談談錄音座和錄音帶的頻率響應 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　錄音機座用於錄音及放音,兩種功用均相當重要,使用者可自行錄音及放音,為其他音響器材所比不上,因之深受一般音響愛好者所喜愛。

　　但錄音或放音時,能否高傳真使原音重現,則依使用者對所用的錄音座及錄音帶特性瞭解運用的程度而定。只有發揮錄音機座椅及錄音帶的特點,才能使音質高超。業餘錄音愛好者喜愛自行選曲,甚至加上自己說明介紹詞,錄於磁帶上,是很令人心醉的事。錄音音源(Source)一般來自調頻音樂、唱片、麥克風(於音樂廳或談話場所)或其他錄音座,如圖一所示。

早期的錄音使用盤式錄音機,體積大而且電源為AC110V左右,錄音場所受限制,自卡式機出現,而且在品質改進,使達於供錄「音樂」之後,錄音時機及地點增多,野外室內均可,因卡式機座體積較小,重量亦輕而且有些可用直流電源,因而業餘錄音逐漸風行,已成為一般社會大眾所喜愛,而非只有專家才能做到的了。

各廠牌機座有不同的測試帶

　　業餘錄音愛好者應針對自己使用的座特性選用最適當的錄音帶,雖然錄音座及錄音帶的製造均依國際規格,但共通性之外均有各自的特點,以錄音帶而言,製造廠家很多,如日本的Sony, TDK, Fuji,歐美的BASF, Scotch (3M), Maxell,同是LH(低雜音、高輸出)磁帶,以r-Fe₂O₂為基礎,Scotch則加入鈷原素,TDK則加入一種叫做Magnetite於氧化鐵中,Maxell採用超微粒的氧化鐵粒子,因而錄音帶確有不同的特性影響到音質。而錄音座在生產測試中,TEAC使用Fuji的磁帶微測試帶,Nakamichi使用TDK-SD做為標準測試帶(Normal)以及自己的二氧化鉻帶為測試帶,因之,對不同廠牌的機座使用的磁帶應有所選擇,才能發揮機座的最佳特性。使用者最好能擁有所使用錄音座的測試帶,作為購買錄音帶的判定基準,選用語測試帶特性(頻率響應,S/N比,失真)最接近的磁帶,當然S/N比愈大愈好,而在頻率響應方面,其差異可在錄音時補正之。若以麥克風錄音,無法以錄音補正時,可逾放音時補正之(此乃專指業餘錄音而言)。如此頻率響應才能平直,達於高傳真品質。

　　至於市面上已錄好的音樂帶,大多是以專業化錄音座所錄製,購用者除了應注意磁帶和自己所用的機座匹配外,尚應注意音樂帶錄至時所使用的EQ(等化曲線)規格,歐美機座與日本機座的EQ規格有些差異,而且各廠商也有其依據的EQ規格,以同一機座錄音放音,當然其頻率響應相當好,可是拿別台機座錄好的音樂帶來放音,就可因其EQ規格不同而頻率響應不好,使用者應先認識之而於放音時加以補正之,譬如以同一卡式音樂帶在使用NAB(美國規格)的卡式機放音時就比使用JIS(日本規格)的在高頻部分低了2dB左右,原因請見圖二。

頻率響應測試方法

　　假如有標準測試帶,可用之來測定自己的機座的頻率響應特性、失真及S/N比。假如有一台品質很好的機座,可用之來測定所購買的磁帶的頻率響應特性、失真及S/N比,這是一般業餘愛好者常做的事,因非如此,不能欣賞到高傳真的音樂。欲測試頻率響應,失真及S/N比,起碼應擁有幾種測試器: ①音頻(自DC到100KHz)信號產生器,有正弦波及方波,輸出電平應大致+10dB(0dB=0.775V),②衰減器,衰間量應可至80dB,③VTVM(真空管電壓表); 用以指示信號的電平值(RMS值),可量度電平-70~-70dB,④示波器,⑤鑑聽喇叭,此種喇叭內有放大器,可以聽感判斷雜音及信號的種類。⑥失真錶,用以測定失真率之用。

測試器與機座連接的方塊圖如圖三,失真錶及VTVM直接接於機座的輸出點,是波器及聽喇叭接於VTVM的AC OUTLET,衰減器接於信號產生器及機座之間,信號產生器輸出阻抗600Ω,衰減器也應以600Ω匹配衰減,機座輸出應接負載10KΩ以上的VTVM及失真計,如此才不會有負載效應,引起測試的不準確。

　　欲測定機座的S/N比,可將標準測試帶放於機座內,若為二磁頭機座,即錄放磁頭在一起,可無信號錄音,再倒回放音,由VTVM看出雜音電平,若為三磁頭機座,即錄音頭放音頭分開,則可由磁帶鑑聽輸出在VTVM看出雜音電平。若欲測定磁帶的S/N特性,可以已確定品質的機座如上法測定之。雜因除了由VTVM看出電平外,也應看示波器雜音波形是否有異樣,同時由鑑聽喇叭以聽感判斷雜音的種類,是否有異樣地「劈!拍!」雜音,有的話就顯示不正常。

失真測試法

　　欲測定失真率,首先將機座的錄音Volume調整於比max低6dB左右,將信號400Hz輸入機座,調整信號產生器輸出電平以及衰減器,使機座的VU計指示於0VU,此時錄於磁帶的信號強度為160nwb/m,將此信號放音或經由磁帶鑑聽輸出,調整輸出Volume使機座VU計指示於0VU,在此種情況下來看失真錶的失真率指示,應注意失真錶上的電平指示應在規定範圍內。此種方法可用以測定機座或磁帶的失真特性。

　　若欲測定頻率響應,機座應先設定於規準狀態,亦即以400Hz -9dB(0dB=0.775V)輸入機座,調整錄音Volume使機座VU計指示0dB,磁帶被錄上160nwb/m強度的信號,以此強度信號放音或鑑聽輸出,調整輸出Volume使機座VU計指示為0VU,此時也應看VTVM是否為0dB否則應調整VU計。使錄音Volume及輸出Volume的位置校正好,即機座已處於校準狀態。在校準狀態下,來測試機座及磁帶的頻率響應特性,將信號40Hz, 400Hz, 1kHz, 6.3KHz, 10KHz, 12.5KHz......等以-9dB輸入(即機座VU表為0VU時),測定其輸出電平,然後將輸入電平逐次下降,每次可降低5dB,即-14dB, -19dB...(在機座VU表指示為-5VU, -10VU...),測定其輸出電平,我們可得如圖四的頻率響應特性圖,

此圖告訴我們一點,頻率響應特性應以其錄音電平為依據,否則無法了解其品質好壞,因電平愈低,其頻率響應特性愈廣,機座VU錶為0VU時,我們只能說Nakamichi的CrO₂帶的頻率響應特性為35~9KHz±3dB而已,在錄音電平為-10VU時,35~18KHz±3dB,在錄音電平為-20VU時,頻率響應才為35~20KHz±3dB,我們從宣傳光告中得知Nakamichi機座頻率特性相當廣闊35~20KHz±3dB,但若不知該特性是在-20VU的錄放音時,則很易於偏差,因此錄音時應特別了解此點,才能善用錄音機座的特性。但錄音電平低,則S/N比不良,因此在頻率響應及雜音電平取捨中決定自己希望的錄音電平。若以標準測試帶測定機座的頻率響應特性,或以機座來測定磁帶的頻率響應特性,均顯示和圖四一樣,即錄音電平低時其頻率響應好,若欲判斷兩台機座的頻率響應好壞,可以同一錄音帶來測定之,若欲判定錄音帶的頻率響應好壞,可以同一台機座來測定之。(編者註: 此為一般AB Test的沿用,但由於匹配的關係,很難確證被測機座是否真的不良?還是由於不匹配所致)。

影響頻率響應的因素

　　影響頻率響應特性原因有二,即為磁帶與磁頭,機座內的晶體或真空管放大部分的頻率響應均相當廣闊,一般由5~50KHz±3dB應沒問題,因此在此談談磁帶及磁頭此兩大電磁信號變換媒介對頻率響應的影響。

(一)磁頭方面

　　錄音機的磁頭有三種: 消音頭、錄音頭及放音頭,錄音時,三個磁頭均有作用,磁頭先經消音頭消去原有信號,再經錄音頭錄上新信號,若鑑聽磁帶時,錄上的信號馬上可經放音頭放音出來。在二磁頭機座,錄音時,只有消音頭和錄音頭有作用,因二磁頭機座,錄音頭及放音頭共用。不管是二磁頭或三磁頭機座,在放音狀態,均只有放音頭有作用。

　　錄音頭及放音頭直接關聯機座的頻率響應特性,此兩種磁頭結構簡圖如圖五,間隙長度有一定規格,因磁帶聲跡寬而定,卡式及盤式機座不同。間隙寬度愈窄,頻率響應愈寬,如圖六例。

但為使感應好,亦即錄音靈敏度及放音靈敏度好,間隙深度愈淺愈好,見圖七,

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如間隙深度淺,則加於磁頭的信號可經由磁場全部經過磁性層形成磁回路,而將信號錄於磁帶上,不會由旁路走失而不經磁性層,因而錄音靈敏度好,若於放音時,磁帶上所錄信號磁頭鐵心恰構成很好的磁回路,因間隙深度淺時,其阻很大。磁帶在運行中會磨損磁頭,故為使壽命不能太短,間隙深度不可太淺,一般均在0.2~0.4mm左右,而且也要求鐵心材質耐磨。一般來說,錄音頭為使錄音信號能完全貫穿磁帶的磁性層,其間隙寬度愈寬愈好,亦即其錄音靈敏度好(因間隙寬、磁阻大),但間隙寬使高頻響應不好,因之錄音頭間隙寬度採用折衷辦法,大約與磁性層厚度相同,而放音頭則可不必受此限制,因此一般錄音頭間隙寬度均比放音頭間隙寬度大,像Nakamichi機座的錄音頭間隙寬度為5u(5x10⁻⁶m),而放音頭間隙寬度才0.7u而已,就是此緣故。關於低頻響應,與放音頭的外形結構有關,而與錄音頭無關,若放音頭外形結構使鐵心與磁帶接觸部分長,則會產生所謂「形狀效應」,低頻電平高低起伏而不平直如圖八所示。為了避免此現象,磁頭與磁帶接觸部分作成雙曲線形,即可改變。

　　在錄音或放音前,機座的磁頭應先以清潔劑(如無水酒精)加以擦拭乾淨,才不會破壞高頻響應,同時也應以消磁器將磁頭殘留磁性去除,才不會使信號失真,甚至破壞已錄好的信號。為使磁頭不易帶磁,磁頭鐵心材質的磁性特性中,其抗磁力愈小愈好,見圖九,為使磁頭磁場強度在錄音時不致飽和,其Bs及Bm愈大愈好,至少要大於磁帶磁性層的Bs及Bm,亦即其導磁率(u)愈大愈好。

　　立體身歷聲音響,左右聲道能否對原信號的左右有同樣的響應也是一個很重要的問題。因為這種特性直接影響立體身歷聲效果,機座的磁頭能否同時地將磁帶的左右聲道信號放音出來,就代表了機座的同時「頻率」響應特性,因之磁頭必須調整與磁帶信號平行,如圖十,如此才能使原左右信號同時地播放出來。

由於磁帶的傳送,卡式帶受卡式盒結構影響,盤式帶則受盤式機座的導桿影響,因之卡式帶盒中,沒有兩個卡式帶行走性相同,不過在錄音頭放音頭共用的機座中,對比可不必考慮,只順以標準試帶將磁頭調整至適當位置而固定之即可。但對三磁頭,則此影響甚大,因錄音頭及放音頭個別獨立,而每個卡式盒中卡式帶受結構影響,均略有不同的行走性,磁帶由錄音頭到放音頭說不定就有了變化,因此必需因每個卡式盒而調整,一般是先以標準測試帶調整固定放音頭的方位,從此之後,放音頭就不必變動,然後使用空白錄音帶錄音以調整錄音頭,像Nakamichi機座則採用400Hz信號(此400Hz信號在機座內自行產生),由錄音頭錄於磁帶上然後由放音頭放音,以放音頭的放音位置應為基準來調整錄音頭方位。

　　假如購買市面上已錄好的音樂帶,在自己的機座來放音,就可能會受磁頭角度問題而影響同時「頻率」特性,不過這也是沒辦法的事,但願音樂帶製作者,能夠相當負責地注意到這件事。

(二)磁帶方面

　　磁帶磁性層對頻率響應影響甚大,我們可以由三方面來解說: ①磁性層厚度 ②磁性材料顆粒大小 ③磁性材料特性及種類。

　　在磁性層厚度方面,厚度愈大其高頻響應愈差,對同一厚度錄音信號愈大其高頻摔減愈大,見圖十一,而對輸入電平與輸出電平與厚度關係如圖十二,

磁性層厚度大,不易導致飽和,若同一厚度,信號頻率高亦較易導致飽和,飽和則使響應不好而形成失真。厚度小雖然使高頻響應好,但易導致飽和而且磁性層壽命短,因此一般均在4~8u左右,磁性層表面均特別加工磨成平滑面,使摩擦係數小,延長磁帶及磁頭的壽命。

　　在磁性材料科立大小方面,顆粒大則高頻響應不良,但顆粒太小,則保持信號能力差,一般顆粒體積其長邊長度為0.5~0.9u,以0.7u為最好,保持信號能力及高頻響應均很好。故顆粒長短邊比愈大愈好,一般是在10比1左右,如此顆粒排列可較密,磁帶承載訊號力亦可增強,若顆粒排列方向能全體一致整齊,則承載訊號力亦可增強,所以在顆粒大小選用上及塗磁性材料時均應注意。錄音信號在磁帶的磁性層上留下殘留磁場強度,當頻率高時,磁帶上磁場強度變化距離很接近,因而會互相感應抵消,形成高頻響應不良,為了減低此效應,可使顆粒磁性Hs(抗磁力)及Bs/Bm(見圖九)比接近於1; 原因是Hs大,則磁場變換不易,Bs/Bm≈1時,則雖受反向磁化力,亦只會消減磁場強度一些而已,此種磁性顆粒特性要求恰與磁頭鐵心磁性要求不同。