完整揭秘耳机放大器（二）| 各种音量控制的优缺点

sonnox

( a% {  E  I" o! D2 u+ h完整揭秘耳机放大器（二）| 各种音量控制的优缺点



  


1 L6 ~4 C8 w' v. q-译者序-
9 ~; n6 }) D6 J' H本文翻译自德国LAPE PEOPLE的技术总监Fried Reim撰写的《The Headphone Amplifier Cookbook —— Why bother with a headphpne amp at all？》。此书意在用尽可能浅显易懂的语言去解答发烧友关于耳机放大器的一些疑问，比如耳机放大器存在的意义、耳机放大器好声的重点，同时对于一些技术特点做一些解释。是发烧友初识耳机放大器非常好的科普读物。


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续接上文：
9 ^+ q3 @6 W; g- I+ V) e. j* W纯干货！完整揭秘耳机放大器（一）
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控制音量的不同方式


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4 w- N" t* I; m为了控制音量，我们需要一个分压器。它的工作是，只把某个定量的电压从一边传输到另一半。最简单的分压器形式是一个称为电位器的传动器。


' g+ s+ i' t" Y6 F5 S* `% H6 Y电位器



你可以把电位器视为一个“外露”的电阻。一方面，电位器连接着信号源，另一方面连接着接地。机械刮片沿着电阻元件的表面移动。


$ F( Y9 d( q$ |% [) u1 {* O如果刮片越靠近源头，则信号强度越大。如果离接地越近，则信号越微弱。当刮片碰到接地，信号就“没了”。



这是很容易就能想到的，这种机械传动器可精致可粗糙、可昂贵可便宜。优劣不一的碳膜、陶瓷或者半导体制造的电阻，和寻常或者特殊材料制造的刮片，用简易或精巧的方式组装在一起。
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) m& e: f, o# ^' U2 f6 I" K8 x应用于立体声领域，电位器要更复杂点。左右声道的电阻路径必须尽可能一模一样（这非常困难），理想情况下又必须在物理上隔离开。



如果你想确保经得起长期使用，电阻表面就必须尽可能坚硬且光滑。刮片的触点要用极为适当的材料，比如金或银。
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8 D! R4 U# n' ^% o. T3 p- t8 P电位器中充满润滑剂。时间和摩擦终将导致电位器“毛糙”，刮片在电阻上的滑动不再顺滑。而你突然灵光乍现，用点触点喷雾，千万不要！喷雾可以作为去除油脂的溶剂。用了它，电位器的确不再有抓挠的感觉，但过不了多久，情况将会更糟。


* s: x' s' f5 c1 p0 a& [6 U永远不要在电位器上用触点喷雾！



电位器的机械结构同样重要。它不能摇摇晃晃。它应该有顺滑而有阻尼的旋转手感，如果有多个电位器那么它们的扭力应该相同。
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可以安装一个带有级数的电位器，这样用户就可以回到之前的设定：
% x+ P6 v2 r6 B: I/ N-音量电位器通常有31或41级

-左右平衡的电位器通常位于正中

-降低音量最好使用13级的电位器
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% t1 J. n* R9 {0 D9 [7 s/ r  [" Z5 k顺带一提，这里所谓的“级（step）”与步进式电位器无关。它们只是为了让用户更容易知道电位器调节到的位置，以及给予一种正在高精度工作的感觉。


8 y" d  [0 d' u因为这个设计的原理所致，在电位器的源头“看到”的是一个恒定的高阻抗，接下来则变成一个可变幅度极大的阻抗。
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, c' l# A5 f! j4 g3 u0 m为了避免干扰，最终的阻抗应该很小。这只能通过增加更多的电子元件来实现，理想的方式是使用缓冲放大器。



顺带一提，这也就是为什么信号通路中的无源传动器常常会产生比它们能解决的问题更多的问题！
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: m" Z+ R9 O( p/ w- P8 c全世界的电位器市场提供的产品从几乎免费（几分钱）到昂贵得令人目瞪口呆。比如ALPS的RK50，价值数百欧元。
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真正好的电位器的市场其实很小。这就是为什么Noble和松下停产了这些（电位器）。ALPS RK27是我们在可接受的价格范围内的首选优等品。
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电位器可以很容易由电机控制转动。在刮片连在电机后面的情况下，滑动联轴器可以让用户转动刮片。



电位器时常很昂贵，而且迟早会磨损。所以人们长期以来一直在研究其他替代方案。
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8 F9 M5 V- W8 G3 b步进式电位器



步进式电位器是一个很好的替代方案。
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- C! J3 A9 W, o3 B取代电阻路径的是一个电压分配器，每一级有2个电阻，声道平衡更佳。如果触点和组装质量够好，这种步进式的会比一般电位器更长寿。


5 c' N2 m9 X5 o; d% _  j8 o但也有相当大的缺点。步进级数太少（12或者24）意味着控制音量时无法很好地适配。而且很昂贵，尤其是24级的。同样在制造上也非常困难，也不能被电动控制。


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+ _- I3 ?  {* Z# g电子开关
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& h, \" I. @! M0 W电子开关是一种可以在高欧姆电阻和低欧姆电阻之间进行切换的元件。



头一个电子开关有在“低”点有问题（导通电阻不够低，而且变化相当大）。这个“开关”也是一个场效应晶体管，这意味着它可以造成相当大的失真。
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% @- r2 R% k1 n在某些情况下，电子开关可以在输入开关等应用中取代继电器。电子开关也被开发成具有更窄的导通公差。
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$ Y/ [* a' k! @+ r3 B2 d5 H' t尽管电子开关在设计上取得了很大的进步，但它只能部分替代电位器。


6 P" N$ k  f9 ?, w& w$ S9 Z- W这些开关的优点之一是不会划伤或破裂，但它们通常不是很“hi-fi”。很便宜，价格断崖式降低。另一个优点是它们很就能电动控制。





VCA
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" G% ~7 s$ f9 u# GVCA是电压控制衰减器的缩写。VCA在早期的模拟计算机中起“四象限乘法器”的作用，并在专业演播环境中用于限制器和噪声门。早期的调音台也使用VCA。


5 N8 b* ?- A: i; Z' S当有衰减时，会导致如今无法忍受的失真，所以在hi-fi环境中根本无法使用。


  G  Y6 ~: y5 r! G. n' fVCA中的控制电压相对较小（6mV/dB的衰减），这意味着它的声道平衡比较差。而电动控制更困难。


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单片集成电路



飞利浦在1980年代制造TCA730和TCA740时就是该领域的早期开拓者之一。这些芯片具有简单的线性电位器，可控制两个通道的音量、声道平衡、高音和低音。
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其目的是尽可能廉价，同时减少所需连接的导线。不幸的是，这些IC很快就因嘶嘶声和失真而声名远扬。它们完全不适合高级HIFI设备。
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  R& d9 l' {1 ?/ u2 iDCA



数控衰减器是90年代末期芯片技术发展的结果。衰减器本身是模拟的，内部的“开关”则是数控的。
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DCA的内部结构是许多电子开关、精密电阻器和缓冲放大器的巧妙组合。


) u& v& F: \* }9 R$ R1 t( ^6 G* hCirrus Logic的CS3310是最早一批的出色产品。它以及其后续产品有两个通道，最多提供256级，以0.5dB步进。



它采用过零开关，在线性、噪声和失真方面的表现非常适合在hi-fi设备中使用。它也很容易电动控制。
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CS3310有一个缺点，它只能运行在5V电压，限制了其在音量控制上的可用性。由其衍生出来的产品已经有了改进。
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. S. X" r$ A: c& o* D/ uCS3310以及类似的产品常被用于音响领域，但依旧距离理想中的正经hi-fi产品有点远。




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5 A$ ~6 O6 `, \, o1 a继电器控制的衰减器综合了上述所有的优点，且避免了随之而来的缺点。


: K/ t. |9 D) o( k: x+ X- Y继电器以步进开关的方式让人联想到电阻的不同组合。但是它还有更多步骤，可以电动远程控制。



一些Violectric的产品提供了128级步进。每一级0.75dB，音量范围达到96dB。
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8 ~* j+ u: f8 e- [4 C/ z! pNiimbus有提供256级的版本，每一级0.4dB，音量范围超过了100dB。


  b* S9 V0 O1 {. x优点：
9 Y' F: s' F0 I* N-内部没有电阻条，所以不会有刮擦

-得益于使用配对精度1%或0.1%的电阻，有出色的声道平衡，

-最佳的串扰阻尼（声道之间被物理隔离）
: O) F/ l( F/ U4 m8 q-（理论上）相较电位器有更大的控制范围
  O- A4 G/ I% ]* n1 _7 V* A! O-多声道配置很容易实现

-信号通路仅有固定电阻，所以不会引入噪声或失真


! X/ b4 y9 _( `0 v& {- Z. x缺点：
7 q) J8 ]) R$ D- B7 s: u/ G-技术层面上最精致也最昂贵的方案
7 T1 ~; H& k8 d4 S, ^. V-设定时会有轻微的咔哒音



结论：

RCA是控制音量最好的方式！








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