RIAA唱頭放大器設計製作

文/吳立民

在您理解負迴授網路的概念後，就可以輕易的設計出御用RIAA唱頭放大器，一點也不困難。

我們的答案是，裝置唱頭放大器是非常簡單的，只要您大致理解OP的運用，懂得依樣畫葫蘆，大概只要花個半鐘頭，就可以銲出一部唱頭放大器。

唱頭放大器的存在有兩層意義：首先，是因為LP唱盤上拾取訊號的唱頭輸出電壓太小。以MM動圈唱頭（Moving Magnet）而言，典型輸出電壓為3mV左右，這與一般CD唱盤或DAC標準的2Vpp輸出電壓相去甚遠，如果直接輸入前級或綜合擴大機的LINE或AUX檔位，音量是微乎其微的。

其次，『唱頭放大器必須針對不同的頻率，提供不同的放大率』。這是因為LP唱盤在發展之初，面臨一個難題，就是大動態低頻佔用的軌跡較大，如果唱片中的大動態低頻特別多，恐怕只能容納不到十分鐘的音樂。為了讓LP唱片徹底的做到長期間播放（LP，LONG PLAYING之意），美國錄音協會RIAA制訂一個標準，以特定的曲線縮減低頻、擴張高頻，如此一來，LP便能容納最多的音樂（因為低頻軌跡變細了！）。日後播放時，再利用一個頻率響應與上述曲線相反的放大器還原音樂風貌即可。

1. 放大MM唱頭的低輸出訊號。
2. 以特定的頻率響應曲線還原音樂真貌，我們稱該曲線為RIAA，因此，唱頭放大器又被稱為RIAA放大器。

我們一再強調RIAA放大器是在簡單不過的東西，就讓我們把實際電路畫出來，並與電型的『非反相放大器』作一比較：

RIAA唱頭放大器與非反相放大器比較圖

我們在圖面上以OP來代表一般放大器（不管是OP或電晶體構成的放大器，基本架構總不脫正相輸入端、反相輸入端、輸出端，讀者應學著辨識）。RIAA唱頭放大器與典型非反相放大器最不同之處，是以『兩個電阻、兩個電容』取代一只電阻。在這個兩個電阻、兩個電容加入後，將會產生特殊的頻率響應，還原LP唱片中的音樂。

至於Ra、Rb與Ca、Cb的設定，可以參照RIAA提出的公式：

1. Rb*Cb=3180uS
2. Ra*Ca=75uS
3. (Ra*Rb)/(Ra+Rb)*(Ca+Cb)=318uS

這就是迴授型（NFB）RIAA必須遵循的幾個轉折點，如果您對電子電路有概念，可以自行求出無限多解，求出值必須與零件現有值配合才行。

想當然爾，如果我們在上述四個元件動手腳，改變一下響應曲線（也就某種程度的違逆RIAA標準），就能創造出不同的音色，您要多一點高音、深厚的低音，其實一點也不困難。

在上表中，我並未解釋Rc。Rc大致與網路精度無關，其值越低，放大器的放大倍率越大，如果您不打算另外裝一部前級，Rc就可以設低一點，但Rc值越低，OP會工作得比較辛苦。另外一點，Rc可與迴授電容（圖上並未加入，請參考『異想天開的直流放大器』一文）構成另一個低頻轉折點，阻隔唱盤轆聲、超低頻。這個轉折點並非必須，我自己也未加上。

以我個人的裝機經驗來說，會選擇最後一組，但數值可以略為修改：0.0239uF可改為0.022uF，0.00664uF可以改為0.0068uF，這樣所有數值都可以在零件行取得，而誤差相去無幾。我曾經以許多不同的架構、元件，甚至OP套入Hafler DH-110 RIAA網路，共同的特點是音色柔美溫和，絕對沒有任何刺激感，很耐聽的。此網路數值在DIY圈內相當盛行，裝過幾次RIAA的人，幾乎都可以熟背此數值（我也準備好幾套同數值元件在家中備用）。過去音響技術時代的PRO217、PRO220前級也都採用相同數值，絕對值得信賴。

輸入端有兩個元件，47PF電容與47K電阻，這稱為唱頭負載網路，目的在於提供唱頭穩定的負載特性，維持輸出響應的精確。對不同的唱頭來說，會存在一組特定的負載網路數值，47PF與47K只是典型值，但雖不中亦不遠矣！在缺乏精密儀器與LP測試唱片的輔助分析時，請使用我們建議的47K//47PF。

初學DIY的朋友會很納悶，為什麼一般買來的唱頭放大器也沒聽說要調整唱頭負載，自己裝的唱頭放大器卻留下這個可調空間？是不是外頭賣的唱頭放大器設計特別優異？不是的。一般市售的唱頭放大器，為了方便起見，根本就省掉唱頭負載可調的功能（也不教育讀者這點）。由此可以發現DIY的好處：如果您是懶人，使用47K//47PF可以發揮唱頭八、九成功力；勤奮一點的朋友，偶而換換網路數值，譬如試試51K//47PF，或許又有不同的體驗。

有些Hi-End唱頭放大器注意到這點，會在設計時預留不同負載，使用者可以透過旋扭或指撥開關切換，讀者如果時間較充裕，或許可仿效此法。

台中的大頭昌兄提到，該如何利用OPA134前級電路板來裝配唱頭放大器？請參考以下電路，並將劃框的部分，修改為RIAA放大器：

OPA134前級架構

此時，OPA134前級架構變成：緩衝-音量控制-RIAA放大-緩衝，電路如下：

以OPA134前級改裝RIAA放大器圖

讀者應該注意到了，47K//47PF的負載網路已經從中間移到最前方，這是因為負載網路是給『唱頭看的』，應該最靠近唱頭，才能確保響應的平整。

實際以OPA134前級電路板裝機時，會遇到零件無法容納在電路板上的情況，譬如輸入端的47PF小電容，可以併在電路板下方；至於迴授網路的兩個電容、兩個電阻，可以先絞合後（就像真空管機手搭棚的作法，利用零件接腳把彼此接起來），銲在電路板背面，這樣比較美觀。

以OPA134前級電路板裝機時，可以有兩個彈性：

1. 如果您打算捨棄前級，可以稍微增加第一級的增益。換句話說，將JMP的位置改為電阻，類似原先OPA134前級第二級放大的作法，當設定為10K//1K的組合時，放大率為11倍。
2. 如果仍維持原有前級，可將音量控制器省去。只要把IN與OUT短路即可。

如果面對輸出電壓更低的MC動圈唱頭（數十分之一於一般MM唱頭輸出），OPA134前級電路板也一樣管用：第一級當成前-前級，提供30倍左右的增益；

第二級改為RIAA唱頭放大器；至於第三級，可以設定為10倍左右的增益，這樣就可以省去前級！

不論您決定如何裝機、架構如何設定，都務必在完成後量測輸出直流，是否在0.1V以內？如果高過此值，在輸出端加上3.3uF以上的輸出交連電容。

由於唱頭放大器處理的訊號電壓相當微弱，因此對電源極為敏感，處理不慎時，可能導致哼聲雜訊。不過請放心，只要濾波電容夠大（建議2000uF以上），接地不弄錯，普通的LM317/337已經夠用。不過我更建議您使用電池供電，兩個4AH的電池足可維持一個月以上的播放（不斷電的情況），簡單又音質純淨，值得一試！

如果裝機上遇到任何問題，歡迎讀者至『DIY討論區』提出疑問或看法。