与Classic两部前级有关的技术

以下是两部前级所涉及的部分技术及其设计理念。本文“前级”是指“线路放大器”或“高电平线路放大器”。

前级有无存在的必要？

目前，顶级数字音源的技术指标已经可以做到谐波失真<　0.0005％（20Hz-20kHz）；信噪比>140dB;频响0Hz-100kHz(SACD,D/A)。

面对这样的技术指标，以往放大器的技术规格面临挑战。在二十多年前，当CD格式刚刚被确立时，CD机的声音冰冷、坚硬，放大器所做的更多的事情是在修饰CD机的缺陷。声音松软、丰厚、高音朦胧圆滑的放大器便得当时的CD机听上去更顺耳些。1993年，Classic就曾做过这样一部电子管前级Model3（图2）,它符合当时的搭配原则，自然，在当时受过一些好评。

包括我自己在内，许多人都有这样一个疑问：“前级还有无存在的必要？”这样的疑问源自数字音源的高输出电平。如果仅从电平匹配的角度来讲，数字音源2Vrms(0dB)左右的输出电平足以推动任何一部后级放大器至额定输出，而剩下的事情只是在音源与后级之间加上一个可为衰减器而已。专业音响在音源与功放之音的调音台，当主电平推子在0dB处，LINE-OUTD在增益为0Db。那么，有什么理由在民用音响系统里再插入一台前级呢？

当我们把数字音源与后级放大器通过无源前级连接起来后，发现重播的声音变得单薄干瘪、虚弱、动态小、声场狭窄。其中原因，无源前级在衰减电平的同时也削弱了动态峰值，另外，无源前级的输出阻抗也不够低。

10倍（20dB）前级是模拟时代的产物，它的输入电平必须与收音头、卡座、RIAA均衡放大器的输出电平相匹配。图3是还音系统电平分布图。A图是系统在0dB，即后级最大输出功率时的前级增益，为-4.24dB。B图是系统在后级输出功率8W时的前级增益，为-15.14dB。B图之所以选择后级输出功率8W为参考，是因8W左右的音量为平时家庭聆听的中等音量（房间25m2，音箱灵敏度89dB，-10dB声压76dB实测值）。

从B图中可以看出，当前级工作在-15.14dB状态时，以前级最大输出15Vrms计，它的上动态余量有32.6dB，而且，前级增益越来越大上动态余量越来越大，这时，前级的作用类似于动态扩张器。当然，增益大的前级如果性能不好，通过系统的级联，系统的噪声和失真也会变大。

目前，多数后级是以有前级为前提而进行设计的，所以，前级线路放大器仍然是必不可少的，它对于输入电平为1.228V(rms+4dB)的后级放大器的效果仍然是正大于负。不过，前级线路放大器的增益越来越低也成为一种趋势。

数字音源的高输出有利于改善整个还音系统的信噪比与失真，但必须对整个还音系统重新进行系统设计，并重新校声，使之相互间匹配。

失真  频响 信噪比

目前，已经被证实的、可以被量化的对音频放大器有影响的失真有十几种之多，但是，主要用来考量的则是三种影响比较大的失真：谐波失真、互调失真和瞬态互调失真，因为大多数放大器该失真规律性的比谐波失真高一个百分点。而瞬态互调失真对晶体管放大器更有意义，电子管放大器由于它的高工作电压及抗饱和特性，形成上此失真的条件机会相对要少。

据文献记载，人耳对失真的辨别能力在纯音时为0.5%，音乐时为2%。在实际听音中，两部电路结构完全相同的放大器，谐波失真(20Hz-20kHz)分别为0.01%和.001%，可以明显地区别出其中的差别，后者的中高音更为纯净、清晰、杂质少。

人耳的听域上限为20kHz，以往的Hi-Fi放大器标准即以此为界。一种理论认为，听不到的频率没有必要放大。其实不然，听域内的声波往往具有很丰富的谐波，甚至是基音的组成部分，它存在与否是还音系统能否更接近音源的一个重要因素。而放大器的内部需要更宽的频响以保持较小的相移，使还原的声场和定位更为准确。在技术上，更宽的频响会带来更大的谐波失真和噪声，如何使放大器频响宽又失真低，是放大器设计的一个难点。在音响系统与真实声音的比较中，音响还原声的那种“挤压感”来自于窄频响，窄动态。

图4是美国国家半导体公司出产的被称为“世界上失真度最低的运放”LME49710的频率失真曲线图，自频率3kHz以上的失真在逐渐增大。多数人认为，这种与频率呈正比的关系的失真系放大器的高频开环增益降低、大环路负反馈量减少所致。根据反复实验所知，这只是其中原因之一，而非全部，另一个重要因素是来自负反馈网络：因负反馈网络的时间常数与频率有关，而大多数放大器因负反馈网络的阻抗特性、分布参数及负反馈采样误差的影响，造成高频相位滞后，这使放大器得到的高频负反馈量减少，失真增大。其次，电源高频阻抗高、放大器的电抑制比(PSRR)差，也是高频失真增大的原因。从图5、图7可以看出，在对失真机理重新予以认识，并将其运用于Classic的两部前级，这时，高频失真得到了极大的改善。如No.290电子管前级，虽然只有一级共栅极放大，在开环增益较低，总负反馈量较少的情况下，其高频失真仍得到了完善的抑制，1kHz-20kHz的失真几乎是同一水平，即使到60kHz仍然很低。图6是近年来颇受推崇的胆前级LAMM的失真频率图，2Vrms输出时为0.035%。

低噪声意义不仅仅在于它的可闻性，还与动态范围有关。提到动态范围，往往会更注重更注重上动态范围，但是，由于噪声对弱音的掩蔽会使一些弱音信息不复存在，动态范围的下限基准被提高，动态范围由此变小。更低的噪声不仅会使弱音尽现，声场的纵深也会改善。

No.210的核心部分是其中的电压放大组件VA1,见图7.这个超级电压放大组件VA1具有非凡的性能的指标，有着运算放大器电路形式的顶级表现。表一是No.210与世界著名前级在非平衡状态下的技术指标比较。

与一般放大器所不同的是，No.210的谐波失真即便到200kHz都可以保持很低的水平，这是它与众不同的地方。该机具体的有超低的谐波失真0.0005%（5Hz-20kHz），见图8。

超宽频响5Hz-4.5MHz（-3dB）.
VA1在计算机仿真阶段的频响为9MHz-3Db,仿真图见图9.如此高的频宽，不仅为布线带来挑战，空间噪声也成为重要的干扰源。为保持电路稳定，PCB设计中采取了一些措施使频宽降至4.5MHz，-3dB(断开低通滤波器)。Classic No.200系列产品的系统频宽标准是240kHz,-3dB(听域上限的12倍)，为与后级匹配，在VA1的输入端口加入了低通滤波器，最终No.210的频响为3Hz-200kHz(-0.75dB),见图10。

超低噪声-115dB,-120dB（A计权）。见图11。

VA1的最大增益为20dB,而在此增益下测得的噪声已属非常低了，噪声绝对值<10Uv(rms 20Hz-20kHz)，这相当于一根20cm长、裸露在空气中的闭合导线所感应到的电压。Soulution 720/721非平衡输入的增益只有3.5dB,所以，信噪比一项比较有利。曾将VA1的增益设置成10dB,这时，所测得的信噪比较Soulution 720/721还要低。

No.210具有很高的转换速率，为320V/μ。见图12。
电压放大组件VA1已成为Classic  No.200系列中的一个重要组件，被广泛应用于该系列产品中。
图13是No.290的主放大器。独创的复式结构PCB:主放大器结构上采用了2×2的PCB设计，计有地层、信号层、低电压供电层、高电压供电层四层。屏蔽地直接通过5根铜柱导入底板，具有最小的电磁干扰与最佳的散热效果。

电源

对于音频放大器而言，理想的供电电源须为交流对地零阻抗、交流对地等电位了，只有这样，设计中才可以不考虑电源抑制比(PSRR)对电路的影响。现实中，这样的电源并不存在。所以，内阻、纹波、噪声、频响等成为电源的关键词。

除去能量变换这个最基本的功能之外，电源还应具备以下两种功能：对市电的隔离，这其中包括工频的、高频的、甚至是市电功率因数的各种因素，而电源内部则要具有交直流快速响应的能力。

各种各样的电源电路形式对放大器的声音表现有着举足轻重的影响，当与放大器搭配得当时均会有不俗的表现，个中原因，不外乎是利用电源的特性与放大器的特性相互补偿。

Classic产品历来重视电源，曾在不同的产品中做过以下尝试：
Model3电子管前级放大器：全电子管整流稳压电源源
No.66合并机、No.10.0前级放大器材SEPP稳压电源；
No.18.0CD机：伺服式稳压电源，并联调整稳压电源两种子
No.260合并机：超低噪声稳压电源（两种，宽带噪声≤10μV）。
No.290电子管前级放大器：正负高压输出并联稳压电源。
No.290胆前级的稳压电源为PS2组件，它的高压部分采用的是并联稳压电源，输出电压±300V，灯丝供电由二组LM317T组成软启动稳压电路。图14所示为该电源，图15为高压部分电路图。

PS2的电压基准部分由精密基准源LM329和恒流模块CCS3构成，其宽带噪音只有12μVrms（实测值），而可调基准源TL431虽然价格便宜，但其噪声却在40μVrms以上，不够理想。正电源的误差放大器为AD825，负电源为OPA627。采用两种不同运放的用意在于，这两种运放输入管的类型分别为P JEFT和NJEET，比较使用同一种运放，这样运用可以使正负误差放大器的共模电压范围更宽一些。

并联调整稳压电源与串联调整稳压电源的基本技术指标相差并不多，但是，因并联调整稳压电源的调整管是与电源输出并联，受其影响，电源的频率阻抗特性发生了很大的变化：输出阻抗平坦、频响宽、响应速度快，极点位置的曲线可以控制得更平滑。这种特性是串联调整稳压电源和电容滤波所不能得到的，串联调整稳压电源因负载电流的变化会使电源的闭环特性发生畸变。而且，由于并联调整稳压电源的调整管工作在甲类状态，当负载电流增大时，调整管的工作状态与串联式稳压电源刚好相反，所以，电路的线性好，负载电流变化对误差放大器的影响也小。PS2的恒流管与调整均采用了VMOS管，相比双极型管，其噪声更低，可靠性也好。

PS2±300V输出端的空载噪声≤42μV（rms 5Hz-1MHz）、满负载时为60μV，电源抑制比（PSRR）79dB。对于高压稳压电源而言，这是一个很好的指标。

落实到听感，并联调整稳压电源较串联调整稳压电源的分析力高、响应平直、声音松驰，唯电路复杂，不适合用于甲乙类放大器，特别是高压使用对元器件要求较高。

这两部前级的整流部分均采用了高速双桥整流，相对于单整流，双桥整流的噪声更低，特别是对改善地电平跳动贡献较大。

地线与布线

在音频放大器中，“地线”仅是对机内地线的一种统称，细分下去分为：电源地、信号地、模拟地、数字地、滤波地等等。
对于非平衡放大器而言，地线是放大器信号放大的基准，所有经过放大器的信号皆以此为参考，可以说，地线的重要性十有八九堪称“生命线”，如同海拔零点与海拔高度的关系。

原则上，放大器的信号地线应是纯粹的信号参考，不掺杂任何与信号无关的电流，低阻抗，零电位，具有一部放大器所有信号电平的最低电位。

在地线结构的方面，因电路结构不同其上的电压电流的走向亦会不同，最准确的分析能带来最正确的结果，而正确的结果是唯一的，忽庸置疑的，这个结果越正确，电路的性能就越好，正确的布线把电路的THD+N改善一个百分点并非难事。

星形接地并不适用于超宽频带的放大器。传统的星形接地虽相互干扰小，但其分布参数较大，不利于高频下工作。所以，在No.200系列产品中，某些电路位置的地线布局使用了高低频混合布线原则，使之在高频下保持低阻抗，以保证放大器在极宽的频带下稳定工作。

在Classic  No.200系列产品中，地线的结构凝聚了设计者多年的实践经验，并形成一套系统的理论与布线原则，该系列的高性能指标与此不无关系。

另外，无误差负反馈采样理念也被广泛使用在No.200系列产品中。传统的负反馈地多半强调与输入地保持低阻抗，以使同反相差分信号在此形成求和点。而事实上，大环路负反馈是对输出信号进行反馈，反馈的采样误差越小，得到的反馈信号就越接近实际输出。因此，负反馈地的采样端必须低阻抗、最小距离地接近负载。当然，这种理念需要一些技术手段方可实施，目前，在Classic的产品中已经成功运用。

共模抑制比(CMRR)

共模抑制比是差分放大的一个技术参数，它表示了差分放大电路对共模信号的抑制能力。
目前，大多数的平衡—非平衡接收器的基本结构是使用运算放大器的同反相输入端作为正负信号的输入，而运算放大器的反相端输入阻抗为同相端的1/2，这使得同反相端从输入端进去的阻抗并不相等，这包括了像INA134、SSM2141这样的一些专用平衡—非平衡接收器。如此一来，这接收器的CMRR便会下降，如果进行长距离传输，，接收器会残存共模噪声。短距离传输虽不至如此，但共模抑制比的提高会给听感带来改善。

No.200系列产品全部采用了新开发的-6dB等输入阻抗平衡线缆接收器。这种接收器的同反相输入端有着相同的输入阻抗，这使得该转换器的共模抑制比得到提高，其共模抑制比>-82dB(20Hz-20kHz)，并且由于是-6dB增益，与非平衡接口有一致的输入水平。
No.290非平衡与平衡输入的谐波失真分别为0.004%与0.0023%，这其中，平衡输入失真的降低并非因为谐波失真，而因平衡线缆接收器对共模器声的抑制。

开发高共模抑制比的平衡—非平衡转换器的初衷在于：有越来越多的用户使用Hi-Fi两声道系统兼顾AV前主声道，这时，如使用平衡线缆长距离、高质量传输AV前主声道信号会使器材的布局更为方便。

末了的话

一部理想的放大器，只对输入信号进行放大，而不添加任何失真，而现实中的放大器，极有可能是一部带通滤波器、压限器、激励器或者EQ的产品。

不言而喻，后者的声音已经“被制造”，信号经过这样的放大器处理后，我们听到的已经不再是录音中的声音，而是“被制造”的声音，那么，我们究竟是选择听录音的声音？还是听这种“被制造”的声音？

技术依然是制约放大器性能的重中之重，当放大器技术尚不能完成对信号的完善放大时，放大器的设计师们时常会选择把放大器的技术缺陷加以覆盖，如此一来，声音的扭典在所难免。

近几年来，新的音频格式已渐成熟，它拥有更大的信息量，更完美的声音质量，这个时候，放大器应该做的就是如实的把录音中的信息再现出来。目前，世界上已经有为数不多的放大器正在接近这个目标，下一代音频放大器必然是高技术、高指标的。这也是Classic这个品牌为之而努力的方向。

测试数据是无声的，在这里，更多的陈述只是技术与观点的表达，而主观听音评价则必须留给听者，设计者的感受不能代替他人。 　　两部前级放大器都有着高速宽频低失真的特性，因此，搭配后级时，应注意后级的这几个技术规格须与之相符，否则，会因前后级的级联而造成新的失真。

文/于建兵