彷制马兰士 Marantz 7 M7 胆前级放大器

马兰士 M7 前级十倍放大器的心脏是两级共阴放大器加入负反馈, 及阴极跟随所组成。
设计十分简单并且零件很少,但是音调控制电路及泸波噐劣化了音质。讯号经过太多选择制接奌令音质进一步恶化。且马7的原设计并未包含B+稳压电路并且讯号所经選择开关太多,整体来说音效有奌雾并且不够细节,高频有奌喑。原Marantz7的分析力与高频伸延度不是十分出色,那是因为讯号選择开关接奌太多,斑马电容的較高損耗系数及500K微调电位器的关係.
不同的自作派造的仿马7效果也不一样。

线路虽然简单,但电路设计是很好,就看我们能否発挥了,如果造得好的话音效很不错。
B+ 电圧看起来很随意,但实际上是很小心决定的,使放大电路能处理+20db的讯号过荷。
500K微调电位器能改善讯燥比但亦同时影响了高频响应。

有一部份自作派认为简单就是好,如果这是真的,那么单三极管一级共阴放大就可称霸了。但实际上却是不同的线路共存着。
事实上著名的马谛司十倍放大器与马7是同一概念。
譲我们看看马7两级共阴加负回输及阴极跟随器如何能稳占十倍放大器一席达数十年之久。
请看电子在三极管内流动的情况:
electron02

负偏压在栅极附近建立了电场,这电场随看偏压强弱而变化,这改变了电子通道的宽度因此改变了屏流,看图 :

electron03

因为电子有质量关系,并不能即时达到负偏压改变后相应的屏流,往往先発生过冲之后才到达预定值,合适旳负回输结构能很好改善过冲,看图:
electron05

请注意这图是刻意夸张过冲请况以使读者了解。

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单管共阴在没有负回输的情况下,低频讯号很慢所以屏流变化容易跟上,没有问题.中频过冲,高频率则被输入及输出集散杂电容所衰减,所以整体效果是很好的低音,太光辉的中音及有奌暗的高音。

这现象在一级共阴放大前级很常见,甚至加了—级阴极跟随器改善也不大,但在后级放大器却没有问题,这是因为前级输出讯号会被进一步放大,而后级输出是不会再放大而直接推动喇叭。
这样在单端管后级功放采用非负反馈理论是正确的,但对于前置放大器可能会有所不同。我明白一些DIYer们喜欢中频较亮丽的人声而选择非负反馈三极管前置放大器。

负反馈电路能把输出和输入信号进行比较和修正过冲的峰值波形, NFB负反馈还检测并校正潜布电容对高频的衰减并保持完美响应。该NFB回路很短,且12AX7的响应速度够快,能覆盖到超过100KHz的响应,满足高端标准。
M7的NFB负反馈环路被故意设计成不包括阴极跟随器而获得最短循环路径,而使它的高速反应够快。任何类似的线路放大器设计如果NFB负反馈环路包括阴极跟随器都无法得到更好的结果, 因为响应速度变慢.

原装M7线放的唯一的缺点是输出点在3.5Hz左右有一个+6 dB响应的峰值。此问题已被正确的B+电压和屏极工作点所克服。然而 +6分贝在 3.5Hz 可能会因增加低音冲力而受欢迎,不再是一个缺点。一个很好的DIY M7机可能会成为世界上最好的管线路放大器之一。

请看看原来M7的设计,30Hz高通滤波器为的是衰减唱片转盘隆隆声,在20世纪60年代高端转盘不是很普遍的。其次,5000Hz 的低通滤波器是为了防止唱头检出的黑色塑料唱片灰尘噪音通过。但一个 30Hz 到 5000Hz 的响应是非常相似AM广播。使用旁路开关可以取消滤波器功能以处理更优质的声源:
electron06

现在我们不再需要这些滤波器,请参阅图:
electron08

V1 V2和的总增益大约为18, 500K微调电位器调在中心点与180K 串接是 0.632的增益,阴极输出增益为0.97。
18×0.632×0.97=11
这是线放标准增益。
通过检查微调电位器电路(500K+180K)/ 4=170K

如果输入电路和阴极跟随器栅极到阴极的杂散电容达到30pF的話,一个典型的值,高频率响应将是大约 30KHz -3db 似乎不错。
但是,如果我们不介意的总增益 18×0.97=17.5,我们可以取消500K的微调电位器,实现100KHz -0.6db 的高频响应。
我想大部分的DIY爱好者会选择取消微调电位器,请参阅图:
electron11

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这是M7线放的原设计的组件值,如果我们遵循这些可以得到一个非常好的结果: 10Hz至50KHz的+/-0.5分贝,这些都是实测的数据。

我明白有经验的DIY爱好者认为V1的0.01 UF耦合电容太小,配合1M栅极电阻低频-3dB点大约为16HZ,太高了。然而,一些DIY爱好者想希望修改本机能有更好的表现,再享受出色的声音及满足感。最常见的建议是使用0.1uf 以更换0.01 UF电容,这样的-3 dB点会下降至1.6Hz,好多了。但是,请不要这样做,它会毁了机器在高和低的频率的平衡。

彷制M7线放大器,永远不要做以下两件事情:

1. 不要直接从V2屏极取得输出信号,从而偿试避免两个电容串联以节省信号路径,因为这种连接可能超载阴极跟随器,见图片:
electron15_01
这是个错误的接法,如果耳朵听不出來,没什么大不了,只要努力多听不同的器才,慢慢自然就能分辨,並不神祕.

2. 0.01UF的电容,不能单独更改为0.1 UF而其他电容保持不变,这将使V2屏极过载见图片:
electron16_01

在和V1 V2形成中央放大器,高速负反馈环路获得大范围频率响应,阴极跟随器提供阻抗匹配,高输入阻抗不负担中央放大器(很重要的一点),低输出阻抗可以克服信号线杂散电容,保持高频驱动的能力。更进一步,阴极跟随器可以改善号角驱动器的金属声,所以M7是很适合奥特蓝星 ALTEC 288/290 及 Tannoy天朗号角单体,因为中频率响应已受控制而不会太亮,一个完美的设计。

关键点:M7十倍放大器的秘密公式
在中央放大器有两个RC网络:
1. C1,R1是前向的RC网络
2. C2(R2 + R3)是反馈RC网络
见图片:
electron12_01

关键是前向和反馈网络的RC时间常数应彼此相等,从而获得良好音效,秘密计算公式为:
C1 R1= C2(R2 + R3)
如果我们选择0.1 UF作为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我们可以使用1.2 UF
这意味着,如果我们改变C1成0.1 UF,我们也要改变C2至1.2 UF否则RC网络失去平衡导致频率响应也失去平衡。
请参阅原来M7线路:
electron18

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设计人员使用0.22uf

我建议M7线放大器DIY的最终版本:
electron17

V1的开环增益:
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的开环增益:
100K // (82K +4.7K ) + 80K + (1K X101)
= 46.4K +80K +101K
=227.4K
V2增益=100(46.4/227.4)
=20.4

总开环增益=(V1开环增益)(V2开环增益)
27.7×20.4
=565.08

B =4.7K/(82K+4.7K)
=4.7/86.7
=0.0542(也称为反馈系数)(称为反馈因子)

闭环增益= A /(1 + AB)
=565.08/(1+565.08X0.0542)
=565.08/31.62
=17.87(闭环增益)

在所增益=17.87×0.97
=17.33(所有总增益)

频率响应:
5Hz至50kHz +/-0db
5Hz至100KHz -0.6db
5Hz至300kHz -3db

方波响应:
10 kHz的输出6 Vpp的的响应
10khz_

20KHz 输出6 Vpp的响应
20khz_

50 kHz输出6 Vpp的响应
50khz_

Testing on experiment board. 在测试实验板:
m7_-equipment
m7_test

The actual machine building 实际的前级制造:
m7_board
m7clone1

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对于前置放大器,稳定B+电源是必须的,如果没有的话就浪费了良好的放大电路设計。
闭环稳压电路是缓慢的,任何快速主动电源在面对 300KHz 讯号时都显得慢动作。
一个非常简单的方法是使用齐纳二极管,7.5V稳压为200mW的40颗串联将得到300V。 7.5V稳压二极管具有良好的音效。

7.5V齐纳二极管阵列的一个例子:
electron21

灯丝电源强烈推荐DC稳压, 使用7812 TO3金属封装与散热片:
electron22

Power supply 电源 :
electron20

两个12K电阻用线绕式更好,7.5V齐纳二极管和12K尝试不同的品牌名称,可以微调的声音。 200 uF的电容值是经过精心挑选,所以不要走出180到220 UF范围。两个0.1μF的旁路电容采用高品质电容。 V1,V2和阴极跟随器共享相同的B +电源是刻意安排的,不是为了省组件预算,而是为了良好的声效。在线路放大器,所有的耦合电容必须使用高品质元件,我不会建议任何品牌名称,但他们应该有等于或好于 0.0003 的损耗因数。另外,强烈推荐 1960年代旧型美国或欧洲生產的 12AX7或ECC83.这些都是校声手段,並不神祕,但是必需建立在正確电路设计及阻容数值的大前題上,否則都祗是空谈.

如果把 82K 电阻改为 47K 及 1.2 uF 电容通過计算改为 2.2 uF,整体放大倍数便是 10 左右,声音会更好,不妨一试.

通过AB比較,一位金耳朵朋友认为在下的DIY 线放己超越了原厂M7:
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试音硬件:
三路电子分音, 功放直推单体不经被动分音器 RLC 元件.

1. 中音 RCA 245 茄子胆配 TAMURA F2013单端输出变压器 2+2瓦推著名『奥特蓝星』中音单体 ALTEC 288/290E 驱动头配311-60号角灵敏度 114db, 负责 450HZ 至 5000Hz.

2. 低音 美国 TUNSOL 5881五极管威廉逊推挽后级配 TAMURA F2012输出变压器 22+22瓦推YAMAHA_S4115H 15吋低音单体灵敏度100db, 负责 50HZ 至 450Hz.

3. 高音 美国EICO 2050 25+25瓦威廉逊推挽后级配7591五极管, 全机大摩升级, 推美国名厂 R. SEQUERRA ASSOC., LTD RSA MET 9 MKII RIBBON 铝带式高音单体灵敏度90db, 负责5000HZ 至30000Hz.

請看图:
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试音軟件:

The Sheffield Lab Drum record 美国直刻唱片,鼎鼎大名,惊世之作,直刻就是音乐讯号不经录音机,直接刻在母片上,以取得最隹效果, 爵士鼓王Jim Keltner 即庆演译,即无需乐谱临场发挥,因为是直刻,要求一次成功,没有第二次重录机会,非高手不能为,现场一样的音效, 场面震撼, 鼓钹的象真度很高,定位与冲击力轻易秒杀对手, 试音必备, DIY不论单端推挽,听过不少重播低频鼓声都拖泥帶水,不容易过关,以至被外行者认为胆机重播低频不行.在下的三路分音低频鼓声有板有眼,冲击力收放自如,俗称打心口,正是前级出声,后级出力的写照.
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瑞典宝碟,爵士当铺, 试音天碟Jazz at the Pawnshop, 一管色士风(Saxphone) 配合低音大提琴, 俗称牛筋, 柔柔地吹出了一片灯红酒绿,酒廊夜店,烟雾弥漫及几分无奈的气纷, 若器才未能表现这意境, 功夫仍侍改善.
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DGG 1977 年录音, 已故名指挥家卡拉扬(Karajan) 领导德国柏林管弦乐团近百人演译柴可夫斯基第六交响曲《悲怆》, 是为经典录音, 场面伟大, 需要15吋以上单体才能发挥,古典爱好者必备.《悲怆》交响曲为古典音乐浪漫时期的代表作之一, 对后世音乐路向影响很深远, 是区洲文艺复兴时代留下的非物质文化遗产, 此曲充纷表迖了柴可夫斯基心路历程的坎坷, 从乐章中体会作曲家的悲哀与无奈, 多了解古典音乐历史而不祗是拘泥在一张照片就能清楚明白的管弦乐团舞台排位上, 从而提高音乐欣赏水平, 对DIY校声功力提升有很大帮助.
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陈洁丽HI FI 天碟2007 香港演唱会, 她的独特美声唱法, 溶合了 娇, 柔, 嗲, 磁性即声带高次谐波共呜及漂亮畅顺的尾音,功力不浅. 要演译得上述效果淋漓尽致, 前级工夫要过关.
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最后要一提的就是蔡琴的《老歌》特别是其中第二首《寒雨曲》, 细听之下, 一下子什么频应, 舜变, 定位, 空气感通通都忘了, 祗想哭, 不信邪再重播一次, 再想哭. 这叫音响感动, 老外称为State of the art. 一套DIY 器才, 必需有扎实的电子管原理基础再加上DIY功力, 才能产生音响感动.
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漂亮飘逸的高音加上高频空气感, 会使人感到十分舒畅, 但是却没有音响感动的本领, 能把人内心感动的是细致动人的中音人声部分(女高音在 HiFi频谱里是中音)再加上细心调教的低音, 中音是胆机的强项但可惜偏偏低音却不是, 所以很多中音调教得很好的胆机听起来都很迷人, 有不想关机的吸引力, 已是很不错, 祗差了一奌奌, 就是没有音响感动, 这里与大家分享一些心得, 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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点对点布线获得更好的声音,印刷电路板却较方便,用整齐的组件布局而获取视觉效果或使用最短路径而获得优秀声音是个人的选择,希望大家一起享受制作的过程。

胆机DIY在2000年后越来越普遍, 而名厂胆前后级则越来越贵,俗称分身家器才. 功放级有一个输出变压器, 是全机的灵魂,DIY无法仿制, 胆前级则不同, 所有零件容易购得, 加上线路图也不难在网上找到,有经验的DIY高手容易成功, 即使造不出相同的声音, 而造出了同级的声音, 其影响也很大, 厂家花在研发及市场推广的代价并不便宜, DIY容易成功会影响其市场价值, 名厂胆前如Marantz 7, Matisse reference, Jadis JP 200 等的线路图并不复杂而且早已公开, 为了使 DIYer 不那么容易成功, 都会在线路上设下一些不容易察覚的陷阱(即秘密公式), DIY 要小心留意,不同名牌线路的秘密公式都不同, 先参透秘密公式再研究校声手段才是正道.
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