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模拟系统
一张唱片存储的音乐信息如果没有对应的硬件播放系统就无法完成它的使模拟系统就是黑胶唱片的基础硬件。“模拟”一词是相对“数字”而言的,它表示软件的记录和播放形式。换句话说,模拟唱片是以机械能的形式储存信息,播放时通过模拟系统把唱片的信息以机械能转换为电能(电信号);CD唱片则是以数字0-1的组合变化存储信息,通过D/A转换器转换为电信号。
简单的说模拟系统主要由三大部分组成,即唱头、唱臂和转盘。一些低端产品,生产厂家已经把唱头和唱臂配置好了,我们通常称这种电唱机为唱盘,这个唱盘包含唱头、唱臂和转盘,用户购买后可以直接使用。而HI-FI的模拟系统就要复杂的多。唱头、唱臂、转盘和附件等,都是各自独立的部件,用户可以根据自己的需求,自由选择配置,进行系统的组合。我们将分四个部分(唱头、唱臂、转盘和附件)分别叙述。
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唱头
唱头的类型
唱头是模拟系统最重要的部件,它是万里江河的源头,唱头的品质决定整套音响系统的最终表现。在分析,唱头工作原理与结构之前,先简单的对唱头类型做一个介绍。唱头的主流产品类型是电磁式,其中包括:1动圈式Moving Coil (MC),2动磁式Moving,Magnet(MM),3动铁式Moving lron (MI)三种,此外还有其他一些类型:1压电式PiezoelectricCrystal (PC),2电容式Capacitive,3光电式Photoelectric。简单的了解了唱头的类别之后,我们来看看这些唱头不同的工作原理。首先必须确认的是,无论哪一种类型的唱头,都是把机械能转换为电能的换能器,只是换能的方式有所不同而已。
电磁式唱头放唱时,由于针尖和唱纹的相对运动而产生振动,针尖通过针杆带动线圈、磁铁或铁芯振动与线圈、磁铁或磁铁与线圈切割磁力线,从而产生电流信号。不同强弱。不同音品、不同快慢的音乐信号构成不同的振动,这些复杂的振动构成不同的电流信号。压电晶体式唱头是对压电组件施以压力后产生电流讯号。电容式唱头以电极间电容量的变化产生电流信号。光电式唱头则是利用光通量产生电流信号。
就目前而言,电磁式唱头的电声指标符合高保真系统的要求,放唱品质比较理想。压电式唱头由于循迹力过高,对唱片损伤太大。电容式唱头的输出特性很难与刻纹刀的输出特性取得一致,再者检波器的调整也比较困难。而光电式唱头的换能结构过于烦琐,微型灯泡和光敏器件的供电对信号的干扰很难克服。
通过以上对各种不同唱头的工作原理的分析,我们可以得知电磁式唱头电声指标有着明显的优势,而压电式、电容式和光电式唱头有着不易克服的缺陷,现在也很少有产品出售,因此后面我们就不再详述。
电磁式唱头的结构
动圈唱头的结构是磁铁固定于唱头壳体,线圈绕制在针杆上。动磁唱头与动圈唱头的磁铁与线圈的安装正好相反,线圈固定在唱头壳体上,磁铁固定在针杆末端。动铁唱头的磁铁和线圈都是固定的,在两者间隙之间一块与针杆末端相连的铁芯。动圈唱头的振动体是线圈,动磁唱头的振动体是磁铁,动铁唱头的振动体是铁芯。因此它们的名称是由唱头的振动体来命名的。
电磁式唱头的部件
唱头的个头虽小,但构架还挺复杂。部件包括:1针尖、2针杆、3悬挂、4磁铁、5铁芯6线圈、7引出线、8输出脚、9壳体等。
针尖是唯一直接与唱纹接触的部件,它的优劣决定一个唱头的主要因素,针尖可以说是唱头的眼睛。针尖是跟随唱片的演变而发展的。唱片的唱纹单元非常小,因此对针尖的要求自然也非常高。针尖的形状和材料是针尖最重要的两项指标。针尖有三种基本的形状设计,圆锥形,椭圆形和线性形。圆锥形针尖在设计加工上没有什么难度,其成本低廉,适配一些中低级唱头。圆锥形针尖与唱纹的横向接触面较宽,在与唱纹接触时,不是线接触而是面接触。因此针尖瞬时振动含盖的是一个时段。具体的说这个为S秒时端本应该是在s秒内先后完成不同音频振动,而圆锥形针尖拾取下却在小于S秒内混合同时完成不同音频振动。这样瞬态信息就会模糊,相位当然也不精准,音乐表现的折扣再所难免。
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椭圆形针尖是针对圆锥形针尖的缺陷而改进的设计。椭圆形针尖采用双曲线双轴向结构,曲面日值比圆锥形针尖要小的多,这样针尖与唱纹的横向接触面小了60%以上,而纵向接触增加了30%。椭圆形针尖的出现是针尖设计的重大变革,它从根本上改变了唱头的品质。如今,椭圆形针尖已在中高档唱头上普遍使用。新型的线性形针尖把针尖设计和加工提高到高级水平。线性形针尖是在椭圆形针尖的基础上更精细的制作。它与唱纹接触的曲面很小,因此线性形针尖拾取振动的还原特性十分理想。凡使用线性形针尖的唱头都有宽阔平坦的频率曲线。更有甚者,一些极品唱头,用8个曲面组成的超线性的针尖非常接近唱片刻纹刀,高频响应宽至100kHz。这是针尖设计加工领域一个极至的水平。
针尖的材料基本上都是使用钻石。钻石又分人造钻石和天然钻石,无论人造钻石还是天然钻石都有硬度级别差。目前人造钻石已普遍使用,但硬度还不够理想,用在中高档唱头上,有较高的性价比。天然钻石的硬度最高为莫氏10,钻石的莫氏值是钻石的价值的最重要的因素,硬度越高越是珍贵。对针尖而言,硬度越高获得的频率越宽。可是硬度越高的钻石也越难加工,自然价格也更加昂贵。
针杆是连接针尖与线圈(或磁铁)的部件,能否将针尖振动准确的传输给线圈(或磁铁),针杆起着决定性的作用。影响针杆品质的两大要素是针杆的形状和材质。针杆的长短、粗细、形状都会影响其传输特性。长针杆振幅大,可以获得较高的效率,信噪比高,动态范围大。短针杆振幅虽小,但刚性高,对频宽有利.有很好的顺性。针杆过长也有谐振点宽的缺点,针杆太短效率太低。合理的长度设计取决于和唱头其它各部件的综合特性的协调。同理.针杆的粗细也是各有利弊,设计时也要遵守综合特性的协调原则。针杆的形状非常有讲究,普通的是等径圆杆设计,针尖安装处为鸭嘴状。圆杆有较好的刚性和抗外界干扰能力,易于加工。为了减轻针杆的质量,一般采用空心杆,在保证足够刚性的情况下,尽量减少针杆的壁厚。任何材料都有自身的谐振频率,针杆也不例外。为了有效的减少针杆谐振的干扰,改变针杆形状是一个途径。把挥幸 起我们注意罢了。针杆还有采用异型截面的U字形设计、两种不同金属材质复合型的设计、在针杆内填充阻尼材料的设计,也有不以为然的实心棒设计。无论针杆形状如何,他们的目的是一致的:足够的刚性和尽可能低的质量以及极佳的振动传导特性。
针杆的材料对针杆的性能有着同样的重要作用。针杆的主流材料是铝合金、金属硼 和铍合金。铝合金的比重约2.7克/立方厘米,金属硼的比重是2.34克/立方厘米,铍合金的比重最轻只有2.0克/立方厘米左右。铝合金制作针杆成本低,物化特性也不错,适合普及唱头针杆的制作。金属硼和铍合金的物化特性要比铝合金好的多,用于中高档的唱头,效果非常显著。不过这三种材料的一个共同的特点,其分子结构都是平齐排列,一旦折弯就无法复原,一经修正即刻断裂。在使用中一定要倍加小心。除了以上的针杆材料,还有一些特殊的材质的针杆。极少数的超高档的名贵唱头,针杆的材料使用红宝石、蓝宝石甚至动用钻石来制作,其豪华程度可见一斑!至于声音是否与其高昂的价值同步高攀,实在不得而知了。针杆材料的选择也是与针杆形状设计宗旨一样,围绕着刚性和轻质、及振动传导特性做文章。唱头生产厂家在设计唱头时,针杆形状设计与材质的选择是同步进行的。
唱头的针杆悬挂很小,非常不起眼。它的作用是负责针杆的支撑与阻尼,是唱头的重要部件。针杆悬挂的设计与制作要求非常高。针杆悬挂的制作材料主要是橡胶,无论天然橡胶还是合成橡胶,都要求耐温、耐老化、稳定少变的弹性系数。针杆悬挂是我们不太注意,也无法知晓其具体参数的唱头部件,但从使用经验来看,高档唱头的针杆悬挂寿命可达5年、10年、甚至20年,而中低档唱头的寿命只有2—3年而已。这足以说明针杆悬挂材料的差别。针杆悬挂材料的好坏具体的表现是:唱头在使用过程中和使用一段时间后,悬挂橡胶过软,有时在额定的循迹力下,唱头的壳体底部已经蹭到唱片,即使减少针压也无济于事:相反,也有悬挂橡胶过硬的例子,失去应有阻尼弹性,时常跳槽;这是悬挂橡胶劣化的两种典型表现。在环境温度变化下,也有如上两种现象。具体到声音的表现上,前者是音像模糊,后者是声音干涩尖锐。而好的悬挂橡胶不仅经久耐用,而且在大温差下仍然保持稳定的阻尼弹性,音质自然就有保障。
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无论是哪一种电磁式唱头,都离不开磁铁,磁铁是换能器件必不可少的部件。随着新型材料的日益发展,磁体的磁场均匀性和效率有了很大的提高。这对唱头指标的提高有着很大的意义。唱头使用的磁铁有不少种类,钕磁铁、钕铁硼磁铁、铝镍钴磁铁、钐钴合金磁铁、铂合金磁铁。不论这些磁铁的成分如何,其设计目的是一致的,磁体要小、效率要高、磁场均匀性要好、温度系数要稳定,因为环境温度上升的时候,磁场强度会下降。
唱头线圈是直接产生电流和输出电流的核心部件。线的材质、线径与设计要求有着直接关系。高纯度无氧铜是最基本的线圈材质,纯银线和镀银线是一些高档唱头的首选,但这未必说铜线就不好,好的唱头是要看综合设计的合理性:当然价格也是一个因素。不同形式的唱头对线圈的要求是不一样的。动磁和动铁唱头因为线圈为固定安装结构,线圈可以粗一些,绕组可以多一些;动圈唱头则相反,缠绕在针杆上的线圈不能过重,要满足这个要求,线圈绕组要少,线径要细。一般动圈唱头线圈使用的线径只有0.05毫米,最细的只有0.02毫米,还不到头发直径的一半。由于动圈唱头的线圈又细又少,所用的线材的材质要求非常高,极低的线阻是首要条件,纯银线和镀银线优良的导电特性成为动圈唱头线圈的主要选择。我们知道,动圈唱头的线圈是缠绕在针杆上的,但实际上并非直接缠绕,线圈需要一个与针杆连接的骨架.线圈是缠绕在骨架上的。
一个唱头的针尖。针杆、悬挂、磁铁、线圈再完美,如果忽视了引出线和输出脚,那也将前功尽弃。一般密封式唱头的线圈引出线就是线圈线头直接和输出脚焊接,一些裸式设计就要另用一段略粗一些的线来连接线圈与输出脚。由于在裸式设计中太细的引出线很容易碰断,引出线的直径通常在0.1—0.3毫米之间,材质一样不能马虎,与线圈应该相当。输出脚是唱头的最后“出口”,高纯度无氧铜、镀银和纯银是不同档次唱头的选择。因为更换插拔和防止氧化的需要,输出脚需要镀层。镀金是通常的做法,镀铑应该是比较理想的,只是成本要高一些。
唱头的壳体既有一定的物理特性又是唱头整体外观的主要表现者。唱头壳体的外观多姿多彩,造型各异,它体现出厂家的审美理念。我们无法对艺术做绝对界定与评判。喜欢什么样外观的唱头壳体,只有自己选择了。唱头壳体材料主要有两大类,即金属和非金属。金属的有铝合金。不锈钢、金属钛、铜等;非金属有ABS工程塑料、乌木、玻璃钢、玛瑙石和翡翠石的,还有一些混合材料的。这些琳琅满目的唱头壳体材料,都与厂家的设计有关,主要是谐振点的设置,还有唱头总成的质量,这与唱臂的配合有关。除此以外,唱头壳体的加工精度尤其重要,唱头壳体顶部的平整程度对唱头方位角和垂直循迹角有直接的影响。(未完待续)