經過上次實驗後,才發現想要觀察唱臂共振,比觀察唱片共振要難得多,前幾次觀察唱片共振的目的,是要分別不同唱片穩定器的效果,只要針對幾個特別的頻率,再換用不同的穩定器即可,只要使用的唱頭、頻率都相同,穩定器效果之差異不難分辨,而且得到的結果不會受唱頭、喇叭等特性影響。
但是觀察唱臂共振就比較難了,有兩點要特別注意:第一:唱臂基座一定要牢固,而且要重;第二:唱臂共振若以筆者上次所設計的方法觀察,如唱臂離喇叭較遠,會因振幅小而比較不容易從示波器看出,因此用來放大唱頭拾得信號的前級,其殘留噪音一定要很小,而且環境得安靜,否則街上的車輛經過,波形都會亂跳。
為了得到比較準確的結果,實驗時一共換用了三只唱頭,並在各唱頭允許的針壓範圍內調至相當的針壓,換用不同唱頭的目的,一方面可以觀察不同唱頭對唱臂共振的影響,另一方面可以使唱臂本身的共振突出,雖然每個唱頭的頻率響應不同,但是若唱臂有明顯共振,可以從不同唱頭實驗的結果中辨別出來。選用的三只唱頭式SHURE V-15 IV、ADC XLM、GRADO F-1+,針壓調在1.25克,實驗還特別把軸部拆下來清理清理,使臂管運動靈活自如。
選取易於觀察的角度
實驗的方法如上次所述,只是器材的位置略有更動,喇叭從原來40公分高的架子搬到地板上,並且在喇叭底下墊了一些柔軟的東西如泡棉、橡皮腳等,使喇叭箱的振動不致傳至地面,唱臂則被置於兩塊磚中,用繩子把磚頭綁緊,唱臂被夾住,此時唱臂基座和磚塊是一體的,這樣,由於兩塊磚重達七、八公斤,想必不會共振,即使共振,頻率也必和唱臂不同。唱針則被置於一鐵塊上,重約一公斤多,應該是不會共振的。
前面提過,唱針拾得的信號必須經由一高信號雜音比的前級放大,因此就向梁副總借用PRO-217無音控前級,至於其他器材的接法前幾期實驗早有敘述,就不再說明了。實驗的時間,定在晚上十一點以後,這樣屋外車輛的影響較小,而且屋內也不會有人走動,示波器的波形穩定,觀察比較容易。
上次實驗時,曾發現臂管和喇叭正面的角度若有變化,共振的振幅也會改變,當唱臂和喇叭正面平行時,共振最明顯,若角度成垂直,則振幅變得很小,這次實驗,筆者唱臂擺在距喇叭50公分處,而且是平行的,因為這樣不僅共振易於觀察,而且共振的誘因和唱臂實際使用時導致共振的誘因相同,因為實際使用時唱針在唱片溝槽中是左右運動的,也就是橫向運動,如一旦引起了共振,振動的方向也必然是橫向的,現在實驗時既然喇叭和唱臂平行,顯然地若唱臂共振,則方向應和喇叭紙盆的運動方向相同,對唱臂言就是和實際使用時相似了。
低頻共振特別明顯
實驗時,選定好音量之後,就一面轉動信號產生器的頻率鈕,一面注視示波器,大致說來,從20Hz開始,甚至十幾赫,示波器上即可看出唱臂共振的跡象,此時耳朵根本聽不到什麼,低音喇叭紙盆的運動卻很明顯,若用手去按住喇叭紙盆,使其振幅減少,則示波器的波形振幅也跟著變小,在20Hz至40Hz這個範圍中,無論使用何種唱頭,都有很明顯的波形出現,也就是說唱臂會共振,在整個音域範圍裡,示波器所顯示的振幅以此處最大,而且屢試不爽,可見這支SME老臂,一定含有一些會使唱臂在此低頻時共振的因素。
把SFG-1000的頻率鈕調高,在頻率超過40Hz後,振幅即減少,然後在50Hz~60Hz間,又有一高峰出現,而且又是三個唱頭均如此,不過這不見得就是唱臂共振,可能是喇叭共振,因筆者用的喇叭諧振頻率為55Hz,此頻率時紙盆運動特別激烈,唱臂就跟著振動,這裡的振幅雖大,但筆者卻不認為是共振。其實要證明50Hz~60Hz振動是不是因喇叭共振引起也不難,只要換用幾種不同喇叭即可,只是筆者不願這麼麻煩,而且喇叭效率不同,即使擴大機音量調至同一位置,對唱臂的影響也不一樣,所以50Hz~60Hz的共振,只好「合理」的存疑。
10KHz也會共振?
頻率繼續往上調,共振的觀察比低頻容易,雖然只要喇叭在響,所有的頻率都能在示波器看到,但是振幅大小却是很容易分辨,中頻共振時和非共振時振幅差異若以示波器上的格數換算,可達10~20dB,低頻時差異就沒有這麼大,而且在300~400Hz時的共振,用手去輕觸唱臂都能感覺得到,中頻部分的共振,裝用不同唱頭時亦不相同,這是十分意外的,因為筆者以往的觀念是唱頭只能影響到20Hz左右的共振頻率,對其他頻率是沒有影響的,不料這次實驗卻顯示唱頭仍對中頻共振有影響,尤其ADC和GRADO均使用同一唱頭蓋,在300Hz附近的共振特性卻有很大的不同,用ADC XLM時在280~330Hz這段幾乎全在共振,振幅比其他頻率高出6dB~10dB,而GRADO卻僅約在300Hz附近共振和SHURE相同,超過了300Hz這段後,就沒什麼很明顯的共振了,雖然一直到2KHz以上,唱頭所拾得的信號很容易觀察到,但頻率越高,振幅就越小,PRO-217噪音所佔的比例就越大。
上次實驗,頻率只有調到2KHz左右,更高的頻率並未觀察,這次實驗因比較正式,所以頻率一直繼續向上調,結果竟然在10KHz時,被筆者觀察到另一類似共振的現象,本來頻率高到5KHz以上時,示波器上所能看到的,除了是整條掃描線上下跳動外(低頻影響),就只有一些擴大機的噪音,約只佔示波器刻度的半格,但是當頻率在接近9KHz時,噪音波形中却漸漸出現鋸齒狀的波形,而在左右達到最大,約佔刻度的一格,頻率再高,振幅却又小了下去,很明顯的,在10KHz附近,這支唱臂確在共振,振幅雖遠低於中頻和低頻,但卻比8KHz和12KHz高出很多,這個共振頻率用三個唱頭都可以觀察到,其中以F-1+最明顯,其次為V-15 IV。
中頻共振手觸可感
這次實驗,因為方法是筆者自己發明的,而且進行的方式也很克難,更由於唱頭的特性、喇叭的特性甚至用來放大唱頭信號的PRO-217特性,都有可能影響到實驗結果。但是由實驗結果得知,因不同唱頭特性再同一頻率突起的可能性實在太小,所以當某頻率升起6~10dB時,幾乎可以確定是由唱臂共振所引起的,在本文所附的觀察結果,每一只唱頭都只列了四、五個共振頻率這些頻率都是升起6dB以上(振幅增加一倍),至於其他振幅升起3~5dB的頻率約有十餘個,筆者均捨棄,因為那很可能是由喇叭特性所造成的。另外SHURE V-15 IV,前端有個小毛刷,若把毛刷放下,並增加0.5克針壓的話,低頻部分共振的振幅會減少一點點,不過這是指20Hz以上的部分,20Hz以下影響如何就不清楚了。
總之,從筆者在做唱片穩定器實驗時發現唱臂共振有時可用手摸到開始,到這次絞盡腦汁想觀察唱臂共振止,雖無法量度到多支唱臂的共振特性,但可以肯定的一點是,唱臂共振不只見於低頻,就是中頻、高頻一樣可以發生,而且中頻部分的共振用手即可感覺,尤其在播放聲樂的獨唱曲時,播唱時只要用手輕觸唱臂,不管是何種唱臂,共振都能傳至手上,不信的話,讀者現在就可試試,而且您的手如果夠敏感的話,您會發現唱臂的不同部分,共振的幅度是不同的。
編者註:
有關共振的問題,是物理學中有關聲學及波動原理的問題,在本實驗中,至少有以下諸點是實驗者沒有考慮到的:
1.所謂共振,在波動原理中,必須有「諧波」關係存在,易言之,如果在60Hz發現一個峯,必然地,在 30Hz及120Hz上也要出現小峯,此時之共振因素使是單純的。
2.室內聲容積及建築物的共振問題:在許多時候,我們都會發現,即使門窗緊閉,也很難隔絕由鄰居傳來的Bass聲,因為那是由牆壁和地板傳過來的。現今大多數公寓的室內建築性共振多落在30Hz以下,這樣的共振根本不是兩片海綿或磚頭能夠隔絕得了的。
3.物體之振動,必產生波節與波幅,當唱臂發生共振時,其波節若落在針頭處,則一如未振動一樣。
轉載音響技術第81期SEP. 1982 Hi-Fi小實驗/再談唱臂共振的觀察/蒲鴻慶
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