6%8E%A2%E8%A8%8Egg%E5%89%8D%E7%B4%9A%E7%9C%9F%E7%9B%B8

簡單來說, "共陰級放大": 基本增益放大 & 高輸出阻抗

而"陰極隨耦": 無增益放大 & 低輸出阻抗

那為什麼這個12AX7"共陰級放大"模組會拿來當緩衝級?

主要的問題是高壓電源B+的原因. 這個12AX7模組高壓部分使用+28V & -28V(即+56V). 這麼低的B+電壓, 使得工作點如上面所示: Ep~=55V, Ip=0.5mA, & Eg=-0.5V. 放大倍率V.A.=1.1倍. (不論輸出阻抗, V.A.剛好像緩衝級)

這麼低的B+電壓, 幾乎不可能接成"陰極隨耦"(相當於陰極電壓只有0.5V, 如何應付輸入訊號的變化?). 會使用這麼低的電壓, 我的猜想是這模組原本的設計是要借用後級擴大機的電源(+/-28V), 看來方便DIYer使用, 但如此的架構與工作點, 造成輸出阻抗過大, 想容易搭配下一級與想好聽, 真的蠻難的.

設計上, 都是有取捨的. 但有些基本的原理是無法被犧牲與突破的. 真空管技術幾十年的發展下來, 古典與經典線路之所以源遠流長, 不是沒有道理的, 要有劃時代的突破又十全十美新創意, 真的沒有那麼簡單.

曾有前輩說過一句話, "真空管要裝到沒有聲音, 很難! 但要發出好聲音, 更難呀!!" (編註: 真空管線路元件少, 會拿烙鐵看得懂線路圖可以照圖施工的人, 應該都可以裝得起來發出聲音. 但要發出好聲音, 還真難呀!! 呵呵)

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最近的線路實作與聆聽驗證經驗, 我覺得用12AU7來做緩衝級蠻好聽的. 也決定只使用手邊現有材料來做, 不亂花一毛錢. 首先得先解決變壓器問題, 手邊真空管專用變壓器不少, 但也還有好幾顆給後級用的變壓器(32V-0-32V或36V-0-36V). 算了一下, 如果使用36V-0-36V變壓器搭配"倍壓線路", 應該可以得到約200V的高壓電源. (36*2*1.4*2=201.6VDC), 拿來當B+應該是夠了.

當然是使用"陰極隨耦"架構, 決定的工作點如上圖所示

Vg=-2.0V, Ip=6mA, & Ep=100V

(請不要以為這二張圖看起來差不多, 請看Y軸, 幾乎是差10倍唷. 12AX7的Ip=0.5mA & 12AU7的Ip=6mA)

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運氣不錯, 手邊有一顆36V-0-36V & 12V-0的變壓器.(常見規格, 36V-0-36V做成給後級的雙電源, 12V-0留給搭配的其他模組如輸入選擇開關) 最簡單的接法, 如上圖所示, 單顆變壓器加點手工搭棚就可以完成.

36V-0-36V用"倍壓線路", 產生約200VDC當成B+.

12AU7燈絲直接使用交流電源12VAC.

這麼簡陋就值得寫這篇文章呀, 呵呵. 我還沒這麼混, 呵呵.

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龜毛如我者(其實我應該不是龜毛, 我比較常說的一句話是"看不下去", 呵呵), 怎麼可能就此滿足呢?

首先, 來檢討一下功能性問題:

1. 高壓電源: 因為倍壓線路, 使用二極體整流. 高壓電源幾乎是開機就到達所需的高壓. 但真空管燈絲都還沒熱就給高壓, 對真空管是很傷的. 這就需要所謂的"高壓緩送"了. ("高壓緩送"與"高壓緩升"不一樣唷)

1.1. 一般來說, 老式的做法是加裝一個高壓電源開關, 手動來做第二段開機. (有點low-end, 呵呵)

1.2. 如果使用真空管整流, 會有一點點的高壓緩升功能(旁熱管又比直熱管緩升時間長一點). 如果還使用真空管穩壓, 那高壓緩升的時間更長, 已經可以達到保護真空管的功效了.

1.3. 現在現實是使用二極體整流, 又不想用手動開關. 那最簡單的方式就是做個類似延時開關(如上圖左上), 來達到"高壓緩送"的功能.

2. 燈絲電源: 一般來說, 使用交流點燈, 聲音較活潑, 但哼聲會比使用直流點燈大一點. 我比較在意整體系統的底噪問題, 所以我比較傾向使用直流點燈. 既然使用直流點燈, 那就連燈絲電壓穩壓一起做了吧. 大抵上來說, 燈絲電源穩壓有以下幾種選擇

2.1. 使用LM78xx系列穩壓IC

2.2. 使用LM317定電壓

2.3. 使用LM317定電流

2.4. 使用LM317電壓緩升

關於以上四種穩壓方式, 有機會再跟同好分享經驗, 我這次做的是最簡單常用的LM317定電壓.(如上圖中下)

3. 輸出延時: 為了避開真空管到達正確工作點之前的不穩定狀態, 基本上, 加裝個延時開關, 以確定真空管穩定無直流輸出, 是比較安全的做法. (基本上, 如果真空管機設計得宜, 使用者確實養成良好的開機順序習慣, 應該就可以避免很多燒機的可能. 但為了以防萬一, 還是多做保護比較令人安心)

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上圖以Block Diagram的方式來說明這小系統的運作方式

1. 開機後, 高壓電源與燈絲電源, 因為都是使用二極體整流, 所以幾乎立即達到工作電壓(高壓:201VDC & 燈絲電壓: 16.8VDC). 燈絲電源因為經過LM317定電壓穩壓, 降至12.6VDC傳送給12AU7燈絲. 在這階段(開機0~15秒), 高壓電源是被"高壓緩送模組"切斷的.

2. 開機約15秒後, 燈絲已加熱完成, "高壓緩送模組"導通, 12AU7升壓到設計的工作點.

3. "輸出延時模組"設計再延時約30秒, 即開機約45秒後, 整個系統穩定後, 經12AU7緩衝後的訊號, 再傳給下一級(應該是前級擴大機)

對使用者來說, 使用便利(只需跟平常一樣打開機器開關), 系統內的二段開關自動打開. 如此大費周章是為了保護真空管的壽命, 也可以保護下幾級的器材(前級/後級/喇叭). 調音是一回事(這一版本無任何補償線路調音, 是為了忠實呈現管子特性來當基調), 功能性的保護也不可缺呀!

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為什麼要做成小小的三個模組呀, 呵呵. 為了疊疊樂呀.

除了因為Luxman D-225平面空間有限, 要塞進變壓器, 12AU7 Buffer模組, 還有這三個功能模組, 只好疊疊樂. 另外的好處是, 就是"模組化"!! 譬如我所舉例的, 燈絲穩壓有四種, 我今天使用"LM317定電壓", 改天可以直接改換"LM317燈絲緩升"或"LM7812穩壓". 如此"A/B Test"不是又快又科學嗎? 呵呵!

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這是置入Luxman D-225的實際圖(線還沒拉). 剛剛好! 呵呵

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其實, 我做完這幾個模組, 完成測試後, 反而不想裝入Luxman D-225了? 為什麼呢?

因為這是一個功能完整, 聲音又不錯聽的緩衝級. 裝入Luxman D-225就被獨占了, 我想找個機箱, 作成如圖右的成品(這一台, 使用二支6J1, 小巧可愛, 但也可以想像架構精簡, 用料普通, 聲音"普普"). 如此, 每一台CD Player都可以使用了, 呵呵.

或許, 我會真的去洗PCB, 甚至會出成品機唷(不會只使用一支12AU7這麼寒酸啦), 呵呵, 敬請期待!!

就事論事, 以技術論技術:

1. 高壓電源: 以輸入電源56V來當真空管的高壓電源(+28VDC/-28VDC, 怎麼來的呢? 使用20VAC-0-20VAC整流濾波而來), 真的做不了甚麼事. (市場上幾乎沒有受肯定的低壓真空管產品, 不是沒有原因的). 如果是為了讓DIYer使用市售常見變壓器, 而不需訂製變壓器. 市售常見的變壓器規格有 32V-0-32V, 24V-0-24V (更仔細一點的話, 可以找的36V-0-36V或28V-0-28V). 如果主板設計"倍壓線路"與"CRC濾波" (只多2支二極體, 3~4顆電容, 1支電阻, 多不了多少錢), 應該就可以達到B+=180V~200V. 那就可以應用很多的古典電路, 中規中矩, 而有好聲音.

2. 真空管選擇: B+如此低壓, 似乎也只有"12AX7"加"共陰極放大"可以選擇. 如果B+達到180V~200V的電壓, 使用"陰極隨耦"的話, 除了12AU7之外. 常見的6922(E88CC)與5670也是不錯的選擇. 12AX7當作放大級真的蠻好聽的, 用在這裡當緩衝級(低壓的"共陰級放大")真的不是好選擇.

3. 功能性保護: "高壓緩送"與"輸出延時"不難, 當然也都可以不加. 不做"高壓緩送", 做成二段手動開關, 對某些使用者來說似乎覺得蠻酷的 (完全不理也沒關係, 只是比較傷管子. 燒管子就當促進消費吧). 不做"輸出延時"也可以, 但要提醒使用者養成"良好的開機順序"好習慣.

個人哲學: 就算是玩具級低價產品, 也可以在合理的成本下, 使用古典線路而發出好聲(創新不是壞事, 只是能有絕世天才般的驚人之作真的不多). 真空管要亮很簡單(給它6.3V或12.6V燈絲電壓就會亮), 發出聲音也不難. 但不要只是會亮而不好聽. 真空管不該是如燈泡般亮著的裝飾品而已, 它應該是很好聽的!!

PS: 何謂"緩衝級"(Buffer)? 簡單來說, 這是一台沒有放大增益(放大增益=1), 提供更佳的阻抗匹配, 可以用來"調整音色"的小機器. 一般接在訊號源與擴大機之間. 緩衝級可用電晶體堆積(如著名的Marantz HDAM, 加裝在CD Player輸出端), 可以使用OPA (Operational Amp., 運算放大器)來做, 當然也可以使用真空管. 用真空管來做緩衝級的好處是"音色柔美". 簡單舉例來說, 您如果是睡木板床, 真空管緩衝級的作用就像是幫您鋪了一層"席夢思名床", 柔軟又舒服. 當然, 您如果還是習慣木板床的感覺, 就不需要花錢買"席夢思名床"了(不需要加裝緩衝級了. 緩衝級絕大部分是柔美走向, 沒有"硬上加硬"的啦, 呵呵)

下圖是假設B+有200V左右, 使用6922(E88CC)或5670來組成"陰極隨耦", 大致的工作點(Ip~=6~8mA之間), 照圖施工, 應該都有不錯的聲音表現. (絕對比使用56V的12AX7好聽啦)

6922 (E88CC)