Saturday, October 2, 2021

黑膠播放時唱頭所受側向力的分類

 

作用在唱頭的側向力,從唱頭前方觀察,其作用的方向與唱片的表面接近平行,而與唱頭正面垂直。側向力向內時朝唱片中心作用,向外時朝唱片外緣。黑膠播放時,如果針壓已經設定在正確範圍,循軌失真/破聲的最主要原因,是側向力造成唱頭阻尼於某方向負載過度,失去彈性空間而「觸底」,阻撓針桿/針尖往該方向運動,造成訊號無法完整呈現而失真。極少數的情況,是溝槽訊號強度已經超出唱頭本身的循軌能力,這通常出現於唱頭阻尼已經有問題,或者是阻尼很硬的情況。至於來自唱臂或其它因素而造成的失真問題,是有其可能性但實際上很少發生。

側向力的來源,可以分為二大類,第一類是在1/20秒(也就是多數唱頭/唱臂組合的低頻共振頻率之下)或更長的期間,不會改變作用方向。另一類則是在1/20秒或更短的期間內,持續來回變更方向。用電學來比擬的話,第一類的側向力相當於加諸於放大線路的DC直流偏壓(bias),而第二類是交流AC模式。

第一類的作用力,唱頭阻尼無法吸收,是要關注的焦點。第二類的作用力,絕大多數可被唱頭阻尼吸收。

第一類的側向力來源有:

1A)針尖兩側與溝槽壁摩擦,摩擦力牽引的方向會與針桿同方向。如果針桿不正對唱臂軸心,就會產生將唱臂向內或外拉動之力矩(torque):

1A1)支點式唱臂(包含支點式正切臂)存在補償角的情況:如下面圖所標示,在一般支點臂由於補償角的關係,針桿的延長線(圖裡紅線)與唱臂軸心之間的直線距離形成力臂(圖中藍線)。針桿受到針尖摩擦力牽引,牽動產生使整個唱臂向內側旋轉之力矩。

1A─2)直線正切/非正切臂的情況:雖然沒有補償角,但如果因唱頭製作或安裝於唱臂的角度誤差,也會使得針桿延長線不完全對正唱臂軸心,有些許向內或外歪斜。針桿受到針尖摩擦力牽引,會引發唱臂向內或向外移動或轉動。

1B)唱片中心孔不正,播放時會帶動唱頭唱臂內外來回擺動,在約1.8秒(33轉唱片的情況,45轉會較短)期間產生朝內側向力與朝外側向力的交互變化。

1C)唱片表面不平,則形成唱頭播放時有爬坡或下坡效應,會在超過數分鐘長的期間造成持續向內或外的側向力。

第二類側向力來源:

2A)唱針與溝槽摩擦時,兩側受摩擦力拉扯不均引發對針尖扭力。這兩個力的大小若不一樣,就會對針尖產生順時針或逆時針的扭轉,進而向上傳遞至針桿及阻尼懸吊等部位。這兩側摩擦力不均的情況,隨著唱片溝槽內訊號的變化而快速產生,消失,或者改變方向,屬於暫態的現象,期間上多在1/20秒或更短。多數唱頭的阻尼,都可以將這些短暫的側向力予以吸收,不會牽動到唱臂。

2B)播放時,針尖隨訊號每秒數十到數萬次不停來回擺動,所產生的瞬間側向力,週期更是短暫,也幾乎都會被阻尼所吸收。

在多數情況,這兩大類的側向力都會同時存在,其中(1A)為最大宗來源, (1B)與(1C)的側向力幅度比(1A)小很多。第二類的力度小,且作用期間短暫。用電學來比擬的話,第一類的側向力相當於加諸於放大線路的DC直流偏壓(bias),而第二類是交流AC模式。如果存在相當程度的直流偏壓,將會影響放大線路的工作點,訊號在那個方向稍有強度就容易引發削峰失真(clipping)現象。交流模式輸入,則不會造成偏壓問題。

因此第一類側向力是討論的重點,而(1A),(1B)與(1C)之間可能會是相加或相減的關係。由於(1A)最普遍且力度最大,影響也最明顯,我們主要會專注於這部分的討論。