Sunday, July 10, 2022

抗滑與側向力基礎概念之3:如何測量/判定側向力的方向與大小

 若沒有專業的力學測量儀器,想直接測量針尖在播放時所受的側向力是很困難的。然而只要用對方法及工具,就可以從針尖運動的軌跡,間接地判定其受到何方向外力的干擾。在20世紀中葉,廣播電臺還在用黑膠唱片播音時,業界的標準方法,就是播放300Hz 左右的正弦波測試訊號,然後用示波器觀察波型,得到針尖運動的軌跡與失真狀況的資訊。現在既然有免費的示波器/頻譜儀電腦軟體(例如我常用的Visual Analyser)可用,加上一張有適當測試訊號的唱片,就可以很容易地看到針尖的運動軌跡,並且推算其所受側向力的狀況。

例如,圖1是將唱臂的抗滑機制關掉,播放300Hz mono正弦波,可以看到紅色(右聲道)正弦波型頂部有缺陷,而綠色(左聲道)則接近完美,圖中下半部的頻譜也顯示右聲道的失真高出很多。這意味針尖往右聲道所處的外側溝槽運動時受到阻力,無法達到波型的頂部,因而造成失真的現象。也就顯示唱頭受到的側向力,是如圖2的紫色箭頭所示,針尖受到內側溝槽推擠,帶動針桿使得右聲道(外側)阻尼持續受到擠壓,可承受的緩衝能力減少。而在訊號強度達到一個程度,針尖要大幅度內外來回,在朝外側運動時,卻已經超過唱頭阻尼的緩衝限度,因而阻礙到針桿針尖朝此方向移動。

圖3是播放同樣訊號,將唱臂抗滑力調到最大,形成相反的狀況,綠色(左聲道)正弦波型頂部有缺陷,紅色(右聲道)接近完美。這是因為針尖往左聲道的內側溝槽運動時受到阻力,無法達到溝槽裡波型的內側頂部。這就顯示唱頭受到的側向力,與前面例子是反方向,使左聲道(內側)阻尼持續受到擠壓,使得針尖要朝內側移動,到了一個幅度時,受到阻撓。

圖4是在抗滑大小適中,側向力得到適當控制時,播放同樣訊號。可以看到正弦波型,兩個聲道都完整。而且頻譜分析也顯示,整體諧波失真大幅降低。

有些唱頭的阻尼較硬,循軌能力較低,對側向力比較敏感之外,訊號稍強而針尖針桿運動幅度大時,就會有失真情況產生。這樣的話,圖1的左聲道與圖3的右聲道,也可能會有失真現象。但是從失真的高低,就可以判定側向力的方向。例如類似圖1的情況,抗滑不足,右聲道的失真還是會高很多,這從波型或THD失真數值就可以看出來。反之抗滑太強,則左聲道的失真會高出甚多。

在這種阻尼硬度高的唱頭,即使抗滑正確,不受到側向力,在某個訊號強度之上,超出其先天循軌能力,兩聲道也可能同時產生失真。這時如果兩聲道的失真接近一致,就代表側向力的處理良好,只過是針尖來回運動時,內外方向都同等地超出了阻尼的緩衝範圍。

反之,如果播放訊號的強度不高,由於有阻尼的存在,唱頭即使受到一些持續朝內或外的側向力,但針尖針桿運動還未到阻尼失去緩衝作用的範圍,失真的情形並不會出現。但這並不表示,側向力就不存在。以圖8的例子來說,要是正弦波訊號強度較低,針尖朝外還沒達到有阻礙處,就改變方向朝內,這樣就不會看到波型缺陷。因此,要觀察側向力,就必須用足夠強度的測試訊號,才能得到判斷的依據。至於訊號強度加大是否會增加側向力的問題?答案是否定的,因為這是屬於2B型(在之前的部分有定義)的「交流模式側向力」,會被阻尼吸收,這將會在之後有更深入討論。

如果不用儀器,雖然比較不精確,也可用聽覺的方式來判別。例如用HiFi News測試唱片,播放A4首循軌測試訊號。在沒有失真的情況,300Hz mono正弦波聽起來左右聲道一致都是「嗚」的聲音,是圖4的波型。當失真出現時,就會有較高頻率的「滋」聲出現。如果只有右聲道有「滋」聲,就是上述圖1波型的狀況。若只有左聲道,就是圖3的情形。另外,如果兩聲道都出現「滋」聲,而右側比較大,側向力的方向也是如圖1的狀況。左側「滋」聲比較大的話,是與於圖3的側向力方向一樣。當兩聲道的「滋」聲大致相同,則表示幾乎沒有側向力的問題,只是訊號強度超過唱頭本身的循軌能力。

有些人會用光滑表面(例如LD片)或無溝槽的唱片來測試,但從針尖與溝槽的顯微照片就可以知道,針尖與光滑表面接觸的部位是尖端處,而非真正播放時的針尖兩側與溝槽壁。因此在這狀態,針尖摩擦產生的摩擦力大小,與真正播放時會有相當的差異。不過,如果只是用來判斷側向力的方向,這方法是可行的。例如在直線正切臂,用這方法可以來檢視在唱片外,中及內圈,唱頭受到何方向的側向力拉/推。


圖1


圖2


圖3


圖4