【黑胶党】唱盘的机械设计与结构（中）

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第二章　唱臂

一、唱臂的结构

唱头的颜色和形状是形形色色的不同,如果把几个唱头散置在桌上,乍看过去倒象是昆虫们开大会,而从某个方面来说,它们正象是产生声音的小昆虫!而另一方面,大多数的唱臂都很相似,然而仔细看一看,你会发现唱臂管的曲线,以及轴承附近或有或无的机构等,差别仍是存在的。唱必能支撑唱头,精确的和敏锐的唱臂移动是由任何唱头获致最佳性能的重要因素。

本节所附照片正式今日音响市场上典型的唱臂之一,现在我们概要的看一看组成唱臂的不同元件。

1.转轴

唱臂必须能在水平及垂直的方向平顺的移动,水平移动是由唱针在唱片上的位置来决定,而垂直的移动是由唱片弯曲的情形来决定。转轴最重要的特性是它的初期感度,能决定其反应如何,这个数值正说明了唱臂的感度。

转轴以宝石或滚珠轴承做枢轴,如图13所示,以期减少磨擦,两点式的支撑是最常见的,一般说来,轴承是用来做水平移动用的,而宝石则用来做垂直移动,其他型式的支撑及其特性如下:

单点式:如图13(a)所示,是最简单的型式,所用的轴承较少,然而磨擦很低,必须做水平方向的平衡,因为会斜向的移动,同时会在和唱臂轴线垂直的平面上转动,要有复杂的调整和操作才能获致极端精确的移动,这种型式的唱臂只有在顶尖质量的唱盘上才会出现。

平衡环(Gimbals)式:如图13(b)所示,这种型式用两组枢轴来做水平和垂直的移动,唱臂管伸进双环(平衡环)中,外环水平的支撑唱臂,而内环垂直的支撑唱臂。

刀锋(knife edge)式:如图13(c)所示,这种型式是用V型的沟槽支持住刀锋似的边缘,沟槽的直线可以视做一点式枢轴的延伸,水平方向的移动则由一个轴承负责。

由于刀锋是在V形的沟槽中栖止,只由其本身的重量支持,唱臂提起时,刀锋上移;双刀锋式是这种型式的变化,能以双锋向上下边施压力而消除后座力。

2.唱臂管的形状

唱臂的分类是以针压系统及其形状而定,然而,一般说来依形状的分类较常用到。图12是各种型式的唱臂,曲线像S的金属唱臂(今天,几乎所有的唱臂都是金属质的了)称做S形唱臂,另一种流行的唱臂在尾端稍有弯曲,称做J形唱臂。

直线形唱臂的唱头斜向安装,而S及J形的唱臂依其曲线特性而与唱头成某种角度,这是很重要的一点,故而我们来看一看其原因。

ⓐ唱臂的水平循轨角

唱片的音槽是由刻片机所刻录的,刻片针由边缘向中心直线前进,如图14所示理想情形下,唱盘的唱针也当依同一直线前进,然而这是不可能的,因为唱臂会使唱针超出刻片针的直线而成一弧线移动,换句话说,唱片播放时的情形和刻录时不同,这种因素可以造成和曲面镜类似的失真。为了校正这种差异,要用循轨角来补偿刻片针直线移动而唱臂弧线移动所生差异。

ⓑ唱臂超距(over hang)

如图14所示为唱针通过转盘中心轴的轨迹,超距如图15所示。唱骗上的音槽靠近唱片的中心时内缘变小,因此内层音槽的失真较大,为了补偿这点,唱臂的循轨角必须指向唱片的中心,这就是所谓的超距,市用来把失真降到可以接受的水平,而刻片针和唱针移动间的差异称做『循轨误差』。

补偿角是用来缩小这个差异的,循轨误差可以因采用不同补偿角和超距的组合而减至最小,没有唱臂说只有一个补偿角和超距的,今天,唱臂简直就是补偿的意思。

ⓒ有效长度

唱臂也有依长度分类的,通常有两类:14吋(35公分)以及16吋(40公分),其长度的测量是由前至后沿直线所测得者,并不表示其全长,由于唱臂弯曲的形状,全长自然会比用上述法子测出者长。

由水平轴承的中心量到唱针尖的距离称做『有效长度』,图14所示就是唱臂可以像圆规一般画一个弧出来,这段弧线会超出刻片针行经的轨迹,其间的差异就是循轨误差,补偿角和唱臂是用来减少这种误差的,唱臂的长度亦然,唱臂愈长,循轨误差愈低,如果唱臂可以延伸到1米或2米长,循轨误差就可以忽略掉了。但是这种唱臂就算是实验室中也不存在的,由其他观点看来也是不切实际的,因为感度会降低而谐振也会增加到无法接受的程度。

前面提过,今天的唱臂几乎全都是14吋落16吋的,14吋的较为普遍,因为质量低且易于控制,而16吋的唱臂则几乎纯为吹毛求疵的音响狂热者或是广播电台所采用。

前面提过,１米长的唱臂循轨误差可以忽略,但是巧妙的选择补偿价角和超距却可以使短唱臂的实效加倍。

3.唱头壳

一个人进入音响器材的世界愈深,他所收集的唱头通常也愈多,稍早时我们提过,只要换个唱头,声音就会有显著的不同,由于唱头和扬声器及扩大机比起来是小事,计求严格的音响玩家往往有好几个唱头,同时由于唱头的选择要比扬声器复杂,所以我们常常可以由一个人对唱头的认识来判断他对音响系统懂多少。

能容纳不同唱头的唱臂称做『通用』型唱臂,而有些唱臂式广播电台或其他专业用者所专用的,只能采用特殊的唱头,这种特殊的唱臂称之为『整合型』唱臂,由于整合型及半整合型的唱臂的唱臂只能容纳特殊型式的唱头,所以相当少见。今天几乎所有家用音响系统的唱臂都是通用型的,图16所示则是『通用型』的唱头壳。

通用型唱臂的唱头壳可以随意装卸,更使唱头的置换容易,通常只要旋转唱臂末端的闭锁螺帽就可以卸下唱头壳了。

唱头壳和唱臂的连接依照EIA(电子工业协会)标准的规定是统一的,只有少数例外,用来连接唱头和唱头壳的导线如图17所示。

有些唱头为了避免导线交叉而过,接线端子的位置会反过来,这样容易导致不正确的连接(左右声道反转),要看看连接是否正确,装上后可以放一张管弦乐团的演奏,如果小提琴会在左声道大声的响起,连接就是正确的。

4.平衡锤(counterweight)

没有适当的针压,唱针无法在唱片音槽上精确的循行,反过来说;过量的压力会损害唱片。平衡锤就是用来调整并维持针压在适当的程度。

唱臂是设计成如精确的天平般,可以自由移动的,要维持平衡有两种基本系统,一种是静态平衡系统,藉着反向移动平衡锤来控制针压,另一种则是应用弹簧力的动态平衡系统,两种平衡系统如图18所示。

大多数家用音响系统的唱臂是静态平衡系统的,这是因为大多数的唱头都只需要1克到2克的针压,而静态平衡系统在这种针压要求下较能精确的在音槽中循行。而另一方面,动态式唱臂较适用于播放弯曲唱片,或是精密程度不太要求的唱盘。

这两种系统各有其利也各有其弊,而所有的音响组件莫不如此,前面我们并未试图判断出孰高孰下,这完全要看使用人本身的特殊要求而定,任一种型式如果设计得当,都能有相当的性能。

5.内滑力抵消装置

转轴的动承、唱臂管、唱头壳以及平衡锤是通用型唱臂的基本元件,有些通用唱臂还有其他特殊装置,这些装置及其外形,同样的也会在音响迷中引起何者最好的讨论。

图19中,转轴顶端伸出一支有刻划的连杆,连杆末端的细绳上系有一个小锤,这就是内滑力抵消装置,又称抗滑装置(anti-skating),很早就在音响迷中流行起来。

抗滑装置的起因及原理如下述:稍早我们提过,水平循轨误差可以用补偿角来补偿,但是其本身又引出另一个问题,如图20所示,唱片顺时针方向转动时,在(A)的方向产生一个力量,有将唱头往那个方向拉的趋势,在这种情形下力量(A)没有任何影响,但是在补偿的唱臂时,力量(A)可分成力量(B)及(C),如图中(B)及(C)所示,(C)会将唱臂拉向唱片中心,这种向内滑的力量会使唱针对左侧的音槽施加较多的压力(大约多上1.2倍)。

为了补正这种现象,唱臂上应当加入反向而等量的压力,这样才能抵消其他的压力,以维持完美的平衡,这就是内滑力抵消装置的功用。

也有一种能直接转动调整的凸轮式抗滑装置,两种都能用来依唱头的针压而调整内滑力的影响。

然而不适当的调整反而会使失真恶化,因而有些人声称把针压增加10%也有同样效果,所以某些唱臂没有抗内滑装置,关于这一点,音响玩家们的争论也很激烈。

我们不能一口咬定没有抗滑装置的唱臂就不完全,抗滑装置理论上可以改善性能是不错的,但是由使用不当反而会导致失真,我们不打算向那些音响设备知识不完整或经验不够的人推荐抗滑装置。

有时候就算是经验丰富的玩家在操作这种装置时也有问题,同时有些唱臂,因设计不同,内滑力根本不成问题,加上抵消装置反而是画蛇添足,因此,你不能从抗滑装置的有无来判断一支唱臂的质量。

6、侧向平衡装置

图21显示在抗内滑装置的对面也有一个平衡锤,这个平衡锤,能左右移动,就是侧面平衡装置。在内滑力将唱臂向唱片中心拉的同时,还有一个力量会使唱臂侧向移动。

一支平衡的唱臂可以做跷跷板,由于平衡锤一端的长度比唱头壳端要短,故而要比较重才能保持平衡。

对装有平衡锤的S型和J型唱臂而言,平衡锤端重心并不和转轴及唱针间直线一致,这使得唱盘不是完全水平时,唱臂会失却侧向平衡,会如图22所示般左右滑动

鉴于地板或音响架的情形,通常很难使唱盘完全水平的放置,这就是何以要有侧向平衡的装置了。

侧向平衡装置是藉减少补偿臂中心线和平衡锤端重心的距离来消除侧向或水平的滑动。

和抗滑装置一样,关于侧向平衡装置的必要性也有一些争论,无论如何,只要使用恰当总会使性能有某种程度的改善,设计良好的S唱臂全然不需侧向平衡装置,而其他的型式如果唱盘能完全水平的放置,也不需要的。

今天,音响工业在完美的声音再生系统的理论上进展很大,许多这种进展,诸如内滑力抵消装置和侧向平衡装置,也不过刚刚打进市场四、五年而以对很多使用者而言可能不是绝对必需的。

大多数音响器材的选择都是基于价格、技术以及使用者的特殊需要而定的,因此,很多唱盘不一定装有侧向平衡及抗内滑等装置,而有的则包括了所有的装置。

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