原创胆声奇异现象探源

 2007-1-3 17:57  3871 7 7 分类: 工程师职场

胆声奇异现象探源

在音响爱好者中，胆机始终是一个有争议的话题。作为胆机的核心─真空电子管（即胆管），由于体积大，能耗多，不耐机械振动，致使胆机存在明显的缺点。然而胆机放声耐听，有味道，音底干净，也是公认的事实。故而许多爱好者执着于胆机，乐此不疲。
是
否石机声很差不中听呢？这绝不是事实。石机音色素有冷艳之说。好的石机，音色是非常诱人的。但是能让人听进去，忘乎所以的石机却鲜见其踪。听石机，时间一
长，便觉其声虽然很美，细节也不错，可是总感到离我们有点远，难以零距离接触。一般认为胆声甜美胜过石声，其实这有失客观公正。胆声实际倒更朴素平淡一
些，然而离我们却是更近。所谓听胆声有味道，主要是指胆声富于情感色彩，传神，而这其实是作品的艺术魅力，胆声不过是毫无染地将其带给听者而已。
胆
声倒是有一个明显的自身特点：音底特别干净，且音色纯正。并且随着机子工作时间的延长，逾加炉火纯青，音色洁净醇厚，胆机的这种韵味与石机冷艳之声全然不
是一路。为求胆韵，许多石机也纷纷改进电路加以模仿，声称具有胆味。特别是场效应管石机，据说声底已与胆机相差无几。笔者曾有意识地欣赏了一些优秀的场效应管石机。可说音色极美，很是不错。不过要说具有胆味，似乎谈不上。根本就是两种不同的声音风格。
胆机，石机音质不同应该不是外部电路变化能改变的。你能通过改进喂养方式让鸭肉具有鸡味吗？音质差异只是胆与晶体管的外部现象。音质取向不同的根本原因在于两者的内部构造与工作机理的差异。
电子管的线性好，可使用较浅的负反馈
真空电子管是利用电场控制真空中的电子流原理而工作的。电子在真空中的运行规律决定了电子管的输出特性。若用数学形式描述。则电子管的输出是输入1/1/2次幂函数，而全无失真的输出应是输入的正比例函数，即线性函数。正比例函数就是1次幂函数。显然胆管不是线性放大器件，输出中含有失真。不过1/1/2次幂函数基本上与1次幂函数相差不多，胆管输出中的失真本身不是太大。
双
极型晶体管输出是输入的指数函数。输出变化量远远大于正比例函数，也远大于1/1/2幂函数，所以输出中失真份量很大，失真程度比胆管厉害得多。而且随着
输入幅度的增大，失真随之增长极快。一些石机，小音量时音质尚有模有样，音量一大音质立即劣化，就是晶体管失真迅速增长而又未能很好地在电路上加以抑制的
结果。
场效应管输出是输入的2次幂函数。失真度低于晶体管，比胆管大一些。应该说场效应管是比较接
近胆管的器件。不过，场效应管的失真成分中只含有偶次谐波，而胆管失真成份中既有偶次谐波也有奇次谐波。所以场效应管的音质与胆管音质还是有明显的不同，
就是蒙住眼盲听，也很难把场效应管石机听成胆机。当然场效应管石机也自有独到之处。
胆机发声“耐听”，“传神”……，这正是胆管输出失真较小，对输入信号保真度较高的缘故。从而造就胆声更接近于我们，更接近于真实。
实际上，放大器中主要是采用负反馈的方式来降低失真。对晶体管电路来说尤其必要。负反馈能显著地降低失真度。但实际的听感中发现，负反馈越深，失真度越小，可声音鲜活度也越少。看来目前流行的在1000Hz频率上测量失真度来判别功放保
真能力的方法，显然不能全面反映功放的保真状况。这并不奇怪，实践的发展往往要修正认识的偏差，推动认识的进步，这种上世纪测量失真的原则与方法，理当与
时俱进加以改进。胆管因本身失真小，电路中负反馈量无须很大，甚至不用都是可以的。这造就了胆管放大具有较高的真实度，虽然失真度指标也许还高于晶体管
机。胆声让我们感到耐听，其实是源于电子管自身的高传真特点。
“空间电荷效应”是胆机声底干净的主要原因
怎
样理解胆机的音底干净，音色纯正呢？音底干净可以认为是噪声低的缘故，音色纯正除了噪声低外，还应含有失真小的意思。晶体管（含场效应管）工作原理基于半
导体内部的电子（空穴）迁移。电子（空穴）在固体的晶格之间实现迁移时，任何结构上的缺陷，比如分子错位，杂质存在，都将导致电子（空穴）的无规则运动，
从而形成噪声。这就是所谓的闪变噪声。研究表明，半导体晶体中的杂质是导致闪变噪声的主要原因。而胆管中，电子运行的外部环境就
要好得多。真空中的电子运动基本上不受限制，除了受输入信号控制，基本上不发生无规则运动。当然不存在闪变噪声。虽然，绝对的真空，技术上还是达不到的，
电子在运动中还有可能与管内的残余气体分子碰撞而产生噪声，不过这种碰撞的几率很小。打个比方说，残余气体分子的密度只相当于一个房间中几只飞行的蚊子。
有心与蚊子相碰，怕都很难。所以胆管的噪声一般较低，制作放大电路可获得较高的信号噪声比。听起来就显得音底特别干净。由于人耳的特性，对于远低于信号的
噪声，根本是感受不到的。这就是人耳的“掩蔽效应”。通常，使用胆机，扬声器中的沙沙噪声是听不到的。而石机，在扬声器中听不到沙沙噪声者却很少有。
然
而进一步考查发现，胆中运行的电子并非天生，它们是从阴极表面放射出来的。而阴极材料却还是固体，并且仍旧是半导体材料。电子仍然首先必须从固体材料向外
迁移。因此胆管不可避免地存在电子在固体中迁移所具有的噪声。如此看来胆噪声应不低于晶体管，起码与晶体管应为同一数量级。实际胆管阳极噪声测量也说明，
胆管的确与晶体管（合格品）噪声水平相当。那么为什么胆机中就是听不到沙沙的噪声呢？而石机，甚至是噪声更低的场效应管机也总是能听到噪声呢？
其实，这是因为胆管中的空间电荷效应的结果。
胆
管中的阴极工作时处于1000℃上下的红热状态，因而阴极材料中的电子具备较高的能量（能级），会挣脱阴极材料原子的束缚而冲出到体外的空间（真空）。故
阴极材料的原子由于失去电子而带正电荷，在阴极表面与空间电子之间形成一电场，该电场将空间电子拉向阴极。因此冲出阴极的电子也不能跑太远，从而在阴极表
面附近形成一电子云层，称之为电子云。胆管工作时，阴极电流实际是从电子云发出，并非直接由阴极放出。所以电子云是胆管工作电流的真正发源地，相当于实际
的阴极，故也称作“虚阴极”。这种形态就是胆管所特有“空间电荷效应”。由于电子云处于阴极表面（电场）拉力与能级外冲力的平衡状态之中，发生噪动与不规
则运动情况的可能性基本不存在，所以不产生噪声。从而间接地屏蔽了电子在阴极材料中迁移所形成的噪声。虽然胆管阳极噪声可能不低于晶体管，但是由于“虚阴
极”的存在，胆管工作时的噪声却远远小于胆管晶体管，而且也低于场应管。这是胆机工作时音低特别干净的真实原因。
任何胆管，因为存在了空间电荷效应，噪声都比较低。所以各个胆机，扬声器中的沙沙声都是听不到的。而这沙沙声正是主要由放大器件产生的噪声，称白噪声。
空间电荷效应是胆管工作时特有的一种形态，在晶体管内绝不会存在。近年来，尽管由于制造技术水平的提高，晶体管器件的噪声水平已可能低于胆管。然而在实际运行时，胆管却显出更低的噪声效果，更佳的动态信噪比。胆机的音底干净就是印证。
胆机还有一个现象；音质随开机时间的增加越来越好：逐渐达到最佳。这又是什么原因呢？
这个现象可以理解为：随着工作时间延长，胆管噪声显著降低，特性趋于规范的缘故。
胆
管工作高热状态，其内部温度在1000℃以上。在此高温下，电极材料也会析出气体。所以胆管内均装有吸气剂，通常在管顶或管壁上一层黑亮的物质就是吸气
剂。吸气剂是温度越高，化学性质越活泼，吸气作用越佳。所以随着胆机开机时间的延长，胆管内温度上升而趋于稳定，使吸气剂能允分发挥作用。从而使管内气体
分子数充分减少，真空度提升。使胆内电子与气体分子的碰撞的噪声消除，胆的特性就接近理想状态。这样造成了音底越发干净，音色更趋于纯正的现象。
另外，胆管由于外部环境中的热传导作用，管内温度是逐渐升高而趋于稳定的。而空间电荷的形成与温度密切相关。只有达到相当温度并稳定时，空间电荷才能稳定。而稳定的空间电荷存在则是低噪的原因。
在
胆管各种工作机理中，“空间电荷效应”是胆机奇异现象的主要原因，也是胆最可贵而又独特的性质。胆管中因空间电荷效应而形成“虚阴极”，的特点。目前其它
固体器件尚无法具备。在音频宽带功放中，胆管的这个优点十分突出。当前先进的数码音源DVD-Audio或SACD，要求与之配接的功放带宽达80KHz
以上。而放大器件的噪声与带宽成正比，所以低噪声的器件更显重要。无疑，具有低噪特性的胆，在新一代功放中会再放光采。

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