工程聲學/留聲機聲音再現

留聲機聲音再現

本文內容旨在對留聲機聲音再現進行機電分析。有關留聲機技術的通用歷史和概述，請參閱維基百科中關於 留聲機 和 磁性拾音器 的條目。

簡化留聲機模型用於留聲機 (磁性) 拾音器

留聲機聲音再現的基本原理是，一個小型金剛石針跟隨刻在唱片表面的凹槽。由此產生的針速與電磁線圈換能器的某個元件機械耦合，從而產生電流。

存在兩種主要的拾音器設計變體。動磁 (MM) 設計將一塊永久磁鐵與針耦合，導致磁鐵在電磁線圈螺線管附近移動。動圈 (MC) 拾音器將電磁線圈與針耦合，導致線圈在一個固定永久磁場中移動。在這兩種拾音器設計中，磁通場的相對運動會在電磁線圈中感應出電流。

圖 1 展示了使用簡化的 MM 拾音器示意圖進行此過程。在此配置中，磁鐵的位置改變了周圍 鐵磁性 換能器芯的磁疇。類似地，磁鐵的速度會引起換能器芯 磁通量 的變化，根據 電磁感應 原理，會在電磁線圈中產生電流。

圖 1：簡化 (MM) 留聲機拾音器示意圖的俯檢視。

留聲機拾音器的機電類比

圖 2 給出了圖 1 中所示的簡化 MM 拾音器的電氣模擬模型。該系統的電路表示是根據 機械聲學系統的遷移率類比 獲得的。該模型包含以下假設

• 運動僅限於水平面。
• 根據小角度假設，角速度與線速度成正比。
• 唱針懸臂和唱臂完全剛性，僅起機械變壓器的作用。
• 所有柔順和阻尼元件都由理想的線性化元件表示。
• MM 換能器元件由一個具有總係數 μBl 的理想變壓器表示。

圖 2：MM 留聲機系統的機械遷移率電路類比。

可以透過計算復輸入阻抗 $Z_{o}$ 來估計留聲機系統的頻率響應。透過忽略唱針質量 M_s 和電氣系統的影響，可以更容易地獲得 $Z_{o}$ 的解析表示式。這些假設與系統的低頻近似一致，如圖 2 所示。得到的系統輸入阻抗由 Z_o 的方程給出。

圖 3：MM 留聲機系統的簡化低頻電路類比。

${\begin{matrix}{\hat {Z}}_{o}=&\left[{\frac {R_{p}L_{t}^{2}R_{t}+\omega ^{2}R_{p}(M_{c}+L_{t}^{2}M_{t})^{2}+{\frac {R_{t}}{w^{2}C_{p}^{2}}}}{\left(R_{p}L_{t}^{2}R_{t}+{\frac {M_{c}+L_{t}^{2}M_{t}}{C_{p}}}\right)^{2}+\left(\omega (M_{c}+L_{t}^{2}M_{t})R_{p}-{\frac {L_{t}^{2}R_{t}}{\omega C_{p}}}\right)^{2}}}\right]\\&\\&+j\left[{\frac {\omega (M_{c}+L_{t}^{2}M_{t})\left({\frac {M_{c}+L_{t}^{2}M_{t}}{C_{p}}}-R_{p}^{2}\right)-{\frac {1}{\omega C_{p}}}\left({\frac {M_{c}+L_{t}^{2}M_{t}}{C_{p}}}-L_{t}^{4}R_{t}^{2}\right)}{\left(R_{p}L_{t}^{2}R_{t}+{\frac {M_{c}+L_{t}^{2}M_{t}}{C_{p}}}\right)^{2}+\left(\omega (M_{c}+L_{t}^{2}M_{t})R_{p}-{\frac {L_{t}^{2}R_{t}}{\omega C_{p}}}\right)^{2}}}\right]\end{matrix}}$

參考文獻

應用集中元件系統分析的技術是開發唱頭時的標準方法。除了顯示的低頻分析外，還可以進行簡化的高頻分析，其中唱針質量和黑膠唱片表面順應性的特性主導了響應。有趣的是，唱頭響應的低頻極端效能不佳會對高頻響應能力產生重大且不利的影響。有關此主題的進一步閱讀，請參閱以下相關參考材料列表。

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參考文獻

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