變壓器音量調(diào)整-音量牛TVC
左增軍 / 2025-01-05
說起音量調(diào)整變壓器（Transformer Volume Control縮寫TVC），最早在上世紀(jì)20-30年代，西電（Western Electric）的7A放大器就有采用。20年前就又流行起來，一陣風(fēng)一樣后來就沉默了，但差不多每年都會有客戶定做。鑒于前些時候德國客戶OEM了一批36檔音量牛，加上每年都有零散客戶定做各種樣式的音量牛，且有些客戶對音量牛有些誤解偏見，我這里索性開一個話題詳細(xì)聊聊。
20年前音量牛的確火了一陣兒，因為簡單易做，你做他做我也做，性能良莠不齊，很多產(chǎn)品的制造并未經(jīng)過“臨床”就大量上市，導(dǎo)致發(fā)燒友對音量牛的效果“刮目相看”。后來，音量牛便逐漸淡出發(fā)燒市場，這并非音量牛的錯。變壓器這個行業(yè)入門門檻非常低，懂點常識就可以做。只是做到一定水準(zhǔn)，還是有一定難度。君不見世界這么大，總共有幾個好的變壓器品牌？也就是國人聰明，外國人做不好的東西，國內(nèi)人人皆可以做好。面對混亂的市場，可能會有朋友說：那咋了（So what）？買不起名牌還不許用個假的？我樂意，咋了。
這里我啰嗦幾句人們習(xí)以為常的錯誤：鋼琴，意大利語形象的稱之為Pianoforte，既是弱音Piano和強音Forte合成，后來被不正確的簡化為Piano。早期懵懂的國人被外國人蒙蔽說是鋼制造的，稱之為“鋼琴”流傳至今。本來大部分是木頭制作的琴，雖然有“鋼絲”但并不代表其功用也不代表主要材料，跟“鋼”關(guān)系不大卻稱之為鋼琴。還有，我們都知道“不積跬步無以至千里”這句話，這里本質(zhì)是舉足一次為跬，舉足兩次為步，比如說左腳抬起一次為跬，落下后右腳再抬起一次合起來為步。也就是左右腳各抬一次為一步。可現(xiàn)在幾乎所有軟件的記步方式都按照一跬為一步，一天一萬步，實際上只是五千步~這種記步方式，人們喜歡（欣喜的認(rèn)為自己運動了多少步），商家樂意（逢迎用戶心理而不尋求真理），何樂而不為？。我不能改變這種現(xiàn)狀，不過起碼自己應(yīng)該知道，什么才是正確東西。音量牛也是一個被少數(shù)人玩兒壞了的“東西”。
作為音量控制用途，主要是通過變壓器不同抽頭取得。由于變壓器繞制工藝控制，一般情況下圈數(shù)可以保證絕對的一致，這樣可以保證兩個甚至所有音量牛的絕對同步。雖然因為繞制工藝等不同，會帶來少許的偏差，但只要工藝上保證，基本可以做到誤差非常小。發(fā)燒，我是認(rèn)真的，但允許各種現(xiàn)象存在。
既然主要是靠變壓器抽頭調(diào)整音量大小，那么音量牛就有自耦（Autoformer Volume Control簡稱AVC）、互耦（簡稱TVC）之分。自耦方式簡單直接，理論上可能是“能量轉(zhuǎn)換”最好的方式。其實不然，理想只是理想，現(xiàn)實卻很現(xiàn)實。我喜歡動手，實驗證明，很多理想的東西，經(jīng)不住實際的檢驗，有時候結(jié)果還會相悖。所以不要活在理想世界，血淋淋的現(xiàn)實才是真生活。舉例一個電源變壓器，假如想要一個輸出100W，從0-220V輸出的電源，采用單繞組自耦，抽頭調(diào)整的方式輸出，大家都知道這是不可以的，這個時候只能調(diào)整輸出電壓，不能輸出相應(yīng)的功率，而且輸出電壓越低的位置，輸出功率越差，比如在輸出10V時，只能輸出10V/4.5W的功率，無法提供全部抽頭的滿功率輸出。自耦變壓器，不能給各抽頭提供最好、高效的輸出。尤其是音量牛在實際使用時，音量都不會開到最大，一般在九、十點的位置，因為音量牛是指數(shù)型關(guān)系，這個時候的抽頭在整個繞組的圈數(shù)的3%左右（比如說最大檔為1000圈，這個時候只有30圈左右），自耦音量牛在這個時候的輸出性能是很糟糕的，比如說頻寬很差、失真較大。因為其自身特性就是，圈數(shù)越少的地方，輸出性能越差~我只能說這些，現(xiàn)在測試條件都比較方便，大家都可以很簡單的自行對比測試、試聽。
設(shè)計音量電位器，說簡單很簡單，無論自耦還是互感，能調(diào)整抽頭獲得不同的輸出就算“音量調(diào)整”牛。但這僅僅是有音量調(diào)整用途，而非好的音量牛。好的音量牛，首先要求全部調(diào)整檔位能獲得相同的輸出特性，比如頻寬、相位、失真等，再就是要求這些指標(biāo)盡可能的好。
1、插入損失：這個可以這樣理解，假設(shè)原本音源輸出1V電壓，接上這個變壓器以后輸出電壓變?yōu)?.8V（可能在不同頻率有不同的輸出電壓），那么插入損失2dB。有的音量牛接上以后聲音發(fā)悶，主要是這個原因。
2、適應(yīng)信號電壓的范圍：對于一般場合，音源是CD機之類，選擇2-4V電平的音量牛，如果是DAC后面，可選AC 1-2V規(guī)格的，假如這個音量牛前面是前級輸出，比如說一部后級用的音量牛，前面還搭配一部前級，這個時候現(xiàn)需要選擇4-8V電平的音量牛。假如不按要求選擇，直觀一點說，就像電源變壓器初級，把220V接到110V端，會有什么結(jié)果？雖然音量牛是小信號傳輸，不會燒毀，但性能會惡化。同樣，大信號的音量牛，也不能用于小信號位置，因為鐵芯的非線性，大信號電平的音量牛，用于小信號電平的時候，總諧波失真明顯增高。
3、初級電感：因為初級電感直接反應(yīng)的是感抗，也就是在電路中呈現(xiàn)出來的“阻抗”，我們都知道這個“阻抗”大一些，相當(dāng)于前面輸出的負(fù)載變得輕了一些，對前面的性能影響變小（雖然即便是短路也不會燒毀前端）。變壓器的初級電感也不可能無限大，因為這樣自身性能又會變差。按照感抗計算，假設(shè)信號線的視在阻抗是600歐姆，如果想要在負(fù)載RL上得到最佳傳輸性能，將信號線的影響降到最低，RL應(yīng)該是信號線阻抗最低十倍以上，即RL=6k以上，這樣可以簡單的認(rèn)為信號線帶來的影響是十分之一（所以我們希望變壓器阻抗大一些才可以）。假如前面是CD機，輸出頻響足夠?qū)挘桶凑盏皖l20Hz計算，那么這個RL=6000Ω、頻率20Hz時，按照感抗計算公式XL=2πfL，初級電感需要50H。就按照6kΩ電阻計算，在2V信號輸出回路中，自身消耗3.33mA電流（曾記得有位客戶定做50W電源變壓器，要求220V輸入時空載電流小于1mA，這應(yīng)該是可以做到，但是。。。）。大家看看自己所用的變壓器初級電感是多少？
有關(guān)電感的測量（前面文章我已經(jīng)有多次提到），也可以按照下面公式，業(yè)余條件下就可以輕松計算變壓器初級電感（Tango變壓器經(jīng)常采用這樣測試后標(biāo)出相應(yīng)數(shù)據(jù)）：玩膽機的朋友，手頭很容易找到2.5V-6.3V的交流電壓（測試小信號牛不要用較高電壓，否則鐵芯容易飽和。同理可用于測試輸出變壓器，參見之前的文章），然后找一個10歐姆左右的電阻，測量出實際阻值是多少（注意首先短路測試表筆，看一下讀數(shù)是多少，減去這個數(shù)才是實際阻值），然后按照下面計算方法，輕松知道自己變壓器初級電感值。
當(dāng)然，按照這個方法，可以進(jìn)一步知道自己的變壓器適用于多少V的電平線路工作，也就是當(dāng)用于多少V的時候鐵芯飽和了：按照以下步驟，從1-2V開始，逐步增加交流電壓，VL、VR電壓值變化相對是線性關(guān)系。如果增加到一定電壓時，兩個電壓不是線性關(guān)系，那么就是鐵芯飽和了。比如1-2V時，VL/VR值基本相等，增加到5-6V時，VL/VR值變得不同，那么這個變壓器最好用于小于2V內(nèi)的線路電平上，否則性能大打折扣。因為這只是在50Hz時的測試，如果是20Hz呢？
4、相移：音量牛需要每個抽頭的相移盡量小且盡量一致，這樣在調(diào)節(jié)音量時，會得到相同的信號傳輸。
5、頻響：音量牛要求最大至最小抽頭的頻率相應(yīng)相同且盡可能寬，否則大小音量狀態(tài)的聽感不同，會給人造成不舒服的感覺。當(dāng)您聽理查德·克萊德曼（Richard Clayderman）彈奏的《致愛麗絲》時，只聽到樂曲的歡快，沒感受到傷感的細(xì)節(jié)，那么就是沒有正確理解貝多芬的憂傷。
說到頻響，一般音響設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)都是規(guī)定20Hz-20kHz的性能，很多變壓器為了指標(biāo)好看，只注重50Hz（甚至大于50Hz）-20kHz以上的頻段，這樣的變壓器體積自然小巧，高頻容易做好、表現(xiàn)好。其實高頻好不好，要看低頻到哪里，頻寬是相對寬度，不是絕對高度。人們青睞高頻多高，只是高頻容易出亮點。但是，我們聽音樂，除了耳朵主要“聽道”，還有空氣振動傳輸，皮膚感受的影響。大家在家里欣賞音樂，總不及現(xiàn)場那種享受，這主要是皮膚感受到的空氣振動帶來的幫助。其實，我們每個人從未出生的胎兒時，就開始通過聲波的振動“感受”世界，胎教就是這個道理。貝多芬出現(xiàn)聽力障礙的時期，用木棒“連接”耳朵，感受音符的變化。音樂會上，聽障人士用手扣緊氣球，以感受空氣震動享受音樂。但是空氣振動傳輸，主要是低頻，幾Hz到幾百Hz，高頻很容易衰減。地震前，動物遷徙，主要是感受到了振動波。理論上，低于20Hz我們耳朵是聽不到了，但是低頻震動的能量，身體還是可以感受到的。所以不要認(rèn)為反正低頻聽不到就不去管它，相反我們要認(rèn)真對待低頻。
6、音量衰減：我們知道音量電位器是指數(shù)型的，音量牛按照平均每檔衰減相同的分貝數(shù)就可以，比如每檔衰減2dB，24檔總衰減40-50dB基本滿足使用要求，這樣的調(diào)節(jié)也基本滿足人們的聽音習(xí)慣。假如使用的是低電平放大器，也就是放大器的增益比較高，滿功率輸出時輸入靈敏度在100-300mV左右，這時音量第一檔輸出應(yīng)該控制在幾個mV以內(nèi)，可以用50-60dB衰減的音量牛，或者更多檔位比如30-36檔。
6、感應(yīng)噪音：音量牛不同于普通電位器，本身具有大電感的線圈容易感應(yīng)環(huán)境噪音，從而輸出“嗡嗡聲”，所以音量牛需要很好的屏蔽。有的音量牛“帶載能力”弱，抽頭引出線用屏蔽線就會惡化輸出特性，尤其是小音量狀態(tài)，所以不能使用很長的屏蔽線引出。實際使用中，音量牛盡量靠近開關(guān)位置安裝，接線可以不用屏蔽線，假如有嗡嗡聲，可以集中一起套一層屏蔽網(wǎng)處理。
7、關(guān)于抽頭引出方式：常規(guī)的方式是直接軟線引出，然后連接到多檔開關(guān)上。這個時候需要清晰的標(biāo)記好各根軟線的功用，否則幾十根線容易出錯，接錯抽頭順序使用時音量忽大忽小會很討厭。還有就是用常用的接線柱的方式，這樣很容易引來感應(yīng)噪音，導(dǎo)致嗡嗡聲增加，且安裝方式受限。這里采用PCB版、沉金焊盤的方式，可以清晰的知道如何接線，接線長度和方式隨自己環(huán)境而定，而且不會產(chǎn)生感應(yīng)噪音。音量牛的安裝位置、安裝方式任意，比如常規(guī)的倒立安裝，不能在下面開孔走線，這時可以平焊好全部連接線以后，懸空幾個mm安裝，甚至將音量牛臥倒安裝，這樣接線在側(cè)面，更加方便直觀。或者就是倒立安裝。也可以定做側(cè)出接線板的方式，接線板在側(cè)面，可以隨時任意接線（附贈有10色進(jìn)口特佛龍鍍銀軟線，方便連接多檔開關(guān)）。
8、關(guān)于音量牛的電壓增益：一般情況下，音量牛屬于無源器件，不提供電壓增益，性能達(dá)到最好。音量牛輸出電壓增益也是通過增加消耗初級電流換取的，雖然很小，但肯定是加重了音源的負(fù)載。目前市面上有很多音量牛在初級設(shè)有抽頭（自耦也是一樣在原來的繞組中設(shè)有抽頭），以便讓輸出產(chǎn)生一定的電壓增益。這種方式只是通過犧牲性能換取的，個人認(rèn)為不可取。假如喜歡有電壓增益，應(yīng)該是保持初級圈數(shù)不變（以便保證有足夠的初級電感），增加次級圈數(shù)。按照目前看，在保證頻寬、失真的情況下，做2倍的升壓也是可行的，可以根據(jù)自己的需要選擇。
9、關(guān)于音量牛的封裝：由于音量牛自身使用漆包線很細(xì)，一般在0.045-0.1mm以內(nèi)（自耦方式因為只有一個繞組，可能在0.12mm左右），為了獲得良好的高頻，需要使用QA直焊型漆包線，加上多達(dá)幾十個抽頭，這樣繞組線如果裸露，環(huán)境空氣潮濕、鹽霧腐蝕，日久很容易發(fā)霉出現(xiàn)噪音甚至開路。最好的方法是真空密封起來，與外界環(huán)境隔絕，這樣可以保證音量牛長久使用。
10、關(guān)于音量牛在實際應(yīng)用的接線：建議首先在次級最小、最大端也就是1、24端并聯(lián)30k左右電阻，這樣主要是為了恒定音量牛的阻抗。我們在聽音時，一般音量調(diào)整在10點鐘左右，此時抽頭在整個繞組的10%以內(nèi)，會有大部分線圈“懸空”，加上開關(guān)切換時的“通”、“斷”引起繞組電感的反峰電壓而導(dǎo)致的噪音和失真。這里設(shè)RL=30k、Rg=120k（先不考慮放大電子管輸入、密勒電容等引起的影響），當(dāng)開關(guān)至于最大位置24檔時，120k與30k并聯(lián)，此時相當(dāng)于音量牛次級呈現(xiàn)24k負(fù)載電阻。假如調(diào)整開關(guān)至于音量牛的最小位置比如2檔時，這個Rg可以忽略，也就是音量牛次級呈現(xiàn)30k的負(fù)載電阻，這樣就相當(dāng)于音量牛無論調(diào)整到什么位置，負(fù)載電阻維持在24k-30k之間，變化很小。這樣也可以改善音量牛在小音量時，因為電子管的輸入電容、密勒電容對音量牛輸出特性的影響，從而使輸出特性始終保持一致。當(dāng)然，RL可以根據(jù)自己的情況使用10k-50k的電阻，其具體表現(xiàn)為：阻值越小，測試指標(biāo)越好，阻值大一些，其音樂的彈跳力會好一些。
下面具體的測試一個24檔音量牛，看一下實際情況，先看一下各抽頭衰減量：
再看一組從高到低檔位的幅頻特性：注意看左邊dB的不同，既是測試檔位的不同，從+18dB到-26dB。
下面幾個抽頭的相位特性：100kHz以內(nèi)基本相同。
下面是100Hz-50kHz方波輸出，所有抽頭輸出方波特性幾乎相同，且到50kHz方波依然漂亮，說明總諧波失真非常低。
重要的是，看下面的諧波成分分析，輸入1kHz、10kHz基波，諧波成分只有輕微2次諧波，其余諧波分量幾乎為零，這并非也不可能是“刻意為之”，是獨特的變壓器繞組設(shè)計衍生的，其他方式則不會有，實驗證明這對聽感很有幫助。
我們聽音樂，要聽音樂的感情。好的音量牛可以帶給你美妙的音樂享受，也真心期望能得到您的反饋。
