最先的調速裝置(governor)是在轉速過高時利用離心力帶動槓桿的型式,槓桿帶動開關使電流停止,而使轉動停下來,馬達因而減速,而在轉速過低時,開關閉合,電流又在流通,因而獲得動力,這種方法是機械調速裝置,如圖34所示。
這種方式的接觸開關是持續的在啟閉間變來變去,會導致火花及產生連續的靜態哼聲,這種電氣脈衝會被磁頭及放大器拾取,很容易就和聲音信號混在一起,因此有必要將馬達屏蔽注,或者是注意配置馬達和磁頭的位置,來避免這些雜音。同時接點的磨損以及空氣中的灰塵會使接點污損,因而很容易故障,在一開始時,上述的雜音和可靠性問題是直流馬達的癥結所在,但是經過持續的改進後,問題已然獲得解決,使得這種馬達得以用在卡式錄音機上。
而電子伺服(servo)裝置,或者是通稱的電子調速裝置可以免除這種問題,有兩種型式,一種是在馬達的軸上有一個伺服感知裝置(能檢測轉速),另一種則是電子調速式,能控制電壓和流進馬達的電流,如圖33所示。由於兩者都沒有機械調速式的接點,因而可靠性得以增加,同時也沒有靜電的問題,然而,還是有其他問題存在的,即當溫度變化時,這種系統的速度會有所變動,尤其是在低溫時更會有怪異的現象發生。
馬達的轉速約為2.000rpm,直接用皮帶連接到飛輪上,此時速度降低1/4或1/5。儘管速度經過調整,卻未必不會變動,是以必須藉著皮帶和飛輪使之平順,而馬達本身也會產生一些振動,所以裝在機座上時通常要用膠質襯套來隔絕。
而在高級卡座上,由於無需用到電池,所以可以像盤式座般採用交流馬達,然而雖然直流馬達較為廉價,但其可靠性已有顯著改善,同時由於用強力的交流馬達來帶動卡式機構時,實際所需轉矩的水平相當低,因而會導致一些問題,所以最近又有許多機型開始採用較高品質的直流馬達了。
最好的交流馬達為四極磁滯(hysteresis)式,如圖35所示,這種馬達的轉速為1.500rpm或1.800rpm,端視電源頻率而定,妥慎採用這種馬達的機構能有最佳性能。
交流馬達的問題和機械調速裝置不同,期問題在於50或60Hz的哼聲,適當配置的話,這種問題也可以消除的。不論是何種型式,馬達的可靠性最近已有改善,也幾乎沒有故障了。
13.磁頭(錄音和抹音磁頭)
(A)錄音磁頭
卡式磁帶的音軌和盤式的不同,是把單聲和立體聲的音軌合併在一起,因而可以互換,然而聲道之間的串音也增加了,同時由於磁頭很小,阻抗和輸出電平也很低,如果磁頭的間隙只有3微米,頻率為16KHz時的輸出就降為零了(實際的極限是10KHz,為了要改善其再生的性能,有必要把間隙做得更窄,同時將鐵心疊片的截面弄得極薄)。
要把重播特性延伸到15KHz,間隙就只有1.6微米了,然而對高導磁的鈹鏌合金(Permalloy)磁頭而言,不管鐵心疊片截面做得如何的薄,要做成1.6微米的間隙是有問題存在。除此之外,還有其他問題,例如說高頻嘶聲的減少、立體聲間隙的校正、以及錄音時高頻偏壓的應用等,因而有了鐵淦氧(Ferrite)的問世。這種磁頭的硬度相當高,對磨損的抗拒為鈹鏌合金的200倍,將來會有一種更好的磁頭材料開發出來,那便是鐵淦氧的單結晶狀態(目前的鐵淦氧磁頭多為多結晶型,晶粒容易剝落),現在我們暫且不提將來,先看一看最常用的鐵淦氧鐵心的特性：
1.耐磨的能力相當傑出
2.對溫度和濕度變化相當穩定
3.間隙能做成一致的窄,特性變動少
4.高頻時損失極低
由上述特性可知其電氣特性如下：
1.鐵心損失低
2.有線性的阻抗特性
3.頻率上升時相位特性改善
4.由於在高頻域時輸出不會降為零,能降低放大器的雜音.
5.因熱而生的靜電效應輕,故而S/N比得以改善
6.長期使用後特性仍然穩定,日後磁頭採用這種材料的機會必然增多
上述者均為錄音或放音磁頭的特性,其構造如圖36所示,至於抹音磁頭所用的材料及特性,也十分相似。
(B)抹音磁頭
前面曾提過交流抹音和直流抹音,現再要進一步的說明一下。磁帶的抹音有兩種方法,因而使得磁帶得以反覆使用,也正是磁帶錄音機的特性之一,第一種方法就是把磁帶的磁性減到零的絕對狀態,而第二種方法是用磁將整個磁帶飽和,這兩種方法和將寫在紙上的字除掉的兩種方法相似,即用橡皮將之擦掉或整個將之遮住,用橡皮擦掉的方法就像是交流抹音,將之塗掉的方法就像直流抹音。
交流抹音
這種方法是將高頻交流的電流加在磁頭上,以期抹掉轉動中磁帶上的磁性,當磁帶上各點通過磁頭時,最大的磁化效應是在磁頭中心所生者,交流磁場的強度增加到使磁帶上的磁性物質完全飽和的程度後,磁性物質的磁化力變化可以導出一個磁滯迴路(hysteresis loop),如圖38所示,循著0、1、2、3......的路線前進,就能描出磁頭中心的飽和磁滯迴路,如果磁場變弱了,迴路也對稱的變小,以迄極為接近零,由於此一曲線要維持其垂直方向的對稱,同時漸漸變小,磁性物質就要經歷到一序列的加加減減,因而相互抵銷使得磁性狀況回復為零,而在最高點時,磁帶受磁化到飽和的程度,則先前錄存的任何殘存磁性,都因遭受到更強的磁力而完全抹除掉了,這就是交流抹音的原理。
直流抹音
直流抹音只是用一塊磁鐵的北極或南極把磁帶上的磁性物質飽和而已。
這種最簡單的方法,如圖39所示,是將永久磁鐵的任一極接觸到磁帶上去,因而產生飽和,使得先前的錄音抹掉,要產生這種磁場所要做的只是把直流的電流加到電──磁變換的磁頭上去而已。
上面所說的抹音方法和錄音時的偏壓方法有很密切的關連,目前,最常用的錄音和抹音方法是交流偏壓同時交流抹音。
14.麥克風
錄音時,除了直接錄自另一座卡式錄音機、收音機或其他音響裝置外,另一個來源就是麥克風了,在今天的許多卡式機型中,有的是內裝有麥克風的,有的則是要經過插座而和外部的麥克風連接的,(這種插座的隔鄰通常都有一個搖控插座,兩者都插入時,就可以用麥克風上的開關來控制錄音機得啟閉了)。麥克風有很多種,早期的廣播用的都是炭精(carbon)式的,今天的高級麥克風則是速度式(也稱做絲帶式的,而用得最廣泛的則是電動式的,如圖40所示。同時還有一種永久電極片電容世的麥克風,如圖41所示,過去有一種晶體(crystal)式的麥克風,是一種價格最低廉而構造最簡單的麥克風,但是由於其溫度特性極差,果在日光下曝曬過久,或是夏天時放在汽車內時間過長,晶體就開始融化因而失效,是以現在已經和晶體唱頭一樣為世人所深忘,而炭精式的也一樣,逐漸成為明日黃花了。
最常用的是內裝(built-in)式的永久極化片(electret)式及電動式(Dynamic)的麥克風,永久極化片的原理在於把高量的電荷加在介電(dielectric)常數極高的塑膠上時,電荷就會幾乎永久的存在,這種塑膠的商用名稱是Mylar(聚乙酯類塑膠薄膜),在這種原理未被發現以前,都是把非常薄的鋁或鎳質箔片或是經過特殊金屬塗覆的塑膠質薄膜貼近平直的電極,並施以高電位,使得振膜因聲波而振動時,兩端的電容質產生變化,能量因而得以傳送,這種電容式麥克風由於振動單元極輕,同時頻率響應良好又平直,因而成為速度式麥克風時代以來,廣為電台及其他場合所採用的麥克風。然而,由於價格高以及要用到電源來產生電位,這種麥克風的使用極不方便。
直到數年前,永久極化片式的麥克風發明後,惱人的電源才成為多餘,其應用也快速的擴展開來,現在幾乎所有的手提式錄音機都有內裝式麥克風,雖然說也有外接麥克風的插座,但麥克風通常要另外購買。
電動式麥克風的原理正好和揚聲器相反,同時也稱做動圈式,其構造是在振膜上附有一個線圈,線圈在永久磁鐵所生的磁場中振動時,聲波變成電流,這種麥克風的歷史相當久,但是由於大量生產使得品質及價格頗具競爭力,因而能超越其他型式的麥克風,目前大多數手持式的麥克風都是電動式的。
指向性
一般的麥克風能拾取周圍所有的聲音,包括噪音和來自麥克風背後的聲音。
舉例來說,在錄製一場舞台上的音樂演出或戲劇的台詞時,要錄的只是舞台上的聲音,而不是觀眾席上的噪音,在這種情形時,就要用單向的麥克風,採用單向麥克風的錄音效果比無指向麥克風的效果更為集中,在做立體聲錄音時尤為必要,懂得應用單向麥克風可以說已經朝著職業性錄音的方向跨出正確的一步了。而如果麥克風的導線要拉很長時,就要用低阻抗型的麥克風,此時如果採用了高阻抗型的,高頻會受影響。麥克風的指向性如圖42所示.而大多數歌星演唱時,手中所執的都是電動式麥克風.
麥克風能拾取空氣中所有的聲音,但是由於空氣持續流動的,在錄製室內的節目時,還不致有什麼問題,但在室外錄音時,人耳所聽不見的風聲,麥克風卻可以拾到,造成一種呼嘯聲,要防止這種風聲的影響,大多數的麥克風都有一個罩子,但這樣又會影響到頻率響應,在對付這種問題方面,電動式麥克風的表現相當優異。
振動野式麥克風的大敵,在這方面永久極化式麥克風所表現的性能最佳,在這種麥克風尚未問世以前,曾多次試過內裝式的電動式麥克風,但是由於會時取到所有振動,並沒有成功。
然而,永久極化式麥克風也有其弱點,即其特性隨濕度而變,故而即使是現在的電容式麥克風,電台在不用時也要儲放在經過除濕處理的容器中。
二、電路部份
1.電路的結構以及基本電路
早期的錄音機是用真空管做放大元件的,然而二次世界大戰後,電子科技進展神速,由於不再耗費鉅資發展武器,及其邊際效益所致,有許多新科技及其相關產品問世,這不僅是電路方面如此,許多其他項目也一樣,而包括雷達在內的無線電通訊科技,則是最具實效的應用。
其間的發展略過不提,60年代早期卡式機問世時,就已有好幾種電晶體發展成功,並很快的取代了真空管的地位,這時場效電晶體和大功率電晶體尚未問世,但電晶體已經被用來做小型手提錄音機和晶體收音機等以電池作電源的放大器元件了,那時的電路就已經進展到只用6伏特的電源。因此,卡式機可以說一開始就是固態或全晶體的,而現在IC和FET也廣泛應用上了。
這種電路是繪在一小塊印刷電路板上,帶有一個錄音及放音的切換開關,其結構如圖所示,可以概分為輸入電路、錄音電路、高頻偏壓振盪電路、等化電路、放音電路等,交流供電時還要有電源電路,而在錄音座中,唯一的放音放大電路是前置放大電路。
2.輸入電路
輸入電路如圖44所示,放大來自麥克風的信號,因為和收錄音機中收音部份的輸出比起來,麥克風的輸出太弱了,其強度大約和電磁唱頭輸出的信號相當,故必須放大。
而如果要從其他音響裝置得輸出直接錄音,例如說要用另一部錄音機進行轉錄(dubbing),或是錄自收音機,就要利用輔助(auxiliary)插座,或是圖44中的Line-in插座,但是用麥克風時就不能利用這個插座,而要利用Mic插座,否則錄到的聲音會細如蚊叫,這是因為兩種插座所連接的放大電路其放大程度不同之故。
3.錄音電路及高頻偏壓電路
經過放大後的信號在磁頭中變成磁力的變化,使得磁帶通過磁頭時其磁性發生變化,但是直接把放大後的信號送進磁頭無法獲得良好的錄音,這是因為電平不對,磁帶上的磁性物質不能接受這種電平,而要同時加入磁帶錄音的基礎──相當重要的偏壓才行。其電路如圖45所示。
偏壓法的發明,換句話說就是要讓信號在零以上的某個電平,而不是零電平上下波動的方法,是使磁帶錄音實現的第一步,由於這種方法才能有清晰、無失真的錄音,偏壓的方法友直流及交流偏壓兩種,在一開始時,幾乎完全是直流偏壓法的天下,即把恆值電壓加入來提升電平,但是現在則幾乎所有的系統都採用交流偏壓了。
交流並不意味是要用低頻的50或60Hz市電,而是高達若干千赫的交流(通常為105KHz),因此,我們通常都稱交流偏壓為高頻偏壓。
偏壓的作用並不限於錄音,加在抹音磁頭時,能中和磁帶上的磁性物質,抹音方面也有直流交流之分,其差別在於直流抹音就像用筆把寫在紙上的字塗掉,而交流抹音則像用橡皮把這個字擦掉,這在先前已經提過。
如能適當應用這種偏壓而把信號錄在磁帶上,就能獲致品質優良的無失真錄音,此時,錄製電平至為重要,如果不加注意的話,磁帶會變成磁性飽和,使得某電平以上的信號都以同等程度錄入,失真因而產生。另一方面,如果錄製電平過低,重播時磁帶本身的雜音也隨同信號一起放大,使得信號雜音比惡化,導致嘶嘶的聲音。
電平錶可以用來設定恰當的電平,良好錄音的秘訣在於密切注意電平錶,同時調整輸入電平,使得信號峰值出現時,其電平正好剛進入紅色飽和區。
磁帶種類不同,其錄製電平也不一樣,所以錄音前一定要注意看一下這捲錄音帶的品質說明。
在錄製調頻立體節目時,偏壓電路會因調諧器的38KHz振盪頻率而產生差拍(beat)頻率,也會和聲音一同錄進磁帶中,而在二氧化鉻磁帶或其他高偏壓的磁帶錄音時,偏壓的頻率和深度都要改變,因此,最近的卡式錄音機都備有兩種振盪頻率,而用開關來選擇適當的偏壓(最新的機種除了三段偏壓及三段等化外,為了迎合最近始開發出來的金屬帶都又加上一檔更高的偏壓來適應,也有的機種更具有80%~140%偏壓微調的裝置,來配合不同磁帶的細微差別),圖47是錄放音切換開關的情形。
自然這種電路只有在錄音時用得上,放音時隨同錄音電路一道自動切除,圖46則是一個完全的錄放音電路。
現在讀者們或許已經了解到用麥克風時何以要把信號放大到是當的電平,以及高頻偏壓電路工作時,抹音和錄音磁頭也同時工作,同時電子信號是以磁的性質錄存在磁帶上等基本觀念了。
現在我們用數字來說明,電動式麥克風的輸出約為1Mv(負60到70dB),而Line或Aux的輸入要大上100倍,約為100~300mV(10到20dB),通常這兩種輸入是用一個電阻來衰減信號的電平,但是在高級卡座中Line的輸入是加在錄音放大電路的中點,如圖44所示。
在盤式機的初期,就已經是用高頻偏壓法來錄製磁帶了,常用的方法是將聲音電流直接加在偏壓上,然後錄進磁帶,但是如果要進一步提升錄音的傳真度,以及消除磁帶特有的雜音,我們可以把聲音信號完全變成電子計算機所用的脈衝註碼調變(PCM, pulsecoded modulation,或稱博碼調變)信號,這種方法是將聲音的波形間歇抽樣,其抽樣次數每秒四萬到五萬五千次,變換成脈衝式得啟閉信號(即二進制中的0與1),然後錄進磁帶,而在重播時再轉換成聲音信號,這種方法也已然脫離實驗的階段,但是尚未全面引進世界市場,只有少數場合出現過,而高速的錄影帶勢必要採取這種方法,但是卡式錄音機到目前為止還沒有採用這種方法,只有寄望於未來,然而由於IC的發展神速,這種夢想或許會比我們所預期的時間還要快就能實現。
4.放音電路
關於錄音電路,還有一件更重要的事,那便是錄音時的頻率特性,就像唱片的灌錄一樣,低音(即振動頻率較低的聲音)的振動幅度較大,在帶速不高時,這個聲音的能量無法完全錄進來。換句話說,動態範圍(dynamic range)會不太充分。
至於振動頻率高的高音,如果錄製時帶速過低,則磁帶上氧化鐵質點的大小就會導致若干限制,是以為了要使錄製頻率的範圍盡可能的寬,以及能以相當低的帶速有效的錄製,應當採用錄製電平隨頻率而變的方法,這主要是為了能處理高能量的低音所採取的對策,把低音的電平降低,而把高音電平稍微提升,這個過程稱做預行強調(pre-emphasis)。在日本,磁帶錄製方面,其規格由電子工業協會(EIA)所訂定,如果不統一規定的話,就會像早期的LP唱片一般,各個唱片公司都有其本身的錄製頻率特性,這樣會使播放一捲音樂帶時,等化器(equalizer,稍後會提及)的工作無所依從;在美國則由NAB統一規定。圖48是放音的頻率特性。
採用預強的措施後,欲錄製信號的特性就不再平直,因此重播時有必要使之還原,這個過程就是等化。大多數錄音機電路中的等化器是兼用於麥克風和放大器,而在重播放音時恰好反其道而行之,因此其控制兼有錄音時的電平控制,以及放音時的音量控制。等化過程同時有校正磁頭頻率特性的功用,因此各廠家的製品間略有不同,但整體說來還是和NAB或EIA的規格符合的。
卡式錄音座中等化器的輸出約為100mV,可以當作輸出(Line out)接到放大器的輸入。而在手提式的錄音機中,是由功率放大電路來供應輸出,其功用只是在於推動喇叭,故而不用多做說明。
對於等化器或前置放大器的要求並沒有極限,但是我們一直都在致力於消除磁帶本身的雜音,以及電晶體本身惱人的雜音。
5.電源電路
大多數的卡式錄音機都能以三種電源供電,如圖50所示,我們可以用電池 (通帶是用4個1號或2號電池來供應6V的電壓)、市電乃至戶外的電源,如汽車的電瓶等來供電。
至於較老式的機種,只能用電池供電,但可以用一個分開的整流器來供應6V的直流,這種方法仍然適用於袖珍型的電子計算機,因為其機體太小,無法裝有整流器。
最近數年來,就算是手提式的卡式錄音機其形體也變得相當大,特別是立體聲的機種,幾乎重得提不動,就這種可觀的形體而言,本身附有整流器才符合實際,也有少數機種是用充電池的,但是在這個用完就丟的時代,這種節儉的美德已然不復多見。電源電路如圖49所示。
6.輔助電路
前面所提過的一些標準電路,用來錄放音已然相當充分,但是我們在市間所慣見的卡式錄音機,包括收錄音機在內,都有各種輔助電路──AFC(自動頻率控制)電路、ALC(自動電平控制)電路、響度控制電路、CrO2帶選擇開關等等不一而足。其中AFC是自動頻率控制,和收音機的接收有關,至於ALC則是自動電平控制,是錄音時極為有用的一項裝置。
ALC電路
這個電路使我們錄音時面於一直注視電平錶,而對於不熟悉卡式錄音機的人,或是不善於運用機械電子事務的人而言,能簡化卡式機的操作,就像自動照相機能使對鏡片調整及曝光時間一無所知的人也會攝影一樣。舉例來說,如果你要錄製一段起居室中的家人歡聚,這個電路就會自動提升小或者遠的聲音的電平,或者自動降低大聲或距離麥克風太近的聲音電平,因而能有平衡的錄製電平,這種電路大多利用錄音電路中的負回授而調整輸入偏壓。
然而,在錄製動態範圍寬廣的音樂時,如果用上ALC,就會失去音樂的魄力和衝擊力,這是因為音樂中的極弱音遭到加強,而強音受到壓制之故,ALC指示於人聲的錄製,其電路如圖51所示。
同樣的原理用在放音重播時,提升或衰減的不再是電平,而是其頻率特性;這種電路就是響度控制了,由於人耳的頻率響應並不平直,對低音量的感度不若高音量,而對低頻的感度不若中頻範圍,這就是立體聲音響都有低音和高音控制,而一旦使用上響度控制後,頻率特性就已調整至和人耳的感度相當了;換句話說,放音的音量調低時,如果沒有響度控制電路,人耳對中頻的感受程度和低音或高音比起來,有上升的感覺,同時所聽到的聲音沉悶而沒有活力。
雜音限制電路
前面曾數次提及,磁帶錄音一定會有氧化鐵質點塗覆所生的磁帶雜音,同時還有電晶體本身的怪異雜音,再加上一些不受歡迎的其他雜音,如果能消除這些雜音該有多好,是以捨卻等待PCM錄音時代的來臨外,我們也試過許多方法來消除這些雜音。圖52是一個雜音限制電路實例。
其中最為人所熟知者之一便是杜比(Dolby)系統,稍後還會提到,和盤式帶比起來,卡式帶由於帶速較慢同時磁帶較窄,所以很難於有寬廣的動態範圍,過強的輸入如果超過適當的電平,就會導致失真。
在錄調頻廣播或唱片中的節目或音樂時,由於這兩種聲源都經過限幅器(limiter)的處理,故而其最大電平都能維持在相當範圍內,問題是出在現場錄音方面,由於聲源未經限幅處理,我們無法預知下一刻會有如何高的電平出現,因而很難於設定錄製電平,限幅電路的功用就是要把那些(在某個預定範圍內的)難以預測的高電平,降低到預設的電平內,這樣可以避免錄進過響的聲音時所造成的失真,但是如果過分濫用了限幅電路,動態範圍就會受到影響,聲響會變得平淡無奇,是以最好能適當應用限幅電路,儘可能的提高錄製電平,以期獲致S/N比非常良好的錄音。
第三章 卡式錄音帶的結構
一、錄音帶
錄音帶的結構是在某種基帶上塗覆有粉狀磁性物質,而基帶通常是由醋酸鹽或多元酯的化合物所做成,而最常用的磁帶都是以多元酯(商業名稱是Mylar,一種聚乙酯的塑膠薄膜)做基帶。
磁帶的結構和特性
以下為磁帶的三種成分,如圖53所示。
──基帶──錄音帶的骨幹
──黏著劑──把磁性物質年在基帶上
──磁性物質──從事錄音和放音的主體
基帶及黏著劑的特性和錄音效果沒有直接關聯,但卻是為使磁帶柔韌所必須,因為磁帶必須要和磁頭接觸,要能抗拒轉動或突然停止時的張力所造成的變形,同時還要能避免因灰塵或磁頭及導帶單元上積聚的磁性質點所造成的脫落。
同時,最近有一種灰色的二氧化鉻磁帶,品質很高,用的也很廣泛,在用氧化鐵作塗覆時,質點的大小有所限制,而二氧化鉻是一種能取代鐵的磁性物質,但不是粉狀的,而是利用汽化過程使之沉澱成薄膜狀,因此質點呈分子的形狀,顆粒相當細微,可以錄製高密度的振盪信號。
二、卡式磁帶的種類
不論錄製時間多長,卡式錄音帶的外型都是一樣大,而錄製時間的長短是由磁帶的厚度以及捲繞在帶盤上的數量而定,如表一所示,卡帶所賦與的數字(C-30、C-60、C-90、C-120)指的是兩面加起來的播放時間。例如說,C-60帶的每一面都能播放30分鐘,兩面加起來就是60分鐘,這是由於卡式的帶速是統一的4.8cm/sec,使得卡式錄音帶長度的區別很單純。有時候,市場上或音響雜誌會提到C-46或C-180的卡式帶,C-46是C-30再加上一些磁帶,而C-180所使用的磁帶就相當薄了,C-60磁帶的厚度是一般公認的標準厚度,時間超過60分鐘後,磁帶變薄,從機械強度、電氣特性或可靠性的觀點看來,C-120及其以上的磁帶就不適用於做Hi-Fi之用了。
三、卡式錄音帶的結構
卡式錄音帶的外殼是用來保護內裝的磁帶,因此從維持互換性的觀點看來,無意義的變更其規格是不行的,早期的卡式帶和今天的差別只在於襯墊的形狀以及障板的材料不同而已。外殼的尺寸如圖55所示。
在今天,廉價卡式錄音機和高級卡座間的使用情形差異極大,所以其條件也變得更嚴格,外殼可以是透明的,也可以是著色的,兩片外殼的接合可以用螺絲來完成,也可以用超聲波來密封,由於螺絲是常人也可以卸下的,所以一般認為超聲波密封的較好。外殼的材料過去是用50/50或者40/60的聚乙烯,但是現在則幾乎全是ABS或AS塑膠的天下了,卡式錄音帶的外部及內部結構如圖56所示。
四、磁帶的製造過程
第四章 卡式錄音機的種類和用途
到目前為止,可能已經有數百種的錄音機,或是裝有錄音機的產品了,其中最小的卡式機只有飛利浦卡式錄音機的1/4大小,叫做袖珍錄音機(pearl-carder),由奧林柏士(Olympus) 、國際及新力等廠家產售,先鋒牌也有一種叫做Hi-Pack的機種(帶盒大小為李爾匣式帶的1/4),而李爾式8音軌匣式帶主要是發展來用於汽車音響上。至於超卡(L-Cassette)是介於盤式帶和卡式帶之間的磁帶,在Hi-Fi的領域裡原本可以有極光明的遠景,卻敵不過卡式的根深蒂固而幾近銷聲匿跡了。而上述各型式的錄音機與收音機,唱盤或其他音響基本機件的組合,所造成的機種已有相當可觀的數目,而和卡式有關的機種,可以概分為四類(1)汽車用 (2)手提式 (3)錄音座 (4)特殊形式。
一、汽車音響
如果你聽過汽車內的音響效果後,就會了解到何以汽車音響會如此蓬勃的發展了,那種感覺就像是置身於揚聲器的音箱中,音樂有沁人的氣氛,柔和的將你圍繞。
第一件汽車音響是匣式的,大約十幾年前由美國人發展出來,那時的匣式機有兩種型式,一種是4音軌的(在6.25mm寬的磁帶上有4道音軌),其特色是機構中的壓帶輪要上升進匣盒才能工作,另一種是8音軌的(也稱做李爾式),在6.25mm寬的磁帶上錄有8道音軌,其操作都相當的簡單,只要把匣帶推進帶槽就可以了。
匣式帶的外型和飛利浦式卡帶不同,但外型的尺寸卻有後者的四倍大,由於8音軌的匣式帶純粹是發展來用在汽車上的,所以其操作相當簡單,同時要配合汽車中的情形而將機件簡化了,如果操作過於複雜,就會影響到駕駛,甚至引起意外。各種磁帶外型的比較如圖57所示。
在匣式的同時,汽車中也有卡式機出現,但是由於那時的卡式仍是處於發展在手提用途的過程中,故而無法和匣式機構相抗衡,和匣式的帶速9.5cm/sec比起來,卡式的帶速只有4.75cm/sec,很明顯有差距存在,而8音軌的匣式為了配合汽車用的條件,其機件已把汽車的電系和機械情況列入考慮。
由於匣式的規格以及卡式的性能有了長足的進步,使得情況更加複雜,由於匣式音樂帶售價較高,和近管匣式帶也能自行錄音,終歸沒有卡式帶簡單,以及汽車用卡式機的各方面也把汽車中的各種特殊情形列入考慮,再加上有些人認為匣式帶太大又笨拙等原因,卡式機已然主宰了汽車音響的市場。
從下述事實我們可以看出汽車音響是比較特殊的,首先是從西伯利亞地區的-20℃到-30℃氣溫,到非洲沙漠地區的+30℃到+50℃的氣溫,其溫差在50℃以上,而夏日海灘上窗門緊閉的汽車,其後窗檯下的溫度可以高達70℃,在這種溫度下,一般的聚苯乙烯塑膠(50/50的)會完全變形。除此而外,最大的衝擊力有時會高達40G,震動也有5G或更多,濕度會上升到90%以上,而由於電壓自10至16V變動,電源供應情形也不大好,是以除非錄音機的機械和電子元件能承受這種情況,否則不能用在汽車上,同時還有發電機、火星塞、配電盤、喇叭、引擎、大燈等所產生雜音的問題要克服,而有調諧器的汽車音響還要注意到汽車開動後,信號強度變化的問題。
汽車用卡式機可以分成下面列舉的三種型式,同時也可能附有一個調幅或調頻收音機。
卡式機既有上述的缺點,故而當卡式汽車音響問世以後,有些人就抱著懷疑的態度,然而,卡式機試著放棄其能錄音的能力,而以僅能放音的面目出現在汽車音響市場,最後竟奏效而得以打進這個市場,挾其體型特別簡湊的優點,卡式機和AM/FM立體收音機開始出現在汽車收音機的行列裡,這對匣式的倡導者而言無疑是一大震撼,但驚覺已為時太晚矣！
1. 卡式放音機(包括附有AM/FM的機種)
這是最常見的機種,包括那些附有AM/FM調諧器的機種在內,就佔了整個市場的80%。由於只有放音的機構,所以結構大為簡化,亦整套音響的控制都在前面板,包括了音量、音質、平衡、退帶、快速前進、重繞,以及收音調諧等旋鈕在內,汽車用卡式機通常都是帶槽裝帶式,如圖58所示,當卡帶插入或推入後,就開始放音。
2. 卡式錄放音機(有AM/FM調諧器)
這種卡式汽車音響是真正汽車卡式機出現前的一種過渡產品,那是一座一般的卡式機加以改良造成的汽車用音響;這種畸形很少附有AM/FM調諧器,就算有調諧器的機型,也不像手提式收錄音機般完全,史達爾式就是這些汽車卡式機中的一種,其發展純為汽車音響之用(卡帶未插入前,機件降在下方),由於機件要上下移動,自然其體積會較大,但是卡帶可以正面放進去(常態下,飛輪座會妨礙到帶盤座的前進),然而,車內空間有限,是以體積愈小愈好,因而這種機型無法主宰汽車用卡式機的市場。
3. 自動反轉式重複放音型(附有AM/FM調諧器)
AM/FM自動重複式是汽車音響的頂尖產品,一旦音樂帶插入後,就會不停播放,終了時會有電子或機械感知裝置檢測到磁帶的終點,而將播放的方向反轉。這種自動重複式會一再反轉磁帶的播放方向,並持續的重複循環,自然這種機構相當複雜,有兩組飛輪(一個播放方向一組),兩個壓帶輪,播放方向的反轉是由一個內裝的柱塞來完成的。
這種機型對車內有限的空間而言,仍然是相當大,並且很重又價格昂貴,然而其特色是一旦卡帶插入以後,就會持續的放音和反轉,直到機器故障為止。
除此而外,還有些特殊的汽車音響,例如說有一種兼有卡式和匣式的機種,這個機型是一種高級的史達爾式,會反轉及自動退帶,匣式帶插入時就播放匣式的內容,卡式帶插入時就播放卡式帶的內容,這很明顯是匣式讓位給卡式期間的過渡產品。
如要長期的享受美好聲譽,下述諸點一定要注意到,由於汽車卡式機使用的頻率高於一般的卡式錄音機,磁頭會很快的污染(因而影響高頻響應),主傳動軸也易於受污(使磁帶黏附其上),這個時候就該用棉花棒浸四氯化碳或絕對酒精來拭除,同時也可以用一捲清潔磁頭用的帶子來清理,但是磁頭清潔帶用久了會使磁頭表面受損,故而要依指示行事,磁頭清潔如圖59所示。
二、手提式卡式錄音機
當飛利浦首度公開卡式機時,可能有很多人認為其簡湊的形體相當便利,但卻懷疑其性能如何,這種疑慮持續到類似的匣式機問世又消失後,才得到澄清。
卡式錄音機問世後就開始風行世界,但似乎仍缺少了什麼,或許是由於其獨特之處,一開始人們似乎非常喜歡它,錄音又放音,但熱度過後就冷落到櫥櫃一角,任由塵生,但有一天突然聽到收音機或電視正播放一首你喜愛的歌,想要把它錄下來時,就開始四處找錄音帶了,而麥克風又要插到哪兒去呢(那時候,還沒有高性能的內裝式電容麥克風)？等到一切弄妥當了,一首歌也完啦,於是就有某些人仕想到把收音機和卡式錄音機連接在一起,成為一個極便利的裝置,這種收錄音機的出現又使卡式機的發展躍進了一大步,除了小型會議用或記錄用的卡式錄音機外,不再有單獨的卡式機出現,收錄音機也因而成為一個大量消費的項目。
而收錄音機也從單聲的AM/FM演進到今天的AM/FM/SW(短波)立體卡式收錄音機,並成為主流的機型,如圖60所示。卡式收錄音機可以說是踏著向音響世界的第一步,適於輕鬆愉快的聆賞,同時也是一種聲音的遊戲,不像卡式錄音座,那種錄音的態度就較為嚴肅了。
如果你想錄下什麼,只要按下按鍵就可以了,這是個現場錄音的時代,你可以錄下蒸氣火車頭、機場裡飛機的起飛和降落,乃至昆蟲或其他對象的聲音,而最近的調頻廣播,也看準了這股音響狂熱,以立體聲的方式撥出從流行到古典的音樂,卡式收錄音機也正為此而存在,新近的唱盤多數裝有傳真度較高的動磁式唱頭,使得錄音的對象又增加了一個。
這種機型自然也有耳機插座,同時卡帶選擇開關的配備使得我們能夠選擇普通帶、CrO2(鉻)帶或是FeCrO2(鐵鉻帶)等。除此而外,空間矩陣電路配上四個揚聲器,能使播出的聲音更具空間感,使動態聲響的效果更為驚人。而電源自然可以使用交流、直流或汽車電池供電,如果加上引接的麥克風,效果會更為有趣,可以做混音、淡入及淡出(fade-in and fade-out)的錄音,同時有的機種附有發射電路,可以把錄音帶的內容廣播出去,就像一座小型廣播電台。
有的收錄音機內裝有時鐘定時電路,因此外出時錄音仍能照常進行,其功能愈來愈像一套小規模的音響組合,到今天已經有些機型式卡式錄音機加上收音機、定時開關、電視甚至唱盤在內。
三、卡式錄音座
卡式座是卡式錄音機的一種,其他的卡式錄音機、收錄音機或汽車用卡式機本身就就能單獨使用;但是錄音座必須配合其他組件,因此卡式錄音座也必須和其他組件同時使用,也給人一種高級的印象。錄音座通常都是立體聲的,調幅廣播都是單聲的,而調頻廣播則兩者都有,但大多數都是立體聲的,和單聲比起來,立體聲的優點在於能使左右聲道分離,使臨場的感覺更豐富。這是由於單聲的系統裡,聲音發自一個媒體──由一個揚聲器再生出來,而在立體聲系統裡,右聲道由右邊的揚聲器發出來,左聲道的聲音則由左揚聲器發出來。
由於單聲系統只用一個媒體發聲,而立體聲系統的發聲媒體有二,故而比較複雜,同時立體聲系統中的差異和潤是必須相當精確,價格因而比單聲系統為高。
有些人對錄音座的興趣比其他音響組件為高,這或許是由於錄音座較富創造性,能創造出屬於我們自己的立體聲音響,這裡有兩個基本方法能使我們享受這種錄音的樂趣。
第一種是和活躍的年輕朋友有關,他們喜歡做現場錄音,然而另一種則較為保守,他們的錄音對象主要是來自唱片和調頻廣播。
現場錄音的第一步是要有一部攜帶是卡式錄音座,如圖61所示,這些機型通常是肩背式的,用一條皮帶或一個特別的袋子掛在肩膀上,由於作立體聲錄音必須有兩個聲道,同時還要有放置直流電源供應的空間,所以就算是最小最輕的形式也是肩揹式的。攜帶式卡式錄音座的設計是要掛在肩膀上時也可以使用,為了要把控紐裝在看得到的窄小平面上,故而卡帶座是安置在朝外的平面。
所謂攜帶式就是能帶著到處走,所以一定要做得比錄音座小而輕,因此耐衝擊的ABS塑膠和抗腐蝕的鋁是比錄音座小而輕,因此耐衝擊的塑膠和抗腐蝕的鋁是主要材料,用到的機會比木材和擠型鋁要多,而轉角、邊緣和隆起部位也做得較圓滑,以免在攜帶時造成損害。
至於轉速的變動(及嗚聲和顫抖聲)方面,其程度要和一般卡式座相同,磁頭的配置也是正統的方式,一個抹音磁頭一個錄放音磁頭,馬達是直流伺服式的,而磁帶的控制鍵是機械直接控制的,同時輸入電平指示器是VU式的,還有許多機種將直接輸入(Line in)和麥克風輸入的控制結合起來,能做混音(mixing)錄音。
監聽自然可以用耳機來完成,但是最好能有內裝喇叭來監聽,而在做現場錄音時,由於無法預知聲音會大到何種程度,故而必須有錄音電平限幅器的開關。
如果有杜比雜音衰減電路,最好也有一個多工路(multiplex, MPX)濾波器開關。由於最近磁帶品質的改進,杜比電路並不一定必要,換言之,就解決磁帶嘶聲的問題而言,杜比電路誠然是一項偉大的發明,但是錄音時用上杜比電路後,放音時也一定要經過杜比電路,才能獲致均衡的再生特性。但這樣就有悖於當初發展卡式機的目的,也就是稍早我們提過的,即在任何一部錄音機上,任何人都能輕易的從事錄音或放音的工作;而麥克風輸入衰減電路應當附有一個開關,等對輸入做0/15/30dB的衰減,同時最低程度也要有一套半自動停止的機構(在錄音或放音時能動作),最重要的要件之一就是電力消耗要低,因為必須要有連續工作10小十以上的能力。
如果你從事過現場錄音的工作,你就會注意到一些細微的輔助功用,例如說電錶的照明開關,以及電池所剩電力的檢知開關等。除此而外,現場錄音還需很多輔助器材,要有一具單點(one-point)立體聲麥克風,大約30公尺長的麥克風導線,一具單向(unidirection)麥克風,一個麥克風用遮風罩(wind screen),一座拋物線型得的集音器,一個立體聲麥克風支臂,監聽用耳機(最好是單邊的);同時還有備份電池。而再加哩還要有另一步卡式錄音座、混音器、立體聲耳機、放大器、AM/FM調諧器、一組揚聲器、唱盤、定時開關、卡帶架、接帶器及接合膠帶等裝備和器材。除此而外,而準備有一份清單,詳列各項外出錄音時要隨身攜帶的器材,以便整理和清點。
現在我們來看一看在室內錄調頻廣播或唱片的情形,此時所用卡座視設計、磁頭數目、馬達形式、機械系統等而有形形色色的機種。其中長久以來堪稱標準機種的是平台式,其特色是所有控制部在上方的平面,水平的配置有利於轉動的部份,例如飛輪、壓帶輪、惰輪以及馬達,同時這種配置也能避免加在卡帶外殼和捲帶中樞上的壓力。
平台式卡座問世了好長的一段時間,是一種顧及機械考慮的設計,同時在合理價格下也能有良好的性能。然而,要把所有音響組件疊在一塊時,就很難從頂部來操作錄音座了,所以平台式就被前方裝帶及控制的垂直式所取代。
幾乎所有的收錄音機都是垂直式的,而似乎垂直組件式的卡座也是由此發展而來,而慣於使用盤式錄音座的人,初開始用卡式座時或許會有些困惑,因為磁帶移動的方向是相反的,但習慣後也就沒有問題了。然而,似乎這種問題也是過渡性的,因為有長久歷史的盤式座所使用的方法,也逐漸為卡式錄音座所採用。
這麼說的理由是因為卡式機的錄音操作要同時按下錄音和放音的按鍵,這種方法如果適應後就沒有問題了,但是如果能用簡單而又速捷的操作來錄音,也就是說只要按下一個按鍵,豈不更好？而目前所用按下兩個鍵才能錄音的方法是過去的遺跡,那時候卡帶背面還沒有防止意外抹音的小片,所以錄音的過程是有益的設計成如此複雜,以期作為錄音即將開始的雙重提醒裝置,稍後我們還會提到。但是盤式的技術,諸如閉迴路法,採用三磁頭的卡座,以及磁帶方向的標準化等,已經為卡式機多方採用,我們只希望不要做得太過分,以期使卡式錄音機也能進入音響迷所獨享的領域。
似乎從此以後組件式的器材必然成為主流,而卡式錄音座的外型尺寸和放大器及唱盤相同,已然完全成為音響組件之一。
儘管外形已定形了,但其技術和類型仍不停的在變,而由於機械方面的問題,卡帶可以水平的、成某一個角度的或垂直的裝進去,而似乎從此以後所謂的前方裝帶式──卡帶內容的標籤能由前方的透明部分看到,同時磁帶前進的方向和盤式相同──會最受歡迎。
最後,隨著三磁頭卡式錄音座的出現,而產生了一項功能上的問題,我們知道,卡式帶的外殼其當初的設計只是配合兩個磁頭的配置,是以一旦三磁頭機型出現以後,問題就產生了,用五個大小不等的「窗口」去配合三磁頭的配置有沒有好處呢？
由於最近在動態範圍和頻率響應方面的改進,磁頭的目的是希望藉著有分離的錄音電路和錄音磁頭以及分離的放音電路和放音磁頭,而使性能有所改進,而不僅僅是立即鑑聽錄進磁帶的內容而已。
由於受到卡式磁帶結構的限制,如圖56所示,卡帶正面所預留的窗口,正常情況下只能容許二磁頭的安排,即抹音磁頭和錄放音共用磁頭分別對正卡帶時為磁頭預留的窗口,故而卡式機多為二磁頭的設計。至於三磁頭式的設計,磁頭的配置有兩種方法,一種是錄音和放音磁頭各自獨立,但卻鑲嵌在同一容器中,而共用原來為錄放音共用磁頭預留的窗口,而在兩個磁頭之間裝有隔離片,可以減少彼此間的干擾,這種三磁頭的配置,在錄音帶平面上的關係是抹音→錄音→放音,故而能遂行即錄即放的鑑聽功能,也正是三磁頭的特性之一。至於另外一種配置方法,則是錄音磁頭和放音磁頭完全分離的,其配置是放音磁頭位於正中央預留給錄放音磁頭的窗口,錄音磁頭位於靠右的小窗口,而抹音磁頭則位於壓帶輪的外側。
至於馬達的可靠性和耐久性方面,也有大幅的發展,特別是在直流馬達的特性方面,詳細情形已在馬達一節提過,因此由單馬達到雙馬達,甚或三馬達乃至盤式機中也很少出現的四馬達式也有可能出現,直驅馬達式就是直接驅動主傳動軸式了,自然在閉環路的盤式機中也很少出現的。
因此隨著愈來愈快的技術進展,卡式機已經侵入了盤式機的地盤,並承繼了其技術,是以卡式錄音機的前途必然是無限的,就算在高傳真的範疇裡也會如此。
資料來源:音響技術第59期MOV 1980 卡式錄音座的基本設計與結構˙下篇˙/蘇天豪 翻譯
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