有趣的Hi-Fi小實驗/10種唱頭的頻率特性實驗 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　頻率響應,幾乎是每一項音響器材所必須列出的規格,無論資深或資淺的Hi-Fi迷,當他注意到某器材時,絕不會忽略「頻率響應」這項,由此可見頻率響應在音響器材中之重要性。然而很不幸的,眾多Hi-Fi迷能夠完全了解頻率響應所代表意義的,實在不多,而有一部分器材所列的規格,對消費者言,是沒什麼意義的。譬如說有二只唱頭所列之規格均為20~20.000Hz±1dB,但是一旦接到你的擴大機時,它們的頻率響應很可能一只變為20~20.000Hz±2dB而另一只變為20~20.000Hz±4dB,即使這只唱頭原先是在同一標準下量度的,仍然無法避免差異之存在,因為這是訊號傳送間界面(Interface)的問題。所以當我們要知道某一唱頭之正確頻率響應時,最好能用「現在所使用」的器材來量度它,在這種量度方式下得到的結果,比用數十萬的昂貴儀器來量度,可能還更具有意義。

　　由本社發行的測試唱片SMT-TS-4是一張相當實用的唱片,你只要有一台示波器,就可以在家中測試唱頭的頻率響應,由於所錄不同頻率信號強度的特別配置,使得可以量度出來由唱針→唱頭等化器輸出的頻率特性,如果有多只唱頭,更可用來比較它們間頻率響應之差異(指在你家中的差異)。

　　本次實驗裡,要對十個唱頭進行頻率響應的試驗,所得數據以圖表公佈於後,由讀者自己去觀察、體會和推論筆者不準備從這些結果中整理出結論來,僅希望經由本次實驗,能對唱頭的頻率響應,和讀者們同作一次較深切的體認。還要請特別注意的是:本次實驗並非測試報告,各唱頭的頻率響應只是表示在此條件下所呈的頻率特性,數據間相對的意義才是重要的,適用於判定在本次實驗的條件下,各唱頭之頻率響應差異。

測試唱片再度上場

　　下面敘述整個實驗過程,有測試唱片的讀者,不妨用相同的方式自己做實驗。

　　首先來看SMT-TS-4的哪一部分適合用於本實驗,應該是在A面的第三段和第四段,上面錄有二十小段不同的頻率(Spot Frequency),從20KHz到20Hz,左右聲道分開錄製,每一頻率各錄約8秒時間,再開頭和結束各有一段1KHz信號,可作為在儀器上設定觀察之0dB基準。

　　從20KHz到20Hz,各頻率之錄音強度是不同的(參看附表),若以1KHz的錄音強度為0dB,則在20KHz和20Hz兩端,各有約20dB的加強和衰減,其間之每一頻率,錄音強度也是不一樣的,它們強弱的關係,係根據標準RIAA磁頭等化特性而變化,目的在使當我們用一只理想唱頭和理想之等化器時,能得到平整一致的輸出讀數,當然理想唱頭和理想等化器是不存在的,在不同頻率下輸出自然不同,就正好可用來顯示唱頭和等化器之綜合特性了(嚴格的說,還包括了所用以度量儀器的誤差)。不同頻率信號所呈現的輸出差異,代表著實驗系統中,唱頭和等化器之總合頻率響應,其中還包括了信號傳送界面之影響,如用多只唱頭作實驗,亦可由頻率響應之共同趨勢來判定等化器之RIAA等化偏差。

肉眼觀察仍相當精確

　　磁頭放大器使用粱中鍔先生裝製的pro-212等化器(參看本刊五十九期),只用其中一聲道,但在輸入端加裝一只開關來切換唱頭左右聲道之信號,輸出電平的觀察是直接由pro-212之輸出端接至示波器,直接記下輸出信號之峰至峰(Peak to Peak)電平,輸出信號低於160mVp-p時,垂直靈敏度用20mV/Div,若超過160mV,則用50mV/Div,這樣觀察,p-p值之大小可分辨至四分之一格不成問題,若為20mV/Div,精確度為5mV,若為50mV/Div,精確度則為10mV左右,輸出信號強度在80mV~100mVp-p時,若將精確度換算為分貝值,則為0.5dB,可謂相當準確了。

聽不到的頻率卻妨礙視覺

　　在正式實驗前,也就是「預習」的時候,發現一個很嚴重的問題,就是由於唱片表面不平整和唱臂擺動等級低頻信號,因經過等化器放大關係,會使輸出信號在示波器所顯示之波形上下劇烈擺動,致使判讀輸出電平之p-p值產生困難,甚或至無法判讀,乃決定將pro-212上之C6數值加以改變,使和R22成為一高通網路,以便濾除20Hz以下之極低頻,為了使得對20Hz以上之頻率不致有太大影響,所以-3dB點定在20Hz,由於R22數值固定為100K,所以C6之值可由下式算出:

　　實用上,由於上述的計算未考慮到示波器輸入阻抗對R之影響,所以實際之C值還要經過試驗後才能決定,經筆者以SFG-1000分別用80Hz、63Hz、40Hz、30Hz、25Hz、20Hz,以25mVp-p的輸入信號送入等化器量度之結果,C值決定改用一只標示為0.047uF的電容器來替代C6,此時低頻之衰減特性在25Hz時,恰為-3dB,對其他頻率之影響,請參看附表。

　　把C值改小後,極低頻對波形之觀察已不構成妨礙,輸出電平之判讀變得很容易,實驗才得以順利進行。但是當我們要把實驗之結果換算為頻率響應之dB數值時,在80Hz以下,必須要加上被R22、C6所衰減的dB數,才能得到正確的頻率響應,在科學度量的方法中,這種量度的過程,亦可算是加權(Weighted)方式之一。

知識盡在數據中

　　本次實驗,所得的數據相當多,我們可以從縱的和橫的兩方面去觀察,如果作較深入的分析,尚可由各唱頭左右聲道信號的差異,得到聲道平衡度(Channel Balance)特性。希望你在看完本文後,能對所附圖表詳細觀察,相信必然有所體會。