Toroid versus EI-core transformer, which is better?


 

各式各樣的音響器材大部份都需要用電，要用電的一般叫有源器材，有些無需用電的，如揚聲器等，叫無源器材。在有源器材中，除了小部份使用乾電池供電的之外， 其他的一般都接到市電上去，這些器材便需要電源變壓器，也是我們俗稱"火牛"的東西了。今天幾乎所有Hi-End器材都使用了環型電源變壓器（也叫環牛）而其他較平宜的機種，則依然使用傳統的方型電源變壓器（也叫方牛）。由於方牛的鐵芯是由E形和I形矽鋼片組合成的，故方牛又叫EI牛。Hi-End器材大量使用環牛還是最近十多年的事。一般經驗告訴我們，環牛的高頻回應較佳，另外相同重量的環牛，它的功率和動態餘量還比方牛高，環牛一般造價較高，消費者會感覺它較矜貴，故Hi-End機用環牛便變得理所當然了。其實從技術角度看，環牛比方牛優勝的，恐怕是它的漏磁量遠遠比方牛低，於是機內的佈線可以變得更容易靈活了。

但近年有研究發現環牛本身原來有潛伏的弱點，對聲音好壞而言，人們需要重新為環牛和方牛的論證重新思考了。

在深入研究兩者優劣前，我們先看看他們的構造。先說方牛，它的線圈是繞在一個方型的骨架上，繞制非常容易，如果使用特殊的機器，一次過可以同時繞制很多個， 故此它的造價較廉宜。線圈繞好後，便把矽鋼片有次序地插進去。第一次先放E形的矽鋼片，E和I合起來成了一個日字型。第二次掉轉方向，先放I形矽鋼片，這樣 I和E合起來也是一個日字，這樣梅花間竹地疊起來直至線圈骨架的中空位置填滿了就可以。

環牛的構造就大不相同了，首先我們需要把長長的條形的矽鋼片卷製成環型，當卷到需要的厚度（即達到所需的截面面積）就要把它放進爐子裡加熱使它定形。定形之後就成了一個環型的鐵芯，跟著是鋪上絕緣薄膜，然後漆皮線要穿過鐵芯的中央孔繞在環上，這樣的製作，需要特殊的機器，而且每次只能繞一個環牛，所以環牛的造價就貴得多了。

至於把火牛固定在底板上，環牛就非常簡單了，只要在環牛上下各放一軟片，再在中心位置以一鑼栓加上一個像大型"戒指"（washer）狀的壓片，穿過底盤， 加上絲帽，便可固定。而方牛則有臥式和立式兩種固定方法。一般膽機都用臥式，方法是把系緊鐵芯的四顆鑼栓加長，穿過底盤再加絲帽。而其他的多採用立式的， 是在方牛外加上有腳的外罩，再用螺絲把外罩的腳位元固定到底盤上去。

既然環牛在很多方面都比方牛優勝，那麼有人便想到把它用作膽機的輸出牛，不是會更好嗎？可是造出來的效果卻很令人失望，從測試報告中看，環型輸出牛高頻回應很高，效率也很高，但在聽感上，卻奇奇怪怪，形象點來說是膽機換上環型輸出牛後便變了石機聲。這種嘗試很快便完結，再沒有多少人試了。但是不是環牛真的不能做輸出牛呢？答案是錢作怪。經過特別設計和處理，環牛可以成為最好的輸出牛，只是成本可能是方牛的幾十倍。

近來的研究發現了什麼環牛的弱點呢？這要先看看我們使用的市電的特性。在香港或中國大陸，供電都是220V，但從理論上說，這220V是RMS值，換言之它的最高正峰值和負峰值分別為220V×1.414=311V。這只是一個理想值，但在現實生活，由於市電受到各種工業器材的污染，充滿各式的突峰 （spikes），電源的正負對稱往往給破壞，出現直流漂移（DC offset），舉例說，如果出現10V的直流漂移，正峰值是321V，負峰值是 301V，這樣供電的兩端雖然仍維持220VRMS的交流電，但同時出現10V的直流。這種直流漂移可以是瞬間的，也可以是斷續的和持續的。更恐怖的是這種交流兩端的不規則不對稱性並沒有什麼簡單的對策，而直流漂移的幅度，可以是幾伏，也可以是幾十伏。

剛才說的直流漂移，正是環牛的死穴。原來環牛的鐵芯，本身是一個完整的環形磁路，故它的效率較高，可是這個鐵芯基本上是沒有空氣縫隙的，這時問題就出來了，當線圈出現直流時，鐵芯由於高效而急速磁化，出現磁滯現象。當出現磁滯時，火牛的效率會急速下降。另外，由於環牛的鐵芯是與外面絕緣的，鐵芯感應到的電荷便沒有途徑消減了。當遇到這種情況時，（其實在都市里，這情況是很普遍的）用環牛的機器聲音會明顯劣化。有時環牛甚至會產生鳴叫的現象。

而方牛呢？情況恰恰相反，它的弱點是效率較低，頻應較窄，但正是這點，它對直流漂移有很強的免疫能力。原來方牛的鐵芯每一片都由一塊E和一塊I合成，本身沒有完整的磁路，這正是它效率低的原因，但它正因為每片E和I矽鋼片都有空氣間隙，鋼片不可能過度磁化，因此不容易產生磁滯現象，這樣所存在空氣間隙就成了一個磁滯的安全閥。所以一點直流漂移根本不會對方牛有什麼影響。資深一點的發燒友都會知道，單端式的膽機用的輸出牛是有大量直流通過的，這種牛的鐵芯，並非把 EI矽鋼片梅花間竹地起來，而是一邊是整組E片，另一邊是整組I片。

而且通過特殊的繞制方法，譬如雙線並繞、反接、交叉等等，方牛是可以做到比環牛高20-30dB的噪音排斥力。這可不得了，因為20dB，就是原噪音的一百分之一，而30dB就是一千分之一了。

那麼，先前說的超級環牛又是怎樣造出來的呢？道理很簡單，只是在鐵芯上加上間隙和把鐵芯用引線接通帶出，然後接到機殼上，匯出感應電荷。這可以說是知易行難，要把環牛鐵芯上一度0.02"的間隙，這相當於一張紙的厚度，目前只有鐳射才做到。就是做到，環牛的效率也降低了，重量的優點也不存在，這種做法是否值得，那就見仁見智了。