Tuesday, October 31, 2023

唱臂奇特/複雜就是好?

 近年也出現一些,不按牌理出牌,或構造複雜到不可思議的唱臂。像是沒有補償角的超長或超短臂,還有眾多以各種奇特的機構來達到正切循軌的臂。

沒有補償角的唱臂,主要訴求是不用抗滑機構。但事實上,與之搭配的唱頭針桿,並不會是完美平行於臂身且正對著唱臂軸心點。只要稍稍有偏離,向內或向外的側向力還是會產生,與直線正切臂的情況類似。這個問題,我也實際地在自己擁有的直線超短臂驗證過。因此這類唱臂,應該還是需要提供抗滑設施,唱頭的工作才能處於最佳狀態。而沒有補償角,幾何上的循軌角度誤差必然會較高,播放時二次諧波失真較多,因此會給人聲音厚實溫暖的感覺,但是整體透明度會受限制。

至於在支點臂要達到正切循軌的目標,無可避免,必然會使用到多個軸承,且搭配複雜的機械結構。各個軸承的精密度與滑潤程度,都要在理想狀態,否則唱臂由內而外運動時,將會阻礙到唱頭的運作。而在高溫潮濕落塵量高的環境,這麼多個暴露在外的軸承,只要其中一個的工作性質開始有變化,就會產生阻礙。在我檢查測試過的眾多唱頭之中,大部分針尖一側磨損,或者線圈被拉歪的情況,都是安裝在正切臂。

近年來黑膠唱臂之趨勢

 近年來黑膠復興,除了經歷過低迷時期的一些老廠牌之外,從事黑膠器材製作銷售的新廠牌也不斷冒出來。另外由於金屬/機械的精密加工日漸普及化,每隔一段時間,新奇外觀的唱臂也會在市面上出現。在1980年代之前的黑膠全盛時期,黑膠是聆聽音樂的最普遍手段,其它媒體的選擇不多。而當前各種數位媒體垂手可得,會進入黑膠領域並購買黑膠器材者,分析起來多數並不完全是為了聽音樂,有很大部分動機是出自於「好玩」與「擁有」的心態。  因此價格高,材質/外觀越是與眾不同,或工作方式特別新奇有趣的器材,即使對播放音質的正面效益不大,甚至有負面效應,還是會有不少的追隨膜拜者。尤其是黑膠唱臂,以超高價格,或嘩眾取寵方式來博取關注及消費者青睞的產品,比比皆是。有紮實理論基礎,加工精密的產品,卻反而常被冷落。

Tuesday, October 24, 2023

唱臂長/重就是好?

 以前的年代,12吋唱臂並不多見。近年來的趨勢,唱臂的長度長,質量重,似乎已經成為高價品的必備條件。除了12吋臂幾乎每個廠牌都要有之外,還不時出現更長的機型。去問用家為何要購買價錢高出甚多的加長版本,多數的回答是「循軌誤差較小」,「所需抗滑力較小」。

然而從學理上去分析計算,以同樣切線(例如Loefgren A DIN)安裝調整唱頭至完美的狀態,12吋臂比起9吋臂的最大循軌誤差,只有很小的一點點好處。況且一般人以視覺方式安裝調整唱頭循軌角,即使用了最好的工具,唱頭的安裝也無法完美,而且誤差的角度都會超出長短臂之間的差異。

至於長臂所需的抗滑較小,更是認知上的謬誤。許多人以為唱頭安裝處的補償角(offset angle)在長臂上較小,就會引發較小的向內側向力。而事實上,向內側向力的來源,是針尖與溝槽之間的摩擦力方向,也就是唱頭針桿的延長線,與唱臂軸心之間的直線距離形成力矩。而這個直線距離,不會因補償角的大小改變。所以同樣的唱頭,裝在同型唱臂的長或短版本,播放時所產生的向內側向力是相同的。

而較長臂連帶造成的是質量較高,同樣的唱頭與之搭配,必然會得到較低的低頻自然共振點。這對阻尼硬的唱頭是好事,但是阻尼較軟者就會有共振點過低的問題,音質暫態顯得偏遲鈍,低頻似乎更突出。現今市面上許多長臂的質量都超高,主要為的是顯得有份量而值得其高價位,幾乎所有唱頭裝上去都會有共振點過低的現象。而一般消費者對這都沒有概念,反正唱臂較長,看起來滿足。而且付出較多的金錢,得到的音質不同,心理上就認定必然是好的方向。

Wednesday, September 27, 2023

Stromtank S 2500 Quantum II

 Stromtank S 2500 Quantum 2 is a computer-controlled battery-based AC power source from Germany, equipped with the latest 48V battery and inverter technologies. Substituting the isolation-transformer and PS Audio Power Plant combo in my listening room as the AC source, the S2500Q2 transforms the sonic characteristics of the system in a very fundamental way. The mid-range and low-frequency presentation becomes much more full bodied, yet with tuneful, extended and well controlled bass response. Another impressive improvement is in the expressiveness, degree of realism and extended palate of tonal colors/shadings in vocals and instruments, enabling greater enjoyment of every music genre. Additionally, the background in the soundscape further darkens, allowing previously hidden ambient and spatial information details to stand out. With the unit in place, I also notice much easier differentiation among various recording/mixing techniques in the source material, and any audio equipment powered by it seems to demonstrate more of its true potential. Very pricey yet strongly recommended.

DS Audio DS 003

 The DS 003 incorporates the latest generation of optical transducer technology from the Japanese company DS Audio, and in lab tests has been proved to be built with the highest quality standard. In listening sessions, record after record not only does it further glorify the family traits of background quietness, transient vividness, detail resolution and tonal neutrality, but also have surpassed most conventional cartridges in freedom from mechanical graininess or electronic glare/haze. It is also a definite champion in imaging accuracy/stability throughout the entire audible range. More importantly, the DS 003 has such low level of measurable and perceivable distortion, the illusion of an open-reel master tape being played, or even a live event taking place in the room occurs much more often than any competitor in the similar price range. I am tempted to conclude that, this generation of optical cartridges is now capable of impressing listeners not only with abundant musical information, but also with certain amount of magical and seductive power. Strongly recommended.

Audio─Technica AT-ART20

 AT-ART20 is the latest top-end MC cartridge in production by Audio-Technica. Its relatively high compliance rating requires a tonearm with low effective mass to draw out best performance, otherwise the overall character may lack vividness. In proper working conditions, its uncanny ability to effortlessly depict refined yet realistic texture and harmonics of acoustical instruments, especially strings and keyboards, along with human voices is unsurpassed by competitions at any price point. Bass extension, control and pitch definition is also top notch. Unlike high-end offerings from other brands, ART20 does not impress listeners with in-your-face slams, but with a sonic picture nearly free of any electronic glare or graininess. On the down side, channel separation is measured at a mediocre ~23dB. As such image precision and stage width are not among its strengths.

Friday, June 30, 2023

基本概念:黑膠播放發聲原理及唱頭基本構造

 黑膠唱片上的訊號在溝槽的兩側,要經過讀取,等化,放大的過程,最後才由喇叭/耳機發聲。讀取的方式,主要是由唱頭的針尖與溝槽接觸,藉由唱盤轉盤的轉動,使兩者產生相對運動而使針尖振動。極少數例外的情況是用雷射光束,與溝槽無實質接觸。

黑膠唱頭針尖之運動,目的在於遵循溝槽的起伏,來重現當初刻片刀的軌跡。兩者軌跡越接近,失真就越小,傳真度越高。這是反向回溯刻片過程之能量轉換過程,將機械動能轉為電能訊號,再傳遞至下游的唱頭放大器,前後級擴大機等。

機械動能的來源是唱盤,它提供唱頭發電的能量。因為唱頭是被動元件,在唱盤不轉動的靜止狀態時,由於沒有外來能量來源,本身無法發出訊號。唱盤之轉動,提供恆定之能量,使針尖遵循溝槽訊號振動,帶動針桿及發電機構。以能量供應模式來看,唱盤角色類似於後級擴大機。它要提供穩定能量,再讓訊號加諸其上(modulate),傳送至下游器材。因此能量之純淨度,會直接影響訊號品質。首先轉盤的轉速要準確,播放出的訊號頻率才能與原始刻片時相同。而且轉速要穩定,顫抖率(flutter)與飄移率(wow)都要越低越好。唱盤的避震,除震也甚為重要,否則外來震動雜訊會傳遞至播放中的唱片表面,被唱頭唱針拾取而進入訊號中,再傳遞至下游器材。另外還要考慮的是,基於能量不滅定律,唱頭與溝槽接觸摩擦的發電過程,會造成能量損耗,唱盤的轉盤必須補充並維持能量,才能保持轉速平穩。這也是不同驅動方式與扭力高低的唱盤,會造成音質不同的原因之一。而唱盤各種驅動方式各有其先天的優點缺點,以後會再作分析。

唱頭發電,將動能能量轉換為電能的方式,主要有以下幾種。第一大類為傳統電磁方式,運用法拉第定律,線圈與磁鐵相互運動,切割磁力線發電,發電量與針尖移動速率成正比。相互運動的方式又可概略分為:

·       動圈(MCMoving Coil):線圈(內部可能還包著鐵芯來加強磁力)固定於針桿後端,播放時兩者連帶一起運動,切割過磁鐵的南北磁極之間形成的磁力線,線圈就會感應出電流。線圈質量必須要很輕,才不會妨礙針桿動,因此線圈繞線數少,故而MC唱頭的輸出一般都相當低。

·       動磁(MMMoving Magnet):針桿後端有磁鐵附著,磁鐵與針桿運動時,周遭有幾個線圈會感應出電流。

·       動鐵(MIMoving Iron):與MM類似,只是針桿後端附著的是本身不帶磁的鐵質,去感應附近的磁鐵而產生磁力作用。

第二大類為較不常見的非電磁方式:

·       光電(Optical):以發光LED照射類似太陽能發電的感光元件,針桿運動時藉由固定在針桿上的遮光板,改變投射在感光元件上的光量,進而產生高低不同的發電量產生電能訊號。與一般電磁發電的主要不同處,在於發電量與針尖位移成正比,而非移動速率。因此在放大與等化訊號時,要以不同方式處理。

·       壓電(Piezoelectric),陶瓷(Ceramic)等不常見方式,限於篇幅在此不討論,有興趣瞭解者可以上網搜尋資料。

另外還有像是日本ELP廠以純光學雷射讀取,與唱片溝槽無針尖接觸。由於使用者更稀少,在此也不作討論。

下圖是一個MC唱頭,除了一般容易看見的針尖針桿之外,唱頭內部構造的主要組成部分。磁鐵(magnet)的前後有磁極(poles)將磁力延伸至線圈的前後方,於兩個磁極之間形成磁場,線圈(coil)運動時會切割磁力線而在線圈內發電。阻尼(damper)之功能,在於抑制多餘震動,並且形成槓桿支點,支撐針桿及線圈之運動。阻尼的彈性及軟硬性質,對唱頭運作及其音質有直接且深遠影響,例如循軌能力,播放針壓,順服度,低頻共振頻率,高頻共振頻率,等等。阻尼的材質,多數以橡膠為主要成分,混入其它材質以調節彈性,制動性與剛性軟硬程度等。各唱頭廠牌所用的阻尼都有其獨特的配方,也會形成該廠唱頭的音質個性。

另外在唱頭內部針桿最後端,從圖裡看不見的一個重要組件是懸吊(suspension)。多數是一細小的鋼絲,其主要之功能在於固定/保持針桿角度,並維持線圈與阻尼的相對位置與壓力,且對唱頭音質有微調的效果。有時看到一些唱頭的針桿歪斜或角度太陡/太低,主要就是懸吊鋼絲的張力太緊或太鬆,所導致的後果。

唱頭的各個零組件,製造過程都會有誤差。而將零組件組裝,多數還是由手工達成,使得產生誤差的可能性更多:

·       針尖研磨誤差:目前世界上各廠牌的唱頭針尖,都由少數幾家OEM廠供應。針尖幾乎是鑽石材質,較低價的由鑽石粉末製成,較高價者由整個鑽石去切削,最後都再研磨成各種形狀的針尖。而加工研磨時,必然會有某種程度的誤差,且每個樣本的誤差程度會有些許不同。

·       針尖安裝角度誤差:OEM會根據唱頭廠的要求,將所指定的針尖種類裝在指定的針桿材質。針桿的材質選擇很廣泛,包括有鋁,硼,碳纖維,鑽石等。針尖安裝在針桿上,也會有一些誤差。有三個可能旋轉軸向,分別會影響到azimuth  VTA/SRA,與 zenith角度。這些會在後續講到唱頭設定的各種參數時,再進一步討論

·       針桿安裝角度誤差:唱頭製造廠將OEM提供的針尖/針桿組合,安裝至唱頭的發電機構時,多數還是由人工在顯微鏡下操作完成,因此產生誤差的機率相當高。誤差也是有三個可能旋轉軸向,影響到上述的三個角度,爾後會詳細討論。

·       發電機構:各組件包括線圈繞製,磁鐵的製作/安裝角度,以及各組件的相對位置等,都會有誤差。

·       唱頭外殼:頂部安裝面的平整度,安裝螺絲孔位置等,也會有誤差。

因此,在安裝唱頭時必須藉各種工具觀察/測量,在得知有誤差時採取補償措施,之後會有深入的討論。

唱頭還需要安裝於唱臂,才能運作。唱臂所扮演的的角色,是提供讓唱頭得以穩定運作之平台。要注意的一個要點是,唱頭在唱片表面由外至內的移動,其動力來源與刻片頭不同。刻片頭往內的移動是由刻片機所控制,讓溝槽成為逐漸往內的螺旋。而唱頭受溝槽牽引,是被動的受牽引而逐漸往內。這就對唱臂形成了兩種互相矛盾之需求,一方面唱頭針尖/針桿及發電機構在動作時,唱臂必須穩定,避免隨之運動而失去溝槽的訊號內容。另一方面,唱片溝槽帶動唱臂往內漸漸移動的過程,會因中心孔偏移內外擺動,或者唱片表面不平而上下移動,這時又必須靈活對應。因此唱臂的質量不能太小,也不能太大。

唱臂與唱頭搭配,要考慮的因素之一就是兩者加起來的質量與唱頭的順服度(compliance)。一般而言,唱頭順服度低,阻尼硬者,多數需搭配較高質量的唱臂。從直觀角度來看,唱頭阻尼硬的話,唱臂如果太輕,就容易被針桿的運動所帶動。而唱頭順服度高,阻尼軟者,多數需搭配質量較低的臂,唱頭要左右或上下隨唱片溝槽移動時才不會被重質量的臂「拖住」。

從物理/機械學理來看,唱頭與唱臂合起來是一個彈簧/重錘/阻尼系統,本身會有一個自然共振頻率,或稱低頻共振點。這個共振點的頻率高低,主要是由兩者合起來的質量與唱頭本身順服度所決定。這個頻率要控制於812Hz之間,以10Hz最理想。共振點太低,例如將阻尼軟的唱頭裝在質量高的唱臂時,就會接近唱片不平或偏心的頻率,可能引發共振而抖動甚至跳針。而且一般而言,還會造成一些高頻音質方面的問題。而將阻尼硬的唱頭裝在輕質量的唱臂,則共振點會太高,接近音樂裡的極低頻訊號,而形成的共振會使低頻顯得肥大渾濁。因此將唱頭安裝於一支唱臂上之前,要先作這方面的考量。至於如何去計算或測量一個唱頭唱臂組合的低頻共振頻率,之後會有詳細的說明。