Hi-Fi小實驗-為什麼唱臂老是向內滑? @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　一般Hi-Fi用的唱盤,大多會有一稱為ANTI-SKATING的裝置,中文稱之為抗滑調整。這個裝置的目的是提供唱臂一個以唱臂支軸為中心,水平反時針方向的力,以平衡唱臂在播放唱片時,所產生的內滑力。由於ANTI-SKATING裝置很普遍,就是千餘元的國產唱盤也有這種設備,所以它的作用,只要是用過唱盤的讀者都不難明瞭。

　　但是若要對內滑力的產生和抗滑原理作在進一步認識,就比較困難了。因為一般Hi-Fi刊物很少有討論內滑力及抗滑裝置的,縱使有,也只是點到即止,並無詳盡的分析,所以一般Hi-Fi愛樂者,很難從書本上獲得足夠的有關內滑力和抗滑原理方面的知識;而物理課本中,雖有足夠的定律和原理來解釋抗滑的種種,但樂迷們是不會去研究物理課本的。

抗滑問題爭論多

　　所以,Hi-Fi迷們對內滑力的研究,大多是以自身的體驗為依據。但由於個人所用的器材不同,「體驗」必然也有差異,故在Hi-Fi界裡,對於內滑力的看法,以及抗滑是否有必要等問題,就時有爭論發生,而下列幾個疑問,往往是爭論的焦點:

　一、內滑力如何產生?

　二、內滑力如何量度?

　三、抗滑裝置是否可靠?

　四、如何調整抗滑?

量度內滑力為真正關鍵

　　這些問題,不僅在國內引起爭論,即使在國外,恐怕也有人為此爭得面紅耳赤。其實在上面四個問題中,真正能稱為問題的,只有第二個和第四個,因為第一和第三個問題,可以很容易的用簡單的基本物理學來說明,而在第二及第四兩個問題中,只要能找出量度內滑力的方法,也就不成問題了。所以,總結歸納起來,真正的問題只有一個,就是第二個問題:內滑力如何量度?

　　由於內滑力的產生,是由於唱針位置的超距(請看後文說明)及唱針與唱片的摩擦所引起的,所以在物理學上,這種力屬於唱片和唱臂間的「內力」。量度內力的方法,最簡單的,莫過於把量度器具放在唱片或唱臂上,若非如此,則量度前述二者間內力的方法會變得極為複雜。但是,有什麼器具能量度作用在唱臂上的內滑力呢?以前筆者從未見過,但是現在有了,日本的ORSONIC公司,出品了一種型號為SG-2的小工具,稱為邊壓檢測器(SIDE FORCE CHECKER),專供裝於唱臂上量度內滑力和調整抗滑之用。所以筆者就趕緊去買一個來做實驗,以解開許多Hi-Fi迷心裡的結,也讓自己有機會印證一下自身的「體驗」,不料SG-2非常難買,打電話問了幾家音響店都說沒有,結果卻在新開張的全府音響買到了,接近二千元的售價,真是心痛不已。

ORSONIC產品相當理想

　　SG-2的結構時方巧妙,它整個外型做得像只唱頭,在白色的殼裡,藏著一只錶頭,但這只錶頭却是受磁力控制的,當把特製的「唱針」裝上去的時候,磁力便由一塊永久磁鐵,經唱針上的導磁物質,去吸引錶頭,若唱針受到外力的作用而產生位移(角度改變),錶頭就會跟著動,所以作用在唱針上力的方向(向內或向外)和大小就可以觀察到了。

　　ORSONIC公司為SG-2備了三種唱針,一種為圓形針尖,一種為橢圓針尖,另一種為特殊橢圓針尖,可謂設想周到,不過國內有進口的,只有第二種,稱為SG-2E,筆者買的,也就是這種。由於現在大部分七、八百元以上的唱頭,都已用橢圓針了,SG-2E的功能正好可以發揮,另外由於SG-2E的重量只有3克,所以原廠還特別附了五個1克重的鉛片,以模擬實際唱頭的重量。

物理作圖顯示內滑力變化

　　由於有了ORSONIC SG-2E這個利器,所以前述的四個問題答案似乎不再那麼遙遠,筆者素來即對唱片的抗滑很重視,所以就準備在小實驗裡,把前面的四個問題,作一詳細的說明,能夠實驗的,儘量實驗,不能實驗的,則引用物理原理來說明。

　　首先要談的,是第一個問題,內滑力如何產生?

　　內滑力的發生,主要是由於唱臂超距和摩擦力,用圖解的方法可以很容易讓大家明瞭,首先我們看圖二,C方向的力就是摩擦力,它的方向永遠和針尖到唱片中心的連線垂直,C力又可分解為A力和B力,其中B力和唱臂方向是一致的,此時由於唱臂支軸能供相等之反作用力,所以B力對唱臂應無影響,而A力和B力垂直,會使得唱臂向內移,所以A力就是內滑力了。如果C力是純粹的摩擦力,那麼由於摩擦力的基本定理:摩擦力只和兩物體間垂直壓力有關,當唱臂由唱片外緣逐漸唱至內緣時,C力的方向雖有改變,但大小是不變的,所以如果我們能精確的作圖,那麼C力的變化就不難知道了,換言之,即可圖解求出唱臂在播唱過程中內滑力的變化。

　　圖三是筆者根據SME 3009唱臂繪出的內滑力分析圖,雖然只取了幾個點,但是卻可以看出,如果摩擦力一定(即針壓一定),內滑力的變化是起先較大,然後逐漸變小,但在靠近唱片末端時,又開始增加,如果把唱針擺在唱片標籤內,內滑力甚至增加很多,所以,光是由物理上的作圖,就可以看得出來,內滑力並非是固定的,而是會隨著某些條件的變化而改變。

　　圖四內用了好幾個小圖來解釋何以超距會產生內滑力,並且還舉了幾個會產生「外滑力」的例子,當然最理想的情況是圖四的A圖,C力和B力相等且重合,所以沒有A力,現在逐漸流行的直線循跡唱臂,就是根據這種理想設計的。

實驗結果和理論符合

　　上面這些由物理原理推論出來的結果,可以用SG-2E來印證,筆者找了一只唱頭蓋,把SG-2E裝上去,而且還夾了三片鉛,裝在DENON DP-60唱盤上,然後在找一張唱片用SG-2E來播唱,結果有如下之發現:

　一、內滑力之大小和針壓有密切之關係,只要針壓略有變化,SG-2的指針也立即有變化,這點和上述摩擦力和垂直壓力有關相吻合。

　二、唱片轉速不同,對內滑力幾乎沒有影響,不僅當唱針在同一位置時,轉速由33轉改為45轉,對指針無任何影響,就是把唱盤關掉,用手把轉盤弄到每分鐘一百轉以上,SG-2上的指針除了搖擺得較利害外,內滑力仍無變化,若反其道而行,把轉盤以很慢的速度轉動,SG-2上的指針,也還是一樣,約略指在相同位置,所以從這個實驗,我們可以發現,內滑力主要仍和針壓有關,也就是摩擦力的影響大於其他的因素。

　三、把唱盤關掉,並逆轉轉盤,此時SG-2上立即指示有「外滑力」,和圖四的說明符合。

　四、唱針從唱片外緣逐漸向內移時,內滑力逐漸降低,差不多在倒數第二條歌時,內滑力最小,到最後一條歌的末端時,內滑力又有相當增加,和圖三的繪圖結果相吻合,做這個實驗時,最好針壓用得重些(2克以上),而且唱盤上的抗滑鈕最好不要擺在0的位置,可做適度調整,以使內滑力的變化,能在SG-2E較易讀出。

內滑力實際很小

　　從上面的實驗可以知道,內滑力的實際成因,摩擦力的因素可能是最大的,至於內滑力大小的問題,從SG-2的說明書,指針靈敏度的FULL RANGE為100mg.dyne,當筆者把針壓調至1克實驗時,指針即曾有滿度的現象,所以內滑力的大小,最大大約在針壓的10%左右。相當於10%針壓的抗滑力大約僅在0.1~0.2克之間,但是相對於唱臂的水平摩擦力(高級唱臂約0.03克以上)來說就已經很大了,所以在光滑的唱片上,如DECCA的測試唱片,少量的內滑力即足以使未加抗滑的唱臂向內移動,故內滑力雖小,只佔針壓一小部分比例,但是卻對唱臂的水平移動,有很大影響。

　　以上就是本期實驗的結果,藉著SG-2之助,不僅印證了內滑力的成因,而且對內滑力的大小,也有了研判的依據,在下期,筆者將以唱臂上實際的抗滑裝置,來計算抗滑力的大小,同時還準備討論一些唱臂上抗滑的巧妙設計,以及如何調整抗滑等。

音溝不會產生內滑力

　　在本文結束前,有一點要特別提出來討論,就是有部分Hi-Fi界人士,認為內滑力的發生是由於唱片上的螺旋音溝帶動唱臂向內移動所引起,這是不正確的,因為由螺紋音溝帶動唱臂向內的力的方向,和內滑力方向正好相反(請看圖示),因為內滑力會使唱針在唱片音溝內右聲道針壓減少,所以當針壓很輕又未加抗滑時,右聲道比較容易失真,而螺紋音溝加諸唱針的力,却會使右聲道的針壓加重,所以此力和內滑力的方向是相反的,而且如果唱片中心的圓洞偏心,那麼唱臂等於是左→右→左→右擺著唱完唱片的,這種由音溝加諸唱針的力的方向,就更難把握了。