浅谈唱臂(上)

红灯记

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唱臂，原本是一切音响组合之基本组件，有了卡式之后，唱盘有了对手，玩普及化套装的人开始出现放弃唱盘的决定。进入CD世纪，唱盘受淘汰的命运己注定，时间问题而己。
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$ c8 K7 f" c( w, |唱臂的平面几何原理，连中学生也推算得出来，但唱臂音色之优劣，就不是凭几何数学可推断。偶读一篇「学生园地」，讲唱臂的循行数据，发起牙痕，借本刊一角以玩HiFi立场来讲些唱臂常识。但恐篇幅过长，累各位读者眼瞓。最好，不要一口气读完，分两段亦好，三段亦好。


唱臂一词的来源
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唱臂的责任，讲了几十年，仍是一字咁浅：它要将唱头在唱碟上所拾得的讯息原整地传递至前级放大器处理。初有电唱机之时，这个需求是绝对表面化而不会引起任何消费者怀疑的。科学越发达，人们才越觉得唱臂要彻底做好本身职责将永不可能。时至今天，唱臂面临淘汰了，它还是未能做到本身应做的责任。

1959年诞生的第一代SME 3012，没有反边压装置。
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唱臂的英文Tone arm，是从爱迪生留声机上沿用下来的。那时中国人普遍称这个连喇叭装在一起的扩声，循行部分为音臂。由于广东话讲音臂不大好听，故此，50年代报章杂志上介绍这东西时就一般称为唱臂。单声道时代，第一位注意到唱臂重要性的是SME。在这以前显然早有一套技术理论存在，例如英国的GE设计了世界首枝分主副臂的(Dynavector灵感之来源)制品，Grey则是油浸单点承轴臂的祖师。可能这些构思妙而制作有问题的唱臂未曾在我们心目中留下深刻印象。但第一枝SME 3012使我的思雅M3D(是那时的顶级Shure)有脱胎换骨演出的震惊，是记忆犹新。SME臂到港时，我们已经在玩立体声。把新出的ADC-1装在SME 3012上，照说明书用1克唱重，真是有型有款到极。


但，SME 3012还未研究到边压的对抗办法。而ADC-1呢，结果要用到1.8克才消除了蒙查查（正像ADC卖广告那幅印象派水彩)画面。
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- q8 `. q0 K  ?5 N& X, u3 P9 t$ c理想的唱臂是使唱针在循行时永远没有错误。唱针与碟纹切线成0度角，即重叠。任何唱针与碟纹构成的角度就是轨误(Tracking error)。唱针受物理机械几何等因集的限制，在工作时无法贴切地按碟纹的指示而循行，就产生循误(Tracing error)。
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4 O. e$ x  p) q8 P% k3 W轨误与边压的烦恼
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技术上，传统的弧线轨迹臂（以臂座为图心，针尖为圆周运作）无法消灭轨误。但在几何构图上将圆周的循行半径加大，使针尖超越了唱碟芯（Overhang）及提供臂管前部弯曲（或唱头壳屈折角）的迂回角（Offset），可令针尖在整个与唱碟接触的圆周线上任何一点都产生有限度的轨误。任何一枝有效长度（由轴心至针尖的直线）在8.5吋(216mm)或以上的唱臂，都可以利用适当的Overhang配合Offset来臻达±2度的轨误，在弧线轨迹唱臂上是绝不会为唱头带来任伺循行上的麻烦。多少年来，专家们曾多次企图用可变迂周角方式设计一枝循行角由碟首到碟尾一直在受机械推策而改变的0度轨误唱臂(Warden,BJ和Garard )。麻烦的是能源必需来自碟纹，这些Tangent臂又因活动部份太多，而产生了新的麻烦，故此至今没有一枝可变迂回角唱臂能继续生存。

; @2 B. G; Q& D! z% V/ t一枝安装准确的弧线循行臂上，用「新法」调正唱针位置，可令唱头在碟上画出一道有两点0度轨误的圆周轨迹。整个12吋碟领行轨迹上的最大轨误值约±2度的例子，以9吋臂为根据。当然，把有效长度增加就相应改善轨娱，而且由针尖「看」去，摩擦力也有降低。不过增加臂管长度而改善上这规范却要付出其他代价。

就弧线唱臂来看，±2度根本无可避免。今日市上一切较佳唱头都可以应付这数目所引起的轨误，至于唱针因物理机械几何结构而在运作时引起的循行失真（Tracing distortion），则不在本文范围之内。

1961年5月，SME推出3012 Series II，臂管由不锈钢转为铝合金造，并加设反边压装置。
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就算牛顿再世，爱恩司坦番生，这世界也不可能有一枝「由头至尾都tangent的传统结构唱臂」，说此话的人必是信口雌黄。唱臂的迂回角，也将唱针和唱碟摩擦力本属向前（与离心力的发射线同属与碟纹的切线）的拖力（drag），改变方向化为向心的边压（Side pressure或偏压Bias），边压是踏入立体声唱碟时代才受电声界关注的东西，它为Hi Fi带来的麻烦比轨误多十倍，也是到现在都没有找到消灭它（或准确地抵消它）的办法。

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边压令唱碟纹靠芯的一边（左声道）承受针压远超靠圆周的一边，令唱碟耗损程度加速，失真加大。在一个标准唱重之下，左声道受到过量压力，而右声道却唱重不足，左声道碟纹固然磨损得快，右声道碟纹却因唱重不足而被唱针在循行时产生的不规则震荡所损坏。


2 J  j1 d9 |' N5 k" Q+ R已知边压是摩擦而起，而唱针与碟纹的动态摩擦力又实际上没有两秒钟相同。一切现用的边压调节设计本质上是静态的调节，因此，一切边压处理方式并不能有效地抵消边压，它使唱臂在操作时有边压，无边压或有反边压，甚不稳定。
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$ K7 h4 l( C, Y! H5 a边压（即偏压）是件人人看得见的东西，把唱头搁在旋转的光面碟上，就可欣赏边压令唱臂滑向芯的动力，将反边压调高，又可令唱臂向相反方向滑出。一般调边压的方式，是使唱臂停留在光面磁上不两边飘移。有些臂容易做到，有整就只能调到唱臂在光面碟的中央部份停留不动。

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; R1 m3 ^7 t; r, X4 h4 B% O边压能量的增减，与下列各影响因子成正比例：唱重，唱臂质重，唱盘转速，针端与碟纹的接触面积，和碟绞震荡的幅度。


. u. J' D6 L7 S4 G* I有人自己找出理论，说三十三转碟边压大于45转，用光面实验马上可以证明此说之无稽。但其人进一步说光面碟的表现不能代表有纹碟的特性。真劳气，他想你相信有纹四十五转碟的边压低过有纹三十三转，而光面碟实验的结论则相反。真扭纹！


$ H) v7 g) C# M: m他的理论是四十五转确所录同样响度的震幅比三十三转的较狭窄，这又是无法令他明白的一厢情愿看法。正确的解释，似乎要出到黑板粉笔。事实：假如响度一样的话，四十五转碟与三十三转碟所录得的震幅绝对一样。不过，大家各抽一段（如5cm ）碟纹出来数的话，四十五转碟所含音波（讯号）的数目较少，波峰与波峰之间距离较远。震幅（Amplitude）的阔度若较狭窄，响度就势必下降。试由唱针的角度观之，卅三转和四十五转碟所不同者只是贮音介体的运作速度不同而己。四十五转真正的好处，是可以在同样运作时间的介体内贮藏更多讯息。利用波峰之间较远距离的优点来贮藏更阔的震幅，因此四十五转碟臻达较大的动态对比。但边压增加，碟面噪音增加，唱盘隆震基周提升，唱头，唱针的操作实较繁重。所以，你的Hi Fi若唱卅三转好声，唱四十五转未必好声。

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2 y3 w" ^7 B; |; l9 z. z6 q2 ]7 F边压既是被转移了方向的动力，那末，这动力的方向若保持与碟纹切线重叠的位置，百分之百向前，这唱臂就没有边压。

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直线循行臂优点多
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! r' e6 X+ y1 \& Z3 s直线循行（Straight line tracking）唱臂非但没有边压，而且，理论上没有轨误。因此，自古以来，电声学家都以为唯有直线循行臂才是理想唱臂。
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; d+ m$ `& D: S. G- K- f9 F6 \不过，在我们未克服因质量（Mass），摩擦，谐震，物质的坚硬度等问题所带来的困难时，直线循行臂在实践方面仍未能普及。
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7 {. i+ X! J: {# M9 v最先要考虑的是推动唱臂的能源，传统臂（以弧线轨迹循行的臂，下同）循行动力的来源是由碟纹提供。力点（针尖）和支点（枢轴）的距离有足够远，根据杠杆定律，碟纹所要出的力只需些少，便足够使唱臂转动。当碟纹一旦推动了唱臂之后，唱臂又马上产生边压向心力，还要劳烦边压调节装置去处理这股有害的动力。所以，传统臂所需要的起动力，从碟上看是一份足够移动唱臂「有效质量（Effective mass）」和克服唱臂摩擦力的起动力。注意，移动唱臂的力源与移动唱针的力源不能混为一谈，虽然两者关系密切，但仍属两件事。


直线循行臂完全没有向心力，碟纹实际上是不停地供应移动唱臂的动力。又针点与枢轴的距离短了，力点上就要施加较大能量，才克使支点做到相同的工作。而支点结构与传统臂迴异，要将整座臂身作平行运动向碟芯推移，所需能量肯定要更多。直线循行臂都希望能采用质量轻的臂管及巧立名目的滚珠来克服动力的消耗。另外有些电声学家就研究有源式(active)的直线循行臂。理论上，只要做成一套准确的光敏(Optical)伺服系统，把动力按碟纹的即时距离而精准地移动唱臂，就应可解决循行问题。不过，超卓的光敏伺服系统并没有一并解决唱臂的垂直活动问题。反为，以气垫式物理作概念的「浮动」直线臂，似乎有可行之道。

零质重与无限质重
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/ C9 ~& ~) `/ h' k1 o( u这就把题目扯到质重及摩擦和地心吸引力方面。从前，SME说，唱臂的摩擦力及质重应等于零。这是对老发烧影响最深的唱臂理论。零质重及零摩擦完全没有影响唱针循行的干扰力。这是永不能实现的梦想，SME只能做到极低质重及极低摩擦的传统臂。五十年代，发烧友对唱臂的谐震问题简直一无所知，遑论唱头与唱臂的匹配问题了。（那时间如果你对人说唱盘会改变音色的话，你准是疯子无疑）。后来，唱臂的物理特性才逐渐被专家们公开出来。ADC，Grado，对质重有进一步阐释。直至我们第一次看见一枝日本人弄出来的「巨型」SME，牌子叫NEAT，才惊异于这世界居然有人在做成吨重的唱臂。
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0 b$ L& u! L+ Y3 t9 o" oSME的0质重理论，终于在内部起了革命.SME V型是一枝完全根据「新」发现而创制的唱臂，走The Arm的路线。NEAT是日本Hi End Hi Fi产品的开山劈石者之一，他们的努力耕耘和尽情播种都抵受不起满途荆棘而在日本Hi End史上消失。


( q, X5 z$ h5 `1 MNEAT是单刀片承轴的重量级制作，他们和后来的SAEC有什么关系我不知道，但NEAT工程师拿着一枝臂瓣在六十年代初来香港时，佳声(AR，Marantz，Grado，Magnecord.. )负责人游宝樵邀我与之共饭，那日本人告诉我一个前所未有的唱臂理论：唱臂的库擦力应等于零，但质重却应等于无限大！唯有和无限大的质重耦台，唱针的振荡才得100%准确地传输，唯有无限大的质重与唱头耦合才不引起谐震！


但NEAT和日后其他论点相同的制品只能做到极高质重的唱臂。无论如何，传统臂是无法消除谐震，无法防止谐震的发生。其实，零质重和无限质重毕竟是物理学者的自说自话。唱臂是有质重的机器，质重之高低，耦合唱头柔顺度之高低，就决定了那组合的谐震周率。


新突破亦带来缺点
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当SME臂初问世时，我们不仅对边压的认织一无所知，连对唱头唱针的认识，也仅限于78转针和33转针的半径数目，那时只有圆形针尖，33转碟已普遍采用宝石针替代48年至58挥单声道期的钻石针。 Hi Fi知识，与电子知识有点不同。前者往往没有比较详尽的书本去讨论记载。学术界是靠每年的AES、RIAA等国际性集会互相交换研讨经验。这些一手数据，是断断续续地借几本世界性无线刊物（Hi Fi是有线电！）披露出来。直至玩家普遍知道时，一般为时己晚。各位读者不妨翻一翻贵子弟的学校课本，若然见到有关唱片装作及扩音方式的一段，保证你引为奇文。玩家的Hi Fi知识是二三手，学生课本上的电声常识属中古史。


想当年，好多Hi Fi常识，都是从商品的宣传文字上吸收得来。这学习方式有个弊处，当时被矇蔽了，后来才觉悟过来。大凡商品宣传新技术，第一步总是先将旧技术之缺点详细列明，鞭挞一番，先令消费者相信自己还在用的「陈旧」东西必定要淘汰。第二步就是介绍该新产品的突破性，天花乱坠，讲到空前绝后，再令消费者信该新产品是件必需品，而且，产品质素己臻十全十美阶段。

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一直以来，我们读所有「突破」性的电声新产品，都怀着十全十美，一劳永逸的希望去更换添置。但，这些文字可曾提出他们的新突破又带来几多缺点！？


无论如何，有关新技术的文字也应先读为快。例如，关于唱头，我们是从思雅Shure的文章里学到柔顺度（Compliance）的重要性。从SME的文章里学到低质重的好处和刀片承轴的绝对性。Trackability这个字，是Shure作出来的，连音响百科全书也记载了它，但这本音响界奉为最佳参考的巨著里，唱臂的技术源革资料就极之贫乏。

4 g- I) U( Z  @# q8 ^静态与动态平衡
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% N5 X' b) T3 ]( ^! C1 Z' L唱臂影响音色的因素，摩擦，轨误和质重三个题目被发觉得最早。但今人却不明白摩擦和轨误两点容易控制及较不重要，而质重的大小就决定了唱臂之匹配个性。
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唱臂之质重，是指它的「有效质重」（Effective Mass）而言，据设计唱臂的专家说，有效质重是唱臂整个运动部份的质重减去他们用各种方法「退耦」（Decouple）后所余下的质重，才称之谓有效。人们到现在为止，对有效质重一词的解释仍是半信半疑，或以为这是工程师一厢情愿的讲法。事关一枝唱臂的活动部份由唱头壳至平衡砣尾端，少说也有一百几十g重量，又怎样在「退耦」计算法上获得2g至22g的有效质量?（据记忆，Beogram 400的有效质重是2g以下），我们又可想象，当一副过百g重的机器在枢轴上被一个外力推劲了以后，它的有效「惯性」（Inertia）质重究竟是怎样计算？一般可能以为，当唱臂在取得与地心吸引力完全平衡状态时，即0重，再调1.5g唱重时，唱臂的「动态」质重就是1.5g.这见解也十分错误，因为在0重状态时，只有唱针端的「静态」质重等于0。1.5g唱重是代表针端的「动态」重量（对静态平街唱臂而言）为1.5g而已，完全不等于该（静击平衡）臂在运作时永远提供1.5g针端压力，唱臂在运作时，臂身随着碟芯及碟面的轻微波动而不断变化少许垂直及水平推动，破坏了本身的动态平衡度。平衡砣在抖动时产生钟摆效应，降低反地心吸力动作的唱重（向上抖），增加顺地心吸力动作的唱重（向下抖），左右抖动则增减边压力，质重越高的唱臂，钟摆效应越劲，另一方面，柔顺度越高的唱头越易受钟摆效应干扰。


大家一定知道静态平衡（Static Balance）是什座7，它是一枝全靠平衡砣去取得唱臂前后左右在静止（不操作）时完全平衡的臂，动态平衡（Dynamic Balance）臂是合并式设计，先取得静态平衡，然后以弹簧方式将适当的针端压力附加在针端上。讲理论，动态平衡是一款不受地心吸力影响的设计，所以没有钟摆效应，但世界上还没有一枝纯动态平衡臂，一般动态平衡臂在操作时仍然受地心吸力影响，只是程度较轻而己。
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那些先以平衡砣取得静态平衡然后用弹簧调校唱重的臂，本身的「动态」部份可用可不用，因为单靠平衡砣的调节已可取得所需之唱重。这种唱臂，可以证明静态与动态两种调校唱重的方式各有不同的音响特性，以美国The Arm为例，此臂初抵港时，代理商将发现向我说，起初我也是半信半疑，直至亲自反复试验，终于肯定了二者之间的分别：单用平衡砣调校唱重（纯静态），获得较为庞大的动态，而稍为损失了一点点清晰度。刘怪人甚至提供了各种混合调校方式去适应各种光悦头。
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; J5 |6 ]9 F) ?5 I& F* C9 ]$ B2 l# W/ T有不少发烧人，识一大堆理论，都认为我们这种说法迹近无中生有。甚至有立论评击发烧友「煲」音响之无稽。要知道，「煲」的电子机械物理，是具有实在理论技术根据的。而且，用示波器马上看到煲前及煲后波形之不同。可惜，解态及动态平面在同一臂上提供互异的音响性格，示波器是看不出来了。 （下期续完）

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雷明 @ 视听发烧网
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zeusson

超越时空

好文章！慢慢受益！

mjmj8800

徐强

LP唱盘看似简单，其实不然，里面的学问真的很深。

bg5skf

原来这么深奥啊，谢谢分享！！

红灯记

bg5skf 发表于 2015-12-15 22:54
; |+ h( s) g  l( e原来这么深奥啊，谢谢分享！！

. g+ o% u! p+ h7 {是的，我读了很受益，所以转上来和大家分享

sdyjl

分析得非常好

广州李生

好文章

6N18p

lina

按照文章中所说，直切臂应该从物理上将最完美。类似REVOX B790为代表。

罗生LP

schs110

llx

北京冷子

出过很多中华206唱机,唱壁还有这么多说道呢.学习了