黑胶唱机通常由三部分组成:唱盘、唱臂、唱头,当然也可以把唱放包括进来。从对声音的影响程度看,唱盘理应排第一位,虽然唱头、唱放等也很重要但影响的都是局部,而唱盘影响的是全局,不过从工作的复杂性来看,唱臂无疑排第一位了,它参数多调整难,把它彻底搞懂了,唱机的工作原理和调试方法也就差不多搞懂了。
唱臂是干什么用的知道吗?看似简单的问题不一定都明白。我们分开看,如果是站在唱头的角度,唱臂是起固定和支撑的作用,对其要求是越稳固越好,这样才能保证唱针在拾取振动时根基稳定不走样,但是换个位置站在唱片的角度,唱臂则应该越灵活越好,这样才能保证有良好的循迹,显然二者的要求相互矛盾。一支合格的唱臂必须在二者之间找到平衡,也就是说即能满足唱头的需求也要满足唱片的需求,解决方案是:让唱臂的有效惯性(质量)尽量远大于唱针杆的振动阻尼,同时其灵活性又尽量小于唱片的循迹阻力,这就是唱臂要做的,承前启后且前后平衡。
为此唱臂与唱头在搭配上应遵循如下原则:柔顺度低的唱头要搭配有效质量大的唱臂,反之,高柔顺度的唱头就要搭配有效质量小的唱臂,这样的搭配也可以确保其共振频率在10Hz左右,最大程度的减少对音频信号的干扰,共振频率有公式可以计算:f=1/{2π(MC)½},式中M代表唱臂有效质量+唱头质量,单位是g;C代表唱头柔顺度,单位是cm/dyne。一般来说,唱臂的质量分布越向转轴心处集中,有效质量越小,反之就越大;轻质唱臂可以通过在远端配重增加有效质量,反之则不可以;长臂的有效质量普遍大于短臂,我们有时感觉长臂的低音更厚些也就好理解了。
除有效质量外,对于转轴唱臂来说,用到更多的是补偿角、有效长度、轴间距以及所谓的超距这些参数。这类唱臂如果不加补偿角,唱针在唱片上移动的轨迹,从外到内与唱片音轨坑槽的切角会有-8度左右到0度再到+16度左右的变化(与臂长有关),如此大的误差显然不能接受。增加一个适当的补偿角后这个误差可以大幅度的减少到3度以内,进一步还发现,在唱针轨迹与唱片坑槽相交的区域内,唱针最多可有两个正切点,按此设置后这个误差更可降低到1.5度以内,这就是为什么要加补偿角的缘故,非常巧妙的设计,但带来的副产品是多出了一个侧滑力,因利大于弊补偿角的设计被广泛采用。
有了补偿角后,唱针在唱片上移动轨迹的半径就不是沿唱臂的长度了,而是针尖到唱臂轴心的长度,我们管这个唱针实际移动轨迹的半径叫有效半径或有效长度。当唱臂满足了上面的最小切角误差后,固定下唱臂的轴心位置,这时测得的与唱盘转轴心的距离就叫轴间距。有效长度一定大于轴间距,超出的部分就是所谓的超距,不过超距这个概念我认为是多余的,因为实际调试时多数唱机的唱臂活动范围和转盘轴的存在,限制了唱针到不了那个位置。安装唱臂有用的参数是轴间距,调整唱头有用的参数是有效长度,比如:知道了唱臂的有效长度就可以在纸上以此为半径画一段弧线,以轴间距的长度画出转盘的轴心位置,剪下有用的部分套到唱盘上,尽量使纸上的两轴心与唱机上的两轴心重合,这时让唱针尖刚好落在这段弧线上,有效长度就设定好了,市场上也有这样的调整工具出售,接下来就可以进行唱头水平循迹角的调整了。
前面提到唱臂增加补偿角后多出了一个侧滑力,原因是什么呢?还是对于转轴唱臂,它的支点在轴心,没有补偿角时轴心通过臂管给唱针的拉力是沿着臂管的,且与唱片正切,唱针前后受到的唱臂拉力和唱片摩擦力二者平衡,左右不受力也处于平衡状态。增加补偿角后,轴心对唱针的拉力向唱片内侧偏出补偿角大小的角度,与唱片半径的夹角也不是90度而是要减去补偿角,这时这个拉力在唱片半径方向上就有了投影,也就是有了指向盘芯的分力,这个分力就是所谓的侧滑力,它的存在使唱针有向内侧倾斜的倾向,唱针左右受力不再平衡。侧滑力可以用公式表示出来:F=Nμtan(α),其中N代表针压,μ代表摩擦系数,tan(α)代表补偿角的正切函数,可以看出侧滑力大小与针压成正比,与补偿角成正比,12吋臂补偿角小于9吋臂,所受侧滑力也小,如果补偿角为零侧滑力也为零,所以直切唱臂没有测滑力。转轴唱臂上一般都设计有抗侧滑力装置,适当的施加一个与侧滑力大小相等、方向相反的抗侧滑力,可以让唱针在左右方向上也受力平衡,尽量减少对唱片坑槽侧壁的不利影响,这对唱针拾取信息和延长使用寿命都非常有利,当然,唱针的实际受力情况要比上面的分析复杂得多,但相对上面的结论是可以忽略的。
我们知道唱臂有直切唱臂和转轴唱臂两大类,材料有金属、碳纤维和实木等,结构上也有单点、多点、单刀、双刀、球面、气浮、磁浮、油浮,还有静平衡动平衡等,每种类型、材料、结构都有其优缺点,相对来说,转轴唱臂的可靠性更高些、高硬轻质的材料适应性更好些、球面轴承的稳定性和灵活性更平衡些等等。唱臂也同样遵循简单即好声的原则,当然复杂的唱臂也有它的道理,但最大公约数一定是好声、是做精做实;好声的另一个原则是与唱盘和唱头的搭配要合理,以及调整要到位,比如软盘唱机就不适合搭载单点臂,重质唱头也不适合搭配重质唱臂。
对于唱臂现在还些认识误区,比如侧滑力问题,国外的文章看过几篇认识都很到位,但看过的国内包括港台的文章,几乎都在此问题上以讹传讹,比如:有说是坑槽的一侧推着唱针向里走产生的,这显然是假像,唱针相对唱片是正切,移动方向与坑槽侧壁垂直根本不存在作用力的问题;还有说侧滑力是向心力,向心力是物体做圆周运动时受到的,与角速度平方成正比,唱针并没有随唱片一起旋转哪来的向心力;更有说侧滑力是惯性产生的,唱针由外向内循迹过程中移动的速度非常缓慢,速度变化很小,加上有效质量也很小,惯性的作用微乎其微。还是那句话,黑胶唱机并不神秘,但搞懂它我们自己应具备一定的力学、电磁学等相关知识,在音响的其它方面也应是如此,盲目的跟风炒概念很容易走入误区。