趁著週六老婆小孩回娘家，開車去苗栗拜訪十餘年不見的寶木軒徐老師，徐老師依然是熱情好客，話匣子一打開就天南地北，談起台灣的音響發展，站長和徐老師兩人只能相對苦笑。近年來徐老師反璞歸真，東西越玩越簡單，把他歷年收藏的好貨清理了好些出來拍賣，趁著站長拜訪，徐老師給站長出了個題目，是關於目前很流行用古董600 Ohms匹配變壓器接在CD唱盤輸出端，該怎麼接才正確？這種玩法似乎在世界各地都很流行，據稱療效驚人，CD數位聲立馬變成LP類比聲，清水變雞湯，徐老師手上有好些WE的600 Ohms變壓器，臨行時站長帶走了兩顆大名鼎鼎的Western Electric製造的REP120C回家測試，真是兩手空空而來，行囊滿滿而歸啊。

Western Electric REP120C變壓器

如果讀者跟站長一樣十幾年前在西寧市場或是更早在灣裡拆船時代就開始收集破銅爛鐵，一定會看過很多Western Electric製造的設備，上面大大小小變壓器一堆，除了WE以外，也常常可以看到其他品牌的變壓器例如UTC、Triad、Sangamo以及Chicago Transformers，這些變壓器有很多都是600 Ohms，有的在初級，有的在次級，有的是初級與次級都是600 Ohms，也有的除了600 Ohms以外還可以透過不同接法改成不同的阻抗，提供一些升壓降壓。這些變壓器的大小也可以差別很大，大的差不多是便當大小，小的可以比千輝打火機還小，平平是600 Ohms變壓器，為什麼有這麼多不同的型式呢？600 Ohms匹配變壓器到底是個啥東東？且聽站長講古：

這一切要從電報(telegraphy)系統說起，啥是電報？喔，有看過小勞勃狄尼洛飾演的福爾摩斯第二集的應該很清楚，電影裡福爾摩斯要華生從瑞士拍電報回蘇格蘭場查扣犯罪天才莫里亞蒂的財產(站長從國中時期開始就是福爾摩斯迷，這個小勞勃狄尼洛演的娘娘腔版福爾摩斯讓站長看完想罵髒話，你還是乖乖去演你的鋼鐵人吧)。在電話很稀有的年代，電報是平民百姓即時長途通信的唯一方法，它可以把文字變成電氣訊號，透過一對銅線傳到遠方，很像今天的email，只不過你不是在電腦上收信，電報局會派人來通知你。最早的電報系統採用像摩斯電碼之類的發報方式，傳送員敲著電鍵把英文字母編碼送出，接收員則很快的把收到的電碼抄寫下來，遙想站長當年為了考火腿執照，整整一個月聽著滴滴答答的錄音帶練習摩斯電碼解碼。隨著電話系統的進步，電報系統並沒有立刻消失，而是與電話系統共存了好一段時間，例如在1935年發展的Telex系統，可以在一條電話線乘載25個電報通道，每個通道的字符速率(baud rate)是45.45 Hz，當然這個時候傳送與接收都是自動化了，訊號也不在是滴滴答答的摩斯電碼，如果只是要傳遞消息，利用電報仍然比昂貴的語音通訊來的划算。

由於電話系統與電報系統共用纜線，傳輸的距離又很遠(數公里、數十公里甚至數百公里)，訊號線不能以單純的電阻來模擬，必須考慮導線上面的電容與電感，這在電磁學上屬於傳輸線(transmission line)設計，簡而言之，所有的傳輸線都有一個特性阻抗(characteristic impedance)，至於為何古董匹配變壓器大部分都是600 ohms？站長找了一些資料，歸納的結論是600 Ohms是早期電報時代或是電話系統萌芽時期用的傳輸線特性阻抗，早期的電話線是掛在電線桿上的，如果有兩條8AWG銅線彼此相距約一英呎，這對線的特性阻抗就是600 Ohms，雖然後來的電話線因為crosstalk問題改用絞線，600 Ohms的系統卻因此沿用至今。

隨著時間的演進，第一個廣播電台誕生了，這些廣播電台需要傳遞音頻訊號到遠方例如發射站，很多是利用原有的電話線傳遞，也需要很多接線把音響設備(麥克風、擴大機等)連接起來，當初搞廣播的那票人和搞電話系統的都是電話公司的人，只是分屬不同部門，因此很自然的就會把電話公司的系統照單全收，600 Ohms系統於是成為廣播工業的標準，接下來就是600 Ohms系統被專業音響業者採用，因為他們的器材必須跟廣播公司相容，至此600 Ohms一統江湖，成了橫跨通信、廣播與專業音響的共通阻抗。

由以上的觀察，不難發現同是600 Ohms系統，不見得頻率特性都適合音響使用，這是第一個問題。第二個問題比較有趣，在通訊系統裡，為了達到最大功率傳出，發射器內阻，導線阻抗與終端電阻必須完全匹配，否則會影響傳輸距離，因此，一般的設計觀念就是發送端設備的輸出阻抗等於接收端的輸入阻抗，中間再接上特性阻抗與輸出入阻抗相等的傳輸線。在音響用途上，由於訊號線長度頂多一兩百米，這個最大功率傳輸的需求不見得成立，以這個距離，在音頻範圍內，根本不必考慮傳輸線特性阻抗的影響，匹配變壓器的角色最主要的是提供電氣訊號隔離，解決地迴路電位差引起的哼聲問題，因此匹配變壓器的 阻抗不見得非要配合導線特性阻抗不可。到了近代，一些工程師發現他們需要的是最大電壓傳輸，而不是最大功率傳輸，換言之，他們希望發送端設備的內阻越低越好，而接收端的輸入阻抗越高越好，這也就是今日所有音響器材的共通特性，也因此現代音響用的匹配變壓器的選擇就比較多樣了，除了600 Ohms以外，常見的還有10k Ohms。

拉里拉雜的談了這麼多，無非是想讓讀者了解600 Ohms古董變壓器百百種，每種都各有當初設計的目的與用途，例如WE REP系列，REP是repeating coil的意思，這個系列的變壓器當初設計是用來改善電話線longitudinal balance的，把這類變壓器套用在CD唱盤輸出會有什麼結果呢？讓我們繼續看下去~~

從變壓器的角度來看，阻抗數值是沒意義的，比較重要的參數是初級與次級電感，漏感量與雜散電容，前二者決定低頻響應，第三者決定高頻響應，由於拆船變壓器設計不能被更改，我們能做的就是掌握這幾個基本參數，搭配適當的訊號源和擴大機阻抗，讓站長藉由下面一系列PSPICE模擬，讓大家能夠有更深一層的了解：

WE REP系列變壓器原廠特性資料

頻率響應模擬電路

在上圖裡，我把CD唱盤的輸出電路被等效成一個戴維寧電路，包含一個理想電壓源和一個串聯電阻，接在變壓器的左側，這個電阻是輸出電路的內阻，通常可以在CD唱盤的規格書裡面查到，一般 OP輸出或是晶體輸出級應該會在數十ohms至數百ohms之間，例如站長的Studer A725 原廠資料RCA輸出是<500 Ohms，站長查了A725的電路圖，NE5532輸出端串聯了兩支220 Ohms的電阻，加上NE5532本身的輸出阻抗，與Studer的說明書公布的數值相差不遠。如果是CD唱盤採用真空管輸出級則輸出阻抗有可能高至1k Ohms以上。圖中的變壓器是理想變壓器，在這裡站長僅就低頻響應做模擬，不考慮雜散電容對高頻的影響，以一般的600 Ohms變壓器來說，由於繞組感量都不高，高頻響應通常不是問題。初級繞組和次級繞組的電感量為500 mH，略等於WE REP 120C的550mH。為簡化問題，不考慮銅損(變壓器繞線電阻)與傳輸線，因此右側的變壓器次級直接接在負載電阻上，我們先就匹配變壓器原始的設計，也就是訊源輸出內阻600 Ohms，負載電阻600 Ohms來模擬，模擬結果如下：

Rs=600 Ohms，Rl=600 Ohms低頻響應

從上圖可以看到由於訊源輸出阻抗等於負載阻抗，輸出電壓剛好是訊源的一半，以dB表示就是-6dB，在上圖裡1kHz~100kHz的水平線就是-6dB，在低頻部分，訊號從1kHz以下開始滾降，-3dB點在100Hz左右，到了20Hz衰減超過18dB，這樣的頻率響應，顯然不是我們希望的，站長曾看過很多人這樣接，大讚人聲好聽，聲音透明。其實這也沒啥奇怪，低頻都沒了，高音能不清楚突出嗎。

 接下來，我們不改變訊源內阻，把負載電阻從600 Ohms一路變化到60k Ohms，看看對頻率響應有何影響，模擬結果如下：

Rs=600 Ohms，Rl=600(buttom)、6k(middle) 與60k(top)

上圖裡有三條線，最下面的淺藍線是負載電阻600 Ohms，紅線是6k Ohms，而最上方的藍線為60k Ohms。從模擬結果不難發現負載電阻越高，傳送到接收端的電壓就越高，問題是負載電阻越高，低頻的響應就越差，-3dB點可以差到幾十Hz，太棒了，只剩高頻，聲音又更清楚了，噁~~

看了這麼多壞消息，難道沒有一些振奮人心的好事嗎？有的，請看下面模擬，訊源內阻改為50Ohms，負載電阻為600、6k與60k Ohms：

Rs=50 Ohms，Rl=600(buttom)、6k(middle) 與60k(top)

哇，頻率響應是不是好了很多呢？就算負載電阻高至60k Ohms，低頻-3dB點依然維持在20Hz以下，這也解釋了為什麼很多人測試古董變壓器，特性都很好，真的上了電路卻不是那麼回事，變壓器的頻率響應跟兩端電路的阻抗值息息相關，一般人常常是用訊號產生器接上示波器測量，一般訊號產生器的輸出阻抗都是50 Ohms，頻率響應當然好。

接下來我們變化不同的訊源內阻，看看訊源內阻對於頻率響應的影響：

Rs=50、100、200、400、800，Rl=60k Ohms

上圖的訊源阻抗從上而下分別是50 Ohms、100 Ohms、200 Ohms、400 Ohms和800 Ohms，負載電阻設定為高阻抗60k Ohms，從這張圖我們可以清楚的看到訊源內阻越低，低頻響應就會越好，反之則反。換個角度想，如果訊源內阻不能改變，要如何挑選變壓器呢？答案就是電感量，請看以下模擬：

Rs=600 Ohms,Rl=60k Ohms，primary and secondary inductance:500 mH,、1H、2H、4H、8H

上圖是在訊源內阻600 Ohms以及負載電阻60k Ohms的最差條件下，變更變壓器電感量的結果，曲線由下而上分別是500 mH,、1H、2H、4H、8H五種電感量，當感量到達8H時，低頻響應-3dB點也可以達到20Hz以下。

經過以上模擬，相信讀者已經很清楚匹配變壓器該如何挑選了，以WE REP系列而言，比較適合真空管輸出訊源的應該是111C和119C，初級電感分別高達40H與50H。在此提供站長挑選變壓器的一個秘密，這個祕密本來只有三個人知道，一個是我，一個是原變壓器設計者，另一個我不能說。這個秘密就是：大就是好，又大又重更好。變壓器這玩意就是這麼簡單，體積大就是鐵心大，重就是銅線多，銅線越多電感量越大，就算特性不行拆了當廢五金賣也可以賣比較多錢。

接下來開放發問，請舉手發言。

嗯，後面第三排的小胖弟發問：請問英明帥氣的站長，如果我的Studer A725真的很想接匹配變壓器怎麼辦？
好吧，既然小胖弟你這麼老實，站長就指示你一條明路吧：你是豬頭嗎？A725的平衡輸出就已經有輸出變壓器了!換下一位發問。

前排的宅男女神安心癢舉手(哇，boob真大~~)：請問站長如果是Revox B225之類的CD唱盤有辦法接初級感量很低，例如WE 120C之類的匹配變壓器嗎？
站長回答：不愧是女神，問的問題有水準多了。B225的RCA輸出阻抗跟A725一樣，都是500 Ohms，如果真的癢得受不了，卻又堅而不久，又或久而不挺，就只有靠偉哥了。山不轉路轉，把B225輸出端的兩支電阻短路，讓NE5532硬起來，低頻響應就上去了，偉哥的副作用是心跳加速，面色潮紅，NE5532因賣力演出而體溫上升，可能更添風情也說不定。

小胖弟又發問了：請問站長是否所有採用OP AMP輸出的CD唱盤都可以用類似的方法降低輸出阻抗？
站長回答：看不出你這臭小子還有點深度。沒錯，像Philips CD880輸出也是NE5532串聯兩支100 Ohms電阻，把電阻短路或是阻值改小都有幫助，不過站長沒親自試過，人不是我殺的，有什麼副作用請自理。

尾聲

本文僅就技術部分說明搭配古董變壓器的可行性，至於在聲音上面的影響，就留待各位玩家細細品味了。站長最近精神分裂嚴重，常常看到安心癢，該去看心理醫生了，下回見。

2012/6/9 update
剛跟徐老師電話聯絡，徐老師已經答應提供站長他歷年收集的各式WE變壓器讓站長測試，站長會在另一篇文章公布測試數據。