SONY CDP-101 數位唱片播放系統－老音響資料庫/蘇桑部落格

　　在今年的CES及日本電子展中,最熱門的要算是各廠家的DAD數位唱片播放系統。有不少國外音響評論家咸認為在未來幾年內,DAD將淘汰目前使用的唱片,唱盤和唱頭。我們不必預卜其未來發展,但據悉本月下旬的台北電器展中將有數款DAD唱盤展出,藉著本文,讀者們可以先行瞭解DAD的結構及動作原理。

──編者

　　我覺得我是一個新音響世紀誕生的目擊者,再經過美國、日本、歐洲各地的展示會之後,在我的實驗室中終於有了一部革命性的數位唱盤以及附送的唱片。當然還有一些問題尚未明瞭,例如SONY無法明確的告訴我CDP-101何時能在美國上市,最快的估計也要到1983年的中期;同時SONY也無法告訴我確實的售價,雖然九月份時東京的訂價是168,000日元,以目前對美元的兑率是250日元對1美元約合670美元,而一般日本音響的價格標示,在此地的售價約會增加25%至30%。

　　在零售商關心著價格及貨源,發燒友準備搶購第一批到達的數位唱盤時,我主要的興趣却是試驗及測試。在我一再的為這些小型數位唱片的音質感動之餘,我希望能自己瞭解一下SONY的Esprit系統是否如我想像一般的好。簡而言之──有過之而無不及。

　　有關SONY及荷蘭Philips共同研究的數位唱片之介紹已經相當多了,不需要我再次的重覆其原理。曾經有人說一旦數位唱盤標準化之後,唱盤與唱盤之間的差別將消失,所以各種不同音響系統間音質的差別也會消失。總括一句話,這些人認為和我一樣的音響評論員即將失業。我懷疑會有這種可能性,因為即使數位系統標準化了,並同時為各個軟體、硬體工廠所採用,但是每一家廠商對標準化的執行方式及其革新的產品特性與操作方式仍會大不相同。畢竟LP唱片也是標準化的產品,但是絕沒有人敢說所有的唱盤都一樣。更何況在這些唱盤中還是有屬於類比的部分,因而造成音質的不同。

　　在CDP-101中,SONY公司確實付出了全力為數位唱盤的新紀元立下一個典範。在其前方的面板上顯示了優雅及進步,打開左上方的電源開關之後,唱片播放匣右方的數字顯示表指示出『1』這個數字。接下來觸摸唱片播放匣上的開閉鈕(open-close),播放匣緩慢的伸出,只要把唱片放進去,不必尋找唱盤的軸心,也不必對正什麼,只要放進去就好。然後再按播放鈕(play)或開閉鈕,播放匣即緩慢的收回。如果你按的是播放鈕,幾秒鐘內場片即開始播放。如果你按的是開閉鈕,你必須再按一次播放鈕使其開始播或者你也可以選擇自動選曲鈕(automatic music sensor button)直接選擇你希望聽到的曲段。

　　唱片上的說明詳列了每一張唱片上所含有的歌曲的數目及內容,如果在播唱片的過程中,你想重回剛才聽過的片段你只要按下回轉(backward)的自動選曲。數字指示表除了會指示正在播放的曲數外,也會指示唱盤正在尋找的歌曲的曲數,一個閃爍的紅燈指示唱片已經放好並且速度也已到達穩定了,數字指示表也會指示所播放的歌曲已經過了多少時間。按一下「剩餘時間(time-remaining)鈕」更會告訴你唱片還剩下多少時間。「重設」(reset)鈕會使光學雷射的唱頭回到唱片的起點。三個重覆播放的按鈕提供數種不同的選擇,包括了:重覆最後播放的歌曲、重覆整張唱片及重覆唱片某一個片段。

　　播放及暫停鈕的操作與一般錄音座的相同,也有已經標準化的標示箭頭及雙直線。四個額外的按鈕,兩個雙箭頭各指向一個方向及兩個三箭頭各提供在聽歌曲時有快速前進及快速回轉的功能。它的功用與一般錄影機的快速前進快速回轉相同,但不同的是它並不會使音調改變而是在唱片上做快速的取樣,你可以在你所希望的位置控制它停下來。雖然唱盤本身的輸出是固定的,並且相當的高,甚至高於一般高輸出的前級或調諧器,但在左下角的耳機插孔上方有一個電平控制,提供你對耳機電平的調整。

　　此外還有一個使用兩個小電池的紅外線遙控器,同樣具有面板上的所有功能,包括了:記憶重覆的功能、快速選曲、曲目選擇,此外還有0到99個按鈕,允許你直接選取而不必依序尋找。根據SONY公司的說法,這個遙控器RM-101是CDP-101的標準附件,不需額外的花費。

　　類比訊號由CDP-101的後面板的蓮花座輸出,此外後面版還有幾個較不大為大家所熟知的插座及開關。例如後面有一個同步插座可以與SONY出品的邏輯化錄音座相接,錄音時如果唱盤的暫停鈕按下時,錄音座也同時產生暫停(雖然我奇怪是否有人會從數字唱片將高達90分貝的動態範圍的音樂轉錄到錄音座上)。還有一個響笛開關,與唱盤的遙控器配合,如果開關打開後,每當唱盤收到遙控器的訊號時會發出聲響。另外還有一個防震開關(anti-shock)能增加雷射循跡系統的穩定性,但是在我的測試中我無法測出打開與關閉兩者間的差別。最後還有一個多端插座標示為附件埠(accessory port),可以與SONY其他遙控裝置連接,但這些須另外購買。

　　有關CDP-101的光電操作原理在附頁裡,凡是希望瞭解雷射唱頭如何感應0.5μm寬、0.833μm至3.56μm長、0.11μm深而聲軌間距離的1.6μm訊號的人可以參考附頁。如果你與我一樣我相信你會對測試及試聽的結果更感興趣。

　　我本來希望使用含有不同測試訊號的測試唱片,但由於郵誤的關係,測試用唱片仍在由加州到我位於長堤的實驗室之間飛行,所以我只好使用SONY公司所提供的資料。但是我毫不懷疑這些資料的真實性,因為對使用16元數碼及44.1KHz取樣的數位音響系統再加上SONY在這個唱盤系統中所使用的優良的誤差修正方式而言,每一項資料與我的預測都相當符合。

　　圖一是由SONY所提供的頻率響應圖,同時還包括了S/N比及分離度。分離度一直保持90分貝以上直到15KHz才開始下降,在20KHz為88分貝,而S/N比則為96分貝。

　　圖二是總諧波失真與頻率的關係,根據SONY的測試,從60Hz到8KHz都低於0.003%,然後開始上升到18KHz時升至0.01%,在我記憶這些數據的過程中,我一直懷疑這是否是一部唱盤?

　　沒有任何有關顫抖率的紀錄,很可能是無法測量。在數位唱片系統中顫抖率是毫無意義,因為拾取的音樂訊號首先存在系統的主記憶中,然後再一個位元一個位元依序以石英振盪的頻率送出。

　　圖三是在測試頻率1KHz時,CDP-101的一個輸出端輸出的音譜圖。你可以看得出來,即使諧波失真存在也一定遠小於噪音的電平,而噪音電平是-95分貝。

　　圖四與圖三相同,只是頻率為10KHz,同樣的,即使諧波失真存在,一定也小於-90分貝的噪音電平。

　　在這種結果之下我懷疑即使測試唱片及時寄到,我的測試儀器能否勝任還是個問題。但是無論如何測試唱片到的時候我還是會試試看,然後再將結果公佈。

　　幸運的是我有7張數位錄音的唱片,其中有些是由類比錄音的母帶直接轉錄的。雖然這些唱片毫無背景噪音,但直到現在才能令我享受到真正的音樂。其中一張是Richard Strauss的Also sprach Zarathustra,由波士頓交響樂團演奏,Ozawa指揮。一開始時震人肺腑的低音所具有的深度及清晰度是任何我所知道的系統都沒有辦法發出的。可是不要只專注於某一段或某一個音符的表現,欣賞『火戰車』的原聲帶錄音,使得這部影片的每一個影像及景色又重回我的腦海之中,這絕不是一般被噪音所掩飾或動態範圍受到壓抑的唱片所能辦到的。我對音樂的欣賞並不侷限於古典音樂,我還有一張由Polygram出版的流行音樂示範唱片,裡面混合了由數位錄音的母帶及類比錄音的母帶刻錄的曲目;其中Moody Blue的"Night in the white satin"及Abba的"Head over heel"特別的傑出。當然並非我對所有的音樂都很滿意,只是我的不滿意與唱盤無關,而是我們的錄音方式到了必須再改進的時候了。特別是流行樂的風格,在類比錄音中用了太多的商業技巧如:多軌錄音、重覆錄音、迴音、延遲及特殊的等化。在數位系統的清澈透明的領域中,這些不必要的花招或技巧變成令人難以原諒。雖然我並不主張要完全廢除這些技巧,但是在使用上要更加謹慎。

　　對即將來臨的數位唱片,我另外還有幾點隱憂。許多唱片公司已經出版了許多的「數位唱片」。當然你我都曉得:所謂的數位唱片只是指母帶以數位方式處理,但對一般人而言他們可能不知道這些差別,很可能他們會說:「什麼稀奇嘛!數位唱片早已出了好幾年了!」。我很希望這些真正的數位錄音的唱片及全新的數位唱盤能很快的流行起來,讓大多數人都能了解另一個新的音響世紀已經來到。

　　到唱盤在美國推出的時候,至少會有300張以上的數位唱片上市,其中⅔是由Polygram集團的歐洲公司出品,另外⅓是日本的CBS-SONY公司的產品。除此之外我希望其他的唱片公司,尤其是業績逐漸衰退的公司能了解這個新發展的重要性,而能增加投資來生產這種唱片。

　　最後一個好消息,在日本數位唱片的價格約為15美元,比較一下時間的長度你會發現其實比今天最流行的直接刻片唱片還要便宜。類比錄音的唱片陪伴我們近50年了,沒有一個人能輕易的捨棄這些唱片,但是在我聽過這一部數位唱盤及數位唱片之後,早晚這些LP唱片也會與78轉唱片一樣的消失。我不能告訴你什麼時候會消失,但我知道它一定消失。

(取材自AUDIO 1982/NOV., 原作者為Leonard Feldman)

SONY CDP-101 附頁

　　圖B1是目前標準化的數位唱片的基本結構,雷射光是由唱片的下方射入,首先要通過相當的厚度後才會到達訊號面,而唱片的上方有一層塑膠的保護膜。厚度1.2mm的穿透層在訊號的拾取上具有重要的地位,這個穿透層的折射係數為1.5,所以當入射的雷射光在到達唱片表面時的大小為直徑0.8mm時,經穿透層的折射在到達訊號面就只剩下1.7μm了,如圖B2所示。這個折射過程最重要的目的是如果唱片上有刮痕或灰塵的話,他們對入射光的遮蔽效應在到達訊號面時也降低了許多;實際上小於0.5mm的灰塵及刮痕對拾取的訊號毫無影響。

　　由許多小凹洞所組成的訊號軌跡由唱片的內部向外延伸,軌跡的間距為1.6μm。更簡潔的說法是在一般LP唱片的一道溝槽內可以有60個由凹洞組成的訊號軌跡。顯然的要做到能夠拾取這些訊號在光學系統上一定要有突破性的進步。

　　圖B3是一個光學唱頭的簡圖。一個雷射二極體(LD)放在一個焦距很大的雙凸透鏡的焦點上,由焦點發出的雷射光通過透鏡後產生平行的光束,最後再由一個物鏡聚焦後投射在訊號面上。在兩個透鏡間有一個極化光線分割器Polarization Beam Splitter (PBS)。極化光線分割氣是一個具有電耦極薄膜的稜鏡,它能將由雷射二極體發出的光束投射至訊號面,然後將反射回來的光束送到光二極體(PD)。這樣的安排可以防止入設置訊號面的平行偏極化的光束因散射的關係,而投射到接收垂直偏極的反射光束的光二極體上。一個¼波長板(QWP)可以控制入射光束及反射光束的極化,使反射光束能全部確實的偏折向光二極體。

　　在這個系統中入射光束的焦點深度僅±2μm,而一般標準數位唱片在轉動時,垂直方面的不規則變化遠超過這個距離100倍以上,所以系統中必須有一個伺服系統來控制物鏡的移動以保持入射光束的焦點能正確的投射在唱片訊號面上。

　　圖B4即為伺服系統控制焦點的方法,右邊是反射光線的路徑圖,其中將物鏡及凸透鏡合而為一,而在凸透鏡與光二極體間有一個圓柱透鏡。反射光束的垂直分量經過圓柱透鏡時不受影響,仍聚焦於凸透鏡的焦點上,即第一焦點,但是水平分量則受圓柱透境的折射而聚焦在較近的位置,即第二焦點。如果這時候光二極體正好位於光束垂直分量的相交的位置時,(實線部分在PD位置),在光二極體上正好形成圓形的光點。如果唱片與組合透鏡間的距離增加,此時第一第二焦點都會靠近透鏡如圓中的虛線,這個時候垂直分量不變而水平分量因折射的角度變大,所以相交的光點形成橢圓如c。同理,當唱片與透境的距離減少時,也會形成橢圓的圓形,但與c圖成90°如a。

　　將光二極體分成四個部分,我們可以得到一焦點誤差控制訊號,如圖B4的下方附圖。然後微分放大器的輸出,控制物鏡的驅動部分使焦點誤差控制訊號保持為零,在這種情形下訊號面永遠與入射光焦點保持固定的距離。圖B4中額外的E、F部分是保持循跡在左右方向的穩定。所以雷射光必須產生三道光束圖B3中的光柵就是將一個雷射二極體發出的光分成三道,這三道光束的相對位置如圖B5。

　　如果主光束偏離了訊號的軌道,則E與F這兩個光束之間就引起不平衡,從光二極體所接收到的F與E的訊號差就代表了左右方向循跡誤差,這個訊號驅動圖B3中的循跡線圈使物鏡左右移動來調整光束,這種控制系統屬於「三點式控制系統」(three-spot method)。透鏡的驅動系統是電磁式,與喇叭的音圈相似。整個系統又可稱為雙軸系統,因為它可以在左右及上下兩個方向調整透鏡的位置。本文並不希望詳細的討論CDP-101的電路構造,簡單的說,它用了三個大型的LSI 組成解調及誤差修正線路,同時還有16K的RAM組成一個黑箱(black-box),主要將數位訊號轉換成類比訊號以供作高電平的輸出。