音響 DIY，放大器及週邊: Ladder type 音量開關製作

2008/09/30 16:12

整個音響放大系統最薄弱的地方一個是線材接頭處, 另一個要屬波段開關和音量控制器了!
相較之下, 一般音量控制器是用可變電阻, 其內部鍍一層炭膜上方接觸一個電刷來形成可隨旋轉角度變化的分壓器, 這個結構我認為又比線材接頭和波段開關更殺音質了, 所以近來為了改善可變電阻造成的音質損害大致有以下幾種取代方案:
1. 音量控制IC, 直接以半導體主動線路來控制音量, 不過隨著各種線路架構和製程, 可能影響音色不少, 好處是沒有機械動作對音質損傷很低, 且容易以電子電路控制可應用於如遙控, 記憶各種不同音源之音量等附加功能
2. 音量開關, 用多段開關上面加各種固定電阻來改變分壓, 依電阻網路不同又分串聯式, 並聯式和ladder type, 其中串聯式和並聯式的其信號路徑會經過許多電阻, 對於龜毛之發燒友認為會傷音質且路徑長易受雜訊干擾! 只有ladder type 路徑最短其結構簡單原理也非常簡單, 在有機械動作的音量控制中, 我認為是影響音質最小的. 但缺點是需要很多種不同阻值之電阻來製作, 備料較麻煩! 關於ladder typey在後面會敘述及實作. 因音量開關的外型和VR接近, 所以是最適合用來改機的, 可以直接換掉原來的音量VR來升級.
3. 繼電器式, 介於1, 2之間, 可以容易電子電路控制, 也如同音量開關是以固定電阻來改變分壓, 但一般是以如8個繼電器以R/2R或(2^n)R的方式來控制256段分壓, R/2R原理同R/2R DA轉換器, (2^n)R就是從LSB到MSB阻值分別為R, 2R, 4R, ...128R, 其目的都是是為了以最少繼電器的量(減少機械結構及成本) 達到最多段的控制, R/2R好處是輸入阻抗衡定但輸出需要一個I/V轉換OP主動元件, 而且信號路徑一樣會經過許多串聯電阻, 多了不少香爐和鬼.
(2^n)R方式則信號路徑經較少電阻但是整個電阻網路的輸入阻抗非常不恆定, 隨音量大小而隨機改變, 以網路上DIYer喜歡仿的Aleph P前級的音量控制來說, 它阻抗竟然從125 ohm ~ 8K之間變化, 已經有人把它做成音量控制套件讓DIYer直接取代VR "升級" 用, 其實這麼大的阻抗變化, 其最小阻值低至125 ohm, 若前一級放大驅動力不夠, 搞不好無法升級還反而降級了呢! 所以Aleph P原設計是將音量控制置於放大電路之後而非之前, 且Aleph P放大電路本身設計就能驅動如此低的組抗. 所以買這種套件的人應注意: 1. 管機不適合因為一般管機都用100K以上的音量控制, 2. 驅動力小的放大器不適合, 3. 不能將音量控制置於前端, 因為這會影響前一級音源器材的輸出負載.
還有這種二進位式的音量變化都是線性的, 這樣的變化曲線不適合用於對數變化的音量控制. 幸好它的段數夠多, 所以可以用"模擬"的方式來做, 就是一開始小音量時每一段都用到, 到了後段就開始"跳級"以模擬出對數變化的樣子, 所以以8 bit 控制來說實際上使用的段數並不到256段, 大約四十幾到六十幾段而已但也夠用了. 關於繼電器二進位式的音量控制, 將會以另外一篇來專門討論.
有人托我製作兩個100K單聲道音量控制開關, 我用的就是ladder type的, 它的特色是不管轉到哪一段, 信號都只經過兩個分壓電阻, 這兩個電阻不管在哪一段都設定成串聯起來阻值為100K, 理論上輸入阻抗完全恆定, 只是實際上為配合市面買的到的阻值而有一點不同, 但差異都在幾百歐姆左右而已, 應是最適合用來直接改機的.

製作上沒有什麼特殊之處, 花人工而已, 先把一堆電阻分好, 直接插在阻值表比較不會出錯, 然後在一根根的銲吧, ladder type每聲道需要雙刀開關, 所以上圖IN到OUT之間的RI電阻剛好可跨於開關兩層之間, 接地之RG就用一條裸銅線圈起來, 但不要形成環路要記得留一個缺口. 呼呼! 年紀不行了, 低頭工作一陣子脖子像是"ㄌㄠˋ到', 離完工還有些距離, 繼續加油. 這種差事只幫最親近的人做啦!!