彷制馬蘭士 Marantz 7 M7 膽前級放大器

馬蘭士 M7 前級十倍放大器的心臟是兩級共陰放大器加入負反饋, 及陰極跟隨所組成。

設計十分簡單並且零件很少,但是音調控制電路及瀘波噐劣化了音質。訊號經過太多選擇制接奌令音質進一步惡化。且馬7的原設計並未包含B+穩壓電路並且訊號所經選擇開關太多,整體來說音效有奌霧並且不夠細節,高頻有奌喑。原Marantz7的分析力與高頻伸延度不是十分出色,那是因為訊號選擇開關接奌太多,斑馬電容的較高損耗係數及500K微調電位器的關係.

不同的自作派造的仿馬7效果也不一樣。

線路雖然簡單,但電路設計是很好,就看我們能否發揮了,如果造得好的話音效很不錯。B+ 電圧看起來很隨意,但實際上是很小心決定的,使放大電路能處理+20db的訊號過荷。500K微調電位器能改善訊燥比但亦同時影響了高頻響應。

有一部份自作派認為簡單就是好,如果這是真的,那麼單三極管一級共陰放大就可稱霸了。但實際上卻是不同的線路共存著。
事實上著名的馬諦司十倍放大器與馬7是同一概念。

譲我們看看馬7兩級共陰加負回輸及陰極跟隨器如何能穩佔十倍放大器一席達數十年之久。
請看電子在三極管內流動的情況:
electron02

負偏壓在柵極附近建立了電場,這電場隨看偏壓強弱而變化,這改變了電子通道的寬度因此改變了屏流,看圖 :
electron03

因為電子有質量關係,並不能即時達到負偏壓改變後相應的屏流,往往先発生過沖之後才到達預定值,合適旳負回輸結構能很好改善過衝,看圖:
electron05
請注意這圖是刻意誇張過衝請況以使讀者了解。

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單管共陰在沒有負回輸的情況下,低頻訊號很慢所以屏流變化容易跟上,沒有問題.中頻過衝,高頻率則被輸入及輸出集散雜電容所衰減,所以整體效果是很好的低音,太光輝的中音及有奌暗的高音。

這現像在一級共陰放大前級很常見,甚至加了—級陰極跟隨器改善也不大,但在後級放大器卻沒有問題,這是因為前級輸出訊號會被進一步放大,而後級輸出是不會再放大而直接推動喇叭。

這樣在單端管後級功放採用非負反饋理論是正確的,但對於前置放大器可能會有所不同。我明白一些DIYer們喜歡中頻較亮麗的人聲而選擇非負反饋三極管前置放大器。

負反饋電路能把輸出和輸入信號進行比較和修正過衝的峰值波形, NFB負反饋還檢測併校正潛布電容對高頻的衰減並保持完美響應。該NFB迴路很短,且12AX7的響應速度夠快,能覆蓋到超過100KHz的響應,滿足高端標準。

M7的NFB負反饋環路被故意設計成不包括陰極跟隨器而獲得最短循環路徑,而使它的高速反應夠快。任何類似的線路放大器設計如果NFB負反饋環路包括陰極跟隨器都無法得到更好的結果, 因為響應速度變慢.

原裝M7線放的唯一的缺點是輸出點在3.5Hz左右有一個+6 dB響應的峰值。此問題已被正確的B+電壓和屏極工作點所克服。然而 +6分貝在 3.5Hz 可能會因增加低音衝力而受歡迎,不再是一個缺點。一個很好的DIY M7機可能會成為世界上最好的管線路放大器之一。

請看看原來M7的設計,30Hz高通濾波器為的是衰減唱片轉盤隆隆聲,在20世紀60年代高端轉盤不是很普遍的。其次,5000Hz 的低通濾波器是為了防止唱頭檢出的黑色塑料唱片灰塵噪音通過。但一個 30Hz 到 5000Hz 的響應是非常相似AM廣播。使用旁路開關可以取消濾波器功能以處理更優質的聲源:
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現在我們不再需要這些濾波器,請參閱圖:

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V1 V2和的總增益大約為18, 500K微調電位器調在中心點與180K 串接是 0.632的增益,陰極輸出增益為0.97。
18×0.632×0.97=11
這是線放標準增益。

通過檢查微調電位器電路(500K+180K)/ 4=170K
如果輸入電路和陰極跟隨器柵極到陰極的雜散電容達到30pF的話,一個典型的值,高頻率響應將是大約 30KHz -3db 似乎不錯。

但是,如果我們不介意的總增益 18×0.97=17.5,我們可以取消500K的微調電位器,實現100KHz -0.6db 的高頻響應。

我想大部分的DIY愛好者會選擇取消微調電位器,請參閱圖:

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這是M7線放的原設計的組件值,如果我們遵循這些可以得到一個非常好的結果: 10Hz至50KHz的+/-0.5分貝,這些都是實測的數據。

我明白有經驗的DIY愛好者認為V1的0.01 UF耦合電容太小,配合1M柵極電阻低頻-3dB點大約為16HZ,太高了。然而,一些DIY愛好者想希望修改本機能有更好的表現,再享受出色的聲音及滿足感。最常見的建議是使用0.1uf 以更換0.01 UF電容,這樣的-3 dB點會下降至1.6Hz,好多了。但是,請不要這樣做,它會毀了機器在高和低的頻率的平衡。

彷制M7線放大器,永遠不要做以下兩件事情:

1. 不要直接從V2屏極取得輸出信號,從而償試避免兩個電容串聯以節省信號路徑,因為這種連接可能超載陰極跟隨器,見圖片:
electron15_01
這是個錯誤的接法,如果耳朵聽不出來,沒什麼大不了,只要努力多聽不同的器才,慢慢自然就能分辨,並不神祕.

2. 0.01UF的電容,不能單獨更改為0.1 UF而其他電容保持不變,這將使V2屏極過載見圖片:
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在和V1 V2形成中央放大器,高速負反饋環路獲得大範圍頻率響應,陰極跟隨器提供阻抗匹配,高輸入阻抗不負擔中央放大器(很重要的一點),低輸出阻抗可以克服信號線雜散電容,保持高頻驅動的能力。更進一步,陰極跟隨器可以改善號角驅動器的金屬聲,所以M7是很適合奧特藍星ALTEC 288/290 及Tannoy天朗號角單體,因為中頻率響應已受控製而不會太亮,一個完美的設計。

關鍵點:M7十倍放大器的秘密公式
在中央放大器有兩個RC網絡:
1. C1,R1是前向的RC網絡
2. C2(R2 + R3)是反饋RC網絡

見圖片:
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關鍵是前向和反饋網絡的RC時間常數應彼此相等,從而獲得良好音效,秘密計算公式為:
C1 R1= C2(R2 + R3)
如果我們選擇0.1 UF作為C1即:
(0.1 UF)(1000K)= C2(82K+4.7K)
C2 =(0.1 UF)(1000K)/(82K+4.7K)
C2 =(0.1 UF)(1000K)/(86.7K)
C2 =1.15 UF我們可以使用1.2 UF
這意味著,如果我們改變C1成0.1 UF,我們也要改變C2至1.2 UF否則RC網絡失去平衡導致頻率響應也失去平衡。

請參閱原來M7線路:
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R2 =(4.7K+82K)// 150K //270K//(500K+180K)=42.7K
其中 C1 R1 = C2 R2 即
(0.01 UF)(1000K)= C2(42.7K)
C2 =(0.01uF)(1000K)/(42.7K)= 0.23UF M7設計人員使用0.22uf

我建議M7線放大器DIY的最終版本:
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V1的開環增益:
270K // 1M + 80K + (4.7K X 101)
= 212.6K +80K + 474.7K
= 767.3k
V1增益=100(212.6/767.3)
=27.7

V2的開環增益:
100K // (82K +4.7K ) + 80K + (1K X101)
= 46.4K +80K +101K
=227.4K
V2增益=100(46.4/227.4)
=20.4

總開環增益=(V1開環增益)(V2開環增益)
27.7×20.4
=565.08

B =4.7K/(82K+4.7K)
=4.7/86.7
=0.0542(也稱為反饋係數)(稱為反饋因子)

閉環增益= A /(1 + AB)
=565.08/(1+565.08X0.0542)
=565.08/31.62
=17.87(閉環增益)

在所增益=17.87×0.97
=17.33(所有總增益)
頻率響應:
5Hz至50kHz +/-0db
5Hz至100KHz -0.6db
5Hz至300kHz -3db

方波響應:
10 kHz的輸出6 Vpp的的響應
10khz_

20KHz 輸出6 Vpp的響應
20khz_

50 kHz輸出6 Vpp的響應
50khz_

Testing on experiment board. 在測試實驗板:
m7_-equipment

m7_test

The actual machine building 實際的前級製造:
m7_board

m7clone1

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對於前置放大器,穩定B+電源是必須的,如果沒有的話就浪費了良好的放大電路設計。
閉環穩壓電路是緩慢的,任何快速主動電源在面對 300KHz 訊號時都顯得慢動作。
一個非常簡單的方法是使用齊納二極管,7.5V穩壓為200mW的40顆串聯將得到300V。 7.5V穩壓二極管具有良好的音效。

7.5V齊納二極管陣列的一個例子:
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燈絲電源強烈推薦DC穩壓, 使用7812 TO3金屬封裝與散熱片:
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Power supply 電源 :
electron20

兩個12K電阻用線繞式更好,7.5V齊納二極管和12K嘗試不同的品牌名稱,可以微調的聲音。 200 uF的電容值是經過精心挑選,所以不要走出180到220 UF範圍。兩個0.1μF的旁路電容採用高品質電容。 V1,V2和陰極跟隨器共享相同的B +電源是刻意安排的,不是為了省組件預算,而是為了良好的聲效。在線路放大器,所有的耦合電容必須使用高品質元件,我不會建議任何品牌名稱,但他們應該有等於或好於 0.0003 的損耗因數。另外,強烈推薦1960年代舊型美國或歐洲生產的12AX7或ECC83.這些都是校聲手段,並不神祕,但是必需建立在正確電路設計及阻容數值的大前題上,否則都祗是空談.

如果把 82K 電阻改為 47K 及 1.2 uF 電容通過計算改為 2.2 uF,整體放大倍數便是 10 左右,聲音會更好,不妨一試.

通過AB比較,一位金耳朵朋友認為在下的DIY 線放己超越了原廠M7:
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試音硬件:
三路電子分音, 功放直推單體不經被動分音器 RLC 元件.

1. 中音 RCA 245 茄子膽配 TAMURA F2013單端輸出變壓器 2+2瓦推著名『奧特藍星』中音單體 ALTEC 288/290E 驅動頭配311-60號角靈敏度 114db, 負責 450HZ 至 5000Hz.

2. 低音 美國 TUNSOL 5881五極管威廉遜推挽後級配 TAMURA F2012輸出變壓器 22+22瓦推YAMAHA_S4115H 15吋低音單體靈敏度100db, 負責 50HZ 至 450Hz.

3. 高音美國EICO 2050 25+25瓦威廉遜推挽後級配7591五極管, 全機大摩升級, 推美國名廠R. SEQUERRA ASSOC., LTD RSA MET 9 MKII RIBBON 鋁帶式高音單體靈敏度90db, 負責5000HZ 至30000Hz.

請看圖:
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試音軟件:

The Sheffield Lab Drum record 美國直刻唱片,鼎鼎大名,驚世之作,直刻就是音樂訊號不經錄音機,直接刻在母片上,以取得最隹效果, 爵士鼓王Jim Keltner 即慶演譯,即無需樂譜臨場發揮,因為是直刻,要求一次成功,沒有第二次重錄機會,非高手不能為,現場一樣的音效, 場面震撼, 鼓鈸的象真度很高,定位與衝擊力輕易秒殺對手, 試音必備, DIY不論單端推挽,聽過不少重播低頻鼓聲都拖泥帶水,不容易過關,以至被外行者認為膽機重播低頻不行.在下的三路分音低頻鼓聲有板有眼,衝擊力收放自如,俗稱打心口,正是前級出聲,後級出力的寫照.
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瑞典寶碟,爵士當舖, 試音天碟Jazz at the Pawnshop, 一管色士風(Saxphone) 配合低音大提琴, 俗稱牛筋, 柔柔地吹出了一片燈紅酒綠,酒廊夜店,煙霧瀰漫及幾分無奈的氣紛, 若器才未能表現這意境, 功夫仍侍改善.
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DGG 1977 年錄音, 已故名指揮家卡拉揚(Karajan) 領導德國柏林管弦樂團近百人演譯柴可夫斯基第六交響曲《悲愴》, 是為經典錄音, 場面偉大, 需要15吋以上單體才能發揮,古典愛好者必備.《悲愴》交響曲為古典音樂浪漫時期的代表作之一, 對後世音樂路向影響很深遠, 是區洲文藝復興時代留下的非物質文化遺產, 此曲充紛表迖了柴可夫斯基心路歷程的坎坷, 從樂章中體會作曲家的悲哀與無奈, 多了解古典音樂歷史而不祗是拘泥在一張照片就能清楚明白的管弦樂團舞台排位上, 從而提高音樂欣賞水平, 對DIY校聲功力提升有很大幫助.
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陳潔麗HI FI 天碟2007 香港演唱會, 她的獨特美聲唱法, 溶合了嬌, 柔, 嗲, 磁性即聲帶高次諧波共嗚及漂亮暢順的尾音,功力不淺. 要演譯得上述效果淋漓盡致, 前級工夫要過關.
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最後要一提的就是蔡琴的《老歌》特別是其中第二首《寒雨曲》, 細聽之下, 一下子什麼頻應, 舜變, 定位, 空氣感通通都忘了, 祗想哭, 不信邪再重播一次, 再想哭. 這叫音響感動, 老外稱為State of the art. 一套DIY 器才, 必需有紮實的電子管原理基礎再加上DIY功力, 才能產生音響感動.
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漂亮飄逸的高音加上高頻空氣感, 會使人感到十分舒暢, 但是卻沒有音響感動的本領, 能把人內心感動的是細緻動人的中音人聲部分(女高音在 HiFi頻譜裡是中音)再加上細心調教的低音, 中音是膽機的強項但可惜偏偏低音卻不是, 所以很多中音調教得很好的膽機聽起來都很迷人, 有不想關機的吸引力, 已是很不錯, 祗差了一奌奌, 就是沒有音響感動, 這裡與大家分享一些心得, 祗要把低音弄好再配合中音, 就可能有感人的效果.
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點對點佈線獲得更好的聲音,印刷電路板卻較方便,用整齊的組件佈局而獲取視覺效果或使用最短路徑而獲得優秀聲音是個人的選擇,希望大家一起享受製作的過程。

膽機DIY在2000年後越來越普遍, 而名廠膽前後級則越來越貴,俗稱分身家器才. 功放級有一個輸出變壓器, 是全機的靈魂,DIY無法仿製, 膽前級則不同, 所有零件容易購得, 加上線路圖也不難在網上找到,有經驗的DIY高手容易成功, 即使造不出相同的聲音, 而造出了同級的聲音, 其影響也很大, 廠家花在研發及市場推廣的代價並不便宜, DIY容易成功會影響其市場價值, 名廠膽前如Marantz 7, Matisse reference, Jadis JP 200 等的線路圖並不復雜而且早已公開, 為了使DIYer 不那麼容易成功, 都會在線路上設下一些不容易察覚的陷阱(即秘密公式), DIY 要小心留意,不同名牌線路的秘密公式都不同, 先參透秘密公式再研究校聲手段才是正道.
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