【黑胶党】唱盘的机械设计与结构（下）
第三章 唱盘马达愈是狂热的爱好者愈爱使用一些只有少数同好了解的术语和行话,一个人对这些词语的精通正好是说明了其兴之所在,音响尤其如此。他们管扬声器叫『喇叭』,录音带叫『带子』,而香港人称唱片为『碟』。
我们可以在唱片上看到刻得细窄的音槽,而录存在这音槽的声音振动,则是由唱臂上的唱头『读』出来的。现在,我们就来看一看带动这些『碟』的装置。
一、转盘的构成
和唱头及唱臂等辅助机构的外形比起来,唱盘转盘的外型是相当简单的,至于设计上的差异,好比开关的配置以及测速的安排等,则是相当小的。你找到唱盘马达以后,很容易就看出转盘的心脏是什么了。
1.唱盘马达
马达在我们生活的周遭几乎到处可以看得见,好比说:电车是由马达带动的,电梯也是,至于家里的洗衣机、冰箱、吸尘器、果汁机等无一不用到马达。
但是唱盘的马达和家电用品马达有所不同,唱盘马达无需高功率或高转速,但是要静而精确的转动,现在我们来看一看怎么样的马达才适合做唱盘用。
ⓐ感应马达(Induction motor)
唱盘马达是转盘动力的来源,可以概分做三类,其中感应马达的结构最简单,先看看如何工作:
如图23所示,将一块磁铁尽可能的靠近一片薄铜盘,然后沿着铜盘边缘转动磁铁,你会看到铜盘也慢慢开始转动,由于同不是铁磁性物质,这种转动不是磁铁的吸力所致。
那为什么会转动呢?磁铁会产生磁力线,把磁铁放在铁屑上可以看出来,铁屑会被吸成漩涡的排列,这些磁力线可以穿过铜盘,而磁铁转动时,穿过铜盘的磁力线也跟着转动,因此铜盘中产生一种涡电流(eddy current),由于涡流有反对磁场转动的趋势,故而当磁铁继续转动时,其反作用力使得铜盘也转动了。
这就是感应马达的基本原理,会让我们想起小学或初中时我们所做的实验,因此你可以看出音响器材所应用的原理未必都很深奥,很多元件都是应用我们在学校学过的基本原理;由于操作简便、经济、具变通性,感应马达广泛的应用于家电制品中,但是由于有震动、颤抖、漏磁以及转动不稳定的缺点,同时转数还会受到电压波动的影响,感应马达很少用于唱盘中,如果要用感应马达的话,要用有电容器来使转速平顺的改良型式。
ⓑ磁滞同步马达
名称说起来很绕口,但是磁滞同步马达(hysterisis-synchronous motor)却是用得最多的唱盘马达,可以用特定频率的交流电直接供电。
在台湾,频率是60Hz,而由于磁滞同步马达的转动和电源频率同步,其转数不会随负载或电压的变动而有所变化,由于这种磁滞系统的特殊性能,故能有平顺的转动,因而尽管磁滞同步马达的转矩低,但却有上述优点,适于用来做唱盘的马达。
ⓒ伺服马达
伺服(servo)马达不是因为其功用或结构而有这种命名的,就算是极为优秀的伺服马达,其转动仍要依赖其他的外在条件而定,伺服马达是发展来提供精确的转动,有一个转数检测机构能在太快和太慢时核正转数,因此伺服马达有一别名为『自动监视转速马达』。中等价格的唱盘通常都采用磁滞同步马达,而高级唱盘大多采用伺服系统。
2.转盘的驱动系统
不管马达的性能如何优秀,如没有稳固的驱动机构,还是无法获致满意的再生,直接驱动系统,正如其名称的暗示,是使马达和转盘间做直接连接,而其他的系统则需要一个动力传输机构,就好像汽车也要一种传输机构来把引擎所生动力传送到轮胎上去一样。
我们知道,唱片的转数要求是每分钟33⅓或45转,多年以前的SP(标准播放时间)唱片是78转,而有时候为了加长播放时间,LP(长播放时间)唱片的转速可以慢到每分钟16转。而在今天,LP唱片是以33rpm播放,而EP(加长播放时间)唱片(或SP)则是45rpm,某些老式的唱盘还是包括78rpm再内的三速的,但大多数的音响玩家都认为SP唱片只能用电唱机播放,然而,今天我们很少有机会听到SP唱片的,因而几乎所有的唱盘只有两速:33⅓和45rpm。
现在回到正题:马达。由于唱盘马达的转动比唱片所要求的要快上50或60倍,因此把唱盘马达所生转动力传送到转盘的传输系统应当有减速装置,转速减低时转矩增加,因而唱盘马达无需有高转矩的输出,而直接驱动系统的唱盘马达要和唱片所要求的转数一样,因而其转速的设计和其他的马达比起来,显得相当低。
ⓐ皮带驱动
今天大多数的唱盘都是皮带驱动系统,图24所示便是一个基本的皮带驱动系统。
这种系统的关键所在就是皮带的质料以及精确程度,来自马达的动力必须要平顺的传送到转盘,那么,哪一种材料最适于拿来做皮带呢?用丝或棉编成的索带如何,或是用化学织品的肠线?这些都可以用,事实上,就有一些玩家们采用特殊的索带,但是使用时间久了索带会延伸,因而要重复的采取张力调整措施,因此不适于一般人使用。除此而外,由于滑轮的转滑现象,转盘开始时要用手带动,为了解决延伸和转滑的问题,我们可以考虑采用连锁驱动系统,在马达滑轮和转盘的边缘装上凸齿,其效果很显著,但是由于齿轮所生机械噪音而未能全然实用,这种系统一度曾用于广播电台,但是要用到大容量的马达以及齿轮减速装置,同时这种马达的转矩大,可以自行起动,在这方面广播电台是不容有差错出现的。
但是,其性能实是令人向往,既然索带和连锁都不能令人满意,到底什么才是皮带的最好材料材料呢?怎么样才能有平顺寂静又精确的转动呢?
实际上,我们是用橡胶质的皮带来传送动力的,橡胶自然能防止转滑和噪音的发生,同时弹性和持久自然也是很重要的,这样才能精确的工作,而皮带上绝对不能有缝隙,厚度的精密程度必得要在±0.01mm之间,厚度必须在1.99至2.01mm之间,在各种型式的橡胶中,精确度很优秀的聚酯类(polyurethane)产品已广为选用来作为皮带的材料,但是,为了维持最佳性能,我们建议你每年换一次皮带,在此作为你的参考。
ⓑ惰轮驱动
惰轮驱动(idler drive)系统有时称做边缘驱动(rim-drive)系统,因为橡胶质惰轮的转动力是传送到转盘的内缘的。
惰轮的精确度必须要相当高,如果惰轮不是相当圆,或是有了变形,或是中心不正,都会使唱盘性能变差。
过去,大多数的唱盘用的都是惰轮系统来驱动,但是今天所有较高质量的唱盘,都是皮带驱动或直接驱动系统的天下。惰轮传动如图25所示。
一般说来,要使转数在33⅓和45rpm间变换时,直接驱动或伺服马达系统的唱盘其马达转述的变化是电子控制的,而速度固定的机种,其转速的变化是机械控制的,有一变速机构能使皮带在一个两段滑轮间变换接触。
在皮带驱动系统里,直径较小的滑轮是供33⅓转用的,而直径较大者是45转的,有少数唱盘的这种变换要亲自动手去将皮带换过不同的滑轮,但是今天这种机型已经少见了。
大多数的情况下,皮带是用一个U形的金属带动而变换滑轮的,转数选择开关扳动以后,这个U形的金属片将皮带由直径较大的滑轮转移到直径较小者,或是反向行之。
如果你仔细的检视一下马达的滑轮,可以看到中间部分像皮酒桶一般的隆起,这是为了防止皮带滑脱,或是当马达倾斜时皮带会出轨。图26所示是皮带的转移机构。
至于惰轮系统中,马达的滑轮也是两段的,而随着变速杠杆的位置惰轮本身会上下移动,其变化转数的法子和皮带驱动式相同,即直径较小的一段是33⅓转的,较大者则是45转的。
3.转盘和橡皮垫
尽管我们的周遭有很多圆的事物,但实际上很少是全然浑圆的,试以烟灰缸为例,看起来是圆的,但是如果你仔细看一看,你会发现实际上有点椭圆,或者其边缘不够均衡,烟灰缸的设计是圆的,但是功能上不因其是圆是方而有所影响,然而,转盘是必须全然浑圆的,说起来你会吓一跳,转盘浑圆的程度要比汽车的车轮还要精确很多很多(即精确度的误差要在±0.001以内)。
转盘通常是用铝模铸成的,直径为30~31公分以和LP唱片配合,而中心轴要垂直安置于转盘的正中心,这一点相当重要,否则转盘的转动会不均衡,我们之所以一再的强调转盘组件的工作精确性,是因为工作精确性对全盘性能的影响极大。
橡皮垫放在转盘上可以防止唱片擦伤,但是更重要的是橡皮垫可以防止唱片滑动,你可以发现橡皮垫的表面有很多种型式,其目的在于把持住唱片,是以型式并不是单独由外形所决定的。
图27所示为30公分LP唱片的剖面图,我们可以看出一张看起来简简单单的黑唱片,实际上是依照相当详细标准而压制的,中间较厚的部分用来张贴标签,而边缘的凸出部分是避免唱片放在封套里面时受到损害,或是对音槽施加压力,17公分的SP唱片边缘没有凸出部分,请注意音槽的厚度愈近中心愈厚。
唱片绝不会完全平直的,大约距中心12公分以外开始变薄,因此,如果橡皮垫完全平直反而无法稳固的支持住LP唱片。
我们可以注意到就算是一张简单的橡皮垫其设计也是相当的仔细的,以期使其外形能适合唱片来吸收震动。
转盘组件的设计要相当仔细,以免震动传到唱片上。在所有组件中,马达和电源变压器是震动的最大来源,虽然说唱盘马达无须太大功率,但是仍有极低的震动,如果马达是直接装置在机座上的,则就算是极其微小的震动也会传到整个转盘上去,因此,装置唱盘马达时要用到橡胶垫或海绵等阻尼材料来吸收震动,除了避震橡胶以外,胶质驱动皮带也有助于防止将震动传送到转盘去,这也是皮带驱动系统的优点之一,而惰轮驱动系统用的是硬橡胶,就没有这种避震效果。
震动必须消除和吸收的原因是转盘的转动必须宁静和精确,我们也不必太过注意转盘的避震措施,嘎声和太大的噪音使不可能的,但是转盘上就算有极其微小的噪音也是无法接受的,盖一旦放大以后就可以听出来了,音槽中的声音为唱头拾取以后,在变成音乐出现在扬声器前,要经扩大机做高达100.000倍之多的放大。图28是马达的避震措施。
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