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HiFi 基础谈(七):负反馈 Negative Feedback

作者:Hi-Fi 音响/阅读:736/2017-4-1
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摘 要: 可以说,三十年来高度传真扩大器的发展,无论走到那一个方向,都必需倚靠适当的 NFB 运用来控制失真。

Negative Feedback.jpg


上期谈过了相位(Phase)的基本认识,相信各位对相位问题在电声学上之重要性有了印象。相位问题,在扩音器电路上已经被控制。从前的真空管扩大器和早期的半导体扩大器,在设计上都以降低失真为大前题。事因,40-50年代,人们还不十分清楚瞬变及时间延迟对回放音色影响有多大。他们只知道在示波器上看到互调失真及谐波失真的波形。他们也知道,利用负反馈可以将互调失真大大地降低,而同时保留宽阔频率响应范围的优点。


直至 70 年代中叶,北欧一位电声举家 Otala 立论指出负反馈的缺点;它诱发瞬态相位失真。


Hi Fi 历史,由第一部威廉逊线路(Williamson)扩大器开始,那是 1947 年。威廉逊扩大器是首次有效地运用负反馈(NFB)的设计,威廉逊真空管机,音色之优异,远远超过了当时任何制作,兼且成为日后一切真空管扩音器比较之蓝本。NFB 线路亦成为控制失真的最有效方法。


真空管的重要性逐渐给半导体取代之后,输出变压器被淘汰了,那是一连串重要改革的开始。输出电容器的废除,使 Hi Fi 迷更接近于真实。最后,是纯直流线路和全段直接交连的全对称结构成为 80 年扩大器的基础。


可以说,三十年来高度传真扩大器的发展,无论走到那一个方向,都必需倚靠适当的 NFB 运用来控制失真。


剖析 NFB 的功能


但是,由威廉逊线路起,电声界一直知道 NFB 绝对不能百份之百地消灭输出点上的一切失真。


NFB 技术,是在 1928 年由贝尔研究院(Bell Lab)的柏立基(H. S. Black)所发明。值得一提的,就是 1980 年山水所“创始"的「前馈」技术(Feedforward)之基本理论,也是同一工程师在更早时(1919)所创议。


NFB,全名 Negative Feedback,是在线路上负方向回馈。柏立基倡议的前馈技术,也是在负方向施行,故此可以译为「负前馈」,但山水改良的前馈技术,是正负兼施,所以不便用「负前馈」一词。


让我们先了解一下「负回授」或「负反馈」,或「负回馈」,即 NFB 技术的概念。已知:一个「正相波」和一个「负相波」合并,即产生两个波的差值。


Negative Feedback1.jpg
参看图(1)


由输出端抽取部份讯号 b,以反相方式回馈至输入点,线路的增益率相应降低,失真率也降低了同量的百份比。频率响应拓宽了 1+A b,此外,出入两端的阻抗特性和输出端的讯噪比等等均有所改善。


NFB 亦有诸多缺憾


Otala一派认为,NFB 优点很多,它降低失真的效能不容忽视,但 NFB 在应用上却又附带了一些不能克服的缺憾。


1)NFB 抽取输出点的失真回馈至输入点,理论上,除非 NFB 量增加至无限大,否则输出点无法获得 0 失真。而无限大 NFB 需要无限大增益的扩大器,实际上不可能做到。


2)将输出回馈至输入端,容易影响扩大器的稳定度和产生振荡(Oscillation)。


3)为了避免振荡,高频 NFB 必须酌减,因此削弱了降低高频失真的效能。


4)过量使用 NFB,势必增加瞬态互调失真(TIM),扩大器的音响质素会受影响。


而 TIM 这东西,就随着 Otala 理论之兴起,逐渐成为发烧友的口头蝉。自此以后,专家们开始千方百计避免使用负反馈。无反馈技术便应运而生,与从前把负反馈当为灵丹妙药的形势,恰好形成强烈对比。


其实,一般所谓无反馈线路,仍不能完全不用负反馈。它们只是不采用时间延迟因素巨大的总负反馈(Overall NFB),而保留适量的局部反馈(Local FB)。


老爷胆机靓声乃迷信


辣鸡友认为,既知电流在电路上以每秒钟围绕地球七周半的速度飞行,那在线路上走多一圈的负反馈又怎样会被听得出有相位瞬变失真哉。


此乃想当然的推断。事实上,电流在电路上运行的速度,并非如人们想象中等于电波在空中运行的速度。电路上的导体、半导体、电容、电阻……都是把电波速度拖慢的东西。由此而推论之,电波在电路上的不同部份都有其不同的运行速度。此外,无论电波在 NFB 线路上能走得多快,它在回归至输入点上也一定没有理由会追得上它原先存留在电路上的另一部份,从而做到应做的抵消失真功能。


Threshold 无反馈扩音器的设计者 Nelson Pass 把 NFB 形容为「追自己尾巴咬的小狗」,中文不妨译为「噬哜莫及」。


但,奇怪的是,NFB 所产生的失真,影响半导体机大,影响真空管机小。真空管大师 Futterman 在死前曾经被一群半导体大师包括 Otala、Pass,Demian Martin、John Curl 等围攻之。可能 Futterman 被那班年轻人激到心脏病,但众人皆同意 Futterman 可以在他的真空管线路上用多至 20dB 的 NFB 而「不觉得」有甚么不妥。


好多人以为真空管机音色必靓过晶体管的定论,其实这是迷信,「中古品」灯胆机那有靓声过先进晶体管机之理哉。


(原文刊于 1986 年 11 月号《Hi Fi Review》,作者 雷明先生)


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