當音響迷的音響設備越來越精密的時候,對音質的渲染及失真也就越敏感,而原來一些似乎無關緊要的因素對音質的影響也已逐漸地被發現。在過去的幾年裡我們發現唱臂及唱頭質量、共振、摩擦力,及唱臂管和唱頭蓋的鋼度對音質都會產生渲染的效果。
幾個研究唱片機械及電氣特性的機構都發現承受唱片的唱片墊對音質的影響顯著到可以聽得出來。這些機構的研究針對唱片上兩個我們並不十分了解的現象:(1)靜電形成、中和及放電的本質,(2)發生在唱片本身的振動及共振。
一般的唱片主要是由PVC組成,PVC本身就是一個高度絕緣的介電質(dielectric)。這種乙烯基的化合物非常容易帶電,其在乾燥的天候下,而且能貯藏非常高的靜電壓。這些靜電荷極易形成,在許多的情形下只要把唱片從套子中拿出來就會產生靜電荷。Shure兄弟公司最近的研究指出高達30,000伏特的靜電壓是最普遍的。3M工藝實驗室(3M technical Laboratory)的D.W. Swan博士所作的實驗也發現有相同強度的靜電壓。Swan博士發現,由於空氣在正常濕度下的崩潰電壓,約為30,000伏,當唱片從唱片套中拿出來時所聽到的霹啪聲就是這麼高的靜電壓存在的證據。大多數的唱片除了極易感應靜電壓外,他們的本身也已在壓製的過程中嵌入本體電荷(intrisical charge)。這些本體電荷會產生電壓,其效果如同電極式麥克風(electret microphone)的振膜。
靜電問題
雖然靜電荷很少為擴大機所放大,因此並不會直接聽到,但它們會間接地引起其他的問題。這些問題包括了:
(1)吸引灰塵──灰塵及大的粒子本身都帶有電荷，因此很容易為唱片所吸引。根據Shure公司的研究,在唱片上的靜電荷通常為負,而大多數的灰塵都帶正電,因而產生靜電吸引。此外3M實驗室Swan博士引更詳細的敘述出複雜的靜電作用力甚至會吸不帶電的粒子。大家都已了解唱片表面灰塵的來源主要是由於靜電吸引而非單純的掉落在唱片上。灰塵一旦被吸引住後,如果不利用一些中和的方法灰塵就很難消除,最後甚至會變得沒有辦法僅使用乾燥的唱片刷來清除。
(2)對唱頭的靜電吸引──唱頭本身亦為充滿靜電的唱片所吸引,理由與灰塵略同。許多的研究指出在一般的情況下靜電粒會額外的增加0.375克至0.500克(約等於4,000V的靜電壓)。唱頭或唱臂也會為換片機上成疊待放的唱片所吸引,在某些例子裡它們甚至會被防塵蓋所吸引。這許多的吸引作用不但會改變循跡力,同時也改變其他的動態因素,結果使得立體影像及唱盤的循跡性質受到影響。
(3)唱頭輸出的調變──因為靜電荷非均勻的分佈在唱片表面,因此當唱頭通過電荷密度較大的區域時,可能會使得循跡力、抗滑力、垂直循跡角及聲道的平衡在瞬間發生極大的變化,如此對一個或兩個聲道的輸出發生調變作用。
(4)暫停時的啪聲或暫態雜音──偶而當唱臂在唱片上方暫停時,靜電放電可能經由唱頭或輸出接頭輸入擴大機而產生巨響。這種聲音除了令人討厭外更嚴重的是這些暫態訊號的電平都相當的高,極易傷害到擴大機及喇叭。
音響市場上有各式各樣的發明及方法來降低竟電荷。這些方法從液體的及薄膜的工具(都非一般的物質,並且在降低靜電的過程中不干擾到唱片的播放。)一直到釙放射條(poloniumstrip emitters)(Staticmaster出品),這是利用釙能放射出正的α粒子。某些游離空氣的工具(Zerostatic及其他廠商出品)能使靜電降至零,但是這種中和只能維持約1小時。另一個解決的方法是從唱片表面到地之間建立一個導電的通道,這種方法能藉著導電纖維刷或導電的唱片墊而達成。導電的唱片墊例如Discwaher的D'stat II對靜電的消除有兩個方法:
(1)將電荷導入地──電荷經由導電纖維移至唱片墊上,唱片墊能使本地電荷密度降低,同時它的作用如同一條低電阻的通路,使電荷經由金屬盤或中心軸移至唱盤的地。
(2)離子中和──極性與唱片表面電荷極性相反的離子從地(如同一個無限大的正負離子銀行)移動至墊子的導電纖維,再到貯藏電荷的纖維點。纖維點的功能如同電極(point electrodes)。當纖維點的離子電畏聚集的夠高之後,離子會轉移到唱片上並有效的中和在唱片上的電荷,請看圖一。
因此當唱片放在唱片墊上時需要數秒鐘的時間來消除靜電場。許多唱片墊具有導電的功能,但僅有少數的墊子有離子中和的作用。
電荷的傳導及中和都發生在唱片的底層。初看之下,這些似乎對上層的播放面沒有效果。但一個高導電性的唱片墊能使電荷在上下兩面間移動,這種移動降低了播放面上的靜電場。同時唱片在唱片墊上放了數秒之後,我們可以反覆的翻面,以便消除唱片兩面上的靜電場。
唱片墊的研究
瑞典國家度量衡、測量及檢驗局(The National Swedish Authority for testig Inspection and Metrology)對許多不同的唱片墊的效能做了比較的研究,他們的發現指出導電纖維的數目及纖維點的直徑(決定纖維點作為導電極的效用)兩者都很重要。對三種上下兩面間的阻值分別為5MΩ、10MΩ及更大者的比較實驗顯示:阻值低的唱片墊(如D'stat II)能幾乎完全將大於4,600伏的靜電壓降至可以忽略不計的程度(約500伏),阻值較高的墊子只能將靜電壓由4,600伏降至3,900伏或4,000伏。這些實驗證實導電的唱片墊對離子的供給能力必須達到相當的水準才能獲得有效的結果。
另一些新的實驗檢查了唱片墊在絕緣及阻尼上的重要性,數種不同種類的振動會使唱片在本身內產生共振及運動,而明顯的有幾個振動的來源會影響唱片的音質。最熟知的來源就是唱盤的驅動系統,主要是由驅動馬達或唱盤轉動的主軸承所產生。因驅動系統及支持這些元件的懸掛裝置而使得唱片表面發生的垂直運動所產生的轆聲(rumble)能經由唱針而送入整個系統,這條傳遞的路線是唱盤轆聲的主因,只有少數的振動是經由唱臂傳送至唱針。與大家想法相反的是,轆聲的頻寬相當的寬,其中高於50Hz的頻率佔了相當的份量,並且也有低至數個Hz頻率。Bauer的報告詳細列出了轆聲的聲譜及對各種頻率的來源都詳加討論。
由系統產生經唱盤傳送的轆聲對音質有幾個重要的影響:
(1)轆聲中較高頻率部份對音樂中的中低音(mid-bass)的訊號產生調變。
(2)降低放大器的輸出能量並增加了低音驅動單元的失真。這是因為轆聲的低頻部份被放大至極高的電平,因此耗盡了擴大器所供應的能量及低音驅動單元的衝程。
(3)引起唱臂唱頭共振的產生,這種共振對循跡力及低音的表現有嚴重的影響。
日本的Denon公司及他們的進口商American Audioport,測試了唱片上的另一種共振,即由喇叭直接引起的振動。Denon的實驗證明在一般的聆聽電平下中頻會使唱片產生振動而使得音樂的中頻產生渲染的現象。在他們的實驗哩,他們利用雷射攝影(Lasor hologoaphy)取得當喇叭發出各種測試頻率的音壓為103分貝SPL時,唱片變化的情形;發現主共振發生在932Hz而在其他的頻率也有較低能量的共振(參考圖二)。
唱片表面的最大位移約為0.02毫米,這位移會使一般音響系統所播放的音樂的振幅發生數個分貝的變化。在相關的實驗裡American Audioport的工程師能使放置在輻射肋紋形(radially ribber)或其他邊緣支撐形(edge-supportine)唱片墊上的唱片在更高的頻率產生「鈴振」(ringing)。在這種唱片墊上的唱片能拾取技術員的叫聲所引起的振動而經音響系統而放大。仔細聽聽這些發現並非十分特別,建築音響工程師在一些較大的物品如大廳的燈架或掛在牆上的畫也經常發生共振的現象。的確,如果一張沒有支撐物的唱片在音量高達音樂廳的電平時而不發生振動那才是件奇怪的事。
唱片的振動
第三種引起唱片音質變化的原因由英國的工程師Holliman單獨的發現。在Hi-Fi Answer雜誌上,Holliman描述了唱片溝槽如何的受唱針影響的情形。「當唱針在溝槽內移動發出訊號時,溝槽本身會略為的變形而在唱片表面產生輻射波。這些輻射波行經唱片的表面,而從唱片的邊緣反射至唱針,而使唱針撿取額外的波動(如同回音板)」。他對這種波動形的振動所引起的音質上變化提出許多詳細的敘述,這種振動的結果如同在大廳中所聽到的誇大的回聲。Holliman同時建議了一個實驗作為證明這種影響的方法:把唱片放在原墊圈地上面播放,使得只有標籤部分受到支撐,然後與正常情況下唱片所發出的聲音比較。雖然Holliman的研究沒有相當的實驗資料支持,但理論上是正確的。至少有兩家唱頭製造商注意到實驗室情況下所發生的類似現象,而且音響迷們也早已一再的提出在唱片上所聽到的渲染現象,是否使用唱片墊來支持產生阻尼作用是唱片對振動接受程度的主要因素。
Denon用兩種不同型式的墊子做實驗,一個是普通有肋紋形的合成橡皮墊及一張厚達1公分的丁基(butyl)橡皮墊,結果顯示對機械振動的阻尼決定唱片墊的效用。橡皮及塑膠經由「伸張」鬆弛的彈性介質(橡皮化合物)過程發散振動所產生的機械能,以消除振動。而相反的毛氈或纖維性的唱片墊經由纖維的互相摩擦而將振動的能量以熱能的形式發散。這種熱能式的能量轉換對各種頻率的振動都能有效地消除並且能和導電的元素配合;其他實驗的結果也支持這個論點。在American Audioport的實驗裡由邊緣支撐物及肋紋形唱片墊所引起的有害的振動當使用毛氈或厚橡皮墊時就不再發生。Holliman的文章也提到聲音的反射現象在使用厚墊子代替墊圈時也就消失了。
選擇唱片墊時厚度也是很重要的因素,因為厚度會影響到循跡角。薄的墊子對唱頭角度的改變少於0.7度(比因唱片彎曲所引起的變化還少),但一些3/16英吋厚的「特厚形墊子」(over mats)會使循跡角的改變達2.5度,此時就必須調整唱臂的高度以補償墊子的厚度。
把普通的唱片墊換上抗靜電或抗共振的墊子後並不能根本改變音質,因為這種改變的結果只是提供音質微小的改進。但是「還可以」和「好極了」不也就是差這麼一點點嗎?
轉載音響技術第58期 OCT. 1980 唱片墊真的有效嗎?/王超羣(取材自 JUN. 1980 Audio)
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