如 何 挑 選 唱 頭 放 大 器 ... 規 格 ... 增 益
在電腦領域中，有一句話叫 Garbage In, Garbage Out (GIGO)，
意思是... 輸入正確的資料，才會輸出正確的資訊。
這句話在音響系統上，也非常適用... 輸入完美的訊號，才會得到完美的音質。
如果最源頭 (唱頭 + 唱頭放大器) 的訊號 (正弦波) 就失真、變形了，
那後面再用多高級的前級、後級、喇叭，也是枉然...
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如何讓唱頭的微小訊號，在傳送、放大的過程中... 不失真、不變形 ?!
就必須符合兩個要件...
1. 正確的傳送訊號... 關係到唱頭 + 唱頭放大器的阻抗匹配。
這部分我們已經先討論過了，
● 參考 如何挑選唱頭放大器 - 規格 - 阻抗
現在該來說...
2. 適當的放大訊號... 關係到唱頭 + 唱頭放大器的輸出電壓。
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訊號的適度放大
如果你用 "示波器" 去觀察音響的電壓訊號，就會發現...
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放大不足 (增益太小)...
整個正弦波小於正常規模，音量、動態、細節都會較差，音樂沉悶無力。
另外，輸出過小，也會失真 (但比太大時來得輕微)，波形也會變形。
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放大太多 (增益太大)，超出最大輸出電壓...
正弦波的波峰、波谷會被直接砍掉 (Clip)，因波形被省略，動態、細節也會較差。
除此之外，超出越多，波形變形越多，雜音變多，音樂尖銳粗澀。
(波形影響音色，振幅影響音量)
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所以... 前級有不同的增益 (放大倍數)，
有時、你需要較大的增益 (當訊源輸出的電壓較小時)，
有時，你需要較小 (甚至沒有) 的增益 (當訊源輸出的電壓較大時)。
● 參考 如如何挑選前級 - 增益
而唱頭放大器，同樣也是如此，
但狀況會更複雜，因為你必須同時考慮... 唱頭的電壓 + 唱頭放大器的增益 + 前級的增益。
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增益、放大倍數，兩者表達的是同一件事，但用的是不同的方式、單位。
增益 (dB) = 10 * log (Vout² / Vin²) = 10 * log (放大倍數 ²) = 20 * log (放大倍數)
也就是先求得 log (放大倍數)，再乘上 20，便是增益。
如果沒有計算機 (或電腦) 在身邊，也可以用兩種較簡單的方式計算 :
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P.S. 為了方便計算，下表中的部分數值，僅為近似值，而非精確值。
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1. 以 40 dB (100 倍) 為基準，
每增加 6 dB，放大倍數變成 2 倍 (每減少 6 dB，放大倍數變成 1/2 倍)。
電壓增益 : 28 / 34 / 040 / 046 / 052 / 058 / 0064 / 0070 (dB)
放大倍數 : 25 / 50 / 100 / 200 / 400 / 800 / 1600 / 3200
例如 : 46 dB = 40 + 6 dB = 100 * 2 = 200 倍。
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2. 以 20 dB (10 倍) 為基準，
將 dB 值拆解為 20 和不足 20 的零頭的組合。
電壓增益 : 20 / 040 / 0060 / 00080 (dB)
放大倍數 : 10 / 100 / 1000 / 10000
電壓增益 : 00 / 06 / 09 / 12 / 14 / 16 / 17 / 18 / 19 (dB)
放大倍數 : 01 / 02 / 03 / 04 / 05 / 06 / 07 / 08 / 09
例如 : 46 dB = 20 + 20 + 6 dB = 10 * 10 * 2 = 200 倍。
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那麼，唱頭 + 唱頭放大器的輸出電壓應有到多少呢 ?!
其實，音響界對此沒有一個標準。
舉例來說...
Linn 的 Akiva 唱頭輸出為 0.4 mV，
而原廠的 Linto 放大器為 54 dB (500 倍)、64 dB (1600 倍)，
也就是放大為 0.2 V 至 0.64 V 之間。
再例如...
Grado 唱頭輸出一般為 4 mV，
而原廠的 PH-1 放大器增益 (較低者) 為 40 dB (100 倍)，
大約是放大至 0.4 V。
若取中間值，則我們可將 0.4 V 視為一種為準則 (但此並非絕對，而且對某些機種可能不適用)。
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若以放大至 0.4 V 為準則 :
MC 電壓 ............ 唱頭放大器所需增益
0.10 mV .......... 4000 倍 (約 72 dB)
0.20 mV .......... 2000 倍 (約 66 dB)
0.40 mV .......... 1000 倍 (約 60 dB)
0.80 mV .......... 0500 倍 (約 54 dB)
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唱頭放大器的最適輸出
除了適度的放大，我們還必須注意... 唱頭放大器的輸出是 "有限的"。
若超過最大輸出電壓 Maximum Output Voltage，
訊號 (正弦波) 的波峰、波谷，就會直接被砍掉，音色、動態、細節... 就會變差。
不過，這通常不必擔心，
因為... "最大輸出電壓" 通常很大 (至少有 2 V)，
以唱頭 + 唱頭放大的輸出，幾乎不可能會超過。
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真正該關心的，是... 額定輸出電壓 Rated Output Voltage。
每一台唱頭放大器的特性均不同，有些適合較小的輸出，有些適合較大的輸出。
而其輸出，以... 近似於 "額定輸出電壓" 為最佳 (此時，唱頭放大器失真最低，運作最順暢)。
反之，若和 "額定輸出電壓" 差距越大，訊號的失真程度就越大。
(只不過... 很多機種都沒有標示此項規格)
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P.S. 額定 (Rated) 是指在連續，且不失真的情況下，所能擁有的最大輸出。
而最大 (Maximum) 或峰值 (Peak) 是指瞬間可達到的最大輸出，不能長久維持，也不保證無失真。
一般而言，Maximum 可能達 Rated 的 5 - 10 倍左右。
也就是說，若 Rated 無標示，則以 Maximum 的 1/5 - 1/10 為其參考值。
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範例 : 唱頭放大器的額定輸出電壓
Accuphase C-37 : 2 V
Audio Research Reference Phono 2 SE : 0.5 V
Ear 834P : 查無資料 (但其最大輸出 30 V，且根據 Stereophile 實測，其 MC 輸出在 5-7 V 時，MM 輸出在 2-3 V 時，失真最低)
Ensemble Fonobrio : 查無資料 (但其最大輸出 9.5 V)
Esoteric E-03 : 0.5 V
Herron VTPH-2 : 查無資料 (根據 Stereophile 實測，其輸出小於 3 V 時，THD < 0.1 %，且在 0.6 V 時，失真最低)
Linn Uphorik : 查無資料 (但其最大輸出 6 V)
Lamm LP2.1 : 0.125 V
Nagra VPS : 查無資料 (但其最大輸出 2 V)
Phasemation EA-300 : 0.2 V
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範例 : Esoteric E-03 唱頭放大器 (額定輸出電壓，已知)
其增益為 MM : 40 dB，MC : 66 dB。
表示 MM 可放大 100 倍，MC 可放大 2000 倍。
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其額定輸出電壓為 0.5 V，
0.5 V / 2000 = 0.25 mV，即以 0.25 mV 的 MC 唱頭為最佳。
0.5 V / 100 = 5 mV，即以 5 mV 的 MM 唱頭為最佳。
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當然啦，一般的音響迷沒必要搞得這麼精準，或可將額定輸出電壓放寬 +/- 0.1 V 的範圍。
則在此例中，最適輸出為 0.4 - 0.6 V，
選擇約 0.2 - 0.3 mV 的 MC 唱頭，或約 4 - 6 mV 的 MM 唱頭，已足可算很適當了。
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範例 : Ensemble Fonobrio 唱頭放大器 (額定輸出電壓，未知)
其增益為 MM : 44 dB，MC : 68 (44 + 24) 或 74 (44 + 30) dB。
表示 MM 可放大 160 倍，MC 可放大 2500 或 5000 倍。
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其額定輸出電壓，未知，但其最大輸出電壓 9.5 V。
另外，有列出 "最大輸入"... MC : 4 mV，MM : 60 mV。
這是怎麼來的 ?!
4 x 2500 = 10000 mV = 10 V 趨近於 9.5 V。
60 x 160 = 9600 mV = 9.6 V 趨近於 9.5 V。
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只不過，這是拿 "最大輸出電壓" 來計算，範圍未免過大。
況且，有哪一個 MC 輸出會大於 4 mV ?! 有哪一個 MM 輸出會大於 60 mV ?!
所以，這根本就是廢話嘛。
(而這也就顯示... 最大輸出電壓，基本上是不可能超過的)
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若 "額定輸出電壓" 為 "最大輸出電壓" 的 1/10 (估計值)，則應為 9.5 / 10 = 0.95 V。
MC 輸出電壓應近似於 0.95 V / 2500 = 0.38 mV。
MM 輸出電壓應近似於 0.95 V / 160 = 6 mV。
這才比較值得參考。
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範例 : EAR 834P 唱頭放大器 (增益太大 ?)
規格標示 1 V output at 1k Hz : 2.2 mV (MM)，220 µV (MC)。
表示 MM 可以放大 455 倍 (約 53 dB)，MC 則可以放大 4550 倍 (約 73 dB)，
這對任何 MM / MC 應該都足夠了。
就算 MC 輸出低到只有 0.1 mV (業界最低)，也適用。
0.1 mV * 4550 = 455 mV = 0.455 V
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不過，問題來了...
如果 MC 輸出有 0.5 mV，就會放大為... 0.5 mV * 4550 = 2275 mV = 2.275 V
顯然超出我們上述的標準 0.4 V 甚多。
這是不是表示 EAR 834P 不能用高輸出的 MC 唱頭呢 ?!
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未必 !
事實上，EAR 834P 的額定輸出電壓極大 (約 10 V 以內都沒問題)，
就算輸出達 2.275 V，也沒有超過失真標準。
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也就是說...
依照一般原則... 低輸出唱頭 + 高增益唱放，
EAR 834P 的確會比較適合低輸出的唱頭。
但其額定輸出電壓，已有考慮其本身高增益的問題，
你想用高輸出唱頭，也未嘗不可。
只不過...
一旦你的唱頭 + 唱放的輸出... 有那麼大 (媲美 CD 的水準)，
可能會比較適合被動式前級，或直入後級。
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範例 : Audio Research PH-3 唱頭放大器 (增益太小 ?)
規格標示 54 dB at 1k Hz (MC、MM compatible)。
表示可以放大 500 倍 (MM、MC 通用)。
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只有 500 倍的放大，對 MC 會不會不夠 ?!
PH-3 的額定輸出電壓為 0.5 V，
理論上，最適 MM / MC 唱頭電壓是 0.5 V / 500 = 1 mV。
1 mV 的唱頭 (不論 MM 或 MC)，找得到嗎 ?!
● 參考 唱頭 - 品牌 & 機種
好吧，若將最適輸出電壓適度放寬至 0.4 - 0.6 V，則最適的唱頭電壓約為 0.8 - 1.2 mV。
但即便是放寬限制，0.8 - 1.2 mV 的唱頭 (不論 MM 或 MC)，恐怕也不容易找。
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而之所以會造成這種狀況，不只是因為... PH-3 的增益不足，
還和其... 額定輸出電壓過大 (相較於其低增益)，也有關係。
照理來說，其增益低，額定輸出電壓也應該設計成低一點。
(至於唱頭 + 唱頭放大的輸出偏小，那是另一個比較容易解決的問題，用增益大一點的前級即可)
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自古以來，Audio Research 的唱頭放大器，"增益" 都設計得很奇怪。
即使是最新的 PH9，狀況也和 PH-3 類似。
額定輸出電壓還是 0.5 V，增益也只有 55 dB (560 倍)。
0.5 V / 560 = 0.89 mV (最適 MM / MC 唱頭電壓)
但不論是要找 0.9 mV 這麼大輸出的 MC 唱頭，或 0.9 mV 這麼小輸出的 MM 唱頭，都不是易事。
在唱頭的選擇上，非常有限。
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但 Reference Phono 3 就比較合理了...
增益有 45 dB (180 倍)、67 dB (2250 倍)，額定輸出電壓是 1 V。
1 V / 180 = 5.56 mV (最適 MM 唱頭電壓)
1 V / 2250 = 0.44 mV (最適 MC 唱頭電壓)
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由以上兩個範例，你可以發現...
唱頭放大器的增益... 500 倍，太少 ?! 5000 倍，太多 ?!
或者，將唱頭的輸出電壓放大至... 0.2 V，太少 ?! 2 V，太多 ?!
其實，都並非絕對，尚須視... 唱頭放大器的 "額定輸出電壓" 而定。
(然後，還要搭配適當增益的前級)
