变压器音量调整-音量牛TVC
左增军 / 2025-01-05
说起音量调整变压器（Transformer Volume Control缩写TVC），最早在上世纪20-30年代，西电（Western Electric）的7A放大器就有采用。20年前就又流行起来，一阵风一样后来就沉默了，但差不多每年都会有客户定做。鉴于前些时候德国客户OEM了一批36档音量牛，加上每年都有零散客户定做各种样式的音量牛，且有些客户对音量牛有些误解偏见，我这里索性开一个话题详细聊聊。
20年前音量牛的确火了一阵儿，因为简单易做，你做他做我也做，性能良莠不齐，很多产品的制造并未经过“临床”就大量上市，导致发烧友对音量牛的效果“刮目相看”。后来，音量牛便逐渐淡出发烧市场，这并非音量牛的错。变压器这个行业入门门槛非常低，懂点常识就可以做。只是做到一定水准，还是有一定难度。君不见世界这么大，总共有几个好的变压器品牌？也就是国人聪明，外国人做不好的东西，国内人人皆可以做好。面对混乱的市场，可能会有朋友说：那咋了（So what）？买不起名牌还不许用个假的？我乐意，咋了。
这里我啰嗦几句人们习以为常的错误：钢琴，意大利语形象的称之为Pianoforte，既是弱音Piano和强音Forte合成，后来被不正确的简化为Piano。早期懵懂的国人被外国人蒙蔽说是钢制造的，称之为“钢琴”流传至今。本来大部分是木头制作的琴，虽然有“钢丝”但并不代表其功用也不代表主要材料，跟“钢”关系不大却称之为钢琴。还有，我们都知道“不积跬步无以至千里”这句话，这里本质是举足一次为跬，举足两次为步，比如说左脚抬起一次为跬，落下后右脚再抬起一次合起来为步。也就是左右脚各抬一次为一步。可现在几乎所有软件的记步方式都按照一跬为一步，一天一万步，实际上只是五千步~这种记步方式，人们喜欢（欣喜的认为自己运动了多少步），商家乐意（逢迎用户心理而不寻求真理），何乐而不为？。我不能改变这种现状，不过起码自己应该知道，什么才是正确东西。音量牛也是一个被少数人玩儿坏了的“东西”。
作为音量控制用途，主要是通过变压器不同抽头取得。由于变压器绕制工艺控制，一般情况下圈数可以保证绝对的一致，这样可以保证两个甚至所有音量牛的绝对同步。虽然因为绕制工艺等不同，会带来少许的偏差，但只要工艺上保证，基本可以做到误差非常小。发烧，我是认真的，但允许各种现象存在。
既然主要是靠变压器抽头调整音量大小，那么音量牛就有自耦（Autoformer Volume Control简称AVC）、互耦（简称TVC）之分。自耦方式简单直接，理论上可能是“能量转换”最好的方式。其实不然，理想只是理想，现实却很现实。我喜欢动手，实验证明，很多理想的东西，经不住实际的检验，有时候结果还会相悖。所以不要活在理想世界，血淋淋的现实才是真生活。举例一个电源变压器，假如想要一个输出100W，从0-220V输出的电源，采用单绕组自耦，抽头调整的方式输出，大家都知道这是不可以的，这个时候只能调整输出电压，不能输出相应的功率，而且输出电压越低的位置，输出功率越差，比如在输出10V时，只能输出10V/4.5W的功率，无法提供全部抽头的满功率输出。自耦变压器，不能给各抽头提供最好、高效的输出。尤其是音量牛在实际使用时，音量都不会开到最大，一般在九、十点的位置，因为音量牛是指数型关系，这个时候的抽头在整个绕组的圈数的3%左右（比如说最大档为1000圈，这个时候只有30圈左右），自耦音量牛在这个时候的输出性能是很糟糕的，比如说频宽很差、失真较大。因为其自身特性就是，圈数越少的地方，输出性能越差~我只能说这些，现在测试条件都比较方便，大家都可以很简单的自行对比测试、试听。
设计音量电位器，说简单很简单，无论自耦还是互感，能调整抽头获得不同的输出就算“音量调整”牛。但这仅仅是有音量调整用途，而非好的音量牛。好的音量牛，首先要求全部调整档位能获得相同的输出特性，比如频宽、相位、失真等，再就是要求这些指标尽可能的好。
1、插入损失：这个可以这样理解，假设原本音源输出1V电压，接上这个变压器以后输出电压变为0.8V（可能在不同频率有不同的输出电压），那么插入损失2dB。有的音量牛接上以后声音发闷，主要是这个原因。
2、适应信号电压的范围：对于一般场合，音源是CD机之类，选择2-4V电平的音量牛，如果是DAC后面，可选AC 1-2V规格的，假如这个音量牛前面是前级输出，比如说一部后级用的音量牛，前面还搭配一部前级，这个时候现需要选择4-8V电平的音量牛。假如不按要求选择，直观一点说，就像电源变压器初级，把220V接到110V端，会有什么结果？虽然音量牛是小信号传输，不会烧毁，但性能会恶化。同样，大信号的音量牛，也不能用于小信号位置，因为铁芯的非线性，大信号电平的音量牛，用于小信号电平的时候，总谐波失真明显增高。
3、初级电感：因为初级电感直接反应的是感抗，也就是在电路中呈现出来的“阻抗”，我们都知道这个“阻抗”大一些，相当于前面输出的负载变得轻了一些，对前面的性能影响变小（虽然即便是短路也不会烧毁前端）。变压器的初级电感也不可能无限大，因为这样自身性能又会变差。按照感抗计算，假设信号线的视在阻抗是600欧姆，如果想要在负载RL上得到最佳传输性能，将信号线的影响降到最低，RL应该是信号线阻抗最低十倍以上，即RL=6k以上，这样可以简单的认为信号线带来的影响是十分之一（所以我们希望变压器阻抗大一些才可以）。假如前面是CD机，输出频响足够宽，就按照低频20Hz计算，那么这个RL=6000Ω、频率20Hz时，按照感抗计算公式XL=2πfL，初级电感需要50H。就按照6kΩ电阻计算，在2V信号输出回路中，自身消耗3.33mA电流（曾记得有位客户定做50W电源变压器，要求220V输入时空载电流小于1mA，这应该是可以做到，但是。。。）。大家看看自己所用的变压器初级电感是多少？
有关电感的测量（前面文章我已经有多次提到），也可以按照下面公式，业余条件下就可以轻松计算变压器初级电感（Tango变压器经常采用这样测试后标出相应数据）：玩胆机的朋友，手头很容易找到2.5V-6.3V的交流电压（测试小信号牛不要用较高电压，否则铁芯容易饱和。同理可用于测试输出变压器，参见之前的文章），然后找一个10欧姆左右的电阻，测量出实际阻值是多少（注意首先短路测试表笔，看一下读数是多少，减去这个数才是实际阻值），然后按照下面计算方法，轻松知道自己变压器初级电感值。
当然，按照这个方法，可以进一步知道自己的变压器适用于多少V的电平线路工作，也就是当用于多少V的时候铁芯饱和了：按照以下步骤，从1-2V开始，逐步增加交流电压，VL、VR电压值变化相对是线性关系。如果增加到一定电压时，两个电压不是线性关系，那么就是铁芯饱和了。比如1-2V时，VL/VR值基本相等，增加到5-6V时，VL/VR值变得不同，那么这个变压器最好用于小于2V内的线路电平上，否则性能大打折扣。因为这只是在50Hz时的测试，如果是20Hz呢？
4、相移：音量牛需要每个抽头的相移尽量小且尽量一致，这样在调节音量时，会得到相同的信号传输。
5、频响：音量牛要求最大至最小抽头的频率相应相同且尽可能宽，否则大小音量状态的听感不同，会给人造成不舒服的感觉。当您听理查德·克莱德曼（Richard Clayderman）弹奏的《致爱丽丝》时，只听到乐曲的欢快，没感受到伤感的细节，那么就是没有正确理解贝多芬的忧伤。
说到频响，一般音响设备标准都是规定20Hz-20kHz的性能，很多变压器为了指标好看，只注重50Hz（甚至大于50Hz）-20kHz以上的频段，这样的变压器体积自然小巧，高频容易做好、表现好。其实高频好不好，要看低频到哪里，频宽是相对宽度，不是绝对高度。人们青睐高频多高，只是高频容易出亮点。但是，我们听音乐，除了耳朵主要“听道”，还有空气振动传输，皮肤感受的影响。大家在家里欣赏音乐，总不及现场那种享受，这主要是皮肤感受到的空气振动带来的帮助。其实，我们每个人从未出生的胎儿时，就开始通过声波的振动“感受”世界，胎教就是这个道理。贝多芬出现听力障碍的时期，用木棒“连接”耳朵，感受音符的变化。音乐会上，听障人士用手扣紧气球，以感受空气震动享受音乐。但是空气振动传输，主要是低频，几Hz到几百Hz，高频很容易衰减。地震前，动物迁徙，主要是感受到了振动波。理论上，低于20Hz我们耳朵是听不到了，但是低频震动的能量，身体还是可以感受到的。所以不要认为反正低频听不到就不去管它，相反我们要认真对待低频。
6、音量衰减：我们知道音量电位器是指数型的，音量牛按照平均每档衰减相同的分贝数就可以，比如每档衰减2dB，24档总衰减40-50dB基本满足使用要求，这样的调节也基本满足人们的听音习惯。假如使用的是低电平放大器，也就是放大器的增益比较高，满功率输出时输入灵敏度在100-300mV左右，这时音量第一档输出应该控制在几个mV以内，可以用50-60dB衰减的音量牛，或者更多档位比如30-36档。
6、感应噪音：音量牛不同于普通电位器，本身具有大电感的线圈容易感应环境噪音，从而输出“嗡嗡声”，所以音量牛需要很好的屏蔽。有的音量牛“带载能力”弱，抽头引出线用屏蔽线就会恶化输出特性，尤其是小音量状态，所以不能使用很长的屏蔽线引出。实际使用中，音量牛尽量靠近开关位置安装，接线可以不用屏蔽线，假如有嗡嗡声，可以集中一起套一层屏蔽网处理。
7、关于抽头引出方式：常规的方式是直接软线引出，然后连接到多档开关上。这个时候需要清晰的标记好各根软线的功用，否则几十根线容易出错，接错抽头顺序使用时音量忽大忽小会很讨厌。还有就是用常用的接线柱的方式，这样很容易引来感应噪音，导致嗡嗡声增加，且安装方式受限。这里采用PCB版、沉金焊盘的方式，可以清晰的知道如何接线，接线长度和方式随自己环境而定，而且不会产生感应噪音。音量牛的安装位置、安装方式任意，比如常规的倒立安装，不能在下面开孔走线，这时可以平焊好全部连接线以后，悬空几个mm安装，甚至将音量牛卧倒安装，这样接线在侧面，更加方便直观。或者就是倒立安装。也可以定做侧出接线板的方式，接线板在侧面，可以随时任意接线（附赠有10色进口特佛龙镀银软线，方便连接多档开关）。
8、关于音量牛的电压增益：一般情况下，音量牛属于无源器件，不提供电压增益，性能达到最好。音量牛输出电压增益也是通过增加消耗初级电流换取的，虽然很小，但肯定是加重了音源的负载。目前市面上有很多音量牛在初级设有抽头（自耦也是一样在原来的绕组中设有抽头），以便让输出产生一定的电压增益。这种方式只是通过牺牲性能换取的，个人认为不可取。假如喜欢有电压增益，应该是保持初级圈数不变（以便保证有足够的初级电感），增加次级圈数。按照目前看，在保证频宽、失真的情况下，做2倍的升压也是可行的，可以根据自己的需要选择。
9、关于音量牛的封装：由于音量牛自身使用漆包线很细，一般在0.045-0.1mm以内（自耦方式因为只有一个绕组，可能在0.12mm左右），为了获得良好的高频，需要使用QA直焊型漆包线，加上多达几十个抽头，这样绕组线如果裸露，环境空气潮湿、盐雾腐蚀，日久很容易发霉出现噪音甚至开路。最好的方法是真空密封起来，与外界环境隔绝，这样可以保证音量牛长久使用。
10、关于音量牛在实际应用的接线：建议首先在次级最小、最大端也就是1、24端并联30k左右电阻，这样主要是为了恒定音量牛的阻抗。我们在听音时，一般音量调整在10点钟左右，此时抽头在整个绕组的10%以内，会有大部分线圈“悬空”，加上开关切换时的“通”、“断”引起绕组电感的反峰电压而导致的噪音和失真。这里设RL=30k、Rg=120k（先不考虑放大电子管输入、密勒电容等引起的影响），当开关至于最大位置24档时，120k与30k并联，此时相当于音量牛次级呈现24k负载电阻。假如调整开关至于音量牛的最小位置比如2档时，这个Rg可以忽略，也就是音量牛次级呈现30k的负载电阻，这样就相当于音量牛无论调整到什么位置，负载电阻维持在24k-30k之间，变化很小。这样也可以改善音量牛在小音量时，因为电子管的输入电容、密勒电容对音量牛输出特性的影响，从而使输出特性始终保持一致。当然，RL可以根据自己的情况使用10k-50k的电阻，其具体表现为：阻值越小，测试指标越好，阻值大一些，其音乐的弹跳力会好一些。
下面具体的测试一个24档音量牛，看一下实际情况，先看一下各抽头衰减量：
再看一组从高到低档位的幅频特性：注意看左边dB的不同，既是测试档位的不同，从+18dB到-26dB。
下面几个抽头的相位特性：100kHz以内基本相同。
下面是100Hz-50kHz方波输出，所有抽头输出方波特性几乎相同，且到50kHz方波依然漂亮，说明总谐波失真非常低。
重要的是，看下面的谐波成分分析，输入1kHz、10kHz基波，谐波成分只有轻微2次谐波，其余谐波分量几乎为零，这并非也不可能是“刻意为之”，是独特的变压器绕组设计衍生的，其他方式则不会有，实验证明这对听感很有帮助。
我们听音乐，要听音乐的感情。好的音量牛可以带给你美妙的音乐享受，也真心期望能得到您的反馈。
