對使用卡式錄音座的音響愛好者而言,近年來在節目源的材料有了重大的改革。自從飛利浦在1965年推出卡式錄音機,專供一般性娛樂、家庭聚會及其他不太重視傳真度音源的場合使用以來,卡式錄音機的歷史並不很長。隨後幾年,立體卡式座也被推出,只是當時所產生的哼呼聲遠大於傳真度。同一時期,軟體(錄音帶)製造業也迎運而生,並開始成長。十年以前,發展更為神速,新產品如TDK的SD(超動態範圍)錄音帶等。
目前,基於需要,錄音機的製造商和磁帶的生產者間,有著更大的合作默契。自然地,雙方面產生一種關係: 進步的磁帶需要進步的錄音、放音、甚至消音頭;而進步的磁頭設計來自更好的磁帶。卡式音源在1970年有一項重大的進展,即採用二氧化鉻帶及杜比B系列,使頻率響應擴展,並減少噪音。某些裝置開始表現「高傳真度」,不過通常也限於只是針對「某一種錄音帶」而言。Nakamichi 1000在1973年的推出,除了那非常昂貴的售價留給人印象外,那音響效果也給人留下深刻地印象。對於固執著囿於磁帶速度和寬度,卡帶不可能供給令人滿意之音源的那些人來說,是改變觀念的時候了。
接下來幾年,在製造再生特性良好的卡式座及採用新材料的磁帶均有重大的成效。當然,也有某些並不很成功的例子: 如早期的鐵鉻帶及鈷膜鐵帶; 前者穩定性不夠,後者的特性有少許漂移的現象。1974年,TDK的SA帶開始在市場上推出,它的離子捕獲技術是朝著令人滿意的鉻帶邁進了一步。鐵帶(ferric tapes)在這時期呈直線般的快速發展,直到現在; 在可見的未來必然也會繼續發展下去。其他諸如Maxell、Scotch、BASF、Fuji、Memorex等公司也紛紛推出一些優秀的磁帶。金屬微粒帶的出現,則是樁引人注目的事,不過只能算是短史中許多重要變遷的一部份。
我們對金屬微粒帶的歷史及引人之處繼續討論前,我們先回過頭來看看磁帶材料的基本性質。讀者或許已經注意到圖一中的三個磁滯環: 其中之一是像Maxell的UDϒ 氧化鐵帶; 另一個是Nakamichi的SX帶(或是其他類似的鈷處理鐵帶); 第三個則是Nakamichi的ZX金屬微粒帶。讓我們沿著三個磁滯環中任意一個看看; 任何一個都行,過程都類似。假設磁性材料總是在我們討論之先,即已經過此環路,因此我們不必自零磁化處開始。
當矯頑磁性相正方向增加時,頑磁性(或稱保磁性)也開始增強,剛開始時增加得非常迅速。這種很陡的斜率正是我們所想要的,也是設計者的目標所在──因為這表示磁性材料的磁通量(Flux,又叫磁束)隨著外加磁力的改變,是良好的響應。終於,磁性材料到達一點,在這兒磁飽和發生,即使外加磁力再加大,也不能使磁性材料的磁通量變化增加。當矯頑磁性開始減少至零時,伴隨著外加磁力減少的同時,一定量的磁通電平將會保留下來。這就是頑磁性,即每平方公分磁帶塗料橫斷面的磁束數目; 也叫做磁束密度,以高斯為單位,由磁帶的寬度及磁性塗料的厚度來決定面積的大小。這是質點磁性的基本量度,僅僅是我們將繼續介紹的東西之一小部份。
磁帶的行為由磁束感應的實際數目決定,並非單單決定於磁束密度。殘磁係實際保存的信號總磁通量,以馬為單位,與磁帶塗料的厚度及寬度有關。我們已知: 極高的頻率不能穿透厚的磁性塗料,所以塗料的厚度必須考慮到錄音時高低頻的配合及靈敏度。再次地提醒,注意頑磁性(磁束密度)與質點性質間; 及殘磁(實際磁通量)與磁帶成品間的配合。方形率是自零矯頑磁性的磁通量對磁飽和時磁通量之此值,以小數表示。
話題已扯遠了,現在我們再回頭到剛才我們已成功地將磁帶材料磁化的那兒,接下來看看怎麼樣去磁呢?若一個反方向的磁場出現,磁性質點的磁通量將沿著第二象限的那條線降至零。接著我們再看看整個環路的另外半部,另一個磁通量增加的方向。讓我們把注意力集中在圖一,那個重要的第二象限上,並將三種磁帶做個比較。注意圖中有二條分別表示5KHz及20KHz的去磁損失虛線。此處係採自Audio雜誌一年前所發表的Vogelgesang大作。(譯註)
圖中這三種磁帶的頑磁性分別由1,050高斯增加到1,550高斯,甚至增到大約3,500高斯。無庸置疑地,在可能的磁通電平,特別是在低頻段部份,有顯著而重要的增加。Vogelgesang指出,對良好的高頻再生而言,此種高的矯頑磁性帶來容忍高磁通量的能力是必須的。由於這種特性,300、500及1,000奧斯特的三種不同矯頑磁性磁帶,表現出依次漸增的抗去磁能力。去磁損失線指出金屬微粒帶的自去磁較低。同時考慮較高的頑磁性,磁帶設計者在塗膜厚度上,可有更大的彈性,以達到寬的響應和高的錄音電平間適當的調配。高矯頑磁性給我們的感覺是憂喜參半,因為它同時也要求更好的抹、錄音頭──對磁頭設計者而言,正是一項重大的挑戰。隨後我們將看看一些新舊機間的測試結果。
金屬微粒帶的來臨
1965年初,3M公司已經從事純金屬維力磁帶塗膜技術之研究: 雖然早在廿年前,微粒方面的基礎工作已開始,但1965年以後,卡式錄音方式的本身才開始發展。隨後幾年,在這方面的活力呈快速增長,同時也產生很多的謠言。關於純金屬微粒質點問題的討論中,大部份被渲染,而強調防止質點實際可能產生的生鏽或氧化問題。甚至有幾種關於金屬材料快速氧化──就像我們所熟知的燃燒一樣──的說法流傳。(現在看起來,好像又是一種新的磁帶──熱磁帶!)3M公司及其他一些公司也在設法解決這種加工處理上的問題,1978年較早的樣品帶,穩定性就很不錯了。Scotch公司多多少少可以從它們金屬微粒帶的命名「metafine」上,得到某些效果上的利益。TDK採用「MA」記號; Nakamichi以「ZX」表示;只有Fuji到目前為止仍只標示「metal」的字樣。Maxell、BASF、Memorex及Ampex已經表示對金屬微粒帶製造的興趣,但在本文寫作之時尚未耳聞有何進一步的消息。
各家製造商為了金屬微粒帶的產銷,已開始安排廣告及準備生產線。技術資料已有某些製造商提供,但某些「標準」並不相同。例如TDK為了匹配TDK SA帶,採用TDK標準帶為基準; 而Scotch卻採用DIN的基準。TDK的資料顯示,可容許比SA帶高3.5至5.0dB的偏置電平,高頻部份響應可提高5至7dB之巨。圖二及圖三分別為TDK的SA帶和MA(金屬微粒)帶的顯微攝影。
MA帶中細長的質點實際上是由一些小球狀粒子串在一起,有點類似珍珠項鍊。每個小球狀粒子的直徑大約只有300埃(Å)。SA帶的質點並不成鍊狀,而是如同針狀.長度約0.5微米(5,000埃)。TDK公佈它們的金屬微粒帶、塗膜厚約4微米。
Scotch的Metafine所使用的偏置電平為6.5dB,係依據DIN鐵帶偏置電平,所以它和TDK MA帶的偏置電平在開始時相差並不大。Scotch宣稱,Metafine在低頻部分的輸出可達鉻帶的二倍,在高頻端的輸出則達三倍。廠商並強調「輸出可超過鉻帶的5~10dB之效果」。Metafine及TDK MA帶測試報告的附加資料同時在本期刊出。
目前有一種受到普遍重視的觀念,即藉著磁帶信號的容量來評估磁帶的再生。因高頻響應的擴張性,金屬微粒帶在處理信號能力方面的增加,使得這種「更卓越」的特性成為招徠顧客之處。以下將探討此種或它種金屬微粒帶所帶來的改良,並提及評估方法的理由。
何者改善了再生效果?是磁帶呢?還是卡式座?
在評估Nakamichi 582時,聆音者都會對用鐵鈷帶播放的效果凌駕以往大多數錄音座的測試,留下深刻的印象。再翻翻所有的資料,可以發覺兩件很有趣的事。第一,雖然金屬微粒帶的效果卓越,但並沒有我們想像得那麼好。第二,用來描述預期改良程度的圖表顯示: 對使用金屬為例帶的Nakamichi錄音座和以往用鉻帶的錄音座間的差異甚微。
為了瞭解此二者間相互的關係,TDK SA帶以杜比電平測錄/放音的頻率響應,及最大錄音電平的測試。使用的錄音機有Nakamichi 582、Technics的RS-9900US和較舊一點的Harman-Kardon HK-1000三種。前面兩種錄音機的偏置電平先調到和SA帶匹配; HK-1000則已設計為SA帶所使用的機種。最大的錄音電平是以HDL,為百分之三(自20Hz到3KHz),twintone IM失真為百分之三(自5KHz至高頻的極限)。
圖四指出在杜比電平時三者均呈良好的響應; Harman-Kardon表現良好──注意考慮它的機齡。
再看看三者最大失真的比較(圖五)Nakamichi在整個音頻內的充裕度(headroom)較大。因為三種卡式座是採用同一卡帶,所以顯示的是機器間的差異,稍微改變偏置,可能使得到的結果有某種程度的改變。
值得注意的事百分之三最大失真曲線上,呈-6dB/每八度音程的斜率衰減,且交0dB在2KHz附近。此種斜率使得大部份的音樂在-3dB/每八度音程的情況,在低頻部份失真可能先達到公佈的上限值。比較起來Nakamichi在容許寬而不失真的錄音頻寬上,音頻兩端顯得有更大的充裕額。
Nakamichi的ZX金屬微粒帶,以相同的方式同樣在三部錄音機上使用時,情況就有些改變。首先是無法調整Harman-Kardon錄音座的偏置來配合這種帶子,表示需設法如何將金屬微粒帶在已有的錄音座上,設定成類似TDK的SA帶。以-20dB的粉紅色雜音調整Nakamichi和Technics錄音座的偏置去適合ZX帶。
圖六,RTA所顯示的細582在400Hz輕微偏置不足下的情形。注意此種情況下,響應曲線的高頻端向上彎曲。另一方面,Technics當輕微偏置不足時,高頻端的升起較平緩,表示高頻偏置情況(+3.8dB,以CrO2零偏置為參考基準)可能有自消(Self-erasure)效應。
圖八之頻率響應圖,HK-1000顯出嚴重的偏壓不足,導致預期的低輸出電平及高頻峰化現象。
在頻帶的大部份範圍(見圖九),582都有足夠的充域度,特別是頻帶的兩端部份。注意RS-9900US從5至10KHz多一點,有一較高的上限。
圖十表示二種在音頻二端最大的失真(或充裕度)情形,我們試著做個比較。第一種情形係採用Technics RS-9900US使用TDK SA帶對Nakamichi 582使用Nakamichi ZX帶來測試所謂的改良程度。在14KHz以上處呈急速上升,整個頻帶優於5dB。第二種情形係採用582測試TDK的SA帶與Nakamichi ZX帶間的差異。由圖中可知平均大約改善2.5dB,此數值相當不錯,但比起所發表的要求來,尚差了一截。在討論從另一方面來評估錄音帶的再生之後,我們將回過頭去,從另一個觀點比較二者間的關係。
早期以磁帶的信號承受度來測試磁帶的設計。方才我們已經看過,某種特殊磁帶的再生,與使用錄音座有關,不同的錄音座間差距非常大。有件事非常值得注意,就是廠商發表磁帶的資料,並未認真考慮錄音座的影響。我們再重新參閱圖十,如果只看上面的圖形,我們可以說,在信號承受程度上有著很大的改善; 但如果只看下面的圖形時,只能說稍有改善。對類比式錄音而言,以對信號承受能力的增加來預測總再生能力,很可能導致錯誤的結果。某些測試頻帶寬度的每一Hz之方法,是相當重要的。頻率響應或最大失真圖的座標可採線性頻率,2KHz為一區間,共分成十區間。在10及20KHz處充裕度有著顯著的增加,表示在信號的承受程度有重大的改善。在你訝異採用這種方法可以得到甚多的收穫之前,提醒你自己二點事實。首先,對類比式錄音而言,10K至20KHz這10KHz的頻寬不可能比零至10KHz這10KHz的頻寬來得重要。其次,諧波電平隨頻率的增高而減少,罕見的情況除外。此種方式的錄音增益需配合頻率,採對數座標表示。如果我們考慮數字式錄音方式,在高頻端信號承受力的方面,可能直接獲得某些好處,一份將數字式系統使用在卡式上的計畫,是有必要的。
另外,某些其他的錄音座與磁帶間之關係,也有討論的價值。Scotch宣佈消音磁場需有3,000奧斯特強度; 且所有的廠商都對非設計為金屬微粒帶的錄音座之適當消磁問題,有所論及; 甚至為錄音目標而具有此種偏置能力之機種亦然。某些試驗證明了這種問題的真實性。Nakamichi 582是三者之中,唯一採用以往測試的機種,在整個音頻範圍內消音能力達60dB,在某些地方甚至達到70dB。另一方面,Technics的卡式座對金屬微粒帶在低頻範圍只有40dB的消音能力。Nakamichi宣稱,它的錄音座比大多數磁帶消音器更佳。我起初抱著存疑的態度,直到我發覺我開始使用582卡式機去做我的磁帶消音器所不能做的工作為止。
目前的錄音座對金屬微粒帶的使用,面臨更嚴重的挑戰,因此需要考慮更多的因素。即使設備能提供足夠的偏置,在中頻範圍驅動錄音頭,磁頭設計時的限制也可導致高頻發生強烈的自去磁效應。使用者也可能碰到無法消去磁帶所錄的內容等問題。甚至,多半會發覺,磁帶消音器同樣也不管用,雖然外觀極佳,且標明著「專業性」,但它卻從未做到該做的事。
金屬微粒帶的價值
當使用設計良好的卡式座時,對整個音頻的再生而言,新的金屬微粒帶提供了相當程度的進步。慢慢將會澄清,這種新式磁帶的使用,並不意味只是很簡單地將一捲卡帶扔到你現有的機器裡。新的磁帶非常可能採用70uS的EQ,如此允許現有設備的設計可播放預錄磁帶。對某些有興趣的人,可能真會修改變造他們的設備,這是一種很大的冒險,不能廣泛地推薦。
將會愈來愈多的錄音座,具備使用金屬微粒帶的能力。前面的測試顯示,對錄音和放音頭非常嚴格的要求,是設計者的一項重大挑戰。某些機種可能因此很明顯地優於它種機種。下面幾點在購置時之選擇上值得注意: (1)消音能力,特別在低頻時,(2)整個音頻範圍的充裕度,(3)能得到最佳響應的偏置選擇及設定的方法。一架在各方面設計良好的錄音座和金屬微粒帶的配合,所獲得良好的效果可能值得許多現在擁有錄音座的人,去更換他們的錄音座。也可能又有新的錄音座提供更完美的再生,就像Nakamichi 582所表現的一樣。
未來的展望
可以預期的,金屬微粒帶將繼續成長,用先前敘述的方法之測試報告將在本期稍後發表。在價格一方面,金屬微粒帶可能與鐵鈷帶及二氧化鉻帶相去不遠。我們盼望在錄音座設計方面──特別是磁頭──於短期內有著重大的改進; 換句話說,結合著磁帶製造商的努力,我們在不久遠的未來,可以獲得更大的充裕度和更寬的頻率響應。密度的改善、低調度雜音和頻帶兩端的低失真等,都值得工程師們特別注意。偏置也許有必要標準化,以儘可能減少標準指引而導致過多的磁帶偏置要求。
鐵帶、鐵鈷帶和二氧化鉻帶的製造都將朝向更精密發展,以改良他們的再生能力。Du Pont即宣稱二氧化鉻帶仍有尚未完全開發的潛力。鐵鈷帶的未來仍有待商榷,目前僅有三種型式,所以錄音座的製造者並不希望像金屬微粒帶一樣,在面板上留個切換位置──他們仍在觀望著未來的發展。
轉載音響技術第48期 DEC. 1979 金屬微粒帶神化乎?/趙健雄 譯自Audio Sep. 1979
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