发烧论坛

注册

 

返回列表
发新话题 回复该主题
查看: 22269|回复: 51

关于黑胶播放过程中侧滑力的详细解析----摘录一篇国外的权威研究... [复制链接]

天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
1#
t T
发表于 2014-04-06 13:19 |显示全部
一、前言

侧滑力对于黑胶玩家来说已经是一个众所周知的概念，但这个概念一直比较模糊，谁都知道要设置抗侧滑力，但具体应该怎么设置？设置为多少？说法五花八门。特别近年黑胶在国内重新回暖，各大音响论坛出现许多指导烧友怎样设置黑胶系统的帖子，我留意到这些文章中关于侧滑力这部分要么一笔带过，要么引用了一些错误的结论。侧滑力对黑胶重放有很大的影响，特别是如今普遍使用轻质臂、轻质唱头的状况下。因此特地把自己收集的一篇国外1967年由James H.Kogen (Shure Brothers,Inc.公司研究人员, James Kogen在1981成为Shure的总裁）发表的专门针对侧滑力研究的一篇论文转述给大家。
之所以说这是一篇权威研究论文，其一：这是由Shure公司专门组织完成的一个研究项目，Shure公司还专门为这一研究项目设计了一款可以测量侧滑力的唱头；其二：依靠大量的实验数据来得出结论，而不象我看到的一些业余研究者的文章只是纸上谈兵。
由于文章比较长，我不会逐字逐句翻译全文，我会把一些结论性的东西转述出来并配上原图。最后，原文的扫描件我会附在帖子上，懂英文的朋友可以自己研究。

下面开始摘述作者论文。








二、侧滑力的产生原理

这点以前在论坛里讨论过，这里不再赘述，直接引用一张作者的图， 红色字是相应的中文翻译：








三、为测量侧滑力专门设计的唱头

先看这个特殊结构的唱头：










仔细看上面这张图，1. 唱头被装在一只SME唱臂上测试， 2. 左边的小图是没有加抗侧滑力的状态，明显看到唱头的下层和上层是错位的。右边这张是加了合适的抗侧滑力的状态。


四、侧滑力与针压的关系











要理解上面这几张图，首先要搞清楚以下基本概念：

什么是调制速度(Modulation Velocity)？ 调制速度是黑胶生产制作过程中的一个术语，作者在文章里没有做说明，可能许多发烧友也不清楚，我在此补充解释一下。






从上图可以看出，调制速度是指切刀往坑纹两侧的切割速度，调制速度越大，调制角度也就越大，切出来的坑纹就越陡峭。根据调制理论，频率越高，调制速度就越大，所以小提琴拉出来的一串高音对应的就是一串陡峭的坑纹。坑纹越陡峭，也就意味着坑纹与针尖的摩擦力会越大。

2. 图6-8中有条状竖线的区块是实际测试结果的统计区域。由于大量测试各种不同的黑胶，黑胶的材料、干净程度、针压、调制速度、表面平整度、针尖形状，等等都会影响针尖与坑纹之间的摩擦力，从而导致侧滑力的也会随之变化。所以测得的结果不是一条曲线，而是一条带状的区域。

3. 为了有个比较的基准，作者专门制作了一种测试黑胶碟，这种碟在半径3.75英寸（95.25mm)处刻有一圈空白槽，也就是图6中所说的Modulation Velocity = 0 的坑纹。
4. 图7，8中有调制速度达27.1cm/S的测试曲线, 这是黑胶刻录时的一个极限速度，一般黑胶的平均调制速度为5cm/s. 这也是我们经常在唱头输出电平的参数中看到 (1kHz, 5 cm/s)的原因。
5. 图8中可以看到椭圆形针尖，调制速度为27.1cm/s的测试曲线，在针压超过2g后，侧滑力陡然上升。作者认为是由于针尖开始划伤唱片造成摩擦力迅速增加引至的。很高的调制速度对应的正是音频信号的高频部分，这说明过大的针压会伤害到黑胶的高频录音信号。但同样的情况在球形针尖测试时并未出现。

现在可以总结一下上面几张图的测试结果：

（1）椭圆针尖的唱头侧滑力比球形针尖的唱头大，前者大约是后者的1.6倍
（2）球形针尖唱头的侧滑力大约是针压的20%
（3）椭圆针尖唱头的侧滑力大约是针压的25%

对上述结论的补充说明：
a. 以上结论是针对半径95mm处坑纹，刻有不同调制速度信息的测试结果，
b. 上面说的侧滑力是指唱头针尖直接感受到的侧滑力，与我们通常调整唱臂时所说的“侧滑力”还不是一个概念，这里面还要加上扭矩的参数。针尖感受到的侧滑力最终是通过一个有效臂长的力矩作用到唱臂轴心来形成一个顺时针扭力的，我们通常说的抗侧滑力就是大小与这个力相当的一个反方向的扭力。举两个例子说明一下。

举例一：SME3009 S2（late)唱臂：

假设：有效臂长eL=231.2mm,
     唱头为椭圆针尖，针压为1.5g, 比照图8测试结果，针尖感受到的侧滑力tF=0.3g左右
     侧滑力平衡锤的重量bW=3g
     那么平衡锤应该挂在那个刻度（bL)呢？
bL = (tF * eL)/bW = (0.3*231.2)/3 = 23.12mm
     bL是指从唱臂轴心到平衡锤挂载点的距离。

举例二：SME 3012唱臂：

假设：有效臂长eL=308.8mm,
     唱头为ortofon SPU-GTE，椭圆针尖，针压为3g, 比照图8测试结果，针尖感受到的侧滑力tF=0.65g左右
     侧滑力平衡锤的重量bW=4.5g
     那么平衡锤应该挂载的刻度（bL)：
bL = (tF * eL)/bW = (0.65*308.8)/4.5= 44.6mm

现在很多人的SME 3012是用3009臂改的，侧滑力平衡锤还是原来的3g，所以设置抗侧滑力时应该先弄清楚侧滑平衡锤的重量。SME唱臂有三种侧滑锤，见下图：
最后编辑天藏 最后编辑于 2014-04-08 21:27:26
分享 转发
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
2#
t T
发表于 2014-04-06 13:20 |显示全部

五、侧滑力从外圈到内圈是如何变化






我们常用的12寸盘，音轨都落在内径56mm/外径146mm的区域内（参见上图）。






从图9可以看出，侧滑力从外圈到内圈成一个U型曲线的变化。最外圈最大，然后逐渐变小，在半径89mm处达到最低值，然后再逐渐变大。从最外圈到最里圈整个变化幅度在17%左右。
上图中的竖轴是相对于半径95mm处侧滑力的百分比值。


六、超距与侧滑力的关系






这张图是基于SME 3009唱臂的测试结果，说明在给定针压的状态下，如果超距不正确会影响侧滑力的大小。超距超过最优值，侧滑力会变大，反之则会变小。


七、侧滑力对循迹能力的影响






通俗来讲，循迹能力(Trackability)是指唱针拾取坑纹记录的音频信号的能力。

测试结果说明，有抗侧滑力的唱针循迹能力要比无抗侧滑力的唱针强20%～25%。作者在文中提到，在无抗侧滑力的情况下，有一种办法可以增加唱针的循迹能力，那就是增加针压。与有抗侧滑力的唱针相比，要达到同样的循迹能力，针压要增加1～1.5g.
这让人想起老的无抗侧滑力装置的唱臂都是用大针压的现象，比如 Ortofon 309, 针压都在3g左右，但我们从前面图8中知道，过大的针压会对黑胶坑纹造成伤害。这也是为何现代唱臂都加上了抗侧滑装置，现代的唱头也很少建议针压超过2g的原因。
鉴于以上分析我们不禁要问，如果是一只有抗侧滑力装置的唱臂，装上Ortofon SPU唱头，我们针压还有必要设置成3g或更大吗？或许2～2.5g更安全些。


八、侧滑力对针尖的影响






在不加抗侧滑力的条件下，参加测试的14只唱针，其中9只在靠近坑纹内侧的一边磨损明显比靠近坑纹外侧要严重，针尖两侧已经变得不对称。
在加抗侧滑力的条件下，参加测试的6只唱针，针尖两侧磨损是对称的。

测试结果说明，即使是钻石针，也会有磨损。不加抗侧滑力，磨损后左右声道会不平衡。
最后编辑天藏 最后编辑于 2014-04-06 14:11:36
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
3#
t T
发表于 2014-04-07 16:00 |显示全部

原文链接： http://219.133.37.194/download/kogen_skatingforce.PDF

文章中还提到一项测试，就是把黑胶喷上水，发现侧滑力显著下降。


不禁想起以前在广州淘街有见卖黑胶的商家用个小的雾化喷壶对着正在播放的黑胶唱片喷水，问其为何？说是喷上更好听。当时嗤之以鼻，现在想来其实是有道理的。


往黑胶上喷水，一来可以除静电，二来可以显著降低侧滑力。这对于没有抗侧滑力装置的老唱臂来说，既起到提高循迹能力的作用，又可以保护黑胶不被过高的针压划伤，只是收拾起来比较麻烦。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
4#
t T
发表于 2014-04-11 22:46 |显示全部

五花八门的抗侧滑力机构：



类型一： 用弹簧。这种方式现在用得最多。美观方便是其优点。缺点：抗侧滑力从外圈到内圈是由小变大，这与实际侧滑力的变化刚好相反。由于侧滑力从外到内圈变化幅度不大，所以行业内认为加载一个常力作为抗侧滑力也是可以接受的。这种方式用根渔丝绕在臂的转轴上拉住弹簧，弹簧的另一端也是用根渔丝绕在抗侧滑力设置旋钮上，通过旋钮拉紧弹簧来设置想要的抗侧滑力。针压是多少克，就在旋钮上设置多少克。由于臂轴的直径在5～6mm左右，所以唱臂从唱片的外圈运行到内圈，弹簧拉伸幅度不大，可以认为这个抗侧滑力是一个常力。这种方式的设计理念基本是：“怎么省事就怎么来，差不多就行了。



类型二：侧滑锤。这种方式我认为是最经典可靠的。抗侧滑力可以设置成从外圈到内圈由大变小，基本保持与侧滑力变化一致，误差也可以做到最小。而且可靠性高，不存在老化的问题。缺点：用户必须先搞明白不同针压，不同针尖对抗侧滑力的要求。



类型三、与类型二相似的原理。



类型四：也是用弹簧，但设计很严谨。看到图中椭圆形红点和园形蓝点了吗？它们分别代表椭圆形针尖和园形针尖。这只臂是MICRO SEIKI 505唱臂，它的抗侧滑力设置可以让用户选择针尖类型，而且能保证加载的是一个不变的常力。设置也很简单，你调针压的时候，抗侧滑力就自动设好了。比类型一要严谨多了。



类型五：靠渔丝的扭力。这种方式的抗侧滑力从外圈到内圈也是由小变大，这与实际侧滑力的变化刚好相反。没有刻度指引，设置抗侧滑力时一定要参考厂家的说明书，扭几圈是几克的力只有厂家知道。



类型六：用磁铁吸力。这种方式现在应该没人用了，磁铁会老化，弹簧也会老化。但这种方式抗侧滑力的变化却是正确的。
最后编辑天藏 最后编辑于 2014-04-12 00:01:25
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
5#
t T
发表于 2014-04-13 13:39 |显示全部

对黑胶摩擦力的推测


Kogan在他文中提到，他文中图6到图9的测试数据都是基于Shure SME 3009唱臂完成的， 超距为0.6英寸。根据图片资料和文章发表的年代推断，应该是一只SME 3009 S2 (early) 唱臂：有效臂长=228.6，超距=15.14， 补偿角θ =22，轴间距=213.46。


侧滑力Fs，针尖与黑胶的摩擦力Ff, 唱臂的拉力（牵引力）Fg，这三者构成三角函数关系。见下图：










实际的循迹角，与唱臂的补偿角会有一定误差，唱臂外圈到内圈，9寸臂的误差在10%左右，12寸臂在5%左右。

如果我们有了循迹角和侧滑力参数，再依据kogan的测试数据就可以大致推算出不同条件下的针尖与黑胶之间的摩擦力大小。
我们以图8为例，













对于椭圆针尖的唱头，针压与侧滑力的大致关系如下：

针压(g)


侧滑力(g)


1.5


0.32


2


0.43


2.5


0.55


3


0.68






现在我们知道获取这些测试数据时，使用的唱臂循迹角







其中，D=15.14, L=228.6mm, R=95.25mm (3.75in), 代入公式得出：


θ = 21.22度，用三角函数可以计算出不同针压下的摩擦力Ff.
                 Ff = Fs/tanθ = Fs/0.3883


针压(g)


侧滑力Fs(g)


摩擦力Ff (g)


1.5


0.32


0.82


2


0.43


1.11


2.5


0.55


1.42


3


0.68


1.75


SME3009唱臂针压与摩擦力的关系，循迹角21.22度






不同的唱臂，会有不同的补偿角。有了针压与摩擦力的关系数据，再加上补偿角参数，我们很容易大致推算出各种唱臂的侧滑力数据。


以SME 3012R唱臂为例:
              有效臂长=308.8 超距=13.20 补偿角θ=17.615 轴间距=295.6


依据三角函数可以得出下表：


Fs = Ff * tanθ = Ff * 0.3175




针压(g)


摩擦力Ff (g)


侧滑力Fs(g)


1.5


0.82


0.26


2


1.11


0.35


2.5


1.42


0.45


3


1.75


0.56


SME3012R唱臂针压与摩擦力的关系，补偿角17.615度






从数据可以看出，唱臂越长，补偿角就会越小。在相同针压下，12寸长臂产生的侧滑力比9寸臂要小20%～25%左右。


以上数据只针对支点臂，都是纸上谈兵，聊胜于无，仅供参考！
最后编辑天藏 最后编辑于 2014-04-16 15:30:19
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
6#
t T
发表于 2014-04-15 13:17 |显示全部

原帖由 六千博哉 于 2014-4-14 8:55:00 发表
不明觉厉，如果有具体调节检测的方法就好了.

目前俺的方法是用测试盘（光亚克力盘),唱针落在盘上，转动唱盘，唱臂不动就合格了，不知是否正确.


这种方法当然不靠谱。


最近比较忙，只能是见缝插针写点东西。希望最后能总结提炼出一套简单实用的抗侧滑力设置方法。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
7#
t T
发表于 2014-04-15 14:15 |显示全部

原帖由 Real 于 2014-4-15 14:09:00 发表
这种方法比什么也不做还是靠点谱，是吗？？？？


那是当然。玩黑胶如果搞得太复杂估计会吓退很多人。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
8#
t T
发表于 2014-04-16 10:25 |显示全部

原帖由 redsox 于 2014-4-16 1:59:00 发表
[quote] 原帖由 天藏 于 2014-4-13 13:39:00 发表
对黑胶摩擦力的推测


Kogan在他文中提到，他文中图6到图9的测试数据都是基于Shure SME 3009唱臂完成的， 超距为0.6英寸。根据图片资料和文章发表的年代推断，应该是一只SME 3009 S2 (early) 唱臂：有


这里也可以讨论交流的，极品有点乱哦。
我只是希望大家心平气和讨论交流，相互学习提高。我有错我会虚心学习，请提出您的高见！
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
9#
t T
发表于 2014-04-16 14:55 |显示全部

原帖由 redsox 于 2014-4-16 11:13:00 发表
其它不用看,看那里的全部的译文和评注就可。


你说的对，我在计算中引用补偿角这个说法有误，实际有循迹误差，我会对我的数据做出修正，非常感谢。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
10#
t T
发表于 2014-04-16 22:01 |显示全部

原帖由 redsox 于 2014-4-16 21:45:00 发表
看下图对照你的图。


[url=http://www.hiendlife.com/x1/forum.php?mod=viewthread&tid=18973&extra=page%3D1&page=36]http://www.hiendlife.com/x1/forum.php?mod=viewthread&tid=18973&extra=page%


这条蓝线是我自己推测的，标题也是对摩擦力的推测。作者在椭圆针尖的那张图中并没有14.3cm/sec peak的测试曲线。但从他图中可以看出，调制速度的变化在椭圆针尖的情况下，对侧滑力的影响不如圆形针尖大，可以说影响小得多，我在最大调制速度和调制速度为零的两条曲线之间取一条中间值作为推测依据有问题吗？
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
11#
t T
发表于 2014-04-17 17:07 |显示全部

唱头不同针型的摩擦力变化


Kogan的测试数据反映出椭圆针尖与圆形针尖的侧滑力有很大区别，椭圆针尖的唱头侧滑力比圆形针尖的唱头大，前者大约是后者的1.6倍。这主要是由于不同针型与黑胶唱片坑纹的两壁接触面不一样大造成的。看下面的图，







由于接触面积大，所以摩擦力也大，这个应该不难理解。
所以设置抗侧滑力时，除了要考虑针压外，还要考虑所用针型。现在大多数唱臂的抗侧滑力设置装置是没有区分针型的。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
12#
t T
发表于 2014-04-20 21:57 |显示全部

原帖由 what? 于 2014-4-20 2:53:00 发表
“测试结果说明，有抗侧滑力的唱针循迹能力要比无抗侧滑力的唱针强20%～25%。作者在文中提到，在无抗侧滑力的情况下，有一种办法可以增加唱针的循迹能力，那就是增加针压。与有抗侧滑力的唱针相比，要达到同样的循迹能力，针压要增加1～1.5g.”

有抗侧滑力的唱针循迹能力要比无抗侧滑力的唱针


就你说的这种情况，造成跳轨的原因只能是抗侧滑力过大。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
13#
t T
发表于 2014-04-20 21:58 |显示全部

回复 38# what? 的帖子

请仔细研究一下他这个特殊唱头的结构就应该明白了。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
14#
t T
发表于 2014-04-20 22:06 |显示全部

原帖由 ADWS 于 2014-4-20 16:03:00 发表
LINN 12配SME3009臂声音如何？印象中LINN 12一般配自家唱臂。


这个要问“wayned”， 他应该知道。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
15#
t T
发表于 2014-04-20 22:17 |显示全部

原帖由 consequence 于 2014-4-20 18:35:00 发表
天藏介绍的这篇在极品论坛被全部翻译成中文，我感觉该文章理论和实验都非常严谨，多谢天藏提供这么好的资料给大家分享。


ROCK版主客气了。大家为了一个共同爱好才有缘聚到一起，分享心得本是一件开心的事情。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
16#
t T
发表于 2014-04-20 22:26 |显示全部

根据前面推导出的不同针压条件下黑胶与椭圆型针尖的摩擦力大小，我套用Kogan公式计算出的几种唱臂的侧滑力变化曲线图。
www.jasmineaudio.net
TOP
天藏
头像

天藏

  • 论坛博士后
  • 19720110
  • 1354
  • 2280
  • 2004-01-04
17#
t T
发表于 2014-04-21 11:27 |显示全部

回复 49# redsox 的帖子

是，国外合作方帮写的。
www.jasmineaudio.net
TOP
上一主题| 下一主题
返回列表
发新话题 回复该主题
高级编辑器高级编辑器