三种音响电源的对比测试

　　一 电源部分在音响系统中的重要性

　　电源部分是整个音响系统的基石。系统中的各种电路，归根到底都是电源的调制器，对原始信号进行各种各样的变换处理后输出。其能量都由电源提供。电源供电的质量，直接决定着整个系统的最终性能级别。在发烧友的实战中，电源的重要性已经被越来越多的人所认识，电源部分在整个系统中的地位和造价也在不断升高。但各种电源之间究竟有多大区别呢？

　　在功放中，由于功放的大功率、大动态特性，通常采用简单的线性电源，即工频变压器加简单的整流滤波电路后供电路使用。只有要求高的场合才对电压放大级以前进行稳压供电，个别电路会连推动级也稳压供电，但末级采用稳压供电的就极其罕见了，只出现在个别Hi-End级别的器材和单端甲类功放中。

　　近年来，开关电源越来越多地受到关注，与D类功放相互呼应，被称为未来功放的理想电源。但开关电源使用起来究竟表现如何？这在不少人心里还是一个疑问。实践已经证明，普通工业用的开关电源并不适合直接套用在音响之中，由于设计需求与音响相差甚远，工作频率偏低，其表现不尽人意。那么，专门为音响设计的开关电源又如何呢？

　　下面结合本人制作功放中的一次实践，简单地探讨一下各种电源的基本性能表现。

　　二 三种参测电源介绍

　　1.工频电源（工频变压器＋整流滤波）

　　音响中最常见的电源一般由工频变压器配合整流和滤波元件组成。常用的变压器从磁路结构上看主要的有E型、环型、C型和R型，见图1～图3。

　　一 电源部分在音响系统中的重要性

　　电源部分是整个音响系统的基石。系统中的各种电路，归根到底都是电源的调制器，对原始信号进行各种各样的变换处理后输出。其能量都由电源提供。电源供电的质量，直接决定着整个系统的最终性能级别。在发烧友的实战中，电源的重要性已经被越来越多的人所认识，电源部分在整个系统中的地位和造价也在不断升高。但各种电源之间究竟有多大区别呢？

　　在功放中，由于功放的大功率、大动态特性，通常采用简单的线性电源，即工频变压器加简单的整流滤波电路后供电路使用。只有要求高的场合才对电压放大级以前进行稳压供电，个别电路会连推动级也稳压供电，但末级采用稳压供电的就极其罕见了，只出现在个别Hi-End级别的器材和单端甲类功放中。

　　近年来，开关电源越来越多地受到关注，与D类功放相互呼应，被称为未来功放的理想电源。但开关电源使用起来究竟表现如何？这在不少人心里还是一个疑问。实践已经证明，普通工业用的开关电源并不适合直接套用在音响之中，由于设计需求与音响相差甚远，工作频率偏低，其表现不尽人意。那么，专门为音响设计的开关电源又如何呢？

　　下面结合本人制作功放中的一次实践，简单地探讨一下各种电源的基本性能表现。

　　二 三种参测电源介绍

　　1.工频电源（工频变压器＋整流滤波）

　　音响中最常见的电源一般由工频变压器配合整流和滤波元件组成。常用的变压器从磁路结构上看主要的有E型、环型、C型和R型，见图1～图3。

　　目前功放中流行的是环型变压器，俗称环牛，但由于从外面看不到铁芯，因此外表上很难直接判断品质高低。市面上环牛的质量参差不齐，很多售品都是虚有其表，看起来非常雄壮有力，实际使用效果却很差。而E型、C型和R型变压器由于铁芯外露，品质如何比较容易把握。特别是C型和R型变压器，由于铁芯制作工艺较为复杂，整体造价较高，所以基本上都是精品。这次测试一共选用了4台不同结构的变压器，见图4，它们功率大小各异，次级输出组数与电压各不相同，但次级主输出电压较为接近，基本上涵盖了音响爱好者制作功放时常见的选择。各工频变压器的主要参数见表1，为了列表方便，对次级小电流绕组的数据加以省略，实际测试时也只测试主绕组。顺便说一下，判断变压器的质量可以从绕组的直流电阻和空载电流来进行，一般绕组的直流电阻越低，空载电流越小，变压器的质量也越好。整流滤波电路有2种：一种是35A铝壳方桥配2只10000mF/63V大电解；一种选用了规格较高的配置：25A的进口扁桥负责整流，滤波电容采用90个220mF/63V松下音频专用高整电解并联，总容量达到19800mF（见图5）。多个小电解的并联大大降低了滤波电容的等效电感，增大了滤波电流，使整流滤波电路的电流输出能力和高频响应得到了很大的改善。实测时主要使用后一种配置进行。

　　2.开环式开关电源

　　该电源使用SPM系列开关电源驱动模块，见图6。据厂家介绍，该产品具有以下优点：

　　（1）半桥开环式开关电源，效率》90%，自然冷却，无需外加散热器。

　　（2）无反馈，瞬间可提供额定电流5倍以上的电流，非常适合大功率的功放，完全替代工频变压器。

　　（3）振荡频率为40kHz占空比为50%的矩形波，轻松通过EMC测试。

　　（4）变压器设计简单，一致性好，稳定性高。

　　（5）外围元件极少，安装空间小，PCB可以做到与同等功率的变压器的安装尺寸一样，老产品无需更改结构设计，直接更换电源部分。（6）成本低，整块电源板成本不到同等功率的环形变压器电源的50%。该电源采用半桥式驱动，工作于开环状态，重量约700g。厂家标称功率500W，连续EMS功率不小于400W。采用了标准化设计，可以通过更换驱动模块、主变压器和功率管、电容等相关元件方便地调整输出功率和电压等参数，厂家提供电压、功率定制业务。PCB尺寸为140mm×120mm。有多组输出电压，双60V/0.5A（供功放前级使用），双40V/6A（供末级使用），双15V/1A（供前级使用），单18V/0.3A（供保护电路使用）。工作频率约40kHz，采用双面PCB，结构紧凑精练，通过了EMC测试。厂家声称专用来替换环牛，由于是开环方式工作，其实际表现与环牛类似，无保护，但有一定的短时过载能力，最大瞬时输出电流可达30A。零售价约110元。厂家给出的样品参考技术参数见表2。

　　3.开关稳压电源

　　该电源为原武汉天龙公司的产品，见图7。型号是DNC－450A，重量约1100g，半桥式驱动。电源设计紧凑合理，带有全功能保护电路，工作频率100kHz，使用内环检测电路，反应速度快。副电源输出为双24V，无保护功能；主稳压输出可以在35～45V范围内连续调节（测试调整为双44V），可以输出6A电流，超过7.5A电源自动保护，输出被切断，过流消失后电源自动恢复工作。

　　电源的主要技术指标见表3。

　　顺便说一下，这个是老款，采用的是板式结构。当年曾非常抢手。笔者于十几年前购入，一直使用至今，表现稳定，性能一直令笔者满意。现在最新的产品已经将主频提升到120kHz，并采用了壳式结构，进一步提升了性能，改善了电磁屏蔽性能。

　　三 测试的平台与方案

　　测试分为静态测试和动态测试两个内容。

　　1.静态测试主要测试静态条件下电源空载和接稳定电阻负载时的电源电压和纹波，使用YB4365型双踪100M示波器、泰克（Tektronix）的2261双踪20M示波器和THX730A型200M数字示波表对电源电压和波形进行观察和测量。测试时使用大功率电阻作负载，分为轻载和重载测试。轻载测试使用200Ω纯电阻负载。接于上述电源单侧时电流约220mA，功耗约10W，这个电流与不少功放双声道的总静态电流接近，可以很好地模拟功放静态时电源的工作状态。

　　负载接于单侧电源时测试对侧电源的电压和纹波可以从侧面反映正负电源端负载不平衡时电源的表现。负载跨接于正负电源两端时，电源的电流达到400mA，功耗达到约40W。可以模拟较重的平衡负载时电源的表现。

　　重载测试使用4只DALE的25W/20Ω两两串联后再并联，构成20Ω/100W的负载，接于单侧电源时电流达到2A以上，跨接于双侧时负载电流超过4A，可以模拟功放在满功率输出时电源的工作状态，见图8。

　　2.动态测试

　　主要使用自制的功放板进行实际试听对比。通过主观试听对比各种电源的实际表现。

　　使用的功放板有两种：第一种为刚为友人装好的夏文卡顿2代改进功放，见图9。这个功放板套件在网上颇受好评，具有相当好的素质，用来作这次测试平台的功放部分胜任愉快。线路采用的全对称场效应管（K170/J74）输入，与A970/C2240组成共源共基电路。第二级是夏文卡顿特有的电流传输方式；推动级采用了著名的东芝音响专用场效应对管2SK1529/2SJ200，末级由6对东芝音响专用大功率双极管2SA1943/2SC5200并联工作，采用了独具特色的动态甲类偏置，并使用了光电耦合器来稳定静态电流。每声道的静态电流设定在约500mA，平均每管约80mA，正好处在A1943/C5200的最佳偏置范围。板上所有管子均经过精密配对，小功率管1%～3%，大功率管5%；音频通道内全部使用了DALE、AB、光音等优质电阻来较声，所有电容也颇具素质。实际试听该线路全频平衡，音色偏暖，动态庞大，解析力很高，能够轻易听出节目源中的细节。另一种功放板为同事所组装的M5电流功放板，见图10，此板线路简洁合理，分析力较高，但末级只有一对SA1942/SC5200，驱动力有限。推普通高灵敏度的家用音箱时表现不错，但驱动大食音箱时低频控制能力不足，低音动态压缩，比较软。由于该板正好也在安装调试，所以也客串测试了一下。

　　测试主要采用夏文卡顿2代功放板进行，对M5也进行了试听比较。音箱：惠威经典的杜希2.1。众所周知，此音箱的低音单元是著名的D6，其75mm的大音圈带来的超凡的动态感，口径只有6英寸的低音可以发出超越许多8英寸单元的澎湃低音，同时86dB的低灵敏度对功放的要求也很高，也是出了名的难推。选择这个推好颇有难度的音箱，也是为了拉开各电源表现之间的差距。夏文卡顿2代功放板的素质是有保证的，剩下的就看电源的表现了。

　　试听曲目：蔡琴《民歌蔡琴》XRCD版本；老鹰乐队《加州酒店》。惠威试音碟系列。雨果发烧碟系列。

　　四 测试过程

　　１。静态测量实际连接时为了规范和方便，使用了２个优质的10位汇流排来进行连接，使用双踪示波器同时接在输出正负电源端，实时监测电源的纹波，同时使用数字万用表测量电源在不同负载状态下输出电压的有效值，见图11～13。测试结果见表4。

　　测试分析：从波形上看，工频电源的纹波是典型的整流滤波电路的充放电波形，为不对称圆角三角波，见图14，频率为100Hz；开环式开关电源输出纹波上有较明显的高频尖峰（80kHz），虽然幅度不大，但波形非常尖锐，包含了大量的高频谐波成分。根据笔者的经验，这种谐波很难通过后面的电容简单滤掉，而且在重负载下明显增大，多少会对功放的音质产生不良影响。天龙开关稳压电源在高频谐波成分的过滤上做得明显好一些，纹波尖峰不明显（约200kHz），整体还是比较干净，而且超高频成分的幅度非常小，大概只有20mV，波形展开后与正弦波非常接近，见图15。

　　要说这么高频率和小幅度的纹波对音质有明显的可闻影响，笔者觉得还是心理因素吧。由于采用的是统一稳压的方式，在负载不对称时正负电源会出现微小的不对称现象，即电源的中点会出现一些波动，这是值得改进之处。

　　测试中发现，多个小电容并联的滤波方式与单个大电容相比有着明显的优势，最直接的表现是纹波电压明显要低一些，这应该是小电容并联的内阻明显较低，充放电的过程更为顺畅所造成的。

　　测试中还有一个有趣的现象：越是功率大的变压器，在重负载时电压下降越小，但相应的纹波却要大一些。这是因为大功率变压器的内阻较低，能够提供更大的充电电流，充电速度更快，锯齿波前沿较陡，波形幅度较大；小功率的变压器则刚好相反，充电速度较慢，锯齿波前沿较缓，波形幅度反而小一些。

　　20Ω的重载测试对于参测的小容量变压器来说，是非常重的负载，接于单侧时输出功率就接近100W，跨接于双侧时高达300多瓦，除了600VA的R牛外，另外3个变压器都处于严重的过载状态，一方面说明传统工频电源具有短时过载能力强的优势，另一方面说明在要求较高的场合，双声道功放在±45V的供电条件下，使用250W以下的变压器统一供电是有些勉强的，会影响功放大动态的输出能力。

　　2.动态测试

　　由于条件有限，动态测试主要采取主观听音的方式进行，同时利用示波器对电源电压波形进行动态监测。试听重点比较各款电源在信噪比、动态表现和解析力方面的区别。

　　（1）工频电源

　　工频电源分别测试了单桥式整流、双桥式整流下的表现。工频电源在接单桥式整流方式时，由于夏文卡顿功放板静态电流达到500mA，算是比较重的负载，接入后在功放的输出端可以明显检测到噪声输出，接上音箱后也有明显的底噪。采用双桥式整流后情况大为改观，只能听到一点不明显的热噪声。

　　证明双桥式整流对于降低电源的不对称所造成的地线噪声有显著作用，这也是目前主流功放清一色采用双桥式整流方式的主要原因。虽然双桥式整流多付出了一倍的整流元件，整流的压降和内阻也稍有增大，但所得明显大于所失，对于提高整机的信噪比极为有利。

　　工频电源的声音表现四平八稳，非常温和，全频表现比较平衡，对于音乐的气氛渲染得很充分，是一种令人久听不厌的风格。由于高低音延伸稍有不足，中频稍为突出，听感非常讨好。但整体的解析力尚有不足，音乐中的很多细节听不到或无法清楚地交待，感觉有点“蒙”。小电容并联的效果比单个大电容有不小的改善，但仍不能令人满意。电源电压会随着音乐信号上下波动，在大动态来临时，声场显得有点乱，电源电压跌落明显，最大时将近10V。由于滤波输出的电压是交流的峰值电压，是有效值的1.4倍，在大功率输出下其输出的波动是不可避免的，应用大功率的变压器和大容量的“水塘”滤波只能部分缓解，却无法根治。相应的对于低音的控制力比较有限，大动态表现有较明显的压缩感。由于变压器容量较小，采用的整流桥和滤波电容并非补品，滤波电容的容量也只有10000mF，对工频电源不太“公平”，其对声音的表现受到了一定的局限，但整个声底基本反映了工频电源的特点。如果换用更大容量的变压器，使用补品级的整流元件和滤波电容，声音应该还会有大的提升，只是成本也会直线上升了。

　　（2）开环式开关电源

　　由于工频电源和天龙开关稳压电源都曾长时间使用，已经处于良好状态（俗称已煲透），而开环式开关电源是新购的，估计一开声会有些生硬。果然，刚开声时其音质明显比较生硬，对音乐中的细节和余韵表现得很差，虽然动态表现比工频电源要好一些，但整体气氛表达差距很大，没有那种自然从容的感觉，让人听起来很不舒服。经过一段时间的热身，声音逐渐变得舒展，低频变得松软了一些，细节表现也有提高，但整体的表现仍不如工频电源平衡，显得有些“冲”，也许再多使用一段时间会有更好的表现。由于是开环工作，没有稳压功能，电源电压也随着音乐信号上下波动，但波动的幅度明显小很多，最大约2V。

　　（3）天龙开关稳压电源这个电源笔者已经使用了很长时间，对它的表现心中是有底的。果然，一通电该电源就表现出明显优势。首先是信噪比极高，音量开到最大，贴近扬声器时只能从高音单元里听到一丁点热噪，而低音单元则静如深海，听不到一点声音。100kHz的工作频率使电源的内阻极低，能量供应速度极快，试音时同等音量下仿佛加了等响度一样，高音和低音的表现明显更胜一筹。两端的延伸更加充分，全频的能量感很好。对D6单元的控制力大为改观，音乐中很多细节玲珑浮凸，解析力上了一个大的台阶。乐器的余韵、空间的残响、歌者的吐字换气都表达得活灵活现。特别是大动态的表现稳如泰山，就好像音量提升了3dB一般，没有一点压缩的感觉。与工频电源相比，音色比较清丽，显得偏“冷”一些。电源电压非常稳定，基本看不出来波动。

　　试音完成后，笔者将夏文卡顿功放装箱，并使用了新购的天龙公司的新旗舰ḷḷDNC－1060SG来供电，该电源工作频率为120kHz，采用壳式结构，提高了安全性和屏蔽性能。将电源电压调整到双60V，在高电压状态下，凭着1000W的能量供应，夏文卡顿功放的声音又有了一定的提升，令笔者非常满意。

　　五 最后的结论

　　理想的电源应该是电压恒定不变，不论接何种负载时均保持稳定的电压输出，纹波为0，在不同频率、不同负载下的表现始终如一。现实中这样的电源当然是不存在的。评价一个电源的优劣，可以从接入不同负载时的电压保持能力，纹波电压的大小，不同频率下的特性表现去综合衡量。由于水平有限，笔者的测试比较简单，特别是主观测试，由于不同的人对于音色的判断取向差异很大，只能做为烧友的参考。物理测试一环则可以清晰地显示三种电源的基本特性，显然是工频电源最差，开环式开关电源稍好，天龙开关稳压电源最为理想。

　　在音质表现上，由于天龙开关稳压电源有大功率和稳压输出的优势，工作频率高达100kHz，在测试中明显占据优势，而工频电源虽然功率小，配置较低，也仍然保留了自己的尊严，虽然比天龙电源要差一些，但是相比开环式开关电源而言，仍要略胜一筹。

　　在系统成本上，最低的要数开环式开关电源，在提供多组直流电压输出的前提下，其500W的型号只要110元就可买到，1000W的型号也只要130元；其次是天龙开关稳压电源，在提供了稳压和全功能保护的前提下，价格也不到300元；传统的工频电源要想达到同样的功率和功能，价格就要高很多了。比如工频电源要达到开关稳压电源的测试表现，就要增加线性稳压单元，考虑到市电的波动、重载下整流滤波部分输出电压的下降及稳压单元自身的压降，稳压前后的压差要达到10V以上，这会带来很大的功率损耗，同时电源系统的体积、重量和造价也都会大大增加。

　　关于开关电源在音响器材中的应用，从来都是争论激烈，不少发烧友顾忌颇多：除了音质表现外，争论的焦点主要集中在高次谐波对音质的影响，电源尖峰对电网和周边设备的干扰以及电源的可靠性上。通过测试，开关电源的高频干扰并没有一般人想象的那么严重，在电磁屏蔽上下些功夫后完全可以放心使用。另外，笔者认为可靠性应结合整个系统综合进行衡量。传统观念都认为工频电源的可靠性较开关电源为高。但实际使用中两者的差别却很小。笔者先后购买了数台天龙开关电源，一直工作得很好，最长的使用时间已经14年有余，从未出过什么状况。尤其值得褒扬的是，该电源自带全功能的保护，对电源短路、过载都提供了全面的保护。虽然限制了最大的动态输出，但安全性上的所得更大，比如同事装M5功放板时出现了差错，通电后开关稳压电源立刻自我保护，切断了输出。如果此时接的是开环开关电源或者工频电源，只怕马上就可以看到烟花效果了。笔者用开关稳压电源以后还没有出现过烧管之类的恶性故障，相反以前用工频电源时，不仅烧过管子，而且还烧过一头环牛。可见可靠性的评估还是要依据整个系统的情况来进行判断。

　　关于音质表现，客观地说传统的工频电源并没有完全被开关电源击败，只能说各有千秋。如果搭配得好，传统的工频电源在音质表现上还是很有特色的，完全可以满足各种条件下的需要。它巨大的重量对于器材的避震有一定的帮助，对于电网和其他设备的干扰相对也要小些。但近年来随着开关电源技术的不断成熟和改进，效果不断改善，成本不断降低；加之D类功放的兴起，开关电源在音响中的应用也日益增多，从普及型的DVD到专业功放，甚至Hi-End级别的音响器材中，越来越多地出现开关电源的身影。虽然目前开关电源在使用中仍然暴露出了这样或那样的问题，参测的两台开关电源还比较简陋，在技术上还都有一定的缺陷，但在使用中都提供了不错的效果，可说是物有所值。而且从技术的发展来看，传统的工频电源已经难以玩出新的花样，而开关电源的发展空间却非常广阔。音响发烧友们完全应该摒弃对开关电源的成见，大胆地在音响中试用，也许它会给你带来一个不小的惊喜呢。