音响与音乐 无关玄学 （二）
左增军 / 2024-02-13
接上期 前面简单说了一下电感和输出变压器的好坏甄别，本期接着说输出变压器话题。
关于输出变压器初级电感量：我们都知道，电感量越大，感抗就越大，相对低频效果会越好。但什么事情都要讲究个适度、合适，一切合适就好，不要一味的追求单个指标。在相同的条件下，电感量越大意味着初级圈数越多，初级圈数越多，分布电容就越大，高频便无法保障。
上面只是基本的要求，抛开电流说电感只会陷入绝境。没错，从感抗指标来说，感抗（impedance）XL=2πfL，电感量越大，感抗也越大，也就是在电路中相同频率下，呈现的电阻越高。但对于阻抗、电感都相同、不同体积大小（绕组线径不同）的输出牛，在路实际测试低频表现也会有所不同甚至相差很多，大体积的输出牛即便电感量再小一点，低频也容易保证，这是问什么呢？还有相同或相近的初级阻抗，不同的初级电流，对电感量的要求也不同。比如有的805单端选用5k的初级阻抗，EL84单端也用5k阻抗，那么初级电感量要求相同吗？所以不能仅从电感量指标来定义输出牛的低频表现。最好以上机实测为准。我本人调试胆机，一般都是根据实际上机表现确定输出牛的各项参数。具体多少阻抗、多大电感量，一般有个经验数据。
关于输出变压器功率、体积：目前市面上相同功率的输出牛，体积大小相差太多，简直是五花八门，因为缺少一个行业标准。首先一点大家都知道，输出牛功率的选择，大约等于实际输出功率的3-5倍。可能有的朋友不明白为何要选3-5倍，就拿电阻功率的选择来说，假如电路中一颗在路实际消耗5W的电阻，比如300B阴极电阻，我们实际会选择多大呢？10W可以吗？不可以，因为还是太烫，一般需要选择20W以上。一颗常见的2W电阻器，在路应用一般不要大于0.4W的实际耗散功率，否则热稳定无法保障。输出变压器也一样，铜线的热稳定系数很差，满功率应用时，因为温度上升，内阻会升高很多，对输出牛整体性能影响较大，所以一般情况下选择输出牛的功率大一些是正确的。但输出牛体积增大，分布电容成倍增大，高频则无法保障。所以很多市面上的输出牛都是小体积的，以便让测试指标看上去还行。小输出牛就算测试时低频还可以，但实际听感中、低频会差一些，就像一个3寸喇叭和8寸10寸喇叭的听感对比。
关于输出牛的铁芯面积/体积：对于一颗50Hz的电源变压器，我们知道如何选择铁芯面积，采用优质钢片，电子工业部标准的GEB型号铁芯，铁芯面积S=k√P，式中k是一个常数，100W以上取1.25左右，P是变压器功率。比如说100W电源变压器，铁芯面积S=1.25*√100=12.5，用GEB26*45-50就可以。假如用机械工业部标准的EI型号铁芯，需要选用EI32*45-50。这是用于50Hz电源变压器的铁芯面积的选取。对于音频输出变压器，由于低频要求20Hz，体积会大很多。先说推挽输出牛，其体积大约是电源变压器的3-5倍。为何是这样？我们先来看下每伏匝数的选取：
假设频率为50Hz，铁芯面积=26*50，空载磁感应强度为1计算（为方便计算），每伏匝数=3.465。那么在20Hz时，同样的铁芯情况下，按照上式计算每伏匝数则变成8.6625，再加上绕线系数的变化，输出牛肯定不能像电源牛那样乱绕满绕，所以推挽输出牛的体积相当于电源牛的3倍以上是有道理的。
对于单端输出牛，体积则更大一些。因为铁芯有缝隙，初级电流越大，缝隙越大，否则铁芯饱和（这个请参考上期话题），一般情况下单端牛的铁芯面积，是推挽牛的1.5倍以上。
影响输出变压器高、低频表现的其他几个因素：
一、浸漆：无论输入、输出、推动变压器，无论采用什么样的绕制工艺，最后只要线包被浸漆，无论是简单涮漆，还是真空浸漆，都会因为分布电容增大而导致高频下降很多。经我手维修的很多国外名牛，大多是不浸漆处理的。输出牛不浸漆，裸奔，会带来安全性、稳定性的麻烦，环境的变化，容易让绝缘下降从而导致击穿，更有甚者引出接线点容易发霉直至断开。所以上世纪欧美变压器大多是高频蜡浸（不能用普通蜡代替），尤其是小音频牛。本人维修过无数常见的“名牛”，小的信号耦合变压器之类，基本都是高频蜡浸。对于较大的推动牛、输出牛，大多是沥青灌封，以确保绝缘和性能。早期拆解进口牛，仅从表面上观察就断然复制，经常会闹一些笑话。当然学费还是要交的，经过反复实验验证后的东西才是真正的经验。高频蜡浸或者沥青，也有一个弊端那就是，对漆包线尤其是很细的信号牛所用的漆包线，有一定的腐蚀而导致断线现象，这是本人维修有问题的“名牛”较多的一个例子，从密封情况看，外壳已经用焊锡焊接牢固，比如HS-1升压牛等，不考虑受外围环境的影响。可能是本身蜡的杂质还是什么原因？本人能力有限，不得而知。矫情一点会说这属于化工方面的专业知识，交给专业人士处理。
看到这里您可能疑惑，音频变压器不能浸漆，浸蜡也有一定的危险，那么应该如何处理绝缘和保障性能稳定、不受环境影响呢？本人经过二十多年努力总结出，变压器最好处于真空状态，像电子管那样，整个线包绕制好以后，驱潮-密封-抽真空，也就是输出变压器做好以后，自身做好绝缘（无论耐压要求1000或者3000V都需要按照规定做绝缘处理）、检测好性能指标，然后整体处于真空环境，不需要绝缘漆、沥青、蜡之类的绝缘材料，会获得更好的表现，新一代的左氏变压器都是这样封装的。回想起本人推出真空油浸输出牛也有十几年了，实验验证线包处于真空环境，即便不油浸，变压器性能还是有一定优点的。
二、铁芯形状的选择：目前常见的铁芯形状有：EI、CD/XCD（壳式）、ED/XED（心式）、O型、环型铁芯，首先看磁路长度，磁路长度越长，低频越无保障。所以尽量选取磁路长度短的型号。再有就是漏磁的考虑，比如EI铁芯如下图：
机械工业部标准铁芯尺寸是，铁芯边的宽度等于中间舍宽的1/2，也就是铁芯中间的磁力线均分左右两半。电子工业部标准铁芯尺寸是，铁芯边的宽度大于中间舍宽的1/2，恰恰是大这一点点，让漏磁减少很多，这可以让音频变压器表现更佳。很多人认为，其实差一点影响不大，甚至觉得没什么影响，对于要求不高，不考虑性能的发烧友来说，当然是没什么问题。更何况，目前市面上流行的绝大多数铁芯型号，都是按照机械工业部标准尺寸，因为这也是国外早期的铁芯标准。那位喜欢国外变压器的朋友就说了，既然国外都用的标准那还有不好吗？抛开情感说事实，国外的东西不一定就好。我们都知道中国的发展稍微的迟后一些，国外发展都快成熟了，国内才起步。但是正因为这样，中国的标准订立的就比较合理，因为我们已经参考了各种标准的利弊，肯定采用经过验证了的更好的标准，比如与我们息息相关的交流电压，日美采用的是100/110V AC，中国就用的是220V AC，很明显从市电传输特性上讲，220V会优于110VAC电压（不要问我为什么），所以后来美国的一些新兴城市或者有条件的地方，也有采用220VAC标准。再比如，美国的军机、卫星等适用的标准甚至采用的芯片，您以为就是最先进的3nm、7nm？NO，绝对赶不上中国的军机、卫星等使用的芯片。再比如华为的5G技术，M国之所以疯狂打压，正因为害怕，正因为已经超越了。回过来说音频变压器，假如您对声音有较高的要求，还是应该用电子工业部标准铁芯。左氏变压器一直坚持采用电子工业部标准尺寸，也是因为明白道理，坚持真理。
C型铁芯常见的有以下几种型号：CD/XCD（壳式）、ED/XED（心式），其结构尺寸不同，特性也有所不同。那么很多人说的双C铁芯是怎么回事？其实是从CD铁芯演变出来的，我们都知道，CD铁芯的磁路长度较长，有人就用2付CD铁芯组合成一副铁芯使用，一般组合为心式结构，也有组合成壳式结构，因为心式结构的横向尺寸很长，比例不合适。这样做，依然磁路长度还是比较长。前些年有人做出了3CD或4CD结构，其实这只是个人发挥，并非正规铁芯型号。这样的结构受单个CD铁芯尺寸的限制，整体结构尺寸比例不合理。
三、铁芯材料对声音的影响：首先说一下材料厚度，早期的铁芯，一般比较厚，为0.5mm。随着高频变压器应用的出现，材料厚度有0.35、0.3甚至0.2、0.1mm。本人经过多年的实验验证，硅钢片厚度越薄，声音的高频分量越好，而低频的表现则变差。对于EI变压器来说，采用导磁率很高的取向硅钢片并非好事儿，虽然其径向导磁率很高，但同时横向磁阻也变得很大。非晶铁芯，导磁率很高，材料厚度很薄达到0.02甚至更低，其声音的表现呈现刚性，有人说趋向“银”的音色，低频特性很好，但中低音的弹性、宽松不足。
对于推动变压器，基本也是参考上述要求，但是关键的问题是，推动变压器的阻抗一般都较高。我们都知道，阻抗越高，意味着圈数越多，也就导致高频更不容易做好，所以很多电路想尽一切办法不用推动牛。目前有名的推动牛比如NC14、NC20等，其标称阻抗也只有5k左右，因为只有低阻抗才能获得高性能。这样就导致应用场合受到局限，不能用于常见管比如6SN7之类，又因为电流限制，最大30mA以内，也不能用于EL84、6L6之类电子管。推动变压器，如果次级不并联电阻，那么初级会呈现出高阻状态，这就使得带宽变得很低。有些电路呢为了测试指标只能在推动牛次级并联较小的电阻，但这又使得推动电压的摆幅受到压缩和限制。所以，一颗好的推动牛的确非常不易，尤其是高阻抗推动牛，阻抗越高越不容易做好。
关于信号输入牛（耦合牛），这个因为不通过直流，制作相对简单一些。一般认为只要有足够的带宽就可以，其实不然，还要考虑插入损失和信号摆幅。插入损失大，也就是加重了音源的负载，对信号线和音源不利，为何有的信号耦合牛接上去声音变得很假、发闷、发混，或者没有低频，声音不鲜活，就是这个道理。关于信号摆幅，现代CD唱机，一般输出信号电压可达2V，这就要求输入牛允许在一定的信号摆幅状态下，有良好的表现，尤其是升压牛，升压越高，要求的信号摆幅越大。
关于输出牛的插入损失：主要是变压器的损耗，有铁芯损耗和绕组损耗（假如阻抗在合理范围内）。铁芯损耗又分为磁滞损耗（hysteresis loss）和涡流损耗（eddy current in core）。所以输出变压器不仅仅要选择好的铁芯材料，还要尽可能合理的选择铁芯形状（合理的宽高比），还要合理的选取导线直径。对于输出变压器，漆包线载流量一般不大于2.5，比如一颗30W的输出牛，次级8Ω的电流A=√30/8=1.94A，单根漆包线直径： D=1.13√（电流I/密度J），需要选φ1.0以上，以尽可能降低绕组损耗。假如是多根并联，那么就按照电流/并联根数选取线径。
关于线包绕制工艺，原本写了一些，想了想还是删掉了，避免引起不必要的误会和麻烦，在这个繁杂的社会环境下，我选择了简单，认真做好自己这是首要的，其他的删繁就简。
2023年，ChatGPT生成式AI的出现，可以说改变了每个行业甚至每个人的生活，本人自小就对新生事物好奇，ChatGPT不仅可以根据自己的命题生成文本，还可以根据自己的要求生成逼真的画像。我就不服气了，是否可以用ChatGPT生成一个输出变压器设计方案呢？回答是肯定的，但是需要大量的前期投入，用大量的时间和精力反复调试，我花费了太多的时间调试，直到今天还是不很完美，但已经看到希望了。我坚信，ChatGPT超越自己的大脑只是时间问题。我同时拿出一定的时间和精力用在调试胆机电路的自动生成，限于时间和精力，我希望有感兴趣的朋友加入进来，共同开发。
未完待续
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