真空管大戰電晶體—-真空管音箱真的有比較好聽嗎?(下)
接續前一篇文章(前級管、後級管、整流管，真空管音箱管太多了吧!?)，我們知道了真空管和電晶體其實是功能類似的訊號放大元件。
▲電晶體(左)和真空管(右)簡化示意圖，兩者的功能相近
但自從體積小、成本低，維護容易的電晶體問世之後，笨重、壽命短暫、電壓需求高的真空管就漸漸地走入歷史之中。這也是為什麼在現代很難看得到真空管的電視或電腦了。
雖然真空管看似過時且功能處處被電晶體輾壓，但真空管溫暖自然、富有動態的音色電晶體仍然難以達成，因此在聲音訊號的產品中還是時常能看見它們活躍的身影。
▲電晶體(左)和真空管(右)的體積差異。(圖片截自PS AUDIO頻道)
▲在電晶體發明前的電腦都是使用真空管，體積十分龐大。
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真空管音箱(Tube Amp):
TUBE顧名思義就是一個玻璃管，由於它像是閥門一樣可以控制電子的流動量，因此英國地區會稱呼他為閥門(VALVE)。
從多數人的主觀來說，真空管的音色更為豐富，由於訊號線性度佳，在人耳聽來有更好的音樂性；真空管能承受更大的電壓和過載，因此有比電晶體更寬廣的動態範圍。由於真空管信噪比(Signal-to-noise ratio)較低，因此也會有較大的底噪聲。
也由於真空管會電壓較高，但喇叭單體的阻抗較低，因此後級需要搭配輸出變壓器來匹配。通常輸出變壓器都會標示對應阻抗的輸出孔，照著指示接線基本上就不太有燒機的顧慮。
▲照著變壓器指示的阻抗去連接箱體就不會出事囉。
因為真空管體積大，且有沉重的變壓器，管機通常都做得滿重的，加上玻璃管不耐震動，並不適合到處攜帶。
▲28公斤的ROLAND JC120(電晶體)和32公斤的VOX AC30(真空管)，雖然重量看起來差不多，但是JC120有120瓦的功率，AC30則只有30瓦。
真空管音箱也是很需要留心照顧的器材，若未達到適當的工作條件時(如偏壓過高過低、真空管耗損)，真空管將無法發揮應有的實力，甚至整體的壽命都會縮短。
優點: 音色動態豐富
缺點: 大、重、昂貴、溫度高、真空管是消耗品、雜訊大、效率低(熱能散失)
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電晶體音箱(Transister Amp):
相較於內部真空的狀態，電晶體的電流通過固體的零件，因此許多樂手也喜歡用固態放大器(SOLID STATE)來稱呼它。
電晶體造價較低，由於電晶體不需要加熱，體積比同功效的真空管小，效率更高，也比較堅固。電晶體的電壓約在15~20伏特，跟真空管100~200伏特比較相對較低，因此接上4歐姆、8歐姆、16歐姆這些低阻抗的喇叭就不需要額外的輸出變壓器。
但不像真空管是消耗品需要更換，電晶體故障時要維修就較不容易。
優點: 容易攜帶、便宜、耐用壽命長、訊號乾淨、使用方便不需暖機
缺點: 做不出經典真空管音色、電路故障時不易維修
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是什麼決定了真空管和電晶體音色的差異?
從物理上的角度來看，兩者之間最關鍵的差異在放大訊號時，會產生不同的削波失真(Clipping)和諧波失真(Harmonic Distortion)。
削波失真(Clipping)
▲削波失真示意圖
聲音訊號是由一個正周波和負周波組成的連續波形，在放大這個訊號的過程中，如果電平強度(Gain值)超過了閾值(就是Headroom啦)，訊號就不能完整的通過，超出的訊號會被削減掉，就是所謂的削波失真。
舉個簡單的例子，如果有讓麥克風爆音的經驗的話，爆掉的那個聲音其實就是Clipping的訊號，雖然說削波失真在錄音時並不是一件好事，但吉他手的Overdrive破音音色的功能就是要把原本完整的訊號放大到Clipping。
▲真空管失真時的Soft Clipping波形(橘色)和電晶體失真時的Hard Clipping波形(紅色)。
真空管音箱由於電壓較高，所以對Clipping的動態容許範圍很大，增益到失真音色時仍能有較平滑的波形(Soft Clipping)；電晶體則會在訊號強度超過閾值時直接截斷。這就是為什麼增益電晶體音箱得到的失真音色會較真空管的生硬不自然。
▲電晶體(上)和真空管(下)Clipping後的波形差異，電晶體的閾值較固定，切出來的波形比較像方波；真空管閾值動態範圍較大，切出來的波形較平滑。
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諧波失真(Harmonic Distortion)
▲一個基波是10KHz的頻率，在20KHz時產生的諧波就是二次諧波，30KHz的就是三次諧波…以此類推
諧波失真的意思是指訊號在放大時，因為真空管和電晶體非線性(Non-Linery)的特性，會產生原本頻率數倍頻率的泛音，因為並非原始的訊號，所以仍稱其為失真。
▲在放大訊號過程時，若電壓有等比率的放大，就是線性放大(藍)，沒有的話就是非線性(紅)。
但諧波失真並非就是壞事，許多樂器的音色都是由許多不同的泛音組成的，偶數的諧波可以讓音色聽起來更和諧，奇數的諧波則較不和諧。
▲基波分別加入二次諧波(上)和三次諧波(下)，可以看出基數波和Hard Clipping的方波形很接近。
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接下來我們要直接比較真空管和電晶體放大訊號時，頻譜和波形會有什麼差異。
真空管:
▲在未放大到失真時，除了基波之外，2次、4次、6次相對突出。
▲上圖為真空管的波形和諧波示意圖，隨著訊號的加強到SOFT CLIPPING，2次諧波也變得更突出，
真空管放大時，雖然仍會有少量奇數諧波，但因為偶數諧波更強，所以音色聽起來還是很和諧。
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電晶體:
▲使用電晶體放大時，除了基波之外其他的諧波都相對平坦。
▲當電晶體過載至Hard Clipping時，波形看起來幾乎像是個方波(主要由基頻+奇數諧波組成)。
電晶體失真幾乎沒有偶數諧波，也因此在訊號失真時，電晶體的音色並不如真空管悅耳。
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所以真空管真的會比電晶體好聽嗎?還是要很官方的說一句，音色的喜好是很主觀的，有些人喜歡真空管過載時飽滿的音色，而像爵士樂手或許會更喜歡電晶體乾淨的聲音。像知名藍調大師B.B. KING使用的 Lab Series L5就是一台不折不扣的電晶體音箱，而說到Clean Tone最好聽的音箱，Roland的JC120也是一直榜上有名。所以究竟誰的音色比較好聽，相信每個吉他手心中一定都會有屬於自己的標準答案。
