「大人の科学」3真空管再生式收音機

日本學研「大人の科学」系列多年來是我相當喜愛的Mook – 透過附帶的手作套件來實踐理論，鑽研背後科學原理，甚至進而最佳化甚至改造，是相當有趣的DIY過程。

以下將以業餘DIY愛好者的角度，分享關於「大人の科学」真空管系列套件的摸索心得。由於電子學非我專業，很感謝同樣在網路上分享「大人の科学」經驗的朋友們 – 例如來自澳洲Cool386’s的John Hunter，日本的珍國際等。

「大人の科学」封面群

第一代電池管收音機

「大人の科学」除了附帶雜誌的一般版之外，還有僅附帶組裝說明，套件內容更進階的製品版。

過去「大人の科学」製品版中人氣度最高者，正是復古風潮的真空管套件製品版：2006年發表的真空管ラジオ、真空管ラジオ Ver.2、真空管アンプ。2009年五月也推出了「真空管工作」別冊。

不同於一般發燒音響中所採用的旁熱式真空管，「大人の科学」真空管套件系列皆採用省電優先的直熱式電池管；為了節省耗能，使用時電池管並不會發光發熱。在半導體風行之前，攜帶式通訊器材皆搭載電池管。這些過往的戰略物資，在美國、蘇聯以及後來的中國都有著成千上萬的便宜庫存。

由於不同電路所需的電壓差異，電池管收音機同時裝配多種不同的電池規格（A、B甚至是C電池）。以「大人の科学」真空管ラジオ為例，A電池=1.5V（C型電池*1）、B電池=45V（9V電池*5）；原裝預估的使用時間約為20小時左右。

與半導體收音機不同，電池管收音機的主要耗電量在於真空管電路，所以耗電並不隨著輸出音量大小而改變。

1920年代的收音機樣貌、「大人の科学」真空管ラジオ的設計靈感來源。（圖片源於「The Portable Radio in American Life」一書）

一只50年代的1L4真空管包裝外盒 – 1943年正是盟軍登陸反攻義大利那年；這系列電池管早在1938年已經開始生產。

為什麼早期收音機這麼深色

在收集早期收音機的資料時發覺，20年代時期的塑膠製品都顏色偏深、往往深棕色甚至就黑色。搜尋後發現，原來是因為早期合成塑膠的製程（最早合成塑膠多需要填料，常使用鋸末或炭灰等工業副產品）與酚醛樹酯類（如電木）的技術瓶頸。直到20年代末，更新發明的合成塑膠材料問世後，才擺脫深調的顏色限制。

想像在另一個平行世界，這些當年的科技先驅，有可能呈現完全不同的色調風格嗎 ?

「真空管ラジオ」製品版廣告

除了賣藥的AM電台之外

與一般常見的FM調頻（88~108MHz）收音不同，「大人の科学」系列中所有的真空管ラジオ，皆屬於中波AM調幅（535~1705KHz）。雖然僅具有單聲道及一般般的音質，還是可以收聽到在地電台，甚至是更遠距離的跨縣市、跨國廣播。由於聞聲不見人，廣播節目的調性向來獨樹一格；與時下主流的Youtube、第四台節目相比，別有一番趣味。除了惱人的賣藥電台之外，還有更多值得傾聽的好聲存在：以大台北地區為例，復興594KHz、漢聲684KHz、正聲819KHz等AM台都可以清楚地接收到。

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再生式檢波真空管收音機

「大人の科学」製品版中最顯著的熱門商品 – 這套件以顯眼的復古元素展現出其收音機功能：彎曲的號角喇叭、由一絲一絲利茲線所纏繞出的框架天線，以及正前方的MT（Miniature）型電池管。

三只真空管，從左到右分別負責：

1K2：電波檢波
1B2：低頻放大（電壓）
2P2：功率放大（電流）

這在直流收音機的結構標示為「0-V-1」（V表示真空管檢波，左、右位數分別表示高頻放大級數、低頻放大級數）。

「大人の科学」真空管ラジオ屬於再生式接收器（Regenerative Receiver），藉由理論上可放大訊號上千倍的再生電路，將微弱電波放大後，再加以檢波等步驟，處理至人耳能聽聞到的頻率。

在Ver.1量產的一萬組售鑿後，學研接連推出升級部分零件的Ver.2。第二版的收音音質與第一版差不多；較明顯的差異是利茲線的顏色由粉色改為更具時代感的淡綠色，稍微增大些的音量（1B2改為1A2、2P2改為2P3 + 僅稍微升級的音頻變壓器），以及部分由黑改為深棕色的塑膠射出件。

「真空管ラジオ」調整再生播放

Ver.1 & Ver.2 電路圖比較

再生式檢波真空管收音機的特點&改裝

高效率的號角喇叭

由於早期擴大機的技術限制，功率輸出提升有限，使得追求高效率成為早期喇叭設計的第一要件。號角喇叭便是高效率中的佼佼者 – 理論上可以增加發音量十倍。

具方向性的環形天線

由利茲線（Litz wire）所纏繞出的環形天線，擁有對訊號方向的極端敏感性。天線的改裝建議如下：

替換為更高規格的利茲線以增加選擇性
纏繞19圈數的主線圈採用「反繞雙值」串聯接法，分開為頭尾兩部分
增加再生線圈數，置於主線圈頭尾之間並增加間距
可在主天線與再生線圈的頭尾端，分別裝上濾波磁環來降低外在高頻干擾。

音頻變壓器 & 揚聲器升級

要完整釋放真空管的音頻輸出，最關鍵處在於搭配適合阻抗匹配（數百至上千歐姆）的音頻變壓器及揚聲器組合。原裝的10K:8歐變壓器與8歐0.25W揚聲器；前者體積過小、後者直徑與功率不足，簡直就是瓶頸中的瓶塞，完全扼殺了號角喇叭與真空管的輸出潛能。建議升級至專為礦石收音機所設計的自耦式音頻變壓器（10K：8歐規格），搭配2~5W、直徑36mm甚至40mm（需要機殼修改）的揚聲器。

五極接法 & 超線性接法

第一版「大人の科学」真空管ラジオ中，低頻放大的1K2、功率放大的2P2皆採取輸出與雜訊皆較小的三極管接法。修改成五極管接法後，將顯著增加輸出。若將原裝預載的小變壓器替換為自耦式變壓器，還可以將第三只功率管以超線性接法輸出、介於三極與五極間的耗電量，獲得比五極更高的輸出。

第二版中低頻放大的1A2，性能上不如第一版的1B2 – 畢竟它是專為低頻增幅所設計；轉接成1B2、1K2甚至1L4（後兩者腳位相容）都有更高的輸出。由於1A2與1K2、1L4的腳位較接近（pin4、6互換），建議轉接為1K2或1L4，再配合五極管接法來獲得最大輸出。

來自20年代的書本式可變電容

藉由兩片（其中一片附有介電質作用的塑膠膜）鋁板的開闔角度來增減電容，作為調幅選台作用。書本式可變電容雖然具復古情懷，不過操作效能僅一般般。改裝建議如下：

更換為當代的空氣可變電容：質量更好、音量更大
更換好品質的再生調整可變電阻（10K）：改善再生調整時的順暢度
天線並連小容量（4-20pf）可變電容：可以降低高頻干擾，改善再生調整時的順暢度

由可變電組調整再生量

再生調整需要些眉角：先將旋鈕轉至1/3至1/4旋轉量，觀察到選台時所發生的嘯叫聲後，再持續降低旋轉量直到發聲正常 – 這也是僅有的音量調整。

來自「2001太空漫遊」的塗裝靈感。主要可動件及號角喇叭皆換裝成鮮黃色，搭配消光白色的基礎件。

主線圈以「反繞雙值」方式圍繞

變壓器&揚聲器的改裝前後比較

改裝揚聲器，需要斜口鉗修剪內部結構。上下兩根螺絲柱建議得保留。

來自淘寶的KPB-02自耦式音頻變壓器；這是影響輸出音量的最關鍵改裝。

1.5V電池盒前方角落是最適合放置音頻變壓器的角落空間。Ver.2由於增加了螺絲柱於四個角落，能改裝的空間也縮小。

其他改裝建議

改用充電電池：長期使用下，尤其9V方型電池的成本是一筆花費。充電電池應挑選鎳氫或非恆壓鋰電池（恆壓開關電路所造成的漣波，將增加底噪），或在45V供電線路上並聯濾波電容來降低漣波。
Ver.1的2P2轉接為2P3：需將第三與第四pin互換；增加輸出音量。
Ver.2的1A2轉接為1L4：需將第四與第六pin互換；增加輸出音量。
升級真空管：七腳的MT電池管有許多相容型號可互換使用。不過相同型號間的體質差異，往往大於相容型號間的規格差異。與其花錢更換為歐美品牌型號，不如在淘寶上多挑幾個原型號的全新庫存管來交叉測試先。