雨之巷带您认识留声机—唱臂的知识

作者:雨之巷小编日期:2017-11-15

看似简单的一款留声机,它的构造、工作原理牵涉到许多知识。

留声机知识介绍—唱臂:

1、唱片上的声槽

唱片上的声槽是一根连续不断的阿基米德螺线,由于螺距很紧,可以近似地看成是若干个套叠在一起的同心圆。唱片的半径跟每个同心圆都有交点,通过这些交点可以作出若干条相互平行的切线。灌唱片时,刻纹头水平方向的轴线始终跟这些切线保持平行,因此,朝着圆心自外向内移动的刻纹刀轨迹必然是与半径吻合的一根直线。播放唱片时,唱头上针尖的运行轨迹也应该是与之相符的一根直线,针尖无论处在轨迹上哪一点,唱头水平方向的轴线都应该跟这一点的切线相重合,这是理论上的最佳循迹状态。

2、唱臂分横行式和旋转式两种

用以固有唱头并使针尖能在适当压力下正确循迹的装置称为唱臂(Tonearm)。唱臂分横行式和旋转式两种。横行式唱臂在移动时,针尖的轨迹是一条沿着径向伸展的直线,而旋转式唱臂上的针尖却是走着一条弧线。 

 3、 旋转式唱臂

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,从而使唱头里针杆的水平振动方向跟声槽的水平刻录方向大不一样,形成水平循迹误差(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。 

4、 误差角

从唱臂的支点到针尖画一根直线,该线与针尖所在部位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。 

 5、早期的旋转式唱臂

 早期的旋转式唱臂曾一度做成直杆状,即将唱头与唱臂安装在同一根水平轴线上,欲使针尖轨迹近似直线的办法是增加唱臂的长度。从几何学原理得知,唱臂越长,水平循迹误差角便可小到忽略不计,然而臂身太长,运转既不灵活,*作也不方便。以后在实践中获知,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,稍许超前1~2cm可使水平循迹误差角在整个放唱过程中顶多只有±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。 

 6、近代的旋转式唱臂

 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,针压越做越轻,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。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,针尖在声槽中运行的相对速度变化最小。 

7、谐振频率

 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剧烈增长。如果谐振频率落在声频范围以内,非但严重影响音质,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做到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,在管内塞放硅橡胶或注入适量粘稠的硅脂,能显著地减弱谐振时的振幅,对仰制谐振峰很有效。用于制造臂身的材料常见的有钛、黄铜、铝合金、聚合石墨等。 

8、横行式唱臂

 横行式唱臂又称为直线平移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。这种唱臂可以造得十分短小。 

9、 唱臂的类型可分为几种? 

依支轴固定与否,可以分为支轴固定唱臂与正切唱臂。依臂管形状来分可以分为直臂管、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。最後,在正切唱臂中,我们还可以看到许多气浮设计。 

 10、轴固定唱臂与正切唱臂各有什么优、缺点? 

 支轴固定唱臂最大的缺点就是唱针一直都在循轨误差中,除了当唱针走到唱片中间的某一点或较外圈(4.76英寸)与较内圈(2.6英寸)的二个点上,至于会得到一个或二个零误差点,则依赖唱臂补偿角设计的不同而定。恰好与支轴固定唱臂相反的是,正切唱臂的最大优点就是如果调整得当,它完全没有循轨误差。 

 11、臂管直型、S型、J型又有什么分别呢? 

 老实说没有差别,有一阵子会流行S型,某一阵子又通通改成直型,隔了一些时候J型又流行了。其实,不论这些臂管是什么形状,最重要的是臂管最前端唱头盖与臂管所形成的角度。那个角度叫补偿角(Offset Angle)。到底要补偿什么呢?补偿因为画圆弧而产生的循轨误差。如果没有适度的补偿角,支轴固定式唱臂的循轨误差将更大。因为必须要有补偿角,所以才会有S与J型臂管出现。至于直线型臂管呢?它的补偿角就设在唱头盖上。 

 12、臂管形状无关声音好坏,臂管的长短呢? 

 臂管长短与声音的好坏就有直接关系了。如果臂管越长,所画出来的弧线弯度必然越缓,循轨误差必然越小。如果臂管无限长,事实上那条弧线取某一段下来也像是直线了。当然,碍于唱臂要装在唱盘上,所以臂管的长度会有个限制。一般而言,标准的臂管长度都在9英寸左右(这就是SME著名的3009系列由来)。也有少数长到12英寸的(3012)。超过12英寸长的,恐怕又要衍生出其他问题了。 

 13、臂管材质会不会影响声音 ? 

 当然会!一般臂管是用铝合金做的。更高级的臂管会用铝镁合金,甚至钛合金(Pluto唱 臂)。以前,日本Audiocraft还推出木质与竹质的臂管。不管什么材质的臂管,它的重点在于轻硬、高刚 性、共振影响低。只要能够达到这些要求,那就是好臂管。 

 14、唱臂是不是有什么轻质量、重质量的分别? 

 有。像以前英国的SME3009S Ⅲ就是轻质量唱臂的代表, 日本SAEC、FR就是重质量唱臂的代表。唱臂质量的轻、重指的并不是整支唱臂的重量,而是唱臂的有效质量。什麽是唱臂的有效质量?说起来话头长,因为这又要从转动惯量这个名词解释起。而要解释转动惯量,非机械系的读者可能会睡着。总之,这个唱臂的有效质量并不是秤斤两用的,而是拿来与唱头的动态顺服度一起计算出唱头接上唱臂之后整支唱臂的共振频率用的。 

 15、为什么要知道共振频率呢 ? 

 这就牵涉到唱头与唱臂的搭配了。简单的说,如果唱头唱臂搭配不对,整支唱臂的共振频率就会发生在人耳可听范围内,严重的产生音染。一般而言,至少都要把唱臂的共振频率压抑在15Hz以下。当然,如果我们知道正确的唱臂有效质量以及唱头的动态顺幅度之後,就能够利用数学公式来计算出大约的共振频率了。一般而言,动圈唱头的动态顺服度都很低,因此要配重质量唱臂。而动磁唱头的动态顺服度都很高,因此要配轻质量的唱臂。

16、唱臂的轴承重不重要呢? 

 很重要。轴承如果摩擦力太大,有碍唱针的循轨。轴承如果太松,很容易受振动影响。事实上,摩擦力与振动一直就是唱臂轴承 的大问题。各位可以想像,针尖在沟槽里的振动是多么微小,它一旦受到轴承过大的摩擦力与振动的影响,那该会对声音的真实度产生多大的伤害!此外,整支唱臂在唱片上面的的上下左右运动,可以将其视为一个有轴心的转动物体。而一个转动的物体最重要的就是真正的平衡,否则就会产生振动。您不妨将这种转动与汽车轮子、吊扇、引擎的转动联想在一起,就很容易了解这件事情的重要性了。 

17、到底哪种轴承会比较好呢? 

 理论上,支轴固定唱臂的轴承以精密球型轴承最为大家所看好。因为它可以同时达到某种最紧密与摩擦力最小的妥协点。单刀轴承的接触面积小,但是太松了。双刀轴承要改善太松的缺点,但是又太重了。单点轴承(有的加油封)虽然灵活,但是不稳。还有一种四个方向顶住的针尖轴承,可以具有单点轴承的灵活又没有不稳的缺点,不过仍然有摩擦力与平衡的问题。当然,油槽轴承唱臂不是传统的轴承,但是它仍免不了会有平衡与振动的问题。 

18、静态平衡、动态平衡唱臂又是怎么一回事呢? 

 所谓静态与动态,指的是给予针压 的方式。通常,唱臂都是借着未端一个可旋转位置的重锤来同时做平衡与施加针压的工作,我们称它为静态平衡。如果不管唱臂支轴两端平不平衡,纯粹以弹簧或磁力来对针尖施加压力者,我们就称其为动态平衡。静态平衡的问题出在当唱臂遇上不平的唱片而被抛上抛下时,它的针压随时在改变。而动态平衡的问题则出在针压的精确性与持久性。后来,有人想出半动态的点子。那就是还是用重锤来先做唱臂二端的平衡工作,再以更精密的弹簧或磁力来施加针压。老实说,我从来就想不通这样做是否真的解决了问题?以我的经验而言,静态平衡虽然经常改变针压,不过,它仍不失为最自然、最稳定的施加针压方式。 

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