HI-FI 音响器材中的平衡对称之美.(ZT)

轻松一下

和谐基于对称，在自然界、在生活中，对称可以产生美，在音乐欣赏中，声音的完美再现，同样离不开对称，这里我们不妨来看一看一套音响摆放的例子。
记录在载体上的音乐或声音信号被拾音头拾取后，分成左L和右R声道的信号，分别经各自的通道：音源——信号线——功放——音箱线——音箱，还原成声音，在听音室中以空气为媒介传播。最后到达．欣赏者的左、右耳形成声场。理论上左、右声道信号从音源到人耳走的途径应该是相同的，即以人为中心，面向音箱在空间上是对称的，这样形成的声场定位才会准确、清晰、平衡，这个道理是显而易见的，可以设想：如果一个声道的信号比另一个声道在传输过程中多走了一段路程，那么到达人的双耳时，左右声道在时间上必然存在差别；如果音箱在摆放时一上一下、一前一后，那么声音到达人耳的路程就会不同；如果其中一个声道的信号在传输过程中，多了一些别的成分（如噪声等）或两个声道音量、响度大小不一样，那么在到达人耳时，信号在数量上就会失衡，造成失真（声音信号在传输途径上的差别实际上就是一种相位失真），可见对称对音响系统的重要性，是物理结构上、电路上的对称产生了声学上的美，使定位更准确。就好比一架天平，如两只托盘上砝码的重量不一，必然引起重心偏移，导致失衡，影响音响系统对称的因素主要有：传输线、电路、声学环境、
器材结构和元器件等。

1．传输线

常见有些用家在连接音箱线时，由于摆设的限制，往往一条音箱线较短，而另一条较长，绕了很长的途径才从功放接到音箱上；有的发烧友在自制土炮时，机箱内的引线也是左右长短、材质、粗细不一，显然传输线长短、材质、粗细不同，导线的R、L、C及分布系数也会不同，信号传输的路径、速度、时间也会不同，这样势必造成音色不平衡，因此，资深的发烧友是不会放过一根信号线和音箱线的。

2．声学环境

声学环境是形成声场最主要的环节，它受到许多方面因素的影响，两音箱摆位的高低、远近，与墙面的距离、听音室的结构、避震、室内的摆设、吸音都应该是尽量对称的，并且尽量减少其折射，因为声音具有与光线相类性的特性。不对称的结构，声音经过不同途径的反射、折射、吸收后到达人的双耳时，左、右声道信号在时间上、数量上、频率上就会大不一样，声场就会变得乱七八糟，对称的结构、声场扩散的均匀性和平衡性都比较好。有时候，我们会有这样的体验，到音响行去选购器材时，在听音室里听还不错的，可回到家里，一听就大不一样，这是怎么回事呢？

听音环境是一个主要问题，再者就是调校问题，所以资深的发烧友宁愿舍去高级的音箱，而去玩（听）耳机，除了耳机迷人的音色，低达几个Hz的频响（如JVC的HA－D990为5Hz-27kHz）以及百分之零点几的失真外，更主要的是耳机建立的良好的听音环境，隔音性好，可以不必考虑摆位，反射、吸音、驻波等等因素，时时都可安坐皇帝位，领略音乐的美妙，须知一副顶好的耳机足可换回一对中档的音箱呢！而十多万的耳机也不是什么天方夜谭。

3．音箱

音箱的对称不仅仅是箱体几何形状的对称，箱内引线、分频器、单元、结构、重量甚至吸音材料上的对称，更主要的是特性的对称，名厂出厂的音箱往往是经严格测试配对，再由名家试听修正才出厂的。出厂时均打上编号配对出售，以保证音质的平衡度，不像市面上的大路货，随便挑几只箱体几只单元一装就凑合成一对音箱，其效果上的差别可想而知。

4．器材的结构

许多优秀的音响器材都十分注意器材的避震，良好的避震可以使音质更纯净、更平衡，要使器材在结构上达到平衡，简单而行之有效的办法就是对称，许多项级的CD机、卡座都设计成中置式；打开箱盖，许多优秀的功放在内部结构上也是左右泾渭分明，或让硕大的散热器、变压器分列两侧，或环牛大水塘坐镇中央，让机内产生震动的震源处于中央力点，使其相互抵消或向四边均匀对称地散射出去，有效地减少音染和震动，提高避震效果，如：金嗓子A100、A20，先锋EXCLUSIVE．M8，在对称、平衡、重心和重量分布方面的设计均颇下功夫。

5．电路

电路的对称有两个方面的内容：一是左右对称，二是上下对称。左右对称是指，左右声道的对称，也就是说一个Hi-Fi的音响系统，首先最起码的是左右声道应该在主要电路上对称一致（配对）。再者是性能参数上的对称一致，否则便谈不上Hi-Fi，因为它无法保证声道的平衡，更无法保证声场的准确、定位，无论音源（CD、卡座、唱盘）还是功放都是如此。

上下对称是指电路在完成信号的处理、放大时，正负半周的信号应该是对称的，否则就会产生交越失真，影响听觉效果，所以，Hi－Fi功放几乎毫不例外地采用了互补对称的结构，甚至是全对称全互补的输入输出，电路的对称性在一定程度上保证了波形的对称性。

电路结构的对称，保证了正负半周波形的完整，对称给现代功放带来的好处还远不止于此。在60年代至70年代晶体管的制造技术和电路技术还不够成熟，采用的是变压器倒相或C．E分割相，准互补单电源的OTL电路。晶体管作为一种新的器件，确实有电子管所不能比拟的优点，但这样的放大器还称不上Fi－Hi，原因是：

（1）变压器倒相由于变压器的电感存在，有附加相移，频响也受到限制，CE分割倒相，正负半周波形对称性差；
（2）准互补的功率推动，由于组成推挽的两臂对称性差，晶体管特性参数离散性大，容易产生交越失真；
（3）OTL电路除了由于电容的存在使放大器的带宽和频响受到相当大的影响外，单电源供电情况下正负半周流过负载的电流也不一样，造成了输出波形的失真。而到了70和80年代，晶体管的制造技术，特别是大功率PNP硅管的制造技术逐渐成熟，开始出现了采用差分输入的全对称双电源的OCL电路，后来又发展到了BTL电路，由于输入级采用了差分电路，使电路的稳定性大大地提高了，这是单端放大做不到的。

大家知道功放的差分输入级决定了整台功放性能的稳定，而一台工作不稳定的功放是绝对称不上Hi－Fi功放的，差分电路在结构上是对称的，采用特性一致的两只管子，对电源波动、温度漂移等同相干扰信号，具有较强的共模抑制能力，提高了放大器的直流稳定性。

输出级采用极性不同，特性参数对称相似的PNP和NPN管的互补对称的OCI，电路后，不但提高了电路的稳定性，而且大大地降低了失真（交越失真、开关失真及瞬态失真），上下波形的对称性得到了很大的改善，但是那时候的放大器为了提高放大器的稳定和开环增益、展宽频带，往往加有较深的大环路负反馈，这样的放大器虽然静态指标得到了改善，但由于放大器本身在高频时存在相移和时延（主要是晶体管结电容Cob的存在），反而加剧了瞬态互调失真，使声音带有“晶体管”声。其实这从对称和平衡、时延的角度是很容易理解的：一般的放大器电路，输入信号Vi从差分管的同相端输入，反馈信号Vf从反相端输入，差分管的两端就好比天平的两个托盘，如果Vi=Vf则电路保持平衡，但是实际上严格来说Vi不可能等于Vf，这是因为反馈信号Vf比输入信号Vi走的路程要长，由于晶体管结电容、反馈电容的存在，花的时间要多，当反馈信号Vf到达差分管的反相输入端时，原来的输入信号Vi已经不在了，信号是时刻变化的，输出特性跟不上输入特性的变化，就造成电路的瞬间开环，音质恶化，这是为什么一些功放电路的直流服电路以及交流失真服电路（如ALA）要采用高速运放的原因，但理论上这些措施都不可能达到完全抵消的作用。另外，大环路负反馈对音频中各种频率成分的相移是不一样的，同时，还会使输出端的扬声器反电动势影响到输入端。所以许多功放开始重视动态参数，如瞬态互调失真、瞬态响态、相位互调失真等。采用减少甚至取消大环负反馈，直流DC化，全互补、全对称等方法来提高性能，输入级采用了互补差分电路，电压放大级也采用差分结构，推动级、输出级采用互补推挽电路，使电路的对称性和稳定性提高了，失真得到了改善。

功放DC化的目的是使输入信号的低频延伸至直流，使功放低频更加丰满柔和，而减少负反馈首先要提高电路的开环特性，这些都离不开电路的对称，将交流（AC）放大器改为直流DC放大器，关键是去掉电容Ci和负反馈电容Cf，去掉Cf、Ci后，在改善相移特性、瞬态失真和低频响应的同时，将影响放大器的直流平衡，采用全对称全互补电路后，由于管子的特性参数相同而极性相反，差分对管基极流过的电流相同、方向相反，相互抵消，基极电阻上没有电流流过，因此稳定好，没有中点漂移和开机冲击。

综上所述，由于对称电路的应用，其优点如下：

（1）提高了电路的稳定性，共模抑制比高，零点源移小，电源、温度干扰小；
（2）保证了正负半周信号放大的完全对称，降低了失真，改善了线性，使波形更完整；
（3）有利于取消大环路负反馈，提高开环增益，取消Cf电容，便于DC化和无反馈；
（4）线性好，开环失真小，频响宽，动态范围大。

所以现代优秀的功放从电路到元件，从左至右、从上到下、从前置到输出甚至电源，都毫不例外采用了对称的形式，例如：著名的日本金嗓子就是一贯主张并始终坚持走全对称路子的公司，其被称为功放机皇的A100便是成功的典范。纵观现代优秀的功放，完全不对称的电路例子不是没有，但并没有形成潮流，占主流地位的仍然是对称形式的功效。

6．元器件

综上所述，对称在音响系统中起着相当重要的作用，实际上要实现对称，并不是一件轻而易举的事，要达到上、下、左、右的完全对称是相当困难的，充其量只能把差别限制在一定误差范围内。特别是业余条件下，许多“土炮党”、“焊机派”的发烧友，或许都有过这样的经历，为了配上一对管子，甚至要花一上几天跑遍全城大大小小的零件商店，一个个的测，一边记在纸上，小功率同极性的管子（NPN与NPN、NPN与NPN）好配，一般十多个管子就可以配出一对在数字表上β值在百分之零点几的管子。异极性的（PNP与NPN）管子就难多了，有时候上百只管子还难得配上一对来，然后是调中点校平衡……
对称，也许是发烧的乐趣所在吧——从动手中获得知识和快乐。所以许多国外名厂的功放，管子往往是向半导体元件厂商定做，并严格测试配对的，像丹麦名机PRIMARE Model 301L，其未级功效管竟然不用发射极电阻，可见其一致性之好。而金嗓子A100除了其前级采用对称模块化结构外，输出级竟然采取了10对中功率MOS管并联而成，如果没有良好的配对，良好的一致性，是难以做到每个管子平分重任的。不像广东的一些功放，不用开声，只须用数字万用表，测其输出静态零点，漂移竟达几百毫伏甚至一伏，一开声更不得了，这样的机器连稳定性都成问题，谈何Hi-Fi？有的机子输出不足百瓦，也搞多管并联输出，
管子的离散性又大，像十五个吊桶打水，七上八下、头重脚轻，如何好声？好在随着技术的发展出现了特性参数完全一致，封装在一起的李生对管，如2SA798、2SC1583、2SA979、3DJ5HC等。许多商家也有配对出售的套件，大大方便了发烧友。另外，配对还应包括电阻、电容、集成电路（同厂商、同批次、同参数）等，这恰恰是发烧初哥所常常容易忽略的。电路是由元件组成的，元件参数的离散性必将带来电路性能的离散（不一致），造成声场的失衡，虽然可以通过调整来弥补，但有时并非万能，优选配对元件才是根本。一般来说，运放的稳定性和共模抑制比都较高，输出中点稳定，就很能说明问题。
实际上，对称不仅体现在元器件（电阻、电容、晶体管、集成电路等）、电路（上、下、左、右）结构上，更主要是体现在性能参数的对称一致上，而最终应体现在其建立的声场上。

靓声路干条，对称只是其中之一，对称产生美，发烧友在探索靓声的同时，也是对美的一种追求。


音响的连接中有平衡和非平衡之分。非平衡又叫单端输入或单端输出。一个信号端和一个参考端[地]。平衡又叫双端输入或双端输出。两个信号端其中一个正向另一个反向。电子平衡中还有“地”。平衡电路有两种：

1、变压器平衡：它是真正意义上的平衡。它有极高的共摸抑制比、输入输出完全隔离、无直流、无地线引起的交流声、接成非平衡时，反向输出端接地，增益无变化。它的缺点是平衡变压器造价昂贵，频响较难做到平直。

2、电子平衡：用电子线路做成的平衡。它的共摸抑制比一般不会高于集成电路的供电电压（约正负15伏）。输入输出不隔离，有可能因重复接地引起交流声、接成非平衡输出时，反向输出端必须悬空不能接地，且增益降低6dB。接成非平衡输入时，反向输入端必须接地不能悬空。它的优点是造价低廉，频响较易做到平直。虽然变压器平衡有许多优点，但是由于其造价昂贵[频响平直的变压器]所以很少采用。现在我们用的功放大多采用“电子平衡”。


      关于平衡和不平衡接线！[图]

     线路电平的信号线可以划分为平衡和不平衡两大类，平衡信号线可由其3芯的XLR插头来加以辩认，而不平衡的信号线则往往端接以RCA插头。

1、平衡信号线的使用


  那么为何在音响器材中使用这两种互不兼容的信号线呢？曾经有过一阵，所有的民用音响器材皆使用不平衡的输入与输出方式；而所有的专业用音响器材则一律采用平衡的输入与输出方式。实际上，平衡输入又往往称为“专业器材输入”，以有别于民用的不平衡输入插座。当时认为，没有必要将造价相当昂贵的平衡连接方式用在民用音响器材上。


  然而，后来出现了High-End的音响，原先的想法便发生了变化。High-End的音响便不再采用原先的那些便宜的不平衡的连接方式而改用性能更好些的平衡连接方式。在那些档次较高的音响器材上，除设有不平衡的连接方式外，还至少设有几种平衡连接的方式。此外，现已有越来越多的音响制造厂家开始在其产品上采用了平衡连接的方式。因此，便在音响器材上采用了两种标准——平衡和不平衡的连接方式。原先为专业音响器材所采用的在技术上先进些而在声重放效果方面更好些的平衡式连接方式，已逐渐在家庭用音响器材中获得了日益增多的应用。



  那么，平衡接线又是怎么回事呢？它同标准的RCA插头和插座又有些什么不同呢？

在不平衡接线中，音频信号是接在RCA插头和中心接线上，而外面的一些则为接地屏蔽层。也有些不平衡的信号线带有二根信号线和一个屏蔽层而将屏蔽层不用。如果将这种不平衡的信号线放在有着起伏变化的磁场附近，比方说，放在交流电源引线的附近，磁场便会在信号线中感应出噪声信号，让人们听到音箱中发出的交流哼声。

对专业应用说来，这种交流淳声和噪声以及蜂音皆是不能容许的。因此，人们便研究出一种没有这些噪声干扰的平衡连接方法。平衡连接方式使用了三根导线，其中两根用于传送信号，另一根则用做屏蔽。两个信号完全相同但在相位上却相差1800。当其中一根导线中传送的信号为正的峰值时，在另一根导线中传送的信号便刚好为负的峰值，而第3根导线则为地线。也有些平衡式的信号线采用了三根导线而另外加一个屏蔽层。

  在将平衡线中传送的两个完全相同而极性刚好相反的信号加到音响器材中负责接收信号的差分放大器时，信号线中的所有噪声便会被抑制。原因是，差分放大器只负责放大两个信号之间的差值（见图)。如果在线路中串入了噪声，则在两根导线中便会有相同的噪声，而差分放大器便会将噪声予以抑止。这种在平衡式信号线中抑制两极导线中所共同有的噪声的现象便称为共模抑止（common-mode rejection）。根据差分放大器输入端对噪声的抑制情况，还专门用共模抑止比（CMRR）来予以表征。注意平衡信号线并不会让附加有噪声的信号变得干干净净。平衡信号线只不过能够抑止信号线中所增加的一些附加的噪声。如果在平衡信号线中的两半皆有共同的噪声，共模抑止便会将这些噪声给抑制掉。


  专业应用时，间或还用一只变压器来起到差分放大器的作用，也即通过两根导线中的信号之差，去抑制对两根导线说来为共有的信号。民用音响器材则只用差分放大器而不用变压器。但是工作原理还是一样的。

2、正确的接法

  在终端接以XLR接头的平衡信号线中，针脚1倒是始终被用做地线的。然而，对究竟该用哪根导线去传送未经倒相的信号和用哪一根去传送已经倒相的信号，则未曾明确地规定。通常，将传送未经倒相的信号的导线称为“热”线，而将传送已倒相的信号的导线称为“冷”线。就这么随意地使用了几十年。不过，近来美国音频工程协会（AES）却宣布，采纳北美的传统作法，即将针脚2作为传送未经倒相的信号线（热线），而将针脚3作为传送已倒盯的信号线（冷线）。

  可以通过音响系统中绝对极性的是否倒相来判断平衡接线中的连接方式，即针脚2还是针脚3应接“热线”如果音响系统未曾被倒相，也即LP密纹唱片或CD唱片上的正极性信号在音箱的输入也为正极性的信号，则只需将平衡信号线加给功率放大器的针脚3的“热”信号变换为针脚2的“热”信号，便会让系统倒相。在替换那些平衡的音响器材，例如数字处理器、前置放大器或功率放大器时，便应先弄清这些新的音响器材上的XLR插座的接法是否跟原有的器材的接法一样。虽然也可以通过改变平衡信号线上的针脚3和针脚2的接法去改变音响系统的绝对极性。但是，改变音响系统的绝对极性的最为简单的办法还是去掉换一下音箱线的一红一黑的两根接线。如果将信号线的一端的插针2和插针3加以随意的改接，便有可能会让其他的系统不能正常地工作或是在不想改变极性时让极性也有了改变。

3、认真地区分

  除了可抵消噪声外，平衡边境方式在重放音质方面也往往比不平衡的连接方式要好。但是，用平衡信号线连接的有些音响系统，却往往在重放音质方面反而比用不平衡方式连接的音响系统要差些。假设手头有这么一只数字处理器，它系由数字/模拟（D/A）变换器芯片输入不平衡的信号，然后再将之变换为平衡信号。因之，还被制造厂家标榜为“平衡输出”的数字处理器。在数字处理器内，不平衡信号是经过将一种极性的信号变换为另一种极性相反的信号的分相器来变换为平衡信号的。分相器不得不让不平衡的信号通过附加的有源级（晶体管或运放），并在信号行程中添加了更多的电路。这种平衡式数字处理器的输出随即加到平衡式前置放大器的输入端。由于除了最好的平衡式前置放大器外，为了适应前置放大器内部的增益级，皆系在前置放大器的输入级中将平衡输入信号先变换为不平衡信号的。因此，便会在信号的行程中添加一级有源级。不平衡的信号在前置放大器中经放大后，又再用一个分相器去将之变换为平衡的信号。


  随后，前置放大器的平衡输出便加到功率放大器的平衡输入端，并再次用一级有源级来将之变换为不平衡的信号。由于反复经过不平衡/平衡/不平衡/平衡/不平衡的变换，所以便不可避免会地在信号的行程中增加好些不希望有的电路。这也就是为何平衡的音响器材并非先天便会比不平衡的音响器材会更出靓声的原因。

  然而，又确实还真的有些音响器材是真正的平衡式的而不需去用什么分相器之类的电路。举例来说，数字处理器便可以在数字域内产生平衡信号，不仅不会让声音受到损害而且还会获得些好处。此外，更可利用4个数字/模拟（D/A）变换器和模拟输出级（+及-左通道和+及-右通道）来将平衡信号变换为模拟信号。同亲，有些前置放大器也是用两魇同样电路去分别处理已倒相信号和未经倒相信号的真正平衡式前置放大器。可以根据音量控制的数目来判断是否为真正平衡的前置放大器。那些在内部对非平衡信号进行处理的前置放大器，将只具有两个音量控制器件，左和右通道各一个；而完全平衡的前置放大器，则将会具有四个音量控制器：正负左通道和正负右通道。因此，从数字处理器内的数字/模拟（D/A）变换器之前开始到功率放大器的末级，信号皆始终保持为平衡的状态。


  和音响器材中的全部情况一样，最好的验证方法便是去通过聆听和试听。因此，到音响商店中去选购音响器材时，便应当对平衡和不平衡两种状态都加以试听。让自己的耳朵去判断究竟是按照平衡方式连接还是按照不平衡方式连接。

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