我們當中極大多數人購買唱機新配件的動機可以說是由一些玄妙的術語及特性資料所引發。而大多數的音響愛好者也都多少會涉足喔些類似:「有效質量」、「支軸磨擦」、「滑動力」和其它有關唱臂的常用術語。然而真正注意到唱臂阻尼特性的人並不多見。阻尼真有那麼重要嗎?是的,是很重要。事實上,如果一隻唱臂一開始就已經有良好的設計來配合──例如唱臂的有效質量低,支軸磨擦也小,那麼阻尼效應將可以比其他任何唱臂特性在最少的費用,而獲得最優異的放音效能。
相同的組合,阻尼特性良好的唱臂與唱頭可以比那些阻尼不當的,多出下列許多優點: 對不平坦的唱片能有較優良有的循跡能力,對低頻訊號能有較清澈的再生效能,受外界振動影響的程度較小,能減低高頻的回授和失真,以及──特別是和今日順應性非常高的唱頭相配合時──能產生近乎不可思議的高度立體感。更甚者,因為阻尼能夠減少甚至完全消除大多數唱臂──唱頭組合的次聲頻諧振(Subsonic Resonances),一度非常令人苦惱的唱臂配唱頭的工作更能簡化許多。
阻尼的方式可以分成好幾種,通常所謂的支軸阻尼(Pivot Damping)和粘滯阻尼(Viscous Damping)所代表的都是同一件事。同時也有遠比粘滯阻尼普遍的他種方式,被稱做「重量對種耦合(Counterweight Decoupling)」。
或許有人會懷疑,如果音響設計家們都已經認識了阻尼效應,如果阻尼確實有那麼多的優點,何以以前就沒有製造廠家加以採內呢?有的,雖然一直未被廣泛應用,事時尚自從一九五O年代甚至更早以前,它就被派上用場了。
唱臂被阻尼的較早例子是一九六O年出品的Weathers和ESL機型;Weathers機型(現在已被Win Laboratories改組)曾經使用粘滯阻尼,而ESL使用的是「重量對稱耦合」方式。目前,我們可以列出一張阻尼唱臂的名單,其中包括英國廠家設計的Decca, KMAL, 和Audio and Design唱臂──這些全都是使用一種或某種方式的粘滯阻尼。使用重量對稱耦合方式的唱臂時至今日已經被非常普遍的使用在唱機上面例如Dual和Lenco,就已經非常成功的運用這種構想),而個別唱臂使用這種阻尼方式的有 SME, Audio-Technics 和 Connoisseur。
不過因為阻尼並不是時常被標榜在廣告上的特性之一,上列名單不免有所缺失。即使製造工廠的工程開發部門充分瞭解阻尼的功效並加以使用,可是這麼重要的一項設計卻經常會被銷售或廣告部門所忽略不提。因此就音響界而言,像這樣可以提高唱臂身價及銷售量的訣竅簡直可以當作一項秘而不宣的法寶。
但是問題不止於此,銷售決策者或者零售業者都可以開某些理由故意忽視粘滯阻尼。比如他們會說裝運問題甚難解決;某些非專業性的「音響派」。誤解粘滯阻尼的真正含意,憑著想像他們以為那不過是質量或磨擦較大的唱臂所耍的噱頭,甚至害怕那樣會造成銷售不良的後果。
唱臂阻尼如何工作
由於重量對稱耦合在製造、裝進以及售賣上比較易於處理,這種阻尼方式比粘滯阻尼普遍。其組成通常是在對稱子(Counterweight)和唱臂桿之間有一彈性聯結──或許是一只套筒、桿棒、橡膠或塑膠質的螺帽。這種裝置容許唱臂和對稱子能有相當程度互相不受干擾的振動。在實效上,加上一只簡單的耦合對稱子之後,唱臂──唱頭的組合就會有兩個低振幅的共振尖峯,而不再是沒有耦合之前的單一高振幅共振尖峯。因此,耦合作用,雖然並非完全消除,卻大大改良了次聲頻振盪。
粘滯阻尼能對共振問題做更徹底的改善,但是它較難伺候,對使用者和零售商也較不方便。我們首先從最簡單的形式來討論,粘滯阻尼或支軸阻尼的組成是在唱臂的軸承內注入一或兩低很濃稠的液體──重油或某種常見的液態矽。這種液體有兩種功用: 第一,它減少支軸內任何可能磨擦發生; 第二,它強力地減少突然或巨大的動作對唱臂運動的影響,就算我們用不到扭曲不平的唱片,想要有正確的徹跡現象必須配合以較輕微緩慢的唱臂動作,而這種能夠隨新選擇的功能就是支軸阻尼最有價值的特性。在這種裝置下,所有衝激、振動和共振都可以很快的被阻尼掉;唱臂的動作因而較為平穩,且不再受磨擦現象的干擾。
進一步研究阻尼現像之前,我們先做一個比擬。我們知道當播放唱片時如果唱臂受外來因素突然振動,這個振動將會傳送到唱頭的唱針小桿。就這樣我們把針尖端比做汽車車輪,而半彈性的唱針小桿懸架就是汽車彈簧。震動可以經由彈簧從陸地傳到車體,也可以從車體傳到車輪。
當唱針不依循唱片的音槽刻劃動作時,唱頭輸出就會產生失真。我們到底是無法期待唱頭能分辨出音槽引起的動作和唱臂傳來的動作之間的差異。就目前的技術水準而言,想要使唱臂唱頭組和的機構系統沒有外來振動根本是不可能的事,而使用粘滯阻尼不但可以維持相當低的振動水準,而且還可以使唱臂唱頭系統的振動期間大量減短。以今日摩擦極低的唱臂來說,這一優點尤其重要。
當一套唱臂唱頭組合被聲頻回授、移動或衝盪而激起振動時,它會圍著支軸以共振頻率連續不斷地移上移下移左移右,該頻率可能是在15Hz以下的任何一段,而且決定於所使用的唱頭、唱臂的質量與其他有關因素。唱臂唱頭組合繼續彈撞的時間長度和支軸磨擦成反比例。依現下流行的低摩擦值設計來估計,一個單純的衝盪就可能要持續好幾分鐘的振動才能自然消失。結論是必須有某樣東西,像緩衝器之類的,迅速停止彈撞現象。而粘滯阻尼所作的就恰恰是這些事,有了它,唱頭便幾乎不再把唱臂的突然動作轉換成不想要的電氣輸出。這就表示失真極小。
某些實際試驗
某些實際試驗阻尼真的有用嗎?其實我們根本聽不到低於20Hz之下的「聲音」。可是話說回來,我們確實可以感覺到那種不愉快的現象──而且更可以因為沒有了它而享受到極大樂趣。
最近美國波士頓音響協會在 Cornell 大學機械工程系S. L. Phoenix 博士的領導和支持下做了一項粘滯阻尼的試驗。其結果是異常令人興奮的。
由於甚少音響愛好者知道如何配置阻尼設備,通常的試驗都是直接把阻尼設備加在現成的唱臂之上。這件工作也許有點瑣碎(請見「自己作」專文)可是所得到的效果卻相當具有戲劇性。
例如,一部份協會會員曾經在平常使用ADC X4M唱頭時遭遇一些困擾。這種唱頭其實甚博青睬,簡直可以視為高級音響最崇高的象徵,可是其使用者說配在某些唱臂時,它會在不平處跳針,它會失循,它還有其他令人失望的現象產生。然而實驗中只要將唱臂加上阻尼,XLM便能動作得圓滑極了,而且比原有的循跡能力失真較少。
相同的,某些會員們保院Shure V-15 Type III(這種唱頭同樣也有眾多熱愛的使用者,也算是雄踞一方之雄)會產生「某種不夠明晰的立體感」,它的方向性和位置並不如其他唱頭一般的確定,因此也很令會員們失望。可是當其固定在一支阻尼了的唱臂時,Shure唱頭便馬上能令使用者感覺出幾近絕對準確的臨場感。
此外還有某些使用其他唱頭的經驗,一些實驗報告說加上阻尼聲音較清澈,低音再生逼真。某些說可以減少前置放大器的過荷現象,尤其是對唱頭輸入要求嚴格的組合更是如此。當然也不免會有些報告說,其性能並無顯著改善,但是所有這種報告所使用的幾乎都是舊式高磨擦的唱臂,或者是使用隨應性過低的唱頭,不足為證。
結果是只有最懂得追求音響性能的愛好者──那些使用最進步的唱臂和最具隨應性唱頭者──注意到了那些最優異的改進。
是不是說唱機系統愈高級,對阻尼的需求就愈迫切呢?
不是特效藥
對這些上述的測試還有另外一面。某些協會使用優良唱頭配上僅僅勉強可用的唱臂,再加上阻尼,結果發現性能改良許多。我們是否可以因此而認定阻尼就是馬馬虎虎的唱臂的特效藥呢?事實並非如此。不過這件事也許指出過去幾年中唱臂界一直致力追求前未曾有的低質量、低磨擦的方針到現在已經到達一個新的轉戾點: 對唱臂加上某種程度的阻力也許是相當值得的。
可是何以聲音聽起來就是不同呢?協會當局仍然在力求滿意的解答當中,目前這裡已有一些相當接近的臆測。
事實上絕對沒有完全平坦的唱片; 而眾多眼睛檢查不出的凹凸不平處連續不斷地迫使唱臂和唱頭造成共振,特別是那些高品質的組合更容易如此。此外,也沒有任何唱機具有完美無缺的音頻絕緣性,結果,還是會被任何震動、室內激盪、或音頻回授造成共振。
理論上只要把這些共振成份除去,唱頭輸出便應該有清澈的音質,事實也的確如此。加上阻尼後,畢竟次聲頻成份已經消失,而由共振及其諧波和原來音樂所造成耳朵聽得到的調制成分也就因此減少了。
對那些響應幾達直流水準的超級前置放大器的擁有者來說,這種次聲頻的消失也許有極大的重要性。因為除非這些次聲頻成份能被阻尼效應除去或被電子線路濾掉,否則唱臂唱頭之間的共振信號不但會以高於音樂中頻信號數倍的電平水準進前置放大器,而且也會被RIAA等化器放大達60dB之多,而這時候RIAA等化器還會(不正確地)將低音延伸到次聲頻音域。因為共振──轆聲交感現象會在前置放大級產生,某些較高級的前置放大器配置有可開關的次聲頻濾波線路以防止過份嚴重的過荷現象。
此外,還有其他較不顯著的優點,相信也還有某些仍待發掘,比如阻尼加在循跡力變動上的影響有多大?有了那麼多優點阻尼效應唯一美中不足的是由於瞬間循跡力困擾的抑制,會減少唱片的耐磨壽命。
像其他電能磁能轉換器一般,電磁唱頭有一段性能最佳的使用範圍──所謂的線性區──在這段範圍內它可以準確的將唱針小桿的動作轉換成相對時應於音樂刻劃的電氣信號。良好的循跡力不但意味著適當的循槽現象,並且也要把唱針小桿相對安置在唱頭本體活動區的線性範圍(亦就是垂直伸縮區)的中央部位。但是循跡力是一種靜態特性,而播放唱片是一種動態情況; 當唱片表面出現一個上升處時,唱臂被迫上升,唱針小桿彈簧像唱頭本體縮近,於是有效循跡力增加。當唱片表面下降時,前述效果便完全相反。這樣一來,就開始了所謂的Pogo-Stick效應,在沒有阻尼設備的唱臂上這些效應會引起連續不斷的暫態循跡力的變動,甚至會使唱針整個的躍出音槽。
不正確的循跡力會暫時把唱針小桿迫離正確的操作位置。不管力量太大或太小都會破壞正常的循跡。如果唱針和音槽邊畢的一面或兩面暫時接觸不到,會發生音槽重覆,當循跡力超過音槽槽壁承受力的瞬間也一樣會發生音槽重覆。唱針的彎曲將產生所謂的「扭曲嗚聲(Wrap Wow)」──一種唱針音槽之間相對速度改變的現象,會造成音樂曲調的顫抖。有了阻尼後,因為唱針更能始終如一的與音槽槽壁保持適當接觸,其唱針小桿也不再常被折曲到線性動作區之外,上述弊端將可大大減少。
效果是肯定的
一位聆聽者有這種感覺,就僅僅因為唱針不再受到那麼多不必要的共振頻率的影響,其效果就如他自己音響系統的音量及平衡控制鈕不再被反覆無常的捉弄一般。對他而言,這就像使用一組有顫聲轉換成沒有顫聲的唱盤一般──唯一的區別是在空間感覺,而不在於音調。那種「不穩定」的感覺已不復存在。再追究另外一個聲音明顯地清澈的原因可能是因為循跡獲得改善之後,減少了許多經常是由於唱針在音槽內往復振動所引起的高頻顫聲。這些顫聲雖然大多屬於20,000Hz以上,卻可能會間接成可聞的失真成份。
拿這些實驗做基礎,唱臂阻尼似乎完全肯定了許多有價值的性能。可是像大多數的技藝一般,它可能會有弊病,例如阻尼太多會使唱臂對扭曲和振動產生關節炎似的反應。而且會加重唱針小桿過度的扭曲或某些循跡問題。
在實際上,阻尼唱臂的購買者大可不必操心過度阻尼。唱臂設計者已經把這問題考慮進去,並且經常會選擇出一個適於各種不同唱頭的阻尼量。唱臂可能會在不引起嚴重問題的情況下稍微過度阻臂或阻尼不足,而同時仍具有阻尼的全部優點。
如果你尋找不到適合實際需要的粘滯阻尼唱臂,當然也可以折衷選用重量對稱耦合許多設計中的一套。可是要牢記在心,當耦合作用減輕共振困擾時,它也許仍然不像粘滯阻尼一般能給予一個完滿的解決之道。
(譯自 July 1975 High Fidelity)
轉載音響技術第6期 JUNE. 1976 唱臂阻尼的重要性/王家河
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