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黑胶唱片与发声原理

(2017-09-26 14:54:20)
分类: 老胡说音响

俺也一直觉得惊奇,一个多世纪以前发明的黑胶录音方式居然可以战胜现代化的数字音频,所以还是从原理开始,看看LP到底隐藏了一些什么秘密。

LP复兴是一个全球性的趋势,国内音乐发烧友对LP的重新认识以至追捧也深受这股潮流的影响。外国音乐爱好者对LP的热情从未中断过,近年来,不少国内外的音响杂志开始赞赏LP之美,一些大型音响展也专门展销LP,这激发了国内玩家的好奇心,也渐渐切身感受到LP的魅力。

黑胶唱片与发声原理
与国外相比,中国民众事实上并未经历过LP大规模普及的阶段,对LP独特的音乐质感的感受缺乏基础,这造成LP在国内一度断层。

这主要源自上世纪80年代以前,温饱问题尚不能解决,人们没有能力花大钱购买好设备,然而,没有好的唱机和音响设备,黑胶就无法展现它的美。并且,国人接触LP的时间太短,不懂得讲究一些关键细节,如冲洗唱片没有专用清洁剂,而直接用自来水冲洗,给LP带来很多静电,听起来就会有杂音,就不能感受它的音乐之美。

因此,对于国内年轻族群而言,接触黑胶唱机的概率相对较小,现将黑胶做一系列简单说明,让大家对黑胶有一个相对清晰的认识也更能够体验把玩黑胶的乐趣。

先介绍什么是黑胶唱片以及黑胶的发声原理。

什么是黑胶唱片

早期的唱片常以虫胶为主要原料,因质脆易裂,现已改用氯乙烯-乙酸乙烯共聚树脂为主要成分,质地硬中带韧,物理性能经久不变,唱片电声技术指标也得到提高。

黑胶唱片通常有334578 R.P.M.(转/分)三种标称转速,外径也有175250300mm三种尺寸,不同的转速和尺寸各有其不同的用途。所谓 R.P.M.,即 Round Per Minute,指黑胶唱片每分钟的转动次数,分为 33.33 转、45 转、78 转。转速越快,代表在同一分钟里能够括取更多音频,理论上音色更细致、动态更大。但转速越快,也代表越快转完,容量相对变小。黑胶唱片与发声原理

178转唱片

在唱片发展的初期,唱头的制作和唱片刻纹技术还不是很发达,只有以提高转速增长音轨来保证唱片的频率响应,黑胶唱片转速定为每分钟78转,这是当时一个标准,因此英文叫做Standard-Playing,缩写为“SP”。由于78转的高转速,可录音时间非常有限,78转的SP唱片每面只能记录5分钟左右的音频信息,一首约30分钟的贝多芬《命运》交响曲,灌录78转的SP唱片需要6-8张。

黑胶唱片与发声原理

78转唱片

233 1/3转唱片

1948年开始,333分之1转速的唱片正式投放市场,单面记录时间比78转唱片提高了好几倍,记录时间已可容纳30分钟左右,所以将唱片制造商给333分之1转的唱片取名“Long-Playing”,它的缩写也就是我们常说的“LP”333分之1转的唱片在整个黑胶唱片的发展历程中持续的时间最长,发行的数量最大,声音品质也最好,应该说333分之1转的唱片是黑胶唱片的发展的顶峰。

黑胶唱片与发声原理

33转唱片

 

345转唱片

45转的唱片通常用于灌录流行歌曲,每面一曲。当然也有少数录有古典小品的45转唱片。唱片制造商给45转唱片定义为 “Extended Playing”,缩写为“EP”。这个延长的概念是相对78转而言的,确认是否EP唱片有两个特征可寻:一是EP唱片的直径是7英寸(约175毫米),二是唱片的中心孔径为1.5英寸(约38毫米)。

黑胶唱片与发声原理

45转唱片

416 2/3转唱片

162/3转的唱片问世,目的是希望在12寸的唱片上录制更多音乐。但由于转速太慢,音频信号记录密度很低,它的频率响应、动态范围、信噪比等指标均很不理想,虽然一度被用在语言教学中,最终还是很快被淘汰。

黑胶唱片与发声原理

16 2/3转唱片

80年代起,数码录音技术的迅速发展,对传统的模拟唱片是一个无情的挑战,尤其是90年代SACD的出现,使得数码系统在频宽、动态和静噪方面都有了很大的提高,大有超越模拟系统之势。为了与SACD数码唱片抗衡,黑胶唱片制造商在不断提高刻纹技术的同时,把33.3的转速提高到45转,请注意,这时的45转唱片的定义已不是过去的“EP”,而是LP的极至规格,它的尺寸与33.3唱片完全相同,唱片轴孔径也与33.3唱片一样,唯一不同之处就是转速,唱片转速的提高与开盘录音机提高带速有着相同的目的,就是提高单位时间内记录密度,从而获得更高的声音品质,通过实际比较聆听,45转的黑胶唱片的确在频宽、动态和静噪各方面提高到空前的水准。

近几年黑胶唱片厂家推出的复刻唱片,一张内容完全相同的唱片同时发行333分之1转和45转两个版本,不同的是45转版由4张唱片组成,每张唱片只录一面,反面是光板,据厂家说这样可保证有唱纹的一面平整性。尽管此举有商业行为之嫌,但音质的确有很大的提高,每当听了45转版后,总觉得33.3转的唱片似乎有点营养不良之感。

 黑胶唱片发声原理 

黑胶唱片,属于纯物理发声,发声时主要依靠唱针磨擦唱片的片纹:唱片片纹在唱片内成45度,一边左一边右,唱针就磨擦这些片纹而发声。因此,夜静时,留心细听唱针行走,你就会听到片纹摩擦丝丝沙沙的细声。发声的同时,唱针亦同时引起振动,唱针的这些振动,引发唱头内的线圈产生微小的交流信号,唱头放大器就负责把这些微小信号放大再交入前后级推动喇叭,而所有唱盘的电源供应,都只是供应唱盘的马达行走转盘,唱头绝不用电,甚至可以理解为唱头是因片纹振动的发电装置。 

黑胶唱片与发声原理

黑胶唱片与发声原理

唱头

磁电转换的方式有几种,如动磁式、动铁式、动圈式、压电晶体式等等。其中动磁式(MM)、动铁式(MI)、动圈式(MC)最具代表性。黑胶唱头也据此主要分为三大类,即动磁(MM)、动铁(MI)以及动圈(MC)。

黑胶唱片与发声原理

动磁式的唱头MMMoving-MaganeticCartridge);动铁式唱头MIMoving-IronCartridge

则是由固定磁铁与线圈组成,以针杆带动铁芯从而改变磁力线的分布量,借此输出电平信号;这种唱头以美国的GRADO为主要生产代表厂商,其生产的MI唱头占据了大部分的市场份额。

这里主要说说动圈式唱头MCMoving-CoilCartridge

是在针杆的后方绕上又小又薄的线圈,通过针杆的振动带动线圈振动并由此产生输出。丹麦的Ortofon公司的动圈式唱头为代表之作。

通常,动圈式唱头里所绕的线圈数越少,输出就越低;线圈绕得越多,输出也就越高。一般而言,动圈式唱头的输出电压在0.2-0.5mV之间,这是典型的低输出。还有一种动圈式唱头,其输出大约都在0.1mV以下,属于偏低输出型,是比较少见的一种唱头。此外,有些动圈式唱头的输出可高达2-5mV,这就是高输出型的动圈式唱头。低输出型的动圈式唱头由于功率较低,需要通过添加升压器或者动圈唱头放大器来提高输出。

升压器或者动圈唱头放大器的放大倍数是由动圈唱头的输出电压决定的。如果输出为0.2-0.5mV,则大约需要1020倍的放大;如果输出在0.1mV以下,则放大倍数应为3050倍(大家可不要以为放大倍数越大越好,其实只要放大到合适的倍数就可以了。相反,过大的放大倍数会带来电源干扰与杂音等问题)。高输出型的动圈式唱头则与动磁式唱头一样,不需要另外添加一级放大。低输出型的动圈唱头由于须增加升压器,售价自然比高输出型的贵,但其因为所绕线圈数量较少,循轨能力比高输出型的唱头优胜许多。

 

动圈式唱头由于所绕的线圈数少,电感的影响也就小,同时阻抗也较低,所以与后一级在阻抗上是否匹配就显得极为重要。一般的低输出型动圈式唱头的阻抗大约在10Ω之间。如果其下一级连接的是升压器,则升压器的输入阻抗最好要接近唱头的阻抗值,即最好在10Ω之间而不要超过这个取值范围。而假设下一级连接的是唱头放大器,则一般阻抗最好为100Ω左右。

唱片上的片纹,基于物理特性,高音的片纹要求很细很浅,相反低音要求片纹又粗又深,所以当五十年代开始发展立体声密纹唱片时(LP---Long Playing意思是长时间播唱,即密纹唱片),为了平衡粗纹和细纹的差距及加密片纹,于是便把高音提升并降低低音电平,提升高音和降低音后,片纹的高低音、粗细就相差不大,可录入长时间片纹,到回放时,用提升低音电平降低高音电平的曲线放大器,便能重现原来片纹的声音。

这种提升又下降的曲线,早年各大唱片公司并不统一,多达十几种,常见的亦有数种,后来在五六十年代,陆续统一成常用的一种,就是RIAARecording Industry Association of America美国录音工业协会),故唱头放大器又叫均衡放大器或RIAA放大器,因为这种放大器包含RIAA曲线均衡。

黑胶唱片与发声原理

RIAA均衡曲线,依靠这种加权的方式,可以较好解决了低频信号过强,而高频偏弱的问题,在声音校正还原后,许多细节都能清晰再现。

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