HIFI电源探讨：开关、线性、电池、超级电容以及电子管整流电源

本文内容受益于http://audiosensibilities.substack.com，软件翻译并有较大幅度的增删。

换一种思考方式，HIFI器材里面的晶体管、电子管、运放等增益元件、电路，实际上并非音乐的真正创造者------它们只是在调制电源。

电源，直流供电，才是真正的源头，有源器件（或者写成放大元件、增益元件……）只不过是电路上的一个水龙头，与音乐信号同步开合。电源上存在的任何噪声、特性，都会即刻添加在输出的音乐信号上。

如果你认可这一观点，电源就是决定音响器材的关键所在。

直流电源的构建方式有多种多样：开关电源、线性电源、电池供电、超级电容供电……

你可以驯服市电，处理来自插座的交流电；也可以摆脱市电的束缚，使用电池供电。

• 第一部分：驯服市电高墙

绝大多数人接受了市电是能量来源这一事实，并着手处理由此产生的各种问题，将贯穿家里的交流电转换为安静稳定的直流电。三种常见的转换方法构成了一个梯度------并非价格上的梯度，而是转换过程的剧烈程度，以及有多少剧烈波动会泄漏回电网并流入大地（接地）。

• 开关电源（SMPS）处于转换过程剧烈程度最高的一端。它们以高频切割输入电源，这使得这类电源体积小、价格低、效率高，但同时也会产生大量的电噪声。这种切割会同时向​​三个方向扩散高频噪声：自身输出端、空气中以及与其他器材连接的、共享的市电。正因如此，在专业的系统中，开关电源会被隔离：使用独立的插座，远离模拟设备。它们并不邪恶，只是会发出噪声的邻居。（本文最后会介绍旗舰级开关电源产品。）
• 线性电源是传统的设计：电源变压器将电压降低或升高（电子管产品），硅二极管进行整流，电容器进行平滑处理。这种设计带宽较宽，比开关电源安静得多。其不足之处在于，硅二极管停止导通的瞬间会发生快速关断，这种硬关断会在切换瞬间注入一个小的尖峰噪声（换向噪声或反向恢复噪声）。优秀的线性电源能够有效控制这种噪声；这也正是为何仅凭“线性”这一标签还不足以定论的原因。。
• 采用电子管整流的线性电源架构与晶体管线性电源相同，只是将硅二极管替换成了真空整流管。整流电子管的导通更加平缓------没有硬关断，因此也没有尖锐的换向边沿；此外，电子管缓慢的预热过程还能实现软启动，使高压轨逐渐上升，而不是突然启动。

电子管整流还涉及另外两个概念：第一个是扼流圈：一钟放置在滤波电路中的电感，它通过抑制电流变化来平滑电流，其作用类似于一组粗暴地进行滤波的电容器，但扼流圈的作用比较温和。第二个是并联稳压：与串联在通路中调节电流的稳压器不同，电子管并联稳压器位于通路的一侧，将多余的电流分流掉，从而使电源始终保持恒定的负载。这样做的好处是电源轨的稳定性极佳，并且具有固定且可预测的需求。完整的SW1X / Audio Note式电路------电子管整流 + 扼流圈滤波 + 电子管并联稳压，实际上是三个相互叠加的独立方案，从不同的方向追求同一个目标：一个极其安静且极其稳定的电源轨，让音乐只需在其上自由发挥即可。

这一设计理念定义了一个完整的流派，其拥趸之多超乎你的想象，但它因一个决定而分道扬镳，而这一分岔点恰恰与“第二部分”中贯穿始终的张力如出一辙。在稳压一端，有SW1X、Audio Note和Tron Electric：分流稳压将电源轨锁定得既稳定又安静，从而对其进行控制。在另一端，则是那些刻意拒绝稳压的制造商------例如Border Patrol，采用外部扼流圈输入、电子管整流的电源，其电流输出远超电路实际需求，其设计理念是：原始、超大、未稳压的电源无需稳压；还有Shindo，这家拥有复古音色的日本品牌，让电源轨自由呼吸，而非将其固定。这绝非小众的奢侈之举， Allnic在现代设计中也采用了电子管整流的电源轨。因此，即便是在“市电第一家族”这个角落里，同样的问题依然浮现：是进行稳压以获得稳定的电源轨，还是保持不稳压，让它随音乐起伏？稳定性与纯粹性之争，早在这一家族中便已显现。

这一点值得特别强调，因为关于电子管供电的文献很少提及：电子管整流在某种程度上属于音色塑造，而不仅仅是降噪。这种温和的导通特性确实能消除硅器件产生的喧嚣。这是一项真实且可测量的优势，尤其是在与时钟和数字电路的比较中。但整流管也会产生电压下陷：在瞬态负载需求下，供电轨电压会略微下降，且恢复速度稍慢。这种柔和感是一种动态压缩，许多听众将其感知为“从容”、“丰满”或“有机流动”。这非常美妙。它同时也是一种声染色，一种塑造设备声音特性的方式。这也正是上述采用非稳压设计的制造商选择不将电源轨固定在特定电压的原因：他们想要这种电压下陷。

• 第二部分：逃离市电

第二类人拒绝接受这个前提。如果问题出在市电上，那么，不要驯服它-----而是直接断开市电连接。将能量储存在其他地方，然后用储存的能量为器材供电。这里的关键不在于转换过程，而在于一种矛盾，而这种矛盾恰恰是整个主题的核心：稳定性与纯净度之间的权衡。

理论上，没有稳压器的原始电池是你能想象到的最纯净的电源。没有市电，没有变压器，没有整流器，没有二极管，没有反馈回路------只有化学势提供近乎无声的直流电。问题在于两点：在聆听过程中，随着电池放电，电压会逐渐下降，因此声音会随着电量的变化而发生微妙的变化；此外，电池的内阻相对较高，因此在瞬态电流下，其电压会像整流管一样下降。纯净度固然重要——但它是一个模糊且不断变化的目标。

配备稳压器的电池，是以牺牲部分纯度为代价来换取稳定性的。无论电荷状态如何，稳压器都能将电压维持在稳定水平，并增强供电轨的稳定性。其代价是，你将一个具有自身噪声底限、有限带宽和反馈回路的有源器件重新引入了电源路径------而这正是电池原本试图避免的。这就是矛盾：添加的每个稳压器，既换来了稳定性，也牺牲了纯度。

超级电容器供电是过去十年间出现的一种巧妙解决方案。超级电容器像电池一样储存能量，但在电气行为上却像电容器：内部电阻（ESR）极低，这意味着它能提供非常刚性、压降极小的电源轨，并能随时提供巨大的瞬时电流，而且你可以通过让一组电容器充电，同时由另一组完全隔离的电容器组为电路供电，从而实现离网运行。这样既能获得类似电池的隔离效果，又拥有优于电池的电压稳定性。其代价是能量密度和电压裕度的牺牲，这也是为什么超级电容器大多应用于低压数字电路、时钟和前置放大器电源轨，而非驱动大功率放大器。

没有“最好”，只有“最合适”

之所以无法简单地对电源进行排名，是因为不同的电路对电源轨的要求各不相同。时钟或数字输出电路最需要的是低高频噪声和低相位噪声，这正是开关电源的短板，也是离网电源的优势所在。小信号A类增益级需要安静、稳定且电流要求不高的电源轨，这正是电子管整流线性电源或稳压电池的理想应用场景。功率放大器需要强大的瞬态电流，而且要足够大，这正是普通电池和超级电容在大规模运行时会遇到的瓶颈，也是整流管电压下降导致信号失衡的明显原因。

因此，问题从来不是“哪种电源最好”，而是“这个电路需要什么，哪一类电源能最切实地满足这一需求”。仅仅是这种重新思考就足以值回阅读这篇文章的时间。

• 同一位设计师的三个阶段

如果你想把以上论点浓缩成一个职业案例，那就看看 Vinnie Rossi。

Rossi 最初创立的公司是 Red Wine Audio，其核心理念就是脱离电网：电池供电。无需市电，摆脱了墙上插座里喷出的脏兮兮的交流电。Signature 30.2 就属于他最初的产品，最纯粹、最不妥协的形态：电池供电，没有稳压器阻隔化学反应和音乐。

之后，他推出了PURE-DC-4EVR超级电容电源：两组独立的超级电容，一组为电路供电，另一组充电，通过继电器切换。Rossi 从电池供电转向超级电容供电，因为超级电容的输出阻抗甚至比最好的磷酸铁锂电池组还要低。稳定性与纯净度之间的矛盾，通过硬件手段来解决。

然后是Brama，目前Vinnie Rossi的旗舰产品------故事由此走向了一个出乎所有人意料的方向。在用了两个部分的篇幅来探讨如何用电池和超级电容摆脱交流市电的干扰之后，Rossi最终并没有使用巨型变压器，而是选择了开关电源！这种拓扑结构正是发烧友们一眼就对其抱有戒心的。关键在于Rossi对它的巧妙设计。主动功率因数校正，使其能够干净地从市电汲取能量，避免电源将杂波反射回市电网；在为300B直热式三极管供电的线路中，线性超级稳压器确保了电源轨的绝对静音；而功率放大器则配备了独立的大电流电源，以保证足够的动态余量。Vinnie Rossi的最新的论点：设计合理的开关电源性能优于高端音响界推崇的大型环形变压器。这些环形变压器的电感特性使其在负载下会产生噪声，动态响应也会受到限制，而且当市电波动时，电压还会下降。无论你是否认同这种音质上的说法，其设计理念都令人瞩目：这位耗费十年时间试图“逃离市电高墙”的人，最终却从这个群体始终紧闭的那扇门重新闯了回来，并将之打造为自己的旗舰产品。

同样的案例还包括NuPrime。脱胎于NuForce 的开关电源搭配开关放大（D类放大）电路，NuPrime重新创业选择了环形变压器线性电源来配合高开关频率的D类功率模组，并命名为“A+D类”。十年过后，得益于新型的碳化硅及氮化镓半导体，NuPrime最新的旗舰放大器开始采用带主动功率因数校正的开关电源配合其D类放大------与Vinnie Rossi殊途同归。

电池、超级电容器、开关电源。本文六种方法中的三种。从摆脱市电的最纯粹极端方式开始，最终却选择了最不被信任的驯服方式，从直流电源地图的一端走到另一端，完整地走了一遍。这足以证明，哪种电源并非等级之分，而是对一个问题的回答。这个问题被反复提出，提问者始终不愿停止追问。

【正文结束】