Sunday, July 10, 2022

抗滑與側向力基礎概念之8:真正會影響抗滑需求之變因

 以下幾個重要因素,會影響到抗滑力需求:

        針壓:直接影響針尖與溝槽相互運動時,產生的摩擦力大小。同一個唱頭,針壓較高,形成的摩擦力大。針壓較低,摩擦力小。

        針尖的形狀:針尖摩擦溝槽壁產生的摩擦力大小,因針尖的形狀而不同。例如在同樣針壓值,同等其它條件下,圓錐針尖產生的摩擦力會比橢圓及線型接觸針要小。  

        唱頭阻尼效應軟或硬:軟的話會吸收較多外力,彈性空間較大。即使唱頭受到某些程度的側向力持續作用,針桿針尖的活動也比較不會受阻撓。因此,多數阻尼軟的唱頭,所需抗滑力要比硬者要來得低。但要注意,有些唱頭的橫向阻尼係數與縱向明顯不同,這些特例,將來會更深入討論。

        唱臂加唱頭的質量及抗滑機構運作方式等:例如輕臂與重臂,移動時的慣性質量不同,對唱頭阻尼施加的壓力也會不同。

因此,抗滑力的大小不能單純地根據針壓來設定,必須兼顧到不同唱臂及唱頭的特性,不能籠統地只依照針壓數值,來判定所需抗滑作用力的大小。有些唱臂所提供的抗滑刻度,也僅能作為大致參考而已。

抗滑與側向力基礎概念之7:唱片內外圈並不影響抗滑需求

注意:以下實驗的先決條件是,唱臂的抗滑機構調好之後,施力必須接近恆定,不能隨唱臂移動至內/外圈明顯變化。這裡採用的是Technics SL-1200G唱盤所附的唱臂,經多次測試,抗滑設定於固定數值,產生的作用力穩定,不隨唱臂角度改變。有不少唱臂,在唱臂移動到唱片表面不同位置時,抗滑施力大小的改變很大。這些情況,會在以後另外討論。

播放唱片內與外圈,所需抗滑大小,是否有差異?從循軌角度誤差來看,如果裝唱頭時,超距/角度正確,其實整面唱片播放下來,偏離正切的誤差角度最多只有1點多度,不可能造成抗滑需求的不同。另一方面,從針尖與溝槽的相對運動速率來看,外圈時速率較高,接近內圈時的二倍。那這樣是否會產生比較大的摩擦力,因而使得播放外圈時,抗滑需求較大?

 我們要記得,針尖與溝槽的摩擦,是「動」摩擦力。在中學物理課,就曾提到,在推動一個物體時,一開始不動的狀態,這時的「靜」摩擦力等於所施加的外力。而當物體開始移動,瞬間摩擦力會降低,開始成為「動」摩擦力。而在開始移動後,在相當大的速率範圍,摩擦力的大小幾乎是恆定的。以黑膠與針尖來說,兩者的相對運動速率,從外到內圈雖然減低了一半左右,但速率的絕對值還是相當低,因此所產生的摩擦力,可說是恆定的。

 已經先將抗滑調到在最強訊號時,Orsonic指針也在接近中央的位置。然後播放HiFi News測試唱片B面,外中與內圈三軌強度相同的訊號,指針位置幾乎沒有改變,如圖1,2與3。用播放訊號測試,也得到相同的結果。顯示不管播放至唱片表面的什麼位置,抗滑的需求並沒有改變。


圖1


圖2


圖3



抗滑與側向力基礎概念之6:訊號強度並不影響抗滑需求

 注意:以下實驗的先決條件是,唱臂的抗滑機構調好之後,施力必須接近恆定,不能隨唱臂移動至內/外圈明顯變化。這裡採用的是Technics SL-1200G唱盤所附的唱臂,經多次測試,抗滑設定於固定數值,產生的作用力穩定,不隨唱臂角度改變。有不少唱臂,在唱臂移動到唱片表面不同位置時,抗滑施力大小的改變很大。這些情況,會在以後另外討論。

為何音量大,訊號強的時候容易失真而破聲?主要是針尖針桿在運動時,幅度超出唱頭阻尼在某方向的彈性範圍,而受到阻撓。支點臂的抗滑若沒處理好,例如抗滑不足,唱臂帶動唱頭向內側溝槽擠壓,作為槓桿支點的唱頭阻尼,其外側就會受到壓縮,於是針桿在某個振動幅度以上,也就是訊號強度夠大時,朝外的運動就受到阻力。這並非由於訊號強度大,所直接造成的問題,而是這樣才「暴露」出抗滑作用力的不足。同樣抗滑不足的情況,訊號弱的時候,針桿運動還未達阻尼被壓縮的極限,就不會發生明顯失真破聲。

 上期專欄文裡已經說過,建議用mono正弦波來測試側向力,並設定支點臂的抗滑。如果不用儀器,也可以用聽的方式來判定失真狀況。例如用HiFi News的測試唱片,A面最後四軌的測試訊號。如果只是將抗滑調整到,在播放最弱的訊號時,兩聲道都不失真或者失真平衡,對大多數唱頭來說都很容易。但在這抗滑設定,去播放接下來強度較高,甚至最後強度最高的那一軌,多數唱頭,尤其是大部分MC唱頭,阻尼較硬,都會出現失真不平衡,甚至會往內跳針的現象。這表示唱頭受到來自唱臂向內的側向偏壓,沒有得到平衡。反之,如果以最強的那軌作為基準,將抗滑調至兩聲道失真平衡,然後回頭來播放前面較弱的訊號,則失真還是平衡,或完全不會出現失真。這意味的是:1)訊號強度大小,並不影響所需的抗滑力,所影響的是對側向力的判別能力。2)訊號強度要夠大,才能有效判定唱頭阻尼的受力狀況。 

換句話說,測試時訊號要強,才有足夠能見度,間接觀察到並且判斷「直流模式」側向力的方向/大小。而訊號本身強弱,產生的「交流模式」作用力,不論大小,都會由唱頭阻尼吸收,不需要抗滑處理。這個現象,也可用實際測量得到驗證。1970年代日本Orsonic出品的側向力測量器(side force checker),它有針尖(我這個是橢圓針)及針桿,但沒有發電機構,取而代之的是一個高敏感度軸承與指針。播放唱片時,如果有受到側向力,指針就會偏向一個方向。例如圖1裡,是將Technics SL-1200G上的唱臂,抗滑調至0(也就是完全關掉)播放時,顯示唱臂帶動針尖針桿向內,由於被溝槽阻擋,使得圖下方的針桿偏向外側,連帶使上方的指針指向內側方向。如果把抗滑稍微調大,側向力得到一些平衡,指針就會來到接近中間位置,如圖2

 先將抗滑調整到,在播放最強訊號時,指針也維持在接近中央的位置。然後播放HiFi News測試唱片A面的測試訊號,逐漸由弱至強,如圖345,指針位置幾乎沒有改變(看起來微小的差異,主要來自拍攝角度未完全固定),顯示訊號強度變化,所需要的抗滑力並沒有差別。因此用前述的訊號測試,與Orsonic的工具來實驗,都證實訊號強度並不影響抗滑的需求。


圖1


圖2


圖3


圖4


圖5



抗滑與側向力基礎概念之0:唱頭阻尼(damper)為最重要關鍵

 唱頭阻尼(damper)在播放時,是唱頭/唱臂組合承受各種作用力的關鍵位置。外力或振動進入時,阻尼本身是一種類似彈簧的低通(low pass)濾波機制。面對的振動頻率高於某個頻率,阻尼可以有效吸收,就不會再傳遞。振動頻率低於該頻率,或者是外力方向是持續不變的(振動頻率等於零),就會穿越阻尼的低通濾波而傳播。

播放唱片時,訊號本身頻率若在唱頭/唱臂組合的低頻自然共振頻率(一般控制於812Hz)之上,就歸類於「交流模式」,產生的作用力就會被唱頭阻尼吸收。像是播放一般音樂訊號,針尖快速來回擺動,一秒內振動數十到上萬次,阻尼會予以吸收,不會影響唱臂運動。但在這自然共振頻率或更低,歸類於「直流模式」的作用力,阻尼就會讓它通過,唱頭與唱臂的運動也會互相影響。例如唱片中心孔不正,播放時就會看到唱頭帶著唱臂左右來回擺動。而唱臂若持續朝某固定方向施力,也會帶動唱頭,使作用力通過阻尼傳到針尖,影響到針尖的動作。這都是必需認真去處理的「直流模式」側向力。

從這些論述看來,要將側向力抵銷,理想上是在唱頭阻尼作處理。但實際上並沒有任何唱頭提供這樣的機制,所以必須由唱臂的調整設定著手。此外,由於各種唱頭所用阻尼的軟硬性質,差異很大,因而對付側向力時,無法以簡單的原則涵蓋所有狀況。再加上各種唱臂的運作與抗滑機制差異很大,使問題更為複雜化。所以有必要從根本面去瞭解原理,然後掌握基本原則,才能正確處理各種不同唱頭唱臂組合的情況。

許多「專家」與資深玩家,常說抗滑/側向力太複雜,而且播放時一直變化,根本無法弄清楚如何去對付,那就大致去調就好了。其實按照我們將討論的,不同來源之側向力分類,種類或許不少,但真正需要處理的,其實很單純。而且如以後即將討論到的,以支點唱臂來說,使用同一唱頭播放,抗滑的「需求」其實並不會有明顯的變化。也就是說,要將唱頭阻尼在播放時受到的側向力,予以平衡,唱臂要施加的反方向作用力,幾乎接近恆定,這是我們將以實驗結果說明的重點之一。






抗滑與側向力基礎概念之4:抗滑不當時側向力對針尖運動軌跡造成之影響

 前面的部分已經提到,側向力存在時,由於不同唱頭的阻尼吸收程度不同,也許並不會使唱頭在播放時出現失真破聲的現象,但是其干擾是必然存在的。從數據上來看,圖1是將唱臂的抗滑完全關掉,所測得的分離度數據,可以看到兩個聲道的串音數值(L>RR>L)差異很大,而圖2是在抗滑強度設定適當的情況,其它條件不變,串音差異就明顯變小,正常許多。

在測量串音數據時,所用的測試訊號,就是只有左聲道與只有右聲道的溝槽。在沒有外力干擾的情況,播放只有左聲道有訊號時,針尖會45度角來回運動。在理想的情況,針尖無誤差地45度運動,這時唱頭左聲道的線圈會感應到訊號發聲。而右聲道的線圈與左聲道線圈呈90度直角,因此在完美的情況,右聲道不會感應到任何訊號。而實際上,由於在刻片過程與唱頭製作時,都存在一些誤差,使得少許的左聲道訊號會滲透過來右聲道。但是,因為左右聲道的線圈呈垂直90度,所以在完全沒有外力干擾,且針尖垂直於唱片表面時,兩聲道的串音值應該要非常接近───這個現象適用於絕大多數的唱頭,只有少數例外。將來在討論azimuth/HTA角度時,對此會有更詳細的分析。

而在沒有適當抗滑,播放時受到側向力干擾的狀況下,在上述左聲道測試時,會使針尖運動偏離45度角,造成右聲道感應出更多訊號。以圖1中,L>R─23.5dB來說,意思是只有左聲道有訊號時,右聲道測得比左聲道小23.5dB的訊號強度。而R>L的─42.4dB,是只有右聲道有訊號時,左聲道測得比右聲道小42.4dB的訊號強度,這比L>R的值要小很多。這兩數據的顯著差異,代表針尖在想遵循溝槽做45度角運動時,受到抵抗阻撓,而使角度有所偏離。

因此播放只有左聲道訊號時,針尖的運動會如圖3藍色箭頭所示。這是因為沒有抗滑,針尖一直受到來自內側溝槽向外的壓力,朝左下方移動時角度會受到橫向推擠而大於45度,朝右上方移動時,橫向推擠會使之小於45度,同時又受到已經被側向力壓縮的阻尼阻撓而移動幅度受到限制。而播放只有右聲道訊號時,針尖的運動如圖4紅色箭頭所示,由於針尖受到來自內側的壓力,朝左上方移動時,受到橫向推擠而大於45度,朝右下方移動時,橫向推擠會使之小於45度,又受到已經被壓縮的阻尼阻撓而移動幅度受限制。

反之,當針尖受到來自外側溝槽向內的側向力,例如抗滑太大時,也會產生類似但方向不同的效應。所以,側向力的存在,或許不一定會在播放時造成失真破聲,但從串音/分離度數據上仍會顯現出來,針尖在運動時,的確受到干擾,使得移動軌跡變形。


圖1



圖2




圖3


圖4


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



Friday, July 8, 2022

抗滑與側向力基礎概念之1:側向力之來源與唱頭受力分析

 


在此要鄭重感謝多年的同學/友人,陳明東(Tony Chen)先生。他對抗滑的初始研究,啟發了我在這方面開始深入的分析思考。他所撰寫的抗滑之力學理論分析,也是這篇論述的主要參考。

得過諾貝爾獎的英國哲學家羅素(Bertrand Russell)曾經說過,世界上最大的問題之一,是愚昧無知的人總是鐵口直斷,自信滿滿,而真正有智慧的人,時常會懷疑自己是否正確。這種現象,在音響界可說層出不窮。當一個人的知識領域範圍很小的時候,往往會自以為什麼都懂,而且在這小範圍內,藉由過去經驗要推導出結論,相當容易且快速。例如以用餐為例,只吃過3家餐廳,而且認定這涵蓋所有該吃餐廳的範圍,當然要說其中哪一家最好,極其容易。反之如果吃過成千上百家,要說出哪一家最好,往往就必須思考一下。而且說的時候還要界定清楚,哪一家是哪方面最好。

音響的世界,知識極其深廣,自認為通達者,幾乎沒有例外,其實對自己那個部分真的懂而哪個部分不懂,都還搞不清楚。音響玩家不論資歷深淺,若光是依賴經驗,憑藉自己聽覺與直覺下判斷,欠缺基本科學常識或理性的制約,就不時會推導出一些適用範圍狹隘,或違反基本科學定律的結論。以我過去幾年在研究的黑膠播放來說,光是唱頭的特性就差異甚大,不能靠著用過區區數個唱頭的經驗,推論到所有唱頭。否則就如同盲人摸象,每個人得出的結論,在一個小範圍內也許反映了實際經驗,但出了那範圍,就不再適用。這裡要講的側向力與抗滑,就是一個典型例子。

不少資深「專家」說抗滑不重要,甚至有的說完全不用抗滑聲音才會好。很可能他們接觸過的唱頭,阻尼/懸吊軟,對抗滑的調整的確不敏感,即使完全不做側向力處理,也不會聽出有失真或破聲現象。這類唱頭的確存在(大部份是MM唱頭)而且數量不少,但如果硬要說所有的唱頭都如此,就明顯犯了過及推論的錯誤。至於對播放音質的影響,我們將會討論到,在破聲失真之外,聽感上主要是音場的左右與深度之對稱性。這對一般人來說,除非認真仔細去分析自己所聽到的現象,並不容易立刻察覺。甚至長久下來,不對稱的音場就習以為常,甚至以之為「正確」「好聽」的標準。而真正低失真的黑膠播放,除非搭配正確調整的系統,不見得每個人都會認為是好聽。

在網頁上不時會見到,有黑膠新手上路,說唱頭在播放時會有破聲/失真的現象。然後許多專家名人就會提出一些似是而非的建議,最常見的就是,「如果針壓已經正確,那一定是AB點沒調好。」所謂AB點,就是裝唱頭時的alignment循軌設定。事實上,如果設定不精確,牽涉到的主要是播放時的諧波失真(THD),尤其是二次諧波會比較高,影響到整體透明度的呈現,但不會造成明顯失真破聲的現象。這方面,我曾經做過實驗來驗證,將來會擇期詳細地寫出來分享。

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。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:如文頭圖所標示,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。如圖1中是圓錐形針尖的底部視角,藍色箭頭代表內側(左聲道側)受到的摩擦力,紅色是外側(右聲道側)。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A)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。

唱頭內部阻尼/懸吊之重要角色

在討論側向力會造成的影響之前,我們要先大致瞭解唱頭內部的主要構造。如圖2的唱頭顯示,絕大多數的MC動圈唱頭,除了針尖針桿之外,主要發電組件,是由前與後磁極(pole pieces),線圈(coil)所組成。而夾在線圈與後磁極之間,會有彈性阻尼物(damper)。圖345則是將另外幾個唱頭的阻尼部分放大的例子。其它的MMMI唱頭甚至光電唱頭等,在發電構造上雖有不同,但阻尼部分的作用方式,差異不大。唱頭阻尼的主要功能:1)抑制/衰減針尖,針桿線圈等組件之多餘震動。2)支撐針桿,線圈等之運動形成槓桿支點,並提供針桿運動時的緩衝作用,使針桿在快速振動時維持穩定狀態,可以即時停止或快速轉變方向。3)吸收部分各種來源之側向力。尤其多數幅度小且方向來回更動頻率高的側向力,會被阻尼有效地吸收。

阻尼材質多數以橡膠為主要成分,混入其它材質來調節彈性,制動性與剛性。 如果阻尼太軟,產生的問題是針桿運動會缺乏制約。該停的時候停不下來,該改變方向時,則會有延遲。而且越軟的阻尼所儲存的能量越多,當釋放出來時會造成不良後果。反之如果阻尼效應太硬,就不能發揮緩衝作用或吸收側向力,不但會使循軌能力不佳,而且有可能造成針尖受力過多而損壞。

然後在圖裡看不見的,針桿的最末端,還會有懸吊機構。懸吊之功能在於固定/保持針桿角度,並配合阻尼特性來達成音質微調。 懸吊的組成,近年來鋼絲為主流。 整體來說,阻尼與懸吊對音質有直接且深遠影響,範圍包含了循軌能力,針壓,順服度,低頻共振頻率,高頻共振頻率,等等。

側向力與唱頭運作的關係

唱片在運轉中,如果是在無溝紋光滑表面,側向力若不處理:

        有補償角之唱臂,摩擦力引發向內旋轉力矩,加上臂身之慣性質量,會帶動唱頭,快速向內側移動。

        無補償角之直線唱臂,視唱頭針桿相對於臂管角度,可能會向內或外移動。

而在正常有溝槽唱片時,側向力若不處理,針尖會受到溝槽壁阻擋止住移動,轉而對針尖產生側向壓力:

        有補償角唱臂,形成(1A1)的側向力,帶動唱臂向內轉動,使得針尖內側從內側之左聲道溝槽壁受力,如圖6裡針尖左側紫色箭頭所示。經由針桿傳遞,擠壓唱頭內部阻尼之外側(如圖6線圈右側紫色箭頭所示),使針尖針桿在播放訊號,朝外方運動時受阻撓,亦即影響到阻尼吸收第二類側向力的能力。

        無補償角之直線唱臂,(1A2)的狀況,取決於針桿相對於唱臂管方向是偏內或外,針尖受到溝槽壓力可能是內或外側,唱頭阻尼分別會是外側或內側受壓。

側向力持續作用在阻尼的一側,當針尖針桿隨著溝槽內訊號來回運動時,在某個方向某個幅度以上,會因為阻尼失去彈性空間造成阻撓干擾,於是不時會有失真「破聲」等現象。這就像是放大線路受到直流偏壓時,訊號強度不大就會提早產生削峰(clipping)的現象。

從另一方面來說,唱頭的阻尼如果越軟的話彈性空間越大,可以吸收越多外力,即使受到較高程度的側向力,針桿針尖的活動也不易受干擾。因此,懸吊軟的唱頭,循軌能力普遍都會比較好,處理側向力或抗滑也比硬者要來得容易。但如前文所提到,阻尼軟也要付出音質方面的代價。

圖1


圖2




圖3


圖4


圖5


圖6