2010年6月14日 星期一

Anti-skate 抗滑實例之一 計算式


上個月y拍進的"石磨仔"唱盤,日文說明書要使用者在調好針壓之後,作IFC調整。


按照日文發音IFC是=Inner Force Canceler。


英文好像沒有canceler這樣的字,應該是指device for cancellation吧?


這是相當1975年用過的Philips GA212唱盤說的 Side thrust compensation, 1980年代Dual CS606唱盤說的Anti-skating setting。兩者應用彈簧張力,選擇針頭形狀是conical stylus 或 elliptical stylus 切換之後再調整Anti-skating的大小,是相當粗糙,聊勝於無的作法。


Anti-skating本來就是爭議性很高的題目.


1970年代 美國AR 唱盤是沒有Anti-skating的。


即使一樣是重錘方式,命名還是各唱各的調,像是:


Technics SL-1200 唱盤 稱它 Anti-skating adjustment or bias compensation


Thorens 295唱盤稱它 Skating force compensation


Pro-Ject唱盤稱它 Anti-skating weight.


只有這個"石磨仔"稱它Inner Force Canceler,我倒認為比較合理。


本來正常唱放時,唱頭是不會像溜冰skate一樣,滑進到唱片內側的,那又何來anti-skating?


除非針壓下得非常非常低,不能聽了,或者有人拿光滑沒有溝槽的塑膠片、玻璃片來調整才會滑動,這是異常情形,如何當準,據予命名?


機械力學跟電氣電路 analog 對照,Force相當於 voltage。voltage提供potential energy勢位而已。


真正發生運動的是速度velocity相當於 current,是受到負載環路系統影響的結果。並不是說,有force就一定有感覺得到的velocity,造成運動skating。


http://tw.myblog.yahoo.com/stein-hsu/article?mid=1745&prev=1750&next=1742&l=f&fid=12





 


說明書上的圖,移動的唱臂部分,我把它塗成黃色。


重錘weight以電子秤量得 W= 1.8 gram(精度 0.1 g 約5%)。重力 1.8 g 透過尼龍線string, 跨過滑輪pulley之後,套 掛在唱 "臂" 延伸出來的 "小指頭" 上的刻槽,把唱臂向外側拉扯。


"小指頭" 是插在唱臂轉體上,跟唱臂一體轉動的。


上頭的刻槽由裡到外,分別是針壓 1.0 , 1.25,  1.5,  1.75,  2.0 , 2.25 到 2.5 gram之用。比起Thorens只有短短粗糙的3段刻槽,是有數倍以上精細的設計。


底下的照片是掛在1.5 g針壓適用的溝槽。


 


 




拉力有效的力臂長度是唱臂支點pivot到套掛刻槽之間的水平距離,稱它為 L mm。


L長度 以卡尺量到約 15 mm (1 g) 最短,40 mm(2.5 g) 最長。因為量測點pivot跟刻槽不在水平面上,可能有 1 mm 誤差。以40 mm(2.5 g)位置, 最好的精度 是 1 mm/40 mm = 2.5%。


拉力 1.8 gram當 L線 跟 拉力尼龍絲線垂直的時候最有效、最大。


這種情形只有唱臂移動到某個位置才會發生。其餘位置都不垂直的。也就是有效拉力要打折扣的。


成垂直時候,唱針位置 1.5 g 大約在 唱片半徑100 mm 。
我估計其他位置60 mm 到 140 mm之間,最多打5%折扣。




如果按照下表所示,量得的 L= 15/23/27/40 mm 對針壓設定值 1.0/1.5/1.75/2.5 gram來說,施加的力距 torque 是: 1.8 gram 乘上 L mm  or 得到力距是:


27/41.4/48.6/72 gram-mm


轉換到距離支點 pivot有效長度 effective length 262 mm ,相除之後 則為:


0.103/0.158/0.185/0.275 gram



 


 


支點臂的唱臂線(下圖支點P到唱針A的連線)跟唱片螺紋溝槽圓圈的切線(圖中F力線的方向,它跟唱針A點劃到轉盤軸心d點的連線是垂直的)會有一個角度,叫做lateral tracking angle 簡稱 tracking angle 或 叫做  theta 角。


下圖裡 F 表示唱針跟溝槽相對運動磨擦產生的拉力。


F力一分為二,F*Cosine -theta對向支點P抵銷,Fi=F*Sine-theta將唱臂向唱片內側拉.


這個 Fi 就是它想要抵銷 cancel的 inner Force。





 


tracking angle  是支點臂的宿命。


基本上 有效臂長度  l or L 越長,theta角度越小。


它的變化參數可以簡化為 兩個參數:


r/L or R/L (唱針到轉軸半徑 r or R 跟唱臂有效長度 l or  L 的比值)跟 超距 overhang  d/L  or D/L (圖上的d or 曲線表裡的 D/L )


通用的 tracking angle的曲線圖如下兩張,50年前就有高人推算出來了。



這兩張圖其實是一樣的。取樣範圍差別而已



 


具體的應用如我作的 900 mm 長臂, 選擇適當的超距 overhang=4.5 mm,在r= 50-150 mm之間,算計之後畫出一條V-U形的黑線,tracking angle theta由 6.75 度下降到最低 5.75度,再上到6.46度。


要是我把唱頭向外側偏離唱臂線一個角度,頭朝內、尾朝外擺,叫 偏頭角 off-set angle, 例如 圖示的 6 度,可以有 A, B兩點 RA= 65 mm, RB=123 mm, 角度偏差 error angle 是零度,而內側error angle = 0.18度,外側error angle = 0.47 度,其間的正負誤差塗了黃色。AB兩點之間 error angle在r=90 mm時最大,約是 0.27度。


 



 


Error angle引起的distortion跟r成反比,因此刻意把最內側 跟 最外側的error angle 落在同一條綠色斜線上,等同斜率 or tan角。





 


 


回頭看一下,這石磨唱臂的off-set angle = 20度, error angle = 負-1~正+2 度,表示tracking


angle theta 在 19度跟22度之間變化。


平均值約20.5度。


Sine-20.5度= 0.35,因此


Fi (inner force)= 0.35*F(摩擦力).


在針壓W之下,摩擦力F是多少?


簡化的說,按照物理 F=W*摩擦係數 Coefficient of Friction (CF)


細究起來,唱針跟溝槽接觸不是在槽底的單一點,而是分開到左右兩邊V形面,平均的話,垂直於V形槽面


的是0.5*0.7*W, 如下圖的分析。







不平均的話,加起來一樣是 2*0.5*0.7*W= 0.7W.


意即:


F = 0.7W * CF


如果把 0.7CF簡化為另一個 "表象摩擦係數" ACF(Apparent Coefficient of Friction)


F = W*ACF


 


 


F (摩擦力) = W(針壓)*ACF(表象摩擦係數)


當針壓 W= 1/1.5/1.75/2.5 gram 時


之前計算得到 希望 抵銷的 = 0.103/0.158/0.185/0.275 gram 理應跟


Fi (inner force)= 0.35*F(摩擦力) = 0.35 * W*AFC  相等


例如 W=1 gram時  0.103 gram= 0.35*1*AFC, 故AFC=0.103/0.35*1= 0.29


例如 W=1 .5 gram時  0.158 gram= 0.35*1.5*AFC, 故AFC=0.158/0.35*1.5= 0.30


例如 W=175 gram時  0.185 gram= 0.35*1.75*AFC, 故AFC=0.185/0.35*1.75= 0.30


例如 W=2.5 gram時  0.275 gram= 0.35*2.5*AFC, 故AFC=0.275/0.35*2.5= 0.31


結論:


AFC(表象摩擦係數)可望在 0.3,實際FC是 0.3*0.7= 0.21


 



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