一款1969放大器的粗浅测量

cloudfly55

前段时间在折腾无缺陷功放，有个同事看了听了心痒了，就把他床底下放了几年的一台小功放拿到公司，问我能不能改成无缺陷功放，我打开一看电路原来是1969小甲，一种怀旧之情弥漫开来......记得80年代末期父亲不再给朋友同事安装电子管收音机，机箱还是原来的机箱，但内部电路全部更换为晶体管，其中功放就是他从杂志上看来的1969电路；我自己也在90年代初期制作过一次，用来给同学的砖头录音机做外置功放推他家的破音箱，后来嫌弃其功率小，没用多久就换成了IC功放。因为1969电路简单，制作简单，又有甲类为其笼罩一层光环，网络上对1969众说纷纭，褒贬参半。比如本坛子的【给玩1969的同学的一点建议，真正懂的人可以略过】，还有好贴【降低 JLH1969 放大器 THD 失真的電路分析研究】，都值得一看。
1969功放名称源自于发表的年代，距今已有53年，足足隔了两代人的时间长度，其优点、缺点和特点网络上可以找到无数阐述的文章，另外原作者Hood在1969年发表的改功放论文我也附后。
特别声明：下述测量基于自己的好奇心，测量结果的发布提供给有兴趣和不同观点的网友进行参考；至少目前我没有看到国内网络上有这方面的资源。因此，本帖和任何商业无关。本人并不推荐1969这种在晶体管上市不久价格还比较昂贵的特定时期流行的电路，后来几十年中逐渐完善和成熟的电路和晶体管，无论性能还是听感都把当年的1969功放甩出一大截。同事的电路板购买于淘宝，照片中其Logo标志我已做模糊处理，请不要询问我商家为何，我没有义务和兴趣推荐。
一.测量环境
普源的信号发生器，300M示波器，胜利86E修改版万用表，自制音频测试电脑+RMAA+MI3.8

二.被测功放

音量电位器的轴长了，同事当年也没更换


输入和输出端子后来被同事拆除用到别的地方去了


只好自己补全输入输出端子，临时接好线（反正测量完成后要全部拆除的）
看得出变压器为100W，实测功放电源输入电压为23.6V


输出是ON的2N3055，其余为金封2N2907和2N1711，输入电容1uF，输出电容2200uF
因为没时间和兴趣做进一步解拆核实，根据Hood的电路采用9个电阻，该功放电路采用10个电阻，除去1个LED限流电阻，数量对得上。两个可调电阻应该是和旁边的固定电阻并联，为调节电流而设置。由此大致判断该电路大概率没有做自以为是的摩改。


Hood发表的论文中的1969功放原电路


滤波电路采用4个1万8微法35V的电容，没吝啬。

今天最后先发RMAA的测试结果对比，其中为1969功放在1W、2W、3W和4.8W的测量结果，超过4.8W就削波了，失真急剧增加，没有测量意义。另外4栏是我近期折腾的无缺陷功放在1W、10W、30W和60W的测试结果，可以交相对比。




根据上述RMAA测量结果制成表格


由上述表格生存THD对比


由上述表格生存IMD对比

详细的测量曲线对比，明后再发。

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推荐的资源：
1969功放作者的论文英文版下载：
1969简单甲类放大器-作者HOOD.rar (164.58 KB, 下载次数: 321)

2022-3-4 12:29 上传

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桑彬：谈谈JLH1969这个A类放大器（对原论文的解读）
谈谈JLH1969这个A类放大器.part1.rar (300 KB, 下载次数: 290)

2022-3-4 12:24 上传

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谈谈JLH1969这个A类放大器.part2.rar (300 KB, 下载次数: 319)

2022-3-4 12:24 上传

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谈谈JLH1969这个A类放大器.part3.rar (162.09 KB, 下载次数: 322)

2022-3-4 12:24 上传

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对1969的失真分析和改进：
【降低 JLH1969 放大器 THD 失真的電路分析研究】
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cloudfly55

二.1969功放的示波器测量
1.测试时实测这台1969的功放直流供电为23.6V，最大不削波正弦波输出峰峰值为17.6Vp-p，换算成有效值为6.22Vrms，测试负载8欧，对应最大不削波输出功率为4.84W，上述数值，也就是这次测量的参考边界值。
2.测量时将示波器输入通道垂直档位设置为微调，在1kHz将输入输出波形调整到尽可能重叠，并以1kHz频率的以下电压为基准，其他频率测量只改变频率。

• 正弦波测量一：输出峰峰值17Vp-p，比削波失真峰峰值小0.6，但接近于满功率输出既4.5W；
• 正弦波测量二：输出峰峰值11.12Vp-p，对应输出功率1.93W，接近于半功率输出状态；
• 方波测量：以输入820mV1kHz为基准。
  

A.正弦波测量，输出11.12Vp-p，频率依次为50Hz，100Hz，500Hz，1kHz，5kHz，10kHz，20kHz，40kHz。

















令人意外的是，1969功放在1kHz到40kHz的相位特性不错，输入输出波形紧紧跟随，值得点赞。

B.正弦波测量，输出17Vp-p，频率依次为50Hz，100Hz，1kHz，5kHz，10kHz，20kHz，40kHz。












尽管把输出电压相比1kHz削波电压调低了0.6V，但在20kHz时正弦波仍然出线明显的失真，好在这种失真相对温和，对于很多高频上限只有14kHz-16kHz以下的人，更难感受这种失真。但无论如何，这种失真导致正弦波变形，会在以后的频谱测量上产生大量的高频谐波。



似乎测量40kHz以上超过听感的信号没有意义，其实并非如此，某种程度上用超过使用条件的参数去测量，往往能发现一些问题。好比一个人在常态下会比较正常，而把他置于超压下，就可以测试出他的身体和心理的耐受程度，发现一些问题。从1969在输出40kHz正弦波来看，其正半周导致的失真会影响输入信号，是通过反馈回路，还是通过电源回路，还是其他原因导致的，需要对电路进行分析和实际的验证才能找到真实的原因。如果找到原因后能排斥这种回馈干扰，我想1969的声音表现会有正面改善的。

C.方波测量，输入820mVp-p，频率依次为50Hz，100Hz，500Hz，1kHz，5kHz，10kHz，20kHz，40kHz。

















同样可以看出，频率越高，输出会回馈干扰输入信号。
由于我很少测试功放低频段的方波，也少有记录保存，因此没有对比参考，印象中应该是不差的，尽管这个结论不严谨，也只能留到以后做其他功放测试时再留资料对比了。
我觉得就1969的构架来说，用方波去测试它并给它下一个结论，甚至以此否定它，是不公正的，至少是偏颇的。我自己的实践中，往往也只是用方波去测试放大电路的某些性能，比如瞬态，速度，相位等，而不以方波的形状去定义音质，因为在我有限的实践中，暂时还找不到方波和音质的必然的、有可重复的关联。我不认为一台通过了几百kHz方波测试的放大器音质就必然好，同样也不会认为方波测试不那么优良的放大器，音质就必然差，当然，这只是我一己之见，受制于自己的知识积淀、测试手段和实践方法。

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三.1969功放的RMAA测量



左边4栏是1969功放的1W、2W、3W和4.8W测试结果，右边4栏放上无缺陷功放的1W、10W、30W、60W测试结果，目的不是刻意挤兑1969，而是进行一种跨代对比。
先提供1969的RMAA测量文件下载，网友可以自己加载到RMAA软件中观察和分析。
1969和无缺陷RMAA测量结果.part1.rar (300 KB, 下载次数: 223)

2022-3-4 13:22 上传

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1969和无缺陷RMAA测量结果.part2.rar (80.09 KB, 下载次数: 258)

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A.1969功放在1W下的测量结果


1969功放1W下的频率响应，增大输入输出电容应该能够对低频端频响有改善。


1969功放1W下的底噪，4个1万8的滤波电容也压不住低频端的大量纹波电压，证明没有共模抑制的电路，如果不在电源上想办法，想一味地靠增大滤波电容容量来改良，事倍功半，所以1969的作者Hood在论文后部提到了电源改进的办法，可惜，至少卖这个1969套件的商家没有考虑作者的建议进行改良。
因为底噪的劣化，就会导致后面的失真度测量指标大受影响，因为纹波一样会产生谐波，而这些削波会和测试基波进行互调，产生更多的谐波。而从播放音乐信号的角度看，由电源纹波产生的大量高频干扰纹波，会一起参与对音乐信号的调制，从而让功放输出更多的原生音乐信号中不存在的信号，再混合上功放本身非线性不良产生的谐波，其频率和能量强度均不可或者难以调控，实在不是一件好事。


1969功放1W下的THD
1W下1969功放确实以2次失真为主


无缺陷功放1W下的THD
为有一个直观感受，这里贴出一张无缺陷功放1W的THD结果，和上面的1969功放1W的THD失真对比，大小一目了然，并且，2次失真也大过3次失真，岂不是这种带差分的功放失真也是以偶次谐波失真为主？既然这样，听感上也应该有特殊的味道吧？


1969功放1W下的IMD


无缺陷功放1W下的IMD
无缺陷功放1W的IMD结果，和上面的1969功放1W的IMD失真对比，一目了然。


1969功放1W下的IMD(扫频)

B.1969功放在4.8W下的测量结果(只贴出THD和IMD，其余和1W类似或接近)


1969功放4.8W下的THD
随着功率的增加，奇次谐波成分越来越大，到4.8W的时候，奇次谐波成分和比例已经和很多差分功放类似，没有了1969功放以所谓偶次失真为主的特点。如果是测量稍带一点削波的5W输出，奇次和偶次谐波在幅度上完全一致。如果说爱好1969这类小甲是以追求偶次谐波为主带来的听感，在当下音箱灵敏度普遍不高的时代，很可能在小音量下就出现了大量失真，并且这种失真不是以偶次谐波为主。实际上这台1969功放被我同事装好没听几天就丢到床底弃之不用，也就是其不到5W的功率推他的音箱根本产生不了正常的声压（音量），完全可以判断他只能调大音量电位器，让功放处于削波失真状态了，所以声音被他说得发蒙，发暗，简直一无是处。但我拿来接上我的音箱试听，避免试听大动态的音乐，并用接入示波器监测音乐信号，调整音量避免输出进入削波，尽管得到的音量不太够，同事也承认，比他原来的要好听得多，人声确实甜美，松弛，自然。排斥音箱不同的原因，其实避免削波才是使用这台功放的重点。（此段文字应该配上1969功放在5.5W出现明显削波失真但又没超过没有削波失真4.8W时的失真图，才更有说服力，有空再补吧）


1969功放4.8W下的IMD

C.1969和无缺陷功放的对比
由于测试的1969最大只能输出4.8W，因此用1969功放的4.8W和无缺陷功放的10W对比。


1969和无缺陷功放的频率响应对比（1W）


1969和无缺陷功放的底噪对比（1W）


1969和无缺陷功放的THD对比（1W）


1969和无缺陷功放的IMD对比（1W）


1969和无缺陷功放的IMD(扫频)对比（1W）


1969功放4.8W和无缺陷功放10W下的THD对比

1969功放4.8W和无缺陷功放10W下的IMD对比（4.8W）

频谱的测量，比示波器这种时域的测量，只是换了一种角度去观测同一个事物，测量结果的数据图形来看，更为抽丝剥茧。







补充内容 (2022-3-6 09:59):
无缺陷功放1W下的IMD有误，实为THD

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四.1969功放的MI（Multi-Instrument）测量

MI和RMAA同属于频谱测量，但还是有些区别。MI除了频谱测量，同时也带有时域测量，也就是可以看到波形。其次，MI是实时测量，RMAA通过生成一段测试音频一次性测量得到各种结果，而MI可以随时观察某一项参数的实时变化，这一特点对于调试放大器来说十分好用。另外，由于两种软件的算法差异，对于同一测试电脑和同一个被测设备，RMAA和MI测试结果会稍有区别，不会完全一致，但如果是对同一台设备进行一系列测试，得到的趋同性是一致的。当然，RMAA和MI还有非常多的不同，有兴趣的自己去在使用中领会吧。

1.1969功放的底噪和测试声卡的底噪对比
测试方法：把声卡的L输入端接1969功放的输出，并把1969功放输入短路，另外把声卡R输入端短路，在MI底噪测量中得到蓝色的1969功放底噪曲线，和黄色的声卡底噪曲线。这个测量的含义是可以知道声卡的测量底噪的分辨率，和1969功放的底噪频谱特征，以及底噪有效电压值。



短路后的声卡R声道测量底噪有效值为1.15uV，而1969为267.27uV/0.71=376uV。实际上功放的噪声是随机波动而变化的，267uV是变化中比较常见的，但300-700uV并不少见。（功放噪声电压除以0.71为衰减系数，因为进入声卡进行了衰减）
图中上方为波形图，等效于示波器屏幕，扑捉到的是噪声波形，两边刻度为上下限正负2mV，可见声卡R声道输出近似于一条直线，而1969功放的噪声波形极为丰富，貌似没有一定的规律。于是反应到下面的频谱特性窗口上，上下对比就看得出其纹波衍生出来的一系列频率的谐波能量尖峰非常密集，并且一直延伸到全音频频带。
我相信，采用更好的电源技术，是能够改善1969功放的底噪的，改善的意义，对音质应该是正面。这勾起了我的好奇心，但确实没有时间和精力去实践。

2.1969功放的其他MI测试截图

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五.1969功放(直流24V供电)输出功率和失真度（THD）的关系

1.输出0.5W到10W的失真度趋势


手上这台直流24V（实测23.6V）供电的1969功放输出最大不削波输出只有4.8W，于是以0.5W为间隔在0.5-4.5W之间设置了9个采样点，这9个采样点均在不削波输出范围内，在5W到10W以1W为间隔设置了6个采样点，主要采集削波后的失真变化趋势。因此，上述15个采样点以最接近4.8W的5W为转折点。


上图是根据上述测量生成的功率和失真度图表。上图左是采集的数据列表，上图右是0.5-10W全范围功率-失真度曲线，下图是0.5-5W不削波功率-失真度曲线。
从0.5-10W功率-失真度曲线来看，整条曲线类似指数曲线，特别是在出现削波的5W功率采样点之后，失真度以指数规律急剧上升。在刚出现削波失真的5W时，失真度为0.54%，稍微超过1W后，6W的失真度迅速增加到4.55%，7W达到10.9%。我再帖5W、6W、7W的MI和示波器截图，就会在脑中对将这些功率下的枯燥失真度数字和形象的削波波形产生关联。

5W MI总谐波失真(THD)

5W示波器波形

6W MI总谐波失真(THD)

6W示波器波形

7W MI总谐波失真(THD)

7W示波器波形

2.1969功放不削波输出（4.8W内）的失真度和无缺陷功放失真度的对比







在测试5到10W的时候，我是将功放电位器调整区域设置到7-12点区间，取其调节范围比较细腻，尽管如此，功放的音量旋钮也只需要稍微旋转稍许就达到6W，7W，也就是说对于这种实际不削波可以功率才5W或者10W级别的小功放，在推动普遍灵敏度不高的现代音箱的时候，真心是力不从心，稍不留意就进入削波状态，失真大增，难怪同事装好之后听了几天就丢床底下，也就是这个原因：削波导致这台1969功放的声音不可接收。而我在试听时，刻意接上示波器监测波形，保证播放动态不大的人声时不削波，并留有一点余地，大致也就是发挥4.5W输出功率左右，但一旦有大动态音乐（乐器）出现，示波器就见削波失真。第二种情况是，按照某张唱片调好音量后，再换另一张录音电平稍高的音乐试听，示波器看见削波情况出现频繁。
总而言之，不管什么功放，5W的功率其实远远不够，稍不留神，在使用中就得到大量的偶次谐波和奇次谐波，当然，如果觉得聆听这些削波产生的谐波是一种情怀和享受，我只能高山仰止。
当然，我从90年代至今，对1969并无研究，以上只是源自实测的一家之言，仅供参考。假设我拥有现在的DIY环境和条件穿越到80年代，在制作1969功放的时候，我肯定会想办法提升供电电源而增加其输出功率，比如做到20W甲类输出，其次会选用性能更好的晶体管，但绝不会选用MOS管做输出管，第三，一定会维持甲类状态，而不会把它改为甲乙类。如此改进，以我测试的这台1969功放在2016年花去530元来估算，双声道合并机可能会要花去3000元以上，考虑到1969糟糕的电源抑制比，如果再进一步做成单声道结构，只怕成本还会翻番，然而得到的功率和性能，我个人觉得不太值。因为1969功放功率可以提高到20W，但原电路结构导致的失真特性大概率不会有数量级变化，估摸5-20W范围内功率仍然维持会在0.X%级别。因此，更为合理的玩法，是胆前级，或者晶体管单端分立前级，再搭配差分功放，有成本、效率优势，功率轻易可做到50W以上，失真足够低，加上胆前级或者晶体管单端前级，一样的可以玩偶次谐波，灵活性更强。

cloudfly55

六.关于频谱测试的准确度
（此部分为兼答jingship兄。对于jingship兄在论坛很多的帖子和回复，其观点我基本上都非常认同，他是一位好师长。）

在万用表、信号发生器和示波器等设备无法满足自己在DIY中进一步深究的乐趣后，三年前就自己搭建了一套音频频谱分析测量系统，用来对DIY制作进行测量和分析。这套系统由ASUS Essence STX II声卡为核心，采用自身底噪特性优良的工控电脑主板，固态硬盘，以及在满足这些板卡供电需求条件下纹波输出控制在10mV以内的一台开关电源。搭建这个系统前后优化用了半年，声卡、主板、开关电源均做尽可能降低底噪的优化，机箱布线也做了优化，在6个月不辞繁琐地的优化工作告一段落后，这套系统测试的结果和MI官方音频分析仪RXT6001相比，尽管有仍差距，但已经不是数量级的差异，所以，本人用这套自制系统进行的各种测量，以下图为例，结果还是靠谱的。




RTX6001的THD，源自官方文档截图


自制音频频谱测量系统的THD


自制音频频谱测量系统的底噪。优良的底噪性能，是电子测量仪器的关键。本人对自制测量仪的优化几乎全部围绕降噪而努力。


声卡自环、无缺陷功放和1969功放的对比测试结果
注：RMAA的声卡自环测试THD为0.0006%，和MI的声卡自环测试结果0.000599%完全一致，印证了RMAA和MI软件在同一个硬件系统中测量和分析结果的一致性。


声卡自环、无缺陷功放和1969功放的频响对比


声卡自环、无缺陷功放和1969功放的底噪对比


声卡自环、无缺陷功放和1969功放的总谐波失真THD对比

lmkopqqaa

我认为把他做到甲类10W乙类50W，是最经济的做法，楼主不用场馆，我持保留态度。

jacksl528

很多钟情于 1969 和PASS类功放的 发烧友 都是对偶次谐波的敏感者。  
而这正是 无缺陷、全平衡类高指标放大器又缺乏的东西。

相互不可取代，只求你中有我我中有你 平衡取舍。

yygbs

潘总的电源插排没打算加个滤波？    测试环境真好
我的房子快下来了，虽然仪器没你的先进，至少DIY台面要弄得比你的大
找时间从老家把我以前做的那台1969带来武汉也测测看

cloudfly55

yygbs 发表于 2022-3-3 22:21
潘总的电源插排没打算加个滤波？    测试环境真好
我的房子快下来了，虽然仪器没你的先进，至少DIY台 ...

这个电源排插是已经接了隔离变压器和三级滤波输出的

cloudfly55

jacksl528 发表于 2022-3-3 22:05
很多钟情于 1969 和PASS类功放的 发烧友 都是对偶次谐波的敏感者。  
而这正是 无缺陷、全平衡类高指标放 ...

1969这类功放，还有一些单端甲类等，输出功率本来就小，并且只要输出功率稍大，偶次和奇次谐波都激增，根本谈不上什么“以偶次谐波为主”。不测不知道，一测就清楚，很多的言论是人云也云，是想当然的教条，是以讹传讹。

jacksl528

cloudfly55 发表于 2022-3-3 22:40
1969这类功放，还有一些单端甲类等，输出功率本来就小，并且只要输出功率稍大，偶次和奇次谐波都激增，根 ...

功率小不是问题，真正会玩1969的 知道给它配什么箱子， 它的电路结构决定了 偶次谐波的成分会比 差分、平衡输入类型的功放多。

要拿功率和负载能力 与现在的晶体管功放比 是没有意义的。

你都说了1969的出现时间据今已有53年，但基于这种电路结构的玩家至今依然乐意不绝。 你别说53年，只要HIFIdiy这个群体还在，它就会一直流传。
玩它的人也并非都是小白 或者外行，像您这样钟情于RMAA ，IMD的指标王者也很多，特别是国外。

yygbs

cloudfly55 发表于 2022-3-3 22:34
这个电源排插是已经接了隔离变压器和三级滤波输出的

那是我多虑了，以潘总的知识面肯定有这方面的考虑

qinfeng

1969便宜，声音也能满足部分爱好者的要求，所以还有市场

wangoowang

看完楼主的帖子， 忍不住上线为楼主客观的态度和严谨的实验点个大赞！ 先打好了底子， 再去适当吹点玄学， 这是正道~

wfllsw0

不管啥线路，说得有多好，有客观数据支持才算完整，可惜，有些人刻意去把主观和客观评价分开而论…

docmd

我令愿听无缺陷功放+失真前置

qinfeng

楼主推荐一款胆前级吧！

xitonghan

不是一个年代的东西， 设计思路也完全不一样

希望加入IC功放， 数字功放对比。

jingship

cloudfly55 发表于 2022-3-4 14:20
三.1969功放的RMAA测量

用什么声卡？将单独声卡测试做对比可能直观些

cloudfly55

jingship 发表于 2022-3-5 20:33
用什么声卡？将单独声卡测试做对比可能直观些

华硕老虎2，且花精力对声卡、测试电脑主板、电源，布线均经过精选和优化，自环测试指标较好

cgpad