在此文章的第一部分中,我們討論過幾種唱機播放過程中,必須考慮的因素;並且將這些因素區分為二大類,第一類是關於標準狀況下唱片槽再生時的調變情形,第二類是播放時所遭遇到的實際問題;再說唱頭的規格,有頻率響應、分離度、循行力和失真等。實際上我們所碰到的問題是非常高的調變電平、唱片彎曲、體內雜音、唱頭──唱臂的諧振、靜電力與唱片、唱針上的污物堆積;這些實際上的問題對音質有嚴重的影響。
設計唱頭必須朝下列兩種目標邁進;首先要加強標準下的播放能力,也就是唱頭在整個的可聽音頻內有平坦的頻率響應。循行力要有足夠的能力來播放唱片中所有的訊號;失真必須低至不能測出;串音要不影響立體平衡效果。除了這些特性外,輸出電平必得儘量的高,來防止訊號雜音比的問題;哼聲、轆聲與抖動率要小到可接受。最後,也是最重要的是唱頭必須在很低的循軌力下播放,以便防止唱針尖端與唱片表面的迅速磨損。依我們的經驗,循軌力需低於 1.5g。
因理想的狀況幾乎不存在,所以第二個目標是減少或消除不理想播放情形的影響。有種顯明的方法,就是提供一種湊合的附屬裝置,能夠與唱頭──唱臂系統連接或附加使用。許多類似的裝置會有效的減少機械雜音、唱頭──唱臂的諧振、靜電力與唱片上的堆積物,這些附加裝置幾乎不是理想的解決方法,因在整個的系統設計研究上,缺乏客觀性。較好的解決方法是提供一種唱頭,能在不理想狀況下播放而不影響其特性;同從前設計來比較,這種的設計有著明顯的改進。
Shure V15 Type IV 唱頭就是以這種觀念所設計出來的。主要的改進是在唱片槽中有較佳的調變再生;再加上可解決由唱頭──唱臂諧振與靜電所引起的問題和減少灰塵堆積的影響。提出一個可同時解決多種問題的困難性,是不可忽視的。在往後的文章中,我們要討論導致不同設計之理論根據,並且描述解決的方法。
循行應考慮事情
循行力式唱針在唱片槽上保持接觸的能力(對唱片上所產生的訊號來說)。除了唱片的調變之外,還有許多其他由不必要干擾所產生的訊號存在唱片裡;我們研究唱片彎曲的特性顯示,這些干擾的訊號竟延伸到超低音頻區域(圖一);包括彎曲唱片的訊號,我們不僅僅歸咎於唱頭的循行力,並且可歸咎於唱臂與唱頭系統。
一個用此種裝置的例子就像圖二所示,那就是用 V15 Type III 加上 SME 唱臂以 1g 的循軌力來播放。循行力曲線通過訊號分佈圖頂端極限下方時,也就說明了有錯誤的循行存在。V15 Type III 是現今擁有非常高的高頻循行力的唱頭之一,它能夠在最大的推薦循軌力(1.25g)播放唱片中所有的高峯值訊號。曲線外的剩餘部份表示有循行力邊差(Trackability margin)存在,這可由圖上的唱頭循行力曲線與陰影訊號區域之間的間隙看出。有著涵蓋大部分頻譜的大循行力邊差,並不表示已滿足循軌需求;理想的循行力邊差,必須擴展至涵蓋整個的頻譜。
圖二中的曲線突降,是由於唱臂等價質量與唱頭順服度之間的諧振所引起的;這圖也表現出在唱片彎曲區域(低於 10Hz)有個明顯循軌邊差的損失。圖二曲線中有二處是我們期望能放進循行力的地方;第一處是在中、高頻,第二處是在僅有一點邊差存在的唱頭──唱臂諧振地區。
V15 Type IV 就是在改進這二個區域,並不影響到其他特性。我們的目的是避免為了高頻的增益或捨棄彎曲訊號,而放棄了任何的低頻循行力。暴力的處理方法常常是我們所使用的,但卻容易使得唱針過阻尼或增加額定針壓,所以這種方式我們不能接受。我們也不接受為了改良高頻的循行,而捨棄平坦的頻率響應。只有以此種「不危害」的方式,才能達到循行力的真正改進,並且並非現在的限制條件中重新安排而已。循行力明顯的改進已經在圖三與表一中列出了。
最大的改進處是在高頻區域與超低頻唱片彎曲訊號部分。在低頻(接近 100Hz)時 V15 Type III 和 Type IV 的特性,就像圖中般的非常相近,這已經足夠滿足商業唱片的需求了。低頻處給人深刻印象的改進,顯示一個新的、重大意義的邊差來防止彎曲訊號,這將在以後說明。
現在我們應考慮,如何才能達到改良 20Hz 到 20KHz 方法。
新的唱針軸與磁鐵之組合
在動磁式唱頭中,軸與磁鐵的組合是轉換器的心臟部分,這個設計必定在極小心的過程中完成的。一些客觀性的標準是必須要有的,包括低的等價質量、高於可聽見音頻之唱針諧振頻率、低的諧振 Q 值以避免彎曲及破碎、適當的固定元件來確保有正確訊號的傳輸。由於這許多項目的要求會相互牴觸,所以無法將其中一個特性做得很完美而不影響其他特性,因此會有低於最適宜標準一點的設計出現。工程師們會將這些設計因素,做一最適宜的安排。
在設計 V15 Type IV 的唱針軸時,我們必須研究好幾種不同的特性標準;由於引進了電腦的技術,許多不同型態的軸,能互相比較它們的等價質量、阻抗、響應的彈性與物理的幾何特性。依據這些結果,許多的原型設計出來,並且加以試聽。最後設計出如圖四的 Telescopic 唱針軸。
Telescopic 軸使用了精密的外部加強管子,直接與軸接觸。為了達到這種精細緊密組合,一種新的程序和特殊工具因應而生。磁鐵部分是由高能量金屬構成,無論在體積或質量上都有顯著減低。我們可拿 V15 Type III 來比較,它使用輕質量較大直徑的軸,並在中間加入固態鈹桿來補強它;V15 Type III 由於這些改變的影響,使得唱針軸的組合減低了它的全部質量與等價質量。由標準特性的角度來看,新軸在高頻循行力方面有極好的改進,並且維持了平坦的頻率響應。
唱針軸的新電腦模型
雖然新軸的設計比較容易說明,但做起來卻不是那麼容易。我們要描述,發展 V15 Type IV 的電腦模型時,必須了解到幕後的工程師們是多麼的辛勞呀!這個電腦模型並非像以往文章中所討論過的電子──機械上的模型;這個模型是由動態系統的數學方法導出的(圖五)。
這種模型可允許質量和彈性上的擴充,也就是改變其軸的長度,事實上能夠增加到四節,組合成一合成系統。這就是圖五中像彈簧狀的裝置,在播放唱片和軸承阻抗上都是很複雜的因素,這可由理論和經驗上的資料來決定。當以正弦波輸入時,此模型在任何點,都能表現出應力或應變的特性。圖六說明能夠產生的節目訊號型態;這個圖顯示,在諧振頻率使用簡單的管狀唱針軸,於瞬間藉著振動時的中心線。這個例子中,由於軸承的支撐物有著比較高的質量與不適當的阻尼存在,所以唱針軸與軸承的移動很難控制。轉換器的中心點會因振動而離開參考軸預定的支軸位置。
圖七說明同一個唱針,在連續的瞬間產生的位置圖;要注意的是圖六與圖七的垂直振幅,都是經過放大 100 倍的,這裡描繪了在唱針諧振頻率 ¼ 週期的情形。我們再三的由輸入的正弦波與軸的彎曲來觀察錯誤的循行,可發現磁鐵會偏離樞軸點。
電腦的分析顯示,循行的必要條件是需要一種能減少軸彎曲的結構;發展軸的材料要考慮到其形狀、長度、寬度、與厚度,並加上找出防止偏離樞軸的方法。
由於要發展 V15 Type IV,至少有超過 50 種的組合電腦模擬出來,並且有許多種給選擇出來製成實驗原型。綜合這些,Telescopic 唱針軸之結構,選擇了最佳的軸承與防振器的匹配。
軸承與阻尼系統
發展唱針軸與軸承和阻尼系統有密切的關係。所有的零件必須極小心的調整,以達成最佳的設計;除了受到唱針軸材料的限制外,軸承與彈性性質,通常必須使得循行力在整個的音頻範圍內盡量的提高。例如,如果軸承的彈性減小時,改進其低頻循行力通常很容易達到,但這成效卻由於高頻循行力的降低而抵銷掉。因此,假如有重大的增益,那就需要斟酌軸承材料的特性和循行力的貢獻。
研究軸承的材料,必須從彈力與整個超低頻和可聽見頻率的不同彈性阻尼特性間之關係來著手。使用上面所提到的,來當做機械上的阻抗轉換器,並且可用來區別那些基本「彈簧狀」由材料本身產生的力和性質上非常類似「緩衝筒」(dashpot)的力。為了達到預期的理想唱頭裝置,我們要將各種材料在應力/應變情況下測試。藉著在整個頻率內的各種材料測試,我們可找出整個材料阻抗的特性;進一步的應用這個資料,我們就可決定材料的動態彈性與動態阻力。我們也可測量出彈性和阻尼二者的程度,作為頻率的功能條件。
理想材料的品質也能確定。例如,在超低頻時必須具有彈性、中頻與低頻時的順服度、還有不容易達到的高頻時彈性;無論如何,我們可以找到一種特殊妥協方法,將這些特性綜合在一起,製造接近理想的品質。
整體材料阻抗的特性(包含材料的二種品質)提供了有關於循行力的參數。我們來看看這個功能,在超低頻到中頻範圍內,V15 Type III 和 V15 Type IV,軸承材料特性的比較(圖八)圖中說明 V15 Type IV 的軸承於很低頻率(低於 100Hz)和超低頻時有較高的阻抗,但是在中頻時的阻抗卻較低。這是我們所期望得到的特性,由於為了最佳的唱頭──唱臂諧振頻率,而維持了順服度,並且改進了中頻時的循行力;高頻循行力由於動態防振器而有很好的改良。
動態防振器
在設計任何動磁性唱頭的協調上,通常要同時達到低、中、高頻的高度循行力,常有互相牴觸情形發生。像剛剛陳述般,彈性軸承要求在整個音頻的每一部分都不同。當在獲得測量和混合彈性性能之知識後,可使得工程師們對唱針系統有更完善的規劃,並且說明了單獨彈性部分(像普通的唱針軸承)在整個的音頻內,不能很理想的符合所需。
發展 Shure M24H 唱頭方面,設計上是為了 CD-4 四生到音響和普通的立體聲播放,另外軸承也必須供給好的頻率響應、循行力、和整個載波頻率的聲道分離控制。在這個時候,Shure 是將這種動態防振器原理應用在唱頭上的第一家公司。
圖九就是研究發展這種裝置的最初型態;一塊「物質」緊貼在磁鐵末彈性物體後端,它具有順服度與阻尼雙重的性能。超過一些預先選定的頻率之上(此處附加的阻尼是極有益的),此時那塊「物質」會產生貫性來防止很明顯的移動。這個彈性體可利用其阻尼的特性;實際上它只在高頻時提供我們所需要的阻尼特性,在中、低頻我們不需要時,它就不提供此項服務。
更進一步的勘查動態防振器之原理,發現一項更簡單,但卻更有用的安排方法。圖十顯示這種新的結構,它已經除去了那塊狀的「物質」,取而代之的是彈性體,它包含了所有的優點。這個分佈參數結構(distributed parameter structure)可提高在整個的頻率下,最初不一致的順幅度與阻尼的控制;設計 M24H 唱頭時,我們也將此種結構加進去,使得做必要的載波訊號補償時,不致影響到錄音效果,並且 M24H 唱頭也可當作極佳的立體唱頭來使用。
圖十一是唱針與軸承系統的結構圖。軸承與防振器在設計上是相互補助的。高頻率的機械諧振,能夠由防振器圓滿的消除;但是軸承卻減少了這方面的功能,可是軸承改進了低、中頻時的循行力。在以往這二種功能都集中在同一零件內,但現在卻將這二種功能很恰當的分開了。支撐線的功能之一,就是固定樞軸的位置,來防止唱針做縱的移動。
我們有一強烈的感受就是一個理想平坦的頻率對唱頭來說是很重要的:對線性系統來說,平坦頻率的意義就是輸出訊號與輸入完全一致;這在唱機再生中是最終追求的目標。圖十二的曲線就是 V15 Type IV 典型之響應頻率圖;並且說明了容許度的極限。每個唱頭都經過獨立的測試,來確保其特性。
達到理想的響應頻率負載為 47KΩ,250pF。對 Shure 唱頭來說,這是首次減少其推薦的電容值;這個電容值非常適用於現今前置放大器之輸入負載與唱頭繞線產生的電容值。使用正確的電容值並非很嚴格,從 150PF 到 350PF 都能使其頻率響應在其規格之內;因此,在極大多數的使用狀況下,頻率響應都能保持在其規格內,無須任何調整。
所有的唱頭能夠在 1KHz 時有 25dB 聲道分離度(典型是 30dB);10KHz 時有 15dB 之分離度(典型是 20dB)。
失真能由許多種原因而引起。我們曾經討論過錯誤的循軌是最重要的起因,並且也說明提高循行力能減少這種情形。
圖十三是 V15 Type II、III、IV 的三種失真情形。我們比較看看,就可發現後繼的唱頭,都有更進一步的改良。
不適當的循行角度的匹配,試失真的二種主要來源。
循行失真
這種型態的失真,和唱針尖端之大小與幾何結構有關係,在此我們只扼要的說明一些重要的結論;有四種主要的規範要考慮到:循行失真、唱針尖端之壽命、唱片的磨損,和雜音的產生。當唱針尖端之半徑減小時,其失真也跟降低,其半徑減小的極限是當唱片磨損與雜音的增加趨勢最小時候;唱片的磨損和循軌力與循行力都有很大的關係。因此,這裡有許多種連鎖事情得考慮。我們測試結果顯示,最小實際循行失真是在使用 0.0002 吋半徑(5 microns)的唱針時得到的。為了使用這種半徑的唱針,循行力必須很高並且循軌力必須低於 1.5g。V15 Type IV 的最大循軌力 1.5g 還低。直到現在,我們還找不到明顯的證據來證明使用大接觸面積的唱針,能夠允許超過這個標準(也就是超過 1.5g)而不致於影響唱片壽命。
設計 V15 Type IV 時,我們曾經考慮過許多種唱針尖端的形狀;許多種的特性要求包括有低失真、低雜音與低的磨損率,這在雙曲橢圓(hyperelliptical)唱針設計時,都已考慮在內了。
雙曲橢圓之唱針
沒有一樣東西能比天然鑽石更具抗摩性與硬度了。這種雙曲橢圓唱真是由具有寶石品質的天然鑽石製成,也就是說必須有很高的純度,並且沒有一點雜質與結晶,如此能保證解決那些由於許多種製造操作上所必須,以便達到臨界的形狀與半徑而使用的高度應力,並且在播放時能提供極低的磨損率。
基本的正面形狀是雙曲線,可由公式 y²/40.9²-x²/21.6²=1 來說明,這是由於製造過程中有相互交叉之圓錐體存在而造成的。在與唱片槽接觸地區的正面形狀半徑,約等於 38μ(0.0015 吋)。這裡的曲率已經做到最適當的情形了,可允許角度偏差有某些自由度(degree of freedom)存在,而不會影響其特性。
從唱片槽底到唱針尖端有 5.1μ(0.0002 吋)之間隙存在是必要的;唱針不能緊貼著唱片槽底部,因為那會產生令人討厭的雜音。一個細長的接觸面積准許在唱片槽臂上有狹窄但卻長形的「足跡」存在,因而降低了失真(圖十五)。循軌的唱針是比較小的,以便於降低循行失真(圖十五),並且其橢圓的截面保證有個固定的接觸面積。
整個的循軌半徑都是小的,並非僅僅在理論上的接觸點才如此。靠著專利的製造技術,在整個的接觸範圍內,其接觸半徑都保持一定,改進的程度超過球狀、橢圓、和普通的唱頭。這種幾何圖形,是製造程序上的自然演變;並且要注意的是,雖然循軌半徑較小,但其接觸面積卻不小,只是形狀上的不同罷了。因此,我們有正確循軌的長處,而不必減少接觸面積。一個主要的重點,是在唱片槽壁上刻痕和應力的數量與接觸面積有關,這很可能影響到唱片的磨損。
測試
這個設計只是描述幾種的功能和實際上製造的要求。無論如何,唱針必須親自的來測試,以決定在使用上是否有很好的效果。多方面的測試,必須在動態情況下來查驗唱頭之特性。這種型態的測試有失真測試、雜音與磨損測試、和視覺上的觀察唱針與唱片的結合情形。
[A]失真的測試:理論上雙曲橢圓唱針有較從前更好的循行訊號能力,測試的結果證實了這個說法(圖十六):
(1)用 V15 Type IV,以 CBS STR-1000 測試唱片的 3A 和 3B 頻帶,加上 8-KHz 訊號 @5 cm/sec 之峰值速度與 1.25g 的循軌力來測量其第二諧波失真。各種唱頭的雙聲道平均值如下: a)球形體(0.6mil)是 6.4%, b)橢圓形(0.3×0.7 mil)是 4.0%, c)雙曲線橢圓則是 2.5%。
(2)用 V15 Type IV,以 TTR 103 測試唱片的 6 頻帶,加上 1 和 1.5KHz 的訊號 @ 25cm/sec 之峰值速度與 1.25g 的循軌力來測量其內調失真。各種唱頭的雙聲道平均值如下: a)球形體(0.6 mil)是 24%, b)橢圓形(0.3×0.7 mil)是 1.8%, c)雙曲線的是 1.8%, d)雙曲橢圓則是 1.4%。
這項資料顯示出,在二種不同情況下的二種不同型態失真;雖然二者的數目字不同,但其趨勢卻一樣。很明顯的可看出,在每種情況下,雙曲橢圓的失真總是最低的。因為是在不同的狀況下測試的,所以其結果也就不同。
先前所有測量都是在極度小心情形下進行的,並且保證都在相同狀況下測量。每個唱針的循軌力與滑動力都分別的設定,並且每測試一個唱頭都用張新唱片,我們重複的做了幾次的測量,以確保其結果有一致性。所有這些預防辦法都必須保留,以便獲得有用的資料;就是有這種預防,我們偶然的發現一些唱針,不符合這個規範。我們必須記著,失真不僅僅只是由唱針所引起的,因此,我們要測量很多個唱針,以便獲得正確的結論。
[B]雜音的測定:我們要決定雙曲橢圓唱針尖端的影響,也就是表面雜音。用 V15 Type IV,在 3 吋,33⅓ rpm 的唱片上,循行一個無調變(無聲)之唱片槽,以 1g 循軌力,使用 500Hz 的高通濾波器,來測定雜音,我們可發縣每種的唱針都有幾乎相同的頻率響應,相差都在 1dB 之內。各種唱頭的兩聲道平均寬波帶雜音輸出,在 1KHz @ 5cm/sec 峰值速度情況下分別是 a)橢圓形(0.3×0.7 mil)-46¾dB, b)雙曲橢圓 -47½dB; 由上面的數字可看出並沒很大的差異,也就是說雙曲橢圓唱針和普通橢圓唱針,都是會產生極低的表面雜音。
[C]磨損:比較性的測試,只是要我們對唱針和唱片的磨損做一評估。測試中我們用 V15 Type IV、橢圓針、雙曲線針、和雙曲橢圓針在 Shure TTR 110 唱片上以 1.25g 之循軌力,連續的播放,並且用相同的換片機,加上唱片與唱針事先都仔細的清潔過,結果發現在各種唱針中,磨損率並沒明顯的差異。
唱片的磨損也是以相同方法來處理。第二諧波失真是在播放過 100 次之後才測的,所得的結果在各種唱針間也沒很大的差異。
在雜音產生、唱片磨損、和唱針磨損之上,我們都做了廣泛的測試,並且發現在各種唱針之間都沒很明顯區別;並且證實了太高的循軌力會加速磨損,所以推荐了一個不超過的循軌力。我們再次的證實,錯誤的循行會嚴重的影響到唱片,使得磨損與雜音產生。
循軌角度的失真
談到兩種型態的循軌角度失真,也就是關於唱頭與垂直循軌角度之間的問題了。雖然已經有許多關於這方面的報導但很不幸的,無論在刻片或測試方法,都沒啥標準可循;非正式的標準在美國是 15°,歐洲是 20°的垂直循軌角度,由於缺乏一個標準測試方法,所以我們仍無法決定是否將這些角度運用在唱片中。
雖然缺少了刻製唱片的標準循軌角度存在,但是我們卻必須說明唱頭的垂直循軌角度。藉著播放,我們很容易的來辨別唱頭的有效垂直循軌角度。垂直循軌角度,必須由非常適合的測試唱片來決定;因為一張標準、令人可接受的測試唱片仍不存在,所以唯一能夠適當倍確定的垂直循軌角度只有幾何垂直循軌角度而已。這個角度能從配置圖與唱頭上零件的實際測試而得到。各種不同的使用測試唱片的方法包括有:測量第二諧波失真方式──使用 CBS STR-160 測試唱片、測量內調失真方式──使用 RCA 12-5-28 和 DIN 45542 等二種測試唱片。用這些測試唱片測量,以便在這許多技術之中找出明顯的差異。明確地說,RCA 和 DIN 測試唱騙能比使用幾何方法或 CBS STR-160 測試唱片,有超過 5° 的垂直循軌角度;另外再 DIN 45542 測試唱片的二個不同頻帶上,可得到大約 3° 的變化量。V15 Type IV 唱頭的幾何垂直循軌角度,在設計上就被限定在 23° 之下,以確保能符合 DIN 規格 20° ±5°。
不理想狀況的處置
我們曾討論過,在理想狀況下播放的幾個問題,並且描述過如何的來改進循行力,以便來處李高電平調變。就像早先陳述般,所有狀況幾乎都是不理想的;現在我們討論,處理在不理想狀況下播放而造成的問題之方法。
[A]唱頭──唱臂諧振、唱片彎曲、和體內雜音:一個理想的控制唱頭──唱臂諧振的方法,必須有下列幾個考慮因素:(1)唱臂必須能自由移動,來追循非常低的頻率輸入──唱騙彎曲、螺旋唱片槽等等所造成的低頻率;(2)整個系統的頻率響應,必須包括所有的節目訊號而排除了不必要的雜音;(3)任何阻尼系統必須能壓制諧振,所以不需要的低頻訊號就不會給放大了;(4)阻尼的方法必須在波帶或唱片槽傾斜改變時仍能不影響唱針中心點。
Shure V15 Type IV 提供了一個減少低頻時唱頭──唱臂諧振的唯一實際解決方法,這已經結合了幾種其他特性,並且不影響到任何操作特性。
這個系統用了一種叫做動態穩定器的裝置,此裝置如圖十七所示,它有二個獨特的特性,第一種是在穩定器底端前面的石墨纖維結構,第二種是取代以往標準的唱針安全裝置,樞軸的黏性阻尼軸承裝置。
[A]的位置說明穩定器放下後,當作是唱針的安全裝置;[B]位置是正常的播放情形。這些石墨的纖維接觸並且清掃唱片表面,加上黏性阻尼的軸承控制了垂直的諧振。值得注意的是穩定器的纖維必得擺得愈接近唱針愈好,這是很重要的因素,因為它使得唱片彎曲所造成的移動能和唱針與穩定器之移動同時發生;綜合其結果也就是要唱臂能追循著不規則唱片的移動,並且儘量降低唱片彎曲所造成的影響。
V15 Type IV 有從 ¾g 到 1¼g 的循軌力,並且這個穩定器對唱片表面來說也有 ½g 的力,所以整個唱臂的力量可設定在 1¼g 到 1¾g 之間。「C」位置穩定器是收回的情形,在纖維並沒接觸到唱片表面,在這種狀況下播放就像一般的唱頭,但其循軌力卻得重新設定到 ¾ 和 1¼g 之間了。
選擇如此小直徑的石墨纖維是有好幾種原因存在;除了有極好的阻尼性能外,這種纖維有導電功能,可將唱片上取得的靜電傳導至地。因為唱片上的靜電能夠吸引唱臂和唱針,而這種纖維卻能在播放時穩定它的循軌力。就是當穩定器放在「C」位置時,仍有中和靜電的能力,但卻沒有多大效果。
不僅如此,石墨纖維也有唱片清潔刷子之功能。這每一根纖維僅僅有微米之直徑,使得它有掃除唱片槽塵埃的能力,並且可防止粉狀的灰塵落到唱片槽壁之內。
穩定器的另外一個功能是能夠防止突來的震動;當唱臂不小心的掉下之後,普通的唱針臂得承受全部的力量,永遠性的損壞可能會造成,並且唱針可能會變成永遠失效。另外由於唱針沒彈性,會造成在唱片上亂跳,並且使得唱片槽受損。在正常狀況下,也就是在「B」位置時,這個黏性阻尼的緩衝物,能夠承受此碰擊,並能防止其亂跳。
如此,V15 Type IV 確實解決了許多唱機裝置的問題。動態穩定器不僅解決了低頻穩定性的問題,同時也推荐了解決靜電、唱片表面塵埃、和碰撞所造成之損害問題的方法。
［B］有關唱頭──唱臂諧振的穩定器控制法:一個很方便的方法來測穩定器的效果,就是使它再低頻響應十播放 STR-120 的唱片,以比正常慢一半的速度來播放,可產生從 5 到 250 赫的音頻,恰好包括了唱頭──唱臂的諧振頻率,這張唱片刻有固定的振幅,並且如圖十八所示,它是對「0」軸來劃的。這種測量的結果是一個透過積分器所得到,它使得唱頭的輸出與唱針、唱頭間所對應移動的振幅,能符合一致。這個描繪曲線說明,V15 Type IV 在 SME Series II 唱臂上,沒用穩定器的頻率響應情形;值得注意的是這頻率響應在 10Hz 處有著約 11dB 的突升,但當裝上穩定器後,此峰值卻減少到低於 3dB。在相當低頻時,頻率響應急速的下降,這是由於唱頭──唱臂已做整體移動而造成的。
圖十九是 V15 Type IV 唱頭,在一個非常輕和另一個非常重的唱臂下之影響。這個非常輕的唱臂除去唱頭,所得的等價質量不過 2g,這已是實用上最低極限了。使用 5g 的唱臂可達到最好結果,即穩定器能降低 6dB 的峰值。在使用重質量唱臂的曲線上,使用穩定器會降低約 8dB 之峰值。
一個不正式證實穩定器效果的方法,是將唱頭離唱片 ½ 吋高處掉落下,此時唱針會在第一次落下處就停留唱片上,不同於那些沒穩定器唱頭會造成亂跳或滑動情形
因穩定器主要是對垂直方向作用,所以如圖二十所示,側面的頻率響應只有少許的改變,彈性和阻尼增加之影響可由響應峰值轉變成較高頻率而沒峰值看出。無論如何,像早些所提,減少側面諧振之需求比起垂直方向之控制的需求小得多,因為唱片沒有側面的彎曲,並且體內雜音都是垂直性的。
動態穩定器在設計與運用上之臨界因素,降低了雜音的產生,好幾種的特性都已納入設計中,保證雜音已降得很低了。唱片槽的回聲有低於一般值至少 6dB 之特性,使得商業上唱片之雜音低於雜音電平之下。
靜電力的控制
像在第一部分中所提過的,各種吸引唱頭至唱片的引力,都會嚴重影響唱片之音質。因為靜電力是具有持續性與不規律的問題,所以在使用 V15 Type IV 時,我們可感覺到它有個有效的方法來解決這些問題。動態穩定器是由一束石墨纖維組成,並固定在金屬架上,它們依次裝在唱針夾子之樞軸上面。如此這些纖維就清除了唱片槽中的電荷;在這裡我們維持了一個傳導性的路徑,使得電荷可通過纖維、架子、軸承、和唱針夾子,到達唱頭接地處。因此我們可知道,唱片表面的電荷在播放時能有效的通過穩定器傳送到地。
甚至在穩定器不用的情形,並且沒接觸到唱片時,這些纖維仍是具有消除靜電的能力,減少限幅電壓有一半之多(第一部分討論過),播放唱片時,甚至是很強的電荷,動態穩定器都能把它減少到可以忽略的程度。因為碳纖維是逐漸接近唱片中心,所以唱針在到達要播放唱片槽之前,所有的電荷都已經清除了。
一張兩邊都充滿電荷的唱片,當有一邊在播放時,可由經驗上得知,當我們將唱片從唱盤移去,可發現唱片底面會在產生電荷,這是由於唱片在唱盤上時,靜電場都集中在唱片底部,加上動態穩定器並不能清除反面的電荷。
除了可除去唱片表面之靜電,這些碳纖維並可在唱針到達唱片槽之前,有效的清除塵埃的粒子;所有電荷都除去之後,清除塵埃的工作就比無傳導性的豬鬃來得有效果,而且使用豬鬃可能會使電荷再現。
如今,我們已將此項發明,編入新型的唱頭裝置中(圖二十一),它可很有效的處理由靜電所造成的問題,消除電荷與靜電吸引,使得塵埃和粒子很容易除去,並且穩定唱臂來對抗假性激磁(Spurious exitation)的產生,這些在唱片的再生中有很明顯的改進。
我們向兩個方向來考慮唱機的再生音響,一種是在理想狀況下,唱片槽調變的播放,另一種是不理想狀況下,實際情形播放的影響。要在理想狀況下播放,必須達到以下的要求:循行整個的動態範圍、音響再生包含整個音頻範圍、並且維持足夠的分離度以便得到良好的立體音響;這許多的需求,必須使得其失真達到最低,同時要使得唱針與唱片有最長的壽命。
這些調變訊號播放的需求,必須在實際狀況下考慮,也就是在一般、非實驗室中的情形下加以考慮。我們已經討論過唱頭裝置,控制實際上問題的方法,這些問題有(1)由於唱片彎曲與體內雜音而造成的欠阻尼低頻諧振,(2)靜電電荷所造成的影響,(3)唱片上的塵埃與泥土。
轉載音響技術第43期JULY. 1979 78年代唱盤問題的種種/黃俊平
留言列表
