前言
我們在收聽唱片所播放的音樂時,就是將唱片溝紋上所調制(Modulation)的信號(在溝紋內微小而複雜的擺動),轉換成對應之電氣信號,經放大氣放大,再以揚聲器轉變成聲音再生重現。唱頭和唱針就是負責這項轉換工作的元件,假如唱頭的性能欠佳的話,其再生的效果必然不佳。
羅哲一向認為,Hi-Fi系統屬於器材方面的兩大難題,在於最前端的唱頭和最末端的揚聲器,因為這兩個端點都跨越了電氣與機械的兩個界面,是最難處理的部份。本文的目的在討論其中之一的唱頭部份。
雖然有很多的音響經銷店,都持有一些音響測試器,可以測試功率放大器、前置放大器甚至FM選台器,然而,很少人能夠對唱頭性能加以測試。例如,手頭上擁有VTVM,和最起碼要求(可以觀看波形即可)的示波器,就可以進行放大器的測試,如果能夠增加一具諧波失真計,更是如虎添翼。可是,對於最重要的部分──唱頭,可有什麼辦法測試嗎?用耳朵聽?耳朵常常會被騙的。
因此,如果能再擁有一套測試唱片,那就更理想了。近年來,市面上出現了許多高品質非專業用的唱片,其中間或有測試唱片作用的,而且其測試不僅是頻率響應一項而已。例如,CBS唱片公司,就曾推出過七張唱片,非常適合於非專業者使用。僅需少許的附帶裝備,甚至只憑耳朵的聽覺,就能對唱機系統做出最恰當的調整,或藉以找出唱機系統有無任何不妥之處。以下,羅哲就1978年,一月號的Radio Electronics所刊載的──Easy Way to test Phono Cartridge──一文中所介紹的幾張唱片,摘譯如下,以供讀者們參考:
一、STR-130 Test Record
CBS的測試唱片,編號STR-130,內容包括三段逐點播放的頻率(Spot-Frequency),按逆RIAA等化方式錄音,每一Spot Frequency之前還經口頭宣佈頻率。使用時,以電表接到前置放大的Record Output或Tape Output端子,如果唱頭與等化線路動作適當的話,應當可以測得一個平坦的頻率響應。此外,這張唱片還包括一段掃描頻率,以供自動描繪頻率響應曲線之用。當然,一般業餘者是使用不上的。(然而,又有多少Hi-Fi迷擁有自動測試器材的?)當然,我們仍可以逐點(Point by Point)的方式測試出來。總計有29個測試頻率,其頻率均先經口頭宣佈,範圍由20KHz開始,以大約⅓個八度音的間隔,逐次下降至20Hz。
Fig. 1 為一高級唱頭所測得的頻率響應曲線。1KHz的再生電平定為0dB,其餘的頻率以此為參考。假如,我們拿別的唱頭來測試,結果也和本文的樣品唱頭一樣,在高頻端出現一個尖峰,大可不必大驚小怪。任何唱頭都會在可聽頻帶的高頻端存在有諧振的,如果這個尖峰是異常高的話,就表示唱頭負載(前置放大器的輸入端子)是不太恰當的。
唱頭需要一個固定電阻(通常是47K歐姆),和固定電容做負載。通常這個固定電容是由聯接在唱機與擴大機輸入端子之間的隔離線所提供的。很多唱頭製造者,都指定應當使用多大的負載電容,但是大多數的Hi-Fi玩家卻多把它忽略了。一般唱頭需要200PF至400PF的容量來平滑這個高頻尖峰,隔離線所提供的電容量,未必能和唱頭匹配。使用STR-130測試唱片,我們可以很容易地從實驗得知,這個可以使頻率響應儘可能平坦化的正確數值,然後把它跨接到前置放大級的輸入插座上。
Fig. 2 所示為各種不同數值的電容,接上去之後產生的高頻響應曲線。在接上電容測試時,為了省事起見,只需測試制5KHz即可(因為是從20KHz逐步下降的)。
STR-130這張唱片稱為RIAA系統響應測試唱片(RIAA System Response Test Recorder)。唱片封套的背面,除了記載唱片內容之外,還有一張附表,告訴我們RIAA系統對各種不同頻率的正確提升或衰減量。
切記,使用唱片所測得的頻率響應曲線,是包括唱頭與RIAA前置放大器在內的整體結果。如果對於前置放大器的等化作用是否正確感到懷疑的話,可以用低週信號產生器,直接輸入前置放大器,測試並描繪其頻率響應曲線,和唱片封套背面的附表做一比較。即使,在頻帶的前後端部分僅有1dB至2dB的偏差,在音樂再生時,也會感覺出著色(Color)的出現。
二、STR-112 測試唱片
頻率響應僅是唱頭特性諸元中的一小項,還有許多我們應該關切的其他項目。CBS的編號STR-112測試唱片,提供了更技術性的測試,這些其他項目,包括一系列的循跡(Tracking)測試。採用高電平的水平與垂直調制,唱針在立體聲唱片的溝紋內的循跡動作,必須水平與垂直兼顧。STR-112唱片的各段錄音,使用高電平正弦波調制,並且是把振幅以大幅度的漸次增強錄製而成的。不管是水平或垂直部份,開始時電平都是+6dB(相當於11.2um,也就是300Hz音樂平均的0dB)。水平部分最後增加至+18dB,垂直部份則為+12dB,也就是音樂信號的最大調制電平。
首先,以+6dB的信號開始,以耳朵聽或觀測示波器上的波形,來觀測在逐漸增強調制的過程中,是否有誤循跡(MIS-Tracking)發生。在本文的試驗中,使用能儲存波形的Storage Scope,以便把頻率為300Hz,每次增加3dB調制量的各個波形,同時顯示在同一螢光屏上。其結果如Fig. 3所示,調制電平最低者顯示在最上面,越下面的調制電平越高。樣品唱頭在+6dB、+9dB和+12dB時性能不錯。在+15dB時開始有點失真,制+18dB時(最底下一道波形)有嚴重的失真。通常,對於夠水準的唱機和唱頭,增加循跡力(Tracking Force)(本測試使用1公克的下壓力),和調整抗滑力(Anti-Skating Force),對於高電平調制(高達+18dB)的失真可以有所改善。
使用STR-112還可以進行其他的測試,例如,唱頭在不同調制電平的內調失真(IMD, Intermodulation Distortion)。首先播出一個4KHz的信號,以供調制電平的參考,然後加入一個較低頻的400Hz信號,並逐漸增強其振幅,在其他的測試部份,則用200Hz當作這個複合信號的低頻成份。這個低頻成份每次增加3dB,以迄於比每秒3公分的針尖速度還高18dB的電平。通常,這麼大的振幅在音樂再生上,是不用加以考慮的。這個複合音可以通過內調失真計,在示波器上顯示出來,甚至也可以聽得出來。這種內調失真,如果很嚴重的話,即使是未經訓練的耳朵,也很容易察覺。
Fig. 4 所示為漸次增強的複合音,注意在最下一道波形(甚至在其上面一道波形也稍微)在下半部的高頻成份,已經被削去,這就是內調失真已經出現的證明。同樣地,稍微增加循跡力或更細心地調整抗滑力,可以有所改善。請注意,雖然此樣品唱頭,在1公克針尖下壓力的情況下,內調失真百分率,隨調制量的增加極快(見Fig. 5),但將下壓力增加至1.25公克時(仍在該唱頭所推薦的使用範圍內),內調失真即有大幅度的改善。
三、TTR-103 測試唱片
Shure Bros., Inc.,在唱頭技術方面的貢獻頗大,並也推出編號TTR-103的測試唱片。此唱片本為配合僅Shure經銷商有售的測試裝備而設計的,然而使用該唱片,僅憑聽覺或觀測示波器波形的話,對於唱頭的瞭解也是獲益良多。
此TTR-103測試唱片,可以用來測試高、中、低頻帶時,唱頭或唱針滑紋內對大振幅調制的正確追蹤能力。在進行高頻帶測試時,使用每秒重覆270次,10.8KHz的猝發波。針尖所需做的最大峰值速度,起先是每秒19公分,最後是每秒30公分。Fig. 6 所示為在這些高頻測試時的輸出波形。如圖所示,在速度為每秒15至19公分時,無甚大失真,在速度為每秒24公分時稍有失真。最後,在速度為每秒30公分時有顯著的失真。
TTR-103的中頻帶循跡能力測試信號,是由1KHz與1.5KHz等幅波所混合組成。當唱頭開始誤循跡時,其和成份(2.5KHz)與差分份(500Hz)將會出現,以頻譜儀或波形分析器可以測定出來。但是以耳朵仔細判聽,或以示波器觀看波形,也可以發現中頻帶誤循跡的出現。這個測試中的尖針最大速度,開始時使每秒20公分,然後增加至每秒25公分,每秒31.5公分,最後是每秒40公分。Fig. 7 所示,這個唱頭在每秒20公分與每秒25公分時情況不錯,到每秒31.5公分時開始有點不對勁,到每秒40公分時,則完全不行。
TTR-103的低頻帶循跡能力測試,則幾乎和CBS的STR-112內調失真測試完全一樣,由400Hz與4KHz的複合信號來測試,不同的是Shure的測試中,是以每秒公分數來表示針尖峰值速度,其範圍從每秒15公分至每秒30公分。Fig. 8 顯示,循跡能力在每秒24公分時間開始發生障礙(從上數下第三道波形),在每秒30公分時,針尖循跡發生明顯的障礙。
上述這些唱片,固然是為評估唱頭性能之用,但用以調整家庭用唱機,以獲得最佳使用狀態時更是合適。如果,一個唱頭已經使用得非常破舊,不在和「工藝之境」的要求時,任憑怎麼調整循跡力與抗滑力,也不能有所改善。當然也有可能唱頭是不錯,唱臂的設計卻與唱頭不相配,此時唯有買一個新唱頭,或換一部新唱機,甚至兩者皆換新。
四、後記
長久以來,羅哲就從一些書籍上獲悉,前置放大器的輸入端子,對高頻響應的影響,也看過不少名牌擴大器,把前置放大器的輸入端子做成可調整電阻式,卻未見連輸入電容也做成可調整式的(自註: 其實也有,井底之蛙!)。如今,由本文提供的資料,確信輸入電容也應該做成可調整式,才能配合各種不同唱頭做最恰當的匹配。正巧,自己使用的Player是Pioneer的PL-55D,此唱機原為CD-4唱片而設計,因此,其所附隔離線必然是低電容型(因為CD-4唱片,信號頻率高達45KHz,非使用低電容隔離線不可),很適合供做一台可調整輸入電容型前置放大器之用。如果使用高容量隔離線,再加上可變電容器,容量或許會超過一般適用數值,倒不如不是可調整的。
於是動手做了一台,並且也以唱片測試頻率響應,將以另文介紹此一部份,預定納入拙文──我的音響系統一文之中。
轉載音響技術第51期MAR. 1980 唱頭的測試與測試唱片/羅 哲
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