轉載自"音響論壇雜誌371期",作者:音響論壇編輯部。
本文將為你介紹:
一、300B的起源。
二、300B的工作方式。
三、為何300B被發燒友喜愛。
四、300B是否值得去玩。
早己停產的WE 300B真空管二手行情甚至不斷攀升,成為Hi End音響產業最昂貴的放大元件!
在Hi End音響領域,始終有一小群玩家著迷於單端直熱式三極管擴大機的獨特魅力。一般音響迷可能難以理解這些玩家的心態,因為此類單端管機的輸出功率通常很小,可搭配的喇叭很有限,適合播放的音樂類型更是很不全面。雖然在線路架構上,單端直熱管機的確有其獨到之處,直熱式三極管的設計雖然古老,但卻是結構最簡潔的真空管型態,理論上音樂訊號的放大最為直接。單端放大架構具備純A類全波放大特性,可以免除推挽放大的交越失真與相位誤差。極簡線路則適合搭配無負回授線路,進一步降低音樂信號的相位失真。
從300B的歷史背景與技術特性,探究300B身為直熱式三極管的特殊之處,以及300B單端管機的優勢與限制。
這是三極真空管的基本結構,位在核心的燈絲 (Heater)加熱包在燈絲外圍的陰極(Cathode)釋放游離電子,電子穿過網狀的柵極(Grid),奔向最外圍施加正電壓的屏極 (Anode)。
《一》何謂三極管?
三極管可說是真空管的最基本型態,所謂的「三極」,代表真空管內部有三個「極」。 這三個極分別是燈絲陰極( Cathode)、柵極(Grid),以及屏極( Plate或Anode)。燈絲陰極通常位於真空管的中心,屏極通常位柵極則位在陰極與屏極之間,通常是由螺旋狀的細線圈構成。
三極管的三個極如何工作?首先,當燈絲被加熱後,燈絲上的電子就會游離而出,散步在真空的玻璃管中。此時如果我們在屏極接上正電壓,游離電子就會受到吸引力而奔向屏極。至於柵欄的作用,就類似控制電子流量的“水龍頭”,當我們在柵極接上音樂信號,讓柵極的電壓隨著音樂信號而改變,真空管的電子流量就會隨著改變,成為音樂信號放大的元件。
為什麼真空管內部必須是真空狀態的呢?為了消除電子與空氣分子相撞而產生的阻力,提高電子放射與傳送的效率。
西電WE 300B
《二》既然有三極管,是不是也有二極管呢?
真空管的源頭,最早可以追溯到愛迪生。1880年,愛迪生在他開發的燈泡中多放了一個電極,還放了一些箔片,結果發現當這個電極接上負電時燈泡內的箔片竟然會翻騰漂浮,愛迪生當時並不知道這個現象的原理。一直到 1901年,歐文:理查森才發現這是電子激發所造成,並且以這個定律獲得1928年諾貝爾物理獎。
1904年,發明電磁學右手法則的弗萊明發明了二極管,通常作為整流管使用。1906年Lee De Forest博士成功研發出三極管,才引領世界進入電話通訊與無線電放大時代,在人類的科技發展史上有著劃時代的重要意義與成就。
美國Manley Neo-Classic 300B RC
《三》三極管與四極管、五極管又有何差異?
三極管有寄生電容過大、輸出阻抗太高 、效率不佳等問題,所以後來進化為四極管與五極管等型態。四極管在三極管的控制冊極之外,增加了簾柵極,用於降低控制柵極與屏極之間的電容。五極管又增加一個抑制柵極,進一步降低屏、柵極之間的電容。
雖然五極管的特性更好,但是三極管也有內阻較低、線性較佳、構造簡化等優點,所以至今依然受到許多管機玩家喜愛。不過真空管設計不能只看管子,整體線路的搭配也很重要,只要線路設計與元件使用得當,不論三極管或五極管擴大機都可以發出好聲。
《四》什麼叫做直熱式三極管?
所謂「直熱式」,代表燈絲與陰極合一,當燈絲加熱,電子就從燈絲直接釋放,300B就是直熱式三極管的代表型號。這種設計的缺點是容易直接受到燈絲電壓與溫度變化而影響特性。燈絲由交流供電時,還容易感染交流哼聲。所以後來衍生出「旁熱式」結構,將燈絲與陰極獨立設置,燈絲負責加熱陰極,游離電子則從獨立的陰極釋放。
圖左是直熱式三極管的基本結構,燈絲與陰極合一,圖右則為旁熱式三極管,燈絲與陰極獨立設置
旁熱式真空管的陰極體積與儲熱量都遠大於燈絲,所以受到燈絲溫度變化的影響較低,工作穩定度比直熱式高。但是有一派玩家認為直熱式比旁熱式少了一個會污染聲音的結構,音質可以更為純淨。除此之外,旁熱式因為是間接加熱,所以開機後需要等待一段時間,真空管的工作溫度才會達到理想狀態。
瑞士NAGRA 300B
《五》除了300B之外,還有其他直熱式三極管嗎?
直熱式三極管其實有許多選擇,比較知名的型號中,輸出功率比 300B低的有71A (0.7瓦)、 VT25 ( 1.5瓦)、 45/245 (1.5~2瓦)、 2A3 (3.5瓦)、 PX4 (4瓦)、 50 (4.5瓦)。輸出功率比300B高的有211 (20瓦)、845 (25瓦)。還有輸出功率更高的發射管如GM70 ( 30瓦)、 805 (40瓦)、810(50瓦)等等。
《六》既然有推力更強的直熱式三極管,為何300B仍是單端膽機的最愛?
在上述直熱式三極管中,輸出功率比 300B低者,的確有不少管子的音質比300B更甜美迷人,但是推力實在有限,只適合搭配靈敏度超高的號角喇叭。輸出功率比300B高者,雖然喇叭驅動能力強上許多,但是動輒超過1,000V的屏極電壓,在線路設計與裂造上,難度與成本都高出許多。相較之下,單端 300B管機的8瓦輸出功率,只要聆聽空間不要太大,搭配靈敏度90dB以上的喇叭,就能得到頗為全面的表現。它的屏極電壓適中,內阻特性與輸出變壓器也能取得較好的匹配。所以在音質、推力、價格、線路等因素綜合考量之下,300B的確是最適合作為單端放大設計的直熱式三極管。
美國Cary 300B
《七》只有WE300B才能展現300B的真正聲音韻味?
300B是西電Western Electric公司在1938年所開發製造的真空管,所以 WE 300B的確是300B的元祖,不過影響300B單端管機聲音表現的因素非常多,從工作點的設定,到輸出變壓器的設計.使用真空管或晶體整流、燈絲採用直流或交流供電,到元件用料與配線佈局,每一個環節都會影響 300B單端管機的最終聲音表現。
簡單的說,300B單端管機的線路雖然簡單,但是卻能敏銳的在聲音表現上反映出線路設計上的細微差異。300B真空管雖然很重要,但是其他環節的搭配也有很大的影響。當年WE製造的Model 91或86等。300B管機雖然是參考標準,卻不是唯一代表300B的聲音。如何呈現300B的風味,端視各家設計者的音樂品味與調音偏好而定。
《八》300B膽機的聲底濃厚,但是速度偏慢?
事實上剛好相反,我曾經探訪過許多管機廠家,一致的觀念是,真空管的反應速度其實比晶體放大元件還快。為什麼?因為真空管中的電子隨時處於游離狀態,所以可以立即依據音樂訊號的變化而反應。真正設計得當的管機,聲底其實是極其透明,而且反應速度極快的。
美國地下音響雜誌「Sound Practices (美聲實作)」主編Joe Roberts還曾說過,300B因為結構簡單,比輸出功率較大的五極管更能直接反應音樂訊號的瞬時變化,只要搭配靈敏度夠高的喇叭,一樣可以展現充足的動態。有的300B單端管機聲音的確較為溫暖舒緩,原因之一可能是設計的調音偏好,原因之二也可能是喇叭靈敏度太低,300B單端管機根本控制不住,聽起來就會有速度遲緩慢拖的感受。
《九》300B管機的喇叭端子常見4歐姆與8歐姆輸出兩種,該如何選擇使用?
一般喇叭的原廠標示阻抗通常只是平均值,不一定代表喇叭在實際重播音樂時的阻抗變化狀態,所以到底適合接在4歐姆或8歐姆喇叭輸出端子?最好的辦法是實際聆聽,根據AudioNote的建議,只要聽感上全頻段最為均衡,動態表現最好的,就是最適合的連接的喇叭輸出阻抗。接到不正確的端子會不會傷到喇叭或擴大機呢?對於具備輸出變壓器的管機而言,不論接哪一個喇叭輸出都不會出問題,無需擔心接錯喇叭端子。
英國Audio note Quest 300B
《十》300B的使用壽命有多長?
真空管的確是壽命有限的元件,不過大多數真空管只要品管良好,通常都很耐用。許多時候,真空管損壞並不是管子本身的問題,而是工作點設定的太高,或是變壓器與濾波電容出了問題。除此之外,300B因為是直熱式設計,燈絲在高溫狀態下變得較為脆弱,此時不宜移動或碰撞膽機,否則燈絲可能會因此斷裂。
根據資料,300B在正常狀況下,使用時間可以長達40000個小時,假設一天開機聆聽四小時,可以使用超過27年之久,當然,這是理想狀態下。如果以一對WE 300B二手行情台幣10萬元計算(折合人民幣大概23000元),聆聽一小時成本只要2.5元(折合人民幣大概0.5元),稱的上是很划算的投資了。
隨著使用時間的增加,真空管的特性會慢慢退化,不過老實說,這個過程十分緩慢,聽感上不太容易察覺,所以也不需要太過擔心。一般而言,真空管壽命將盡時,高音清晰度會變得較差,推力也會變弱。如果你察覺到這些跡象,代表真空管真的老了。
來源
謝謝收看