[音響研究室] 你知道真空管是怎麼製造出來的嗎?他可是純手工的「高科技」產品喔!

by 陳寗
2014.12.18 07:34PM
21971
是[音響研究室] 你知道真空管是怎麼製造出來的嗎?他可是純手工的「高科技」產品喔!這篇文章的首圖

不管你是否正在使用真空管擴大機,這會發出淡淡橘光的東西絕對是擺放、聆聽都合宜的產物。但如果你稍微了解一點世界歷史,就會知道真空管這古老的電器產品最開始可不是用來讓你做成音響擴大機的!真空管在最早期的應用中,最著名的就是在二次大戰時用上萬根真空管所組成的電腦「ENIAC」,在當時是用來幫助火砲的火力與彈道計算。雖然現在隨便一台工程計算機的能力都能打敗這台八十歲的老前輩,但不可否認真空管在早期的電腦運算中確實佔有極重要的地位。

47fdb5f0ad65bcc273ec6a72c2591cba

不過真空管維護麻煩(高熱、高電壓)再加上極為耗電佔空間,因此在二戰之後沒多久就被電晶體這種一小顆就能取代一大票真空管的小東西取代。目前除了俄羅斯的軍事用途(例如米格戰鬥機)之外,真空管最大的用途就只剩下音響擴大機了,因此一些早期的真空管廠商不是關廠停產、就是轉作其他產品了,反倒是一些俄羅斯、中國的新興或老牌廠商還在持續生產真空管,專攻全球高低階音響市場。上圖是本次我在廣州音響展拍攝的中國真空管參展廠商攤位,圖中售價一萬七千人民幣的真空管體積大約跟 1.5 公升可口可樂相當,是台灣市場相當少見的巨型真空管。

只要你有玩音響,對真空管就一定不會感到陌生。但你知道真空管是怎麼生產出來的嗎?真空管之所以稱為「真空」管,正是因為內部必須抽成真空才能順利運作,但內部有這麼多小零件的真空管到底是如何抽成真空、而那些小零件又是怎麼塞進這完全密封的玻璃管內呢?上面這則影片解釋了真空管的生產流程,不過內部有許多細節只要你的聽力不到水準就很難搞懂為什麼他要這麼做,因此如果你對聽力有信心就請你先直接看上面的影片吧!下面則是我把影片的製作內容擷取出來用中文解釋囉~

以下圖片皆擷取自:How It's Made - vacuum tubes

51e85dc1cbfa0d0cf69d545e74a5cf2b

其實真空管的生產除了一些必要的手續如捲繞線圈、抽真空等步驟之外,幾乎所有的生產流程都是純手工的,這也是為什麼現在新的真空管越來越貴,正是因為「人工很貴」所造成的啊!上圖中的技師正在捲繞真空管內部的線圈,為了能加速捲繞並確保捲繞的拉力、長度、間隙能維持一致,因此這個工作一向都是以上圖的捲繞器來處理,馬達內部的線圈通常也是以類似的道具製造而成。

bbe483fcc08652eaa4f64903cae4b970

不同的真空管有不同的內部結構,並不是所有真空管都長像上面這個樣子!但對於要先把線圈、燈絲繞好才能安裝這件事倒是大同小異,總之所有的真空管內部製造都是從這個核心部分開始的,完成上圖的核心組件之後才會開始接下來的組裝步驟。(當然現代工廠都是流水線生產,只有堅持手作的小工廠才會讓同一個人做所有事情)

ad4b45aa6b080e8d904ed614d4815b4a

在完成內部線圈、燈絲製作之後,就必須把這些組件通通安裝到一個接點平台上,有點類似把電子零件固定在電路板上的概念。如果你有機會仔細端詳真空管內部,就會發現所有零件都是安裝在玻璃管內部的一個小平台上,這就是上面這個步驟正在做的事情。

9cb381f806cd805bf1a93530d47efcd9

在完成安裝燈絲之後,就必須先做第一次的接點連接,根據真空管類型的不同會有不同數量的接腳必須處理,不過除了前面的巨無霸真空管之外,一般的真空管體積都很小,因此像上圖這個步驟看似簡單,卻是非常傷眼力的細緻工作,必須配合不會抖的雙手以及合適的工具才有辦法把燈絲與底座的接腳連接起來。

958df76657b562d05e18fd27d60395ac

連接玩接腳之後就完成真空管內部的元件啦!再次提醒大家,不同的真空管有不同的製作方式與結構設計,因此並不是所有的真空管都長像上圖這樣,只是製作工藝大同小異罷了。

f45acbd43c7a5769c865a69e507f989b

接下來就是我們所關注的部分:玻璃管啦!其實玻璃管的製作並不是像大家想像中的「高科技」工藝,以製作來說,其實就跟一般製造玻璃杯、玻璃瓶沒什麼兩樣,都是利用高溫加熱玻璃管(有各種不同的口徑尺寸),再利用手工的方式裁切需要的長度並封口。這部分完全是純手工處理,因此並不是任何人都能在短時間內學會的製造工藝,對這個有興趣可以看看上面的影片,裡面有實際操作的錄影。

150bab0bd5435fd38c86a9ec19c0ab40

是的,說到玻璃製造就絕對脫不了「吹玻璃」這件事。當玻璃加到一定熱度之後就會軟化,就能像吹泡泡那樣把它吹膨脹,技術高超的玻璃師傅可以利用吹氣與適當的工具來修整玻璃管的形狀,讓玻璃管變成我們平常看到的各種真空管形狀。

0eae58c6f2c4e16d2089c5101225d4e1

在師傅吹好玻璃之後,最後會再利用高溫噴槍來修整真空管表面,並同時利用模具與旋轉來調整真空管的形狀。整個真空管的製造都是純手工利用各種工具製作出來的,並不像現在製造 CPU 那樣通通都在無塵室裡面用機器手臂完成,相較於現在的科技產業而言,古早的科技產業簡直就像是手作工坊一樣樸實。

81f895c974e9cdb6055e97e378a8f849

真空管的玻璃底座與上方的玻璃管製作是分開的,上面師傅在吹的只是真空管上端的玻璃管部分,而下端的玻璃底座則是利用上圖的道具製作出來的。由於真空管內部在完成後就不能有任何空氣進入,因此必須利用上圖的裝置將玻璃壓扁並夾緊從真空管裡伸出來的金屬接腳,再利用手工的方式修整玻璃底座的形狀以符合上端的真空管圓柱,在稍後的步驟中才會將底座與玻璃管合而為ㄧ。

d6a53803a059e1b13e55a5dddeccead4

上圖就是將上上圖完成的玻璃底座與前面完成的真空管內部組件連接起來的樣子。上上圖的底座中有很多細細的金屬絲,這些金屬絲必須利用手工的方式焊接到前面提過的「迷你接腳」上,完成安裝之後就是上圖的樣子啦~另外這裏還會幫額外安裝兩個小圓環(上圖玻璃旁邊的小金屬環),這是稍後要用來在玻璃管壁內度上除氣劑的重要零件,在接下來的步驟會做介紹。

9eb2a834723121981879f271aeea6b9b

完成所有零件的安裝之後就要把底座跟玻璃管連接起來啦!至於連接的方法 ... 當然就是用燒的啦!如果你有機會到玻璃工廠看看他們的製作工藝,就會看到玻璃師傅利用火焰噴槍加熱玻璃邊緣,再將融化的兩塊玻璃連接在一起,上圖就是利用相同的概念所完成的真空管:先用高溫噴槍把玻璃管與玻璃底座的邊緣融化,再將兩者壓在一起讓兩者的邊緣融合。到這裡差不多就完成整支真空管的組裝了,接下來就是最後一步:抽真空!

f22b5fa6539e08439f7ff7022433a90c

雖然前面已經把真空管的底座跟玻璃管黏起來了,但實際上到這裡為止真空管還沒有完全封閉喔!完成底座跟玻璃管的連接後還會留下一個小小的吹口,讓師傅可以將他們連上抽真空機的玻璃管上。

a8da850a7150f147b9daf08f73b48e13

將真空管連上抽真空機的玻璃管之後就可以把蓋子蓋起來啦!蓋起來之後機器就會自動將真空管內部抽成真空,這樣不僅能讓真空管內部達到符合電子傳遞的真空狀態,也能利用壓力讓真空管變得更加堅固。

註:真空管看似玻璃很薄、好像輕輕一捏就會碎掉,但其實因為內部是真空的緣故,因此真空管其實是很難用手捏碎的超堅固產品!套句某知名音響電材行老闆的話就是:你能用手捏碎送你一百顆。

bbf5d456e4c98c75de02519f16bc9de2

抽完真空之後師傅直接用火焰噴槍把底端的小管子(就是跟抽真空機連接的那根)捏扁,這樣就能讓真空管內部維持真空狀態啦!不過為了讓真空管內部能達到真正的無氧真空,會再利用上圖的感應線圈通電加熱真空管內部的易氧化金屬(例如鋁鎂等等),讓這些金屬受熱氧化把內部的氧氣除掉,不僅能大幅提升真空管的性能,同時也能避免真空管因為內部微量的氧氣而在使用過程中氧化、壽命縮短。

註:這過程就好像在蜜蜂玻璃瓶內燒東西把氧氣通通變成二氧化碳一樣,是很實用的去除氧氣作法,在製作霓虹燈時也有類似的製作步驟。

be99e26cf3dfb81726598c51e6bc469b

再把氧氣燒完之後,還要再針對前面提過的「除氣劑」做處理。這裏同樣是利用感應線圈加熱的方式把剛剛放進真空管的兩個小金屬圈加熱蒸發,在完成加熱後這個小圈圈就會消失並變成真空管管壁上的銀色鍍層。這個鍍層在真空管破裂、或是金屬接腳氧化造成空氣進入真空管時會與空氣起化學變化而變成白色(俗稱白頭),讓使用者知道「這支真空管壞掉該換掉了」,除了可以用來去除真空管內部多餘的氣體之外,同時也有真空管壽命的提示作用。就像鋰電池壞掉會自己變胖一樣,這層銀色鍍層也會用變成白色來讓你知道「他壞掉了。」

ff296243b79ee8645ca2697ccd9480c0

完成上述的步驟之後,最後再把真空管的底座與接腳裝上去就完成啦!有些真空管並不會特別安裝上圖的這種接腳,而是直接保留細細長長的金屬細接腳,例如很夯的真空管數字時鐘就大多採用沒有安裝硬式接腳的數字真空管。

--

看到這裡有沒有覺得真空管好像也不是什麼高科技工藝產品呢?其實真空管的年紀真的很大了,甚至比現在許多年輕人的阿公阿嬤都還要年長,因此在那沒有電腦、沒有機械手臂(當然也沒有無塵室)的時代,能夠用玻璃管跟一些金屬零件在玻璃手作坊中打造出能製造原子彈的玩意已經是非常非常了不起的事情了。以今天的角度來看,真空管無論是效能、或是製作工藝等都是舊時代的產物,但在那連電腦都沒有的時代(先有真空管才有數位電腦)就能生產出這樣的東西 ... 其實就跟今天做出 CPU 一樣高科技啊!

--

作者:陳寗@癮科技

--

想知道更多有關音響的知識嗎?請持續收看「音響研究室」!

[音響研究室] 兩聲道純音樂?多聲道家庭劇院?音響沒有你想的那麼複雜!

[音響研究室] 兩聲道純音樂系統到底包含哪些設備?今天要你一次搞懂!

[音響研究室] 家庭劇院系統有必要嗎?看電影、演唱會、打電動,要震撼音效都得靠他!

[音響研究室] 耳罩耳道又耳塞,耳機幹嘛那麼複雜呢?其實也不難,六個分類就搞定啦!

[音響研究室] 文青的最愛,更是音響世界的極致工藝!但 ... 黑膠唱片究竟是怎麼發出聲音的呢?

 
回應 1

1 則回應

文化創意
超順手好穿正反浴室拖鞋
Twelve
20 天前
文化創意
女孩的工具日常-髮夾萬用神器
Twelve
20 天前
新奇搞笑
主子想要還不快買:喵星人專用筆電
Twelve
20 天前

熱門文章

最新消息

本日精選