针尖刮出来的文化--LP唱机特辑(3)



 
LP之唱臂

    用以固定唱头并使唱针能在适当压力下正确循迹的装置称为唱臂(Tonearm)。从工作方式上分,唱臂有横行式(又称直线循迹或正切式)和旋转式两种。横行式唱臂工作时是相对固定不动的,只是唱头依着臂管在声轨上作径向直线循迹;而旋转式唱臂唱针走的轨迹是一条弧线。旋转式唱臂从臂管形状来分有直臂管、S形臂管、J形臂管等三种。依支轴轴承的机械结构又可分球形轴承唱臂、单刀轴承唱臂、双刀轴承唱臂以及单点轴承、四点针尖轴承唱臂、油槽轴承唱臂等。依平衡方式可分为静态平衡唱臂、动态平衡唱臂、半动态平衡唱臂。最后,在正切唱臂中,我们还可以看到许多气浮设计。

    旋转式唱臂工作时绕着一个固定的支点转动,位于唱臂前端的针尖移动时的轨迹是一段圆弧,因此唱针的水平振动方向与声槽的水平刻录方向存在着差异,称为水平循迹误差(Horizontal tracking error),由此而引起的音质劣化现象叫做水平循迹误差失真,导致这种失真的根本原因是唱片录、放轨迹形状上的分歧。

    从唱臂的支点到针尖画一根直线,该线与针尖所在的声槽切线之间夹角称为水平循迹误差角,这个角度越小,唱片播放时的失真也越小。

    早期曾出现直杆状的旋转式唱臂,唱头与唱臂安装在同一根水平轴线上,并通过增加臂管长度的方法使针尖轨迹近似直线。从几何学原理得知,唱臂越长,水平循迹误差角便越小,甚至小到忽略不计,然而臂身太长带来了运转不灵活、操作不方便的弊端是令人难以忍受的。后来,人们发现改变唱臂旋转支点的安装位置亦可减小循迹失真,圆弧的延伸线无需跟唱片的圆心相交,超前1~2cm可使水平循迹误差角在整个放唱过程中只有±4°的变化。继而又发现若将唱头稍向内侧偏置,即便是25cm长的普通唱臂也能做到水平循迹误差角小于±1°。唱头偏置的程度由偏置角的大小来衡量,偏置角的定义如下:从针尖到唱臂的支点之间画一根直线,该线与唱头水平轴线之间夹角即为偏置角。

    任何物体均有其固有的谐振频率,当谐振频率接近驱动唱盘的电动机振动频率时,会使唱盘的噪声电平叠加而剧烈增长。如果谐振频率落在声频范围以内,不但严重影响音质,而且容易因声反馈或其他外界振动的刺激而诱发机震现象。因此,唱臂的谐振频率必须设在20Hz以下,考虑到翘曲唱片的起伏频率约为4Hz,一些品质优良的唱臂大都把谐振频率设计在5~12Hz之间。增加唱臂的等效质量虽能降低了谐振频率,却会使转动惯量变大而对旋转灵敏度不利,故以选用顺性较佳的唱头为好。可见,更换唱头的牌号,不仅要重新校正针压,还要留意其顺性指标。

    旋转式唱臂的臂身多系管状结构,在管内填放硅橡胶或注入适量粘稠的硅脂,能显著地减弱谐振。旋转式唱臂的支点轴承应该保证臂身在其工作范围内活动时,无论横向或纵向旋转都能自由自在地毫无阻滞。近代的唱头设计针压越来越轻,因而对唱臂支点的旋转灵敏度要求也越来越高。为了降低摩擦系数,除了通常使用的滚珠轴承外,有些唱臂还采用三角刀口、万向支架、单点尖顶等多种形式的支承结构。而提高旋转灵敏度的另一重要途径是减小唱臂的转动惯量,转动惯量跟长度和质量有关,臂身越短越轻则转动惯量也越小。缩短臂身的尺寸受到使用上的限制,故而优质唱臂皆在材料强度和结构设计方面下工夫,把臂身造得刚性既好,份量又轻。不管是采用哪种支承结构的旋转式唱臂,安装时都应力求让负责纵向转动的水平轴承跟唱盘上的唱片保持同一个水平面,这种装法的好处在于遇到微带翘曲的唱片时,唱针在声槽中运行的相对速度变化将减到最小。振幅,对抑制谐振峰有显著效果。用于制造臂身的材料常见的有钛、黄铜、铝合金、聚合石墨等。

   横行式唱臂又称为正切式或线性循迹式唱臂,它最突出的优点是在整个运行过程中,唱头水平方向的轴线始终跟声槽保持正切关系,循迹误差小到忽略不计。

LP之转盘

   在爱迪生年代,唱盘(筒)的驱动是采用手摇的方式;后来在技术的进步中,有了有手动上弦以弹簧驱动的;进入电子控制时代,有了电机皮带带动;后来又出现了电机直接驱动;而现在的技术主流又回到皮带带动。

    在上世纪的七八十年代,日本大量生产的直驱式唱盘大行其道,直接驱动由于控速的方便性和结构的简便性几乎成为高级产品的代名词。但是经过时间的检验,许多音响迷发现这种方式并不如皮带带动唱盘好听,原因是直接驱动是将转盘直接安装在电机的主轴上,因此电机所产生的振动直接传递到转盘上导致噪音的增加;其次,由于直驱唱盘并非以唱盘惯性来提高稳定度,因此较轻的转盘使得启动之后的转动惯量小于转盘较重的皮带驱动唱盘,转起来自然不如较重的转盘那么稳定。因此它的振动、抖动将经由转盘直接传到唱头上去,影响了声音的重播。于是,以稳定性占优的皮带带动盘成了今天的绝对主流。

    唱盘要转得稳,大家采用的方法各有不同,常见的悬浮系统都属于软避振系统,高级的会以气浮来处理;当然也有部分设计都采用硬避振的方式,它是以重量来抵消振动的,因此用料和造价都会不菲。

   理论上,转盘材料的要求是要重,不易产生共振。铝合金是常见的材料,原因是材料便宜而且加工容易。还有铅锌合金会好点,它更重,阻尼要求够,不易产生共振。而铜也是常用的转盘材料,但没有铅锌合金好。三明治结构的转盘好处是不言而喻的,多种不同的物料结合在一起会有理想的谐振特性,但因为制作难度高而甚少有人采用。玻璃也是一种既便宜、加工成本也不高的材料,但它鲜活的个性不是每个设计师可以驾驭的。亚克力材料的特性十分适合作转盘使用,这种白色半透明的材料做成厚厚的转盘既好看也高级,现在用得较多的有德国的品牌。

    以现在对唱盘的要求,转盘的重量是越重越好,原因是转盘越重,启动到达平稳转动后转动惯量就越大,这样就不容易受到外力的影响而改变转速和减少了振动的谐振。当然,越重的转盘需要较大扭力的电机来驱动,同时也需要更精密、更耐磨的轴心来支撑。但是,电机的扭力越大,所产生的振动就越大,为了避免这些振动对声音构成影响,很多品牌都会使用扭力量非常小的电机来驱动,而这些电机的扭力小得根本不能使转盘从静止起动,而要用手去辅助转盘起动,它起到的只是惯性恒速的作用。

    因此转盘的轴承也非常重要,它要确保转盘转动的平顺性,因此转盘轴心应尽量减少与轴套的接触,避免产生磨擦导致声音变坏。而轴心与轴套之间必然存在的间隙不能也不能过小,否则过小的轴心间隙会因为转动时的热膨胀而出现锁心的情况。由于驱动电机大多是摆在转盘的左边,皮带长期一直将转盘往左边拉,虽然这股力是相当小的,但时间长了轴芯也就一直处在偏左的情况转动,这种由于转盘不平衡而产生的振动只能通过提高轴芯及轴套的加工精度来缓解问题,要彻底解决这个问题,就必需使用多电机、多角度的驱动方式,但成本自然大增,目前见到只有Cleanaudiod顶级产品有如此做法。

    轴心与轴套底部所接触的那一点承受着最大的压力与最大的摩擦力,现在普遍采用单点滚珠加润滑油支持的方法来减少摩擦力。转盘与轴心、轴套的关系是一种非常不符力学原理的结构,位于最上方的转盘体积最大、重量最重,而最下方的轴心轴套接触点才那么一点点,还有转盘与轴心底部还有相当的距离,构成头重脚轻的结构,加上皮带始终将转盘往左边拉,出来的问题当然更复杂了。理论上,要解决晃动,最直接的办法就是缩短轴心的长度,还有就是尽量提高五金加工的精度,这样可以相对地将重心降低并减少摩擦。

驱动电机

    电机是转盘动力的来源,而且其自身的振动会直接经由皮带传到转盘上,因此为了减少电机的振动,很多高级产品通常将电机与转盘安装不同底板上。电机也会采用多种避振或悬吊装置处理,务求将振动影响减到最低。而对电机的选择是至关重要的,很多高级品牌会选择输出扭矩相对较小的产品达到减少振动的目的,但转盘要获得恒速的稳定运转,电机又不能太小,实际上有点四两拨千斤的意味。而且对电机的轴承和转子的加工精度要求也相当高,原因是它同样经受着上面提及的转盘轴芯所受的侧向力的影响,对寿命和性能都是极大的考验。


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