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发表于 2004-12-17
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电子管器件又名真空管器件(以下简称电子管)，诞生于1904年。直至现在，电子管还在某些领域保持着其特有的利用价值，尤其是在传统音响领域的音频放大器中，电子管仍大量被使用。而且它的许多特性是晶体管所无法比拟的。如果仅从电子技术的角度来看，我们能从电子管和晶体管的对比中发现不同之处。本页下方特别标注的，就是它们与音频放大器有关的几方面。
仅以这几个特点，我们很难想象为什么电子管会适合于音频设备，而且能让人在听音时感到柔和、温暖、醇厚。所以，还须联系以下几个相关知识点进行理解。
1、音色
音色即声音的特点，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的基频所产生的听得最清楚的声音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。而在泛音当中，唯有二次、三次谐波产生的泛音强度相对最大，直接影响到听觉感受。人耳对于偶次谐波是欢迎的，基音的偶次谐波越多，表现出的听觉感受就越“柔和、温暖、醇厚”，就是人们常说的“讨好耳朵”或者“听感好”；而对于奇次谐波来说，人耳则很排斥，基音的奇次谐波成分越多，表现的听觉感受越“刺耳、生硬”，即我们常说的不耐听。电子管所具有的特性，恰恰能迎合人耳的喜好，对声音进行许多修饰。因此，我们会更喜欢电子管音频放大器的声音，这就是俗称的“胆味”。
2、人耳感知力
对于声音波形的不同包络，人耳的感知能力也不同。人耳感知的能力随着包络的变化性增强而增强。简而言之，就是人耳对于曲线的声音波形感知能力超过直线的声音波形。而上面我们讲到的电子管过载失真时，产生的是曲线的波形，而晶体管产生的是直线的削波。这样，人耳就能感知更多的电子管的声音信息，细节也就变得丰富起来。
3、两种放大器的主要区别
晶体管(包括分立器件电路和集成电路)功放的电声技术指标(主要是静态指标)已经明显超过电子管功放，但事实上晶体管功放的音质却不如电子管，总觉得声音硬一些，特别是高频发刺、发燥，其中存在着一种“晶体管声”或“金属声”。这是数十年来音频领域长期争议的问题，现在已基本澄清。
图1 电子管功放的过载曲线比较平缓，没有严重削波。
电子管功放与晶体管功放所需的功率储备很不相同，后者需要很大的储备功率量。电子管的过载曲线比较平缓，而晶体管功放在过载点后非线性畸变迅猛增加，而对信号产生严重削波。换言之，对同等功率的功放而言，电子管功放可以保证回放的音质，而晶体管功放的音质相比之下就显得较差了。
另外，晶体管功放的开环增益量往往很大，开环指标往往不如电子管功放。而它的优良的电声指标是依靠施加了很大的负反馈达到的，为了抑制寄生振荡，晶体管功放中往往采用滞后补偿。这使得晶体管功放存在着发生明显瞬态互调畸变的机会，造成音质变坏。
4、声音的软与硬
电子管放大器的核心部件是电子管，电子管放大是通过控制栅极上的电压变化从而改变由阴极到阳极上电子束大小而实现的，我们可以改变电子管的阳极电压对电子束“加速”或“减速”，在外加电场不断变化的作用下，电子束大量电子的频繁碰撞增加了运动的复杂性，某一信号在某一时刻作用下脱离阴极的电子束，当到达阳极时速度和其浓度已非原样，而且在栅极信号电压作用下，电子束到达阳极时一致性变差，最终表现为换能速度慢，听觉上表现为一种“软”态。而晶体管放大器就不同，晶体管的放大是通过基极控制由发射极到集电极的载流子量来实现放大的，相对电子管来说由发射极到集电极的载流子是基本不需要“渡越时间”的，集电极电压也是影响不了载流子的速度的(晶体管的恒流特性)，这一点可以从电子管和晶体管的特性曲线上一目了然地看出，同时，由发射极到集电极“漏掉”的载流子也是极少的，声音在听觉上不会有“软化、柔和”的表现。
总结
通过上述分析，电子管音频设备音色温暖、醇厚的原因已完全展现在您面前。电子管多媒体音频设备具有平滑波性的特性，可以降低多媒体声卡的数码味，使声音顺滑；而且中频表现突出，在播放人声、室内小品乐曲时，具有晶体管(或集成电路)组成的多媒体设备无法比拟的感染力；不过，播放大动态的交响乐、打击乐，或现代摇滚乐就不是电子管音频设备的强项了。
最后，希望大家在了解电子管音频设备和晶体管音频设备的不同特点以后，能更理性地选择多媒体音频设备，从自己喜好出发做出选择。
小知识
基音与泛音
以常见的吉他为例，基音是指当拨动某根弦之后，弦在全长振动下所发出的让我们听得最清楚的声音。那么泛音又是指什么呢？有了基音的概念之后，相信理解泛音的产生并不困难。弦的全长振动是肉眼可见的，我们能看到被拨动的弦在一定范围内来回振动。不过，除了肉眼可见的振动之外，弦不同比例的部分其实也在作细微的振动(离弦中端越远的部位的振动，就越不容易被察觉到)，而这些振动所产生的音都是高于基音的，也就是泛音。我们常说的音色就由泛音的多寡与强弱所决定。
●电子管放大器是一种“电压”放大器，而晶体管放大器可以认为是一种“电流”放大器，它们的工作机理是有所区别。
●电子管的信号失真特性远远大于晶体管，电子管放大电路中，信号的偶次谐波失真大，奇次谐波失真小(晶体管则恰恰相反)。
●电子管放大电路具有相对较高的过载能力，当输入信号的瞬时峰值(包括正负峰值)过载时，电子管不会出现明显的削波，而只是让峰值的尖端变圆，这样的圆滑作用，可以保持信号的相对完整性。相对地，晶体管则会出现直接削波。另外，当晶体管在超过极限参数使用时，会在瞬间损坏，而电子管却可以正常工作，对性能影响不大。
●电子管的输入、输出阻抗都比较高。输入阻抗高，说明它对前级的影响很小，可以更好地保证前级电路的工作状态；输出阻抗高从电路原理上讲不是好事，因为在功率输出时它需要用变压器进行阻抗变换，造成成本上升，不过变压器的存在对音色往往有积极有利的一面。 |
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