衰減式唱放電路實驗

hsiehwm

Decca FFSS 播放器做修改,假设的"刻片曲线"低频衰减起始频率从15Hz移高到18Hz (8840us)
同样的,2180us的零点使播放补偿曲线在50Hz对齐 RIAA 播放曲线,
得到的新的播放曲线:

Laplace=((1+2120e-6*s)*(1+318e-6*s))/((1+3550e-6*s)*(1+1970e-6*s)*(1+75e- 6*s))

和原来的播放曲线差距虽然不大,但是可以明确的反应在零件值上,

比较的目标仍然是那张在英国 Canterbury 教堂录制的 Vaughan Williams G minor Mass,
但是听的是 B 面的 Benjamin Britten 的 A Ceremony of Carols,
只有竖琴和人声,教堂的回响取得平衡是关键.

hsiehwm

根据资料,在前RIAA时期,Capitol 唱片使用的是和 AES (400N-12) 很接近的 400N-12.7,
但是也有人认为 AES 是 400N-12.3,为了方便,可以都用 398us/63.7us (400n-12.3)来代替,

两个时间常数的旧格式唱片,播放器的困难是,和1kHz-0dB比较,低频必须提升超过20dB,
如果是衰减式的唱头放大器,放大单元必须有足够的放大倍数来应付这样的衰减量,
新的唱片格式,有三个时间常数,降低了播放器低频需要的提升量,例如 Columbia LP 不超过14dB,
RIAA不超过20dB,简化了播放器设计,

Capitol 唱片后来也改采用新的唱片格式,但是"据说" Capitol 唱片不是完全采用RIAA格式,
而是在原来的 398us/63.7us 之上增加新的低频时间常数 3180us,根据前面的实验推测,
产生 3180us 这个时间常数的方式,至少有两个情况:

第一个是像后来的 RIAA 唱片准确修正的曲线,所以像标准的RIAA一样可以直接根据 3180us/398us/63.7us
产生一个"二阶"的播放器,

或者,是像 Decca FFSS 是"有误差"的曲线,可以用 Decca FFSS 的方式产生一个近似的"三阶"播放器:

Laplace=((1+2120e-6*s)*(1+398e-6*s))/((1+3550e-6*s)*(1+1970e-6*s)*(1+63.7e -6*s))

比较两个播放器,播放的唱片

Jackie Gleason Plays Romantic Jazz W-568 1959

Jumpin' With Jonah T-1039 1958

Latin Ala Lee! T.1290 1960

结果,很明显的,三阶播放器声音自然合理,比较像是合格的录音室录制的音乐,二阶播放器多了一些粗糙.

hsiehwm

调整 DG 唱片播放,我的目标放在卡拉扬和柏林爱乐合作的维瓦第四季(2530 296)
希望低音声部的线条能和中高音声部一样清晰,可惜"标准"RIAA播出来的声音,
中高音很明亮,低音却蓬松模糊,前面的实验我用的DG播放曲线:

2720us/318us/75us

减弱了100Hz到500Hz的频率响应(100Hz到500Hz的斜率比较平缓),
但是连带降低了100Hz以下的频率响应,使低音损失过多,为了拉回低音,
试着用"刻片曲线"找一组时间常数,能在100Hz到500Hz符合 2720us/318us/75us 曲线,
意外的得到一个简单的时间常数 5300us (30Hz),另一个时间常数 2400us,
使曲线在50Hz回到0dB(和RIAA重叠),就这样得到一个新的 DG 播放器:

Laplace=((1+2420e-6*s)*(1+318e-6*s))/((1+4600e-6*s)*(1+1940e-6*s)*(1+75e- 6*s))

AMR PH-77 对Decca FFSS 和 DG 用同一个播放曲线,有人对PH-77实测,
它的 FFSS 曲线在200Hz升高了将近 1dB, 却在10kHz下降了2dB,
我的DG 播放器,自己虽然不是完全满意,至少和 AMR PH-77比起来,却合理多了,
因为它仍符合RIAA的规范,在合理的误差范围内,因为DG也是遵照RIAA录制唱片.

hsiehwm

把图片上 PH-77 FFSS 曲线转换成近似的转移函数,

Tcoup_ffss=15900e-6;
T1_ffss=2760e-6;
T2_ffss=300e-6;
T3_ffss=102e-6;

ffss(i)=((1+s(i)*T2_ffss))/((1+s(i)*T1_ffss)*(1+s(i)*T3_ffss))*(s(i)*Tcoup_ffss/ (1+s(i)*Tcoup_ffss))

仍然是以 RIAA:3180us/318us/75us 当基准,只看相对差值,

可以认为这曲线近似于前面提过的 NARTB:2720us/318us/100us
也就是早先我用来播 DG 唱片的曲线,差别在于它在 100Hz 提升 0.4dB,
10kHz 下降了 0.25dB,另外,它把低频截止频率提高到 10Hz(15900us),
从图片上可以看出它的 FFSS 曲线低频滑落是早于他的 RIAA 曲线.

所以我推估,用这曲线播放 DG 唱片会比用 RIAA 好些,只是可能会觉得低音少了些,高音暗了些.

hsiehwm

想要照 PH-77 FFSS 曲线做一个播放板,发现前面对曲线的理解有错误,
它的 FFSS 曲线低频的滑落并没有特别提高,而只是它放大单元的低频截止点,
相当于两级 0.4uF/47kohm 输出耦合造成的低频滑落 :
(0.4u * 47k = 18800us)
对应的转移函数:

PH-77 FFSS :
Laplace=((1+300e-6*s))/((1+2800e-6*s)*(1+102e-6*s))*(19200e-6*s/(1+19200e-6* s))^2

我的放大单元输出耦合电容用的大,在不改放大单元电路的情况下,只能得到一个近似的曲线,
100Hz以下差异比较大:

PH-77 FFSS player :
Laplace=((1+3500e-6*s)*(1+300e-6*s))/((1+3510e-6*s)*(1+2800e-6*s)*(1+102e- 6*s))*(0.22*s/(1+0.22*s))^2

照着曲线调了一个播放板,播的仍是那张卡拉扬/维瓦第四季,前面对PH-77 FFSS声音的推测全不准,
它的低音绝对不弱,因为相对于1kHz,它的低频提升比 RIAA 还高一些,高音也不暗,而是主奏乐器被向前突显,
初听,这个播放板比较好听,因为主要旋律被突显,和原来的播放板比较才听出问题,次要声部的声音被掩盖,
还是老问题,整体声音的平衡不好(是指我仿造的播放板),不是我想要的声音,

虽然如此,它曲线里的时间常数 2800us给了想法,我的播放器里的 2720us可以再加大,
回到"刻片曲线"的方法,低频起始衰减在 6360us(25Hz),转换成播放曲线,
500Hz以下的滑落相当于曲线 2840us/318us/75us (2840us/56Hz)
从曲线得到的播放器函数:

Laplace=((1+2470e-6*s)*(1+318e-6*s))/((1+4110e-6*s)*(1+2085e-6*s)*(1+75e- 6*s))

虽然绕了一大圈,但是结果是值得的,又向心中理想的声音靠近了一些.

vendetta

为何不直接用RIAA3180,318,75?其他标准都是立体声前产物.
卡拉扬这纳粹虽DG录音较差,但柏林爱乐要比英美强太多了.

hsiehwm

PH-77 的 Enhanced RIAA 原本以为只是标准RIAA (3180us/318us/75us) 再加上 50kHz (3.18us) 的零点,
看了曲线图才知完全不是,低频端用两级时间常数 19200us 的输出耦合代表,高频端是 3.18us 的零点,
其余的是一个三阶的曲线, (302us/80us) 使得 1kHz 以上曲线比RIAA低,1kHz 以下比RIAA高,
低频多一组 零点/极点,使得50Hz以下再多一些提升(比它自己的 FFSS 曲线多一些),

E_RIAA transfer function :

Laplace=((1+2020e-6*s)*(1+302e-6*s)*(1+3.18e-6*s))/((1+3820e-6*s)*(1+1960e -6*s)*(1+80e-6*s))*(19200e-6*s/(1+19200e-6*s))^2

而它的 RIAA 曲线, 1kHz 以上滑落没有 Enhanced RIAA 那么大,但是 1kHz 以下和 Enhanced RIAA 相同,
应该也是一个三阶曲线.

描它的Enhanced RIAA曲线,不是要仿造它的播放器,而是想起自己前一段时间的实验,当时还没能掌握转移函数和实际零件值的关系,
胡乱试了许多四组 R/C 的播放器,后来有了比较准确的方法,那些播放器都因播放效果不佳而拆除了,
唯一保留了一个播放器,因为它播放 Mercury / Dinah Washington :the swingin' miss D (MG 36104) 好听,
根据零件值反推转移函数,把曲线放进来和 PH-77 的 Enhanced RIAA 比较, 扣除它的50kHz (3.18us) 的零点,
二者竟有些相似,高频极点同样选在 80us附近,500Hz到100Hz,它的持续提升,我的维持在0.2dB附近,
100Hz以下再多一段提升则约略相似.

My Mercury player :

Laplace=((1+385.4e-6*s)*(1+263.2e-6*s)*(1+4.83e-6*s))/((1+3285e-6*s)*(1 +327e-6*s)*(1+79e-6*s)*(1+4.8e-6*s))

hsiehwm

AES 标准播放曲线 (AES STANDERD PLAYBACK CURVE) 是由AES
(Audio Engineering Society)在1951年公布的播放标准(当然比RIAA标准早),

鉴于当时各家唱片公司的设备不一,AES不强制规范录音标准,
而只规范播放标准,各家唱片公司的录音只须在这个标准播放器上得到平衡的声音,

和后来的 Columbia LP 以及RIAA比较,AES仍然是两个时间常数的曲线,
从图一 (aes fig1.jpg),低频区衰减几乎是直线,隐含的意思它的第一个极点是 0Hz,

根据表一(aes table1.jpg),做一条近似的曲线 aes_ref0 :

Laplace=((1+398e-6*s))/((1+318000e-6*s)*(1+63e-6*s))

式子里用318000us(0.5Hz)来代替0Hz,
但是 AES标准里说到它选的参数是 400Hz(398us) 和2500Hz(63.6us)

AES 标准另外给了 RC衰减网路的零件值(aes fig2.jpg)
把两个曲线放在一起比较,(aes curve compare 1.png)

在低频区,RC衰减网路(aes_rc)仍然只是近似,但是就算只是近似,
和低频最大增益比较,1kHz衰减量仍超过20dB,衰减式唱放的放大倍率是固定的,
过大的衰减量使得放大倍数不足以及讯杂比劣化,

AES 标准对专业设备给了另一个等化网路,(aes fig3.jpg)
选择600欧姆阻抗,把高低频网路串起来,(aes playback network.png)

得到的曲线 (aes_600) 近似于以下曲线 (aes_ref1)(aes curve compare 2.png)

Laplace=((1+398e-6*s))/((1+4000e-6*s)*(1+63.7e-6*s))

它1kHz衰减量在20dB以内,所以才放心照着这个曲线做了一个播放器网路.

会做这个播放器,因为收到一张唱片"DIONNE WARWICK ARE YOU THERE"
法国唱片公司 disques vogue 出版,1966年 monoral (单音),
(20200918_102736.jpg)
用原有的播放器试都不对,才想着没试过的AES播放器,结果真的比较合适.

hsiehwm

F. Langford-Smith 写的一本书:
"Radio Designer's Handbook" (1957)
在 730页有一张图
Fig. 17.15. Recording characteristics used by most American record manufacturers
<Langford-Smith.png>

其中 curve 3 : R.C.A.把曲线描下,试着用"刻片曲线"来解释这曲线
<rca_rec_curve.png>

刻片系统的频率下限是70Hz(2270us)
回转频率(turnover frequencies)的时间常数是 318us 78us,
92us 和 90us 的小折曲,是尝试要符合曲线上的小起伏,
8us(20kH)的极点,代表刻片机的(高频)频宽,

以 RIAA当参考曲线(0dB),用差值来比较
<rca_play_curve.png>

RCA_Langford_Smith 是原始曲线,
RCA_play_curve 是根据"刻片曲线"得到的播放曲线,
中低频大致符合,但是10kHz上升斜率不足,表示刻片机高频滑落不是单极点,
但是估计这个差异对实际播放器影响不大,仍然以单极点代替,

RCA_player 是制作实际播放器的曲线

Laplace=((1+318e-6*s)*(1+36e-6*s)*(1+8e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+82e- 6*s)*(1+34e-6*s))

如同 AES 播放曲线, RCA 播放曲线也是两个时间常数的曲线,
低频要准确的依照曲线重播,在RC衰减式电路是无法做到的,
播放器低频极点 30Hz (5300us)是目前电路可以接受的最低频率.

这个播放器,除了播RCA Victor唱片,播10吋的华语老歌唱片也合适.

hsiehwm

先前做的 RCA 播放器,500Hz以下差距是比较大的,

RCA_LS:
Laplace=((1+318e-6*s)*(1+36e-6*s)*(1+8e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+82e- 6*s)*(1+34e-6*s))

比较好的近似曲线是这个
RCA_SMITH:
Laplace=((1+2680e-6*s)*(1+298e-6*s)*(1+8e-6*s))/((1+31800e-6*s)^2*(1+ 78e-6*s))

但是这个曲线单靠 RC 衰减做不到,

手中几个 1:1 的镍钢变压器,用来当 CD 缓冲时,低频磁路过早饱和,一直闲置着,
想把初级线圈当电感用,厂商说电感量 40Hy上下,自己用10k电阻加弦波信号分压估算是37Hy,

原来对着 RCA_LS 调整的衰减网路,加上这个37Hy的电感,500Hz以下得到提升的效果,
接近 RCA_SMITH,虽然不是很准确,

听感的差别很明显,不在低频的量增加,而是声音变"明亮",对播放老录音有些帮助.

hsiehwm

DECCA新播放器 lla_10156_12_ref

lla_10156_10_ref
Laplace=((1+3180e-6*s)*(1+960e-6*s)*(1+252e-6*s))/((1+10600e-6*s)*(1+1160e-6*s)*(1+760e-6*s)*(1+47.2e-6*s))

lla_10156_11_ref
Laplace=((1+2380e-6*s)*(1+270e-6*s)*(1+30e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+900e-6*s)*(1+50e-6*s)*(1+28.5e-6*s))

lla_10156_12_ref
Laplace=((1+2520e-6*s)*(1+298e-6*s)*(1+30e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+1020e-6*s)*(1+52e-6*s)*(1+28.5e-6*s))

hsiehwm

新做的 DECCA 播放器,加上低频提升电感

Laplace=((1+2520e-6*s)*(1+298e-6*s)*(1+30e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+1020e- 6*s)*(1+52e-6*s)*(1+28.5e-6*s))

也适合播放歌伦比亚唱片的爵士乐录音,
相较之下,原有的(318-100)歌伦比亚播放器,声音只是刚好而已,不如这个来得迷人.

弱信号

请教：RIAA对应的是3180us，318us，75us，请问FFRR和FFSS对应的各是多少？谢谢，

弱信号

楼主请查看站内消息，有问题向您学习，谢谢。

弱信号

主要是想正确还原图中FFSS曲线的唱片

hsiehwm

f.f.r.r.播放器的实验,一直是根据 lla_10156 这张曲线图,
只是之前认为 1kHz 以上的部分影响不大,所以大约是照着一般认定的 "London"曲线:
1590usec/318usec/50usec 设定参数,

这次认真考虑 1kHz 以上的曲线变化,重新设定我所谓的"刻片曲线"(record curve)时间参数,
得到相对应的播放曲线(play curve),和 lla_10156 曲线比较,
比较的基准线 (0dB) 是 "London"曲线: 1590usec/318usec/50usec,

这次的播放曲线,放弃 lla_10156 曲线 100Hz 到 600Hz 的隆起,
但是 600Hz 到 5kHz得到比较好的近似,根据播放曲线得到的(被动衰减式)播放器曲线:

Laplace=((1+2600e-6*s)*(1+308e-6*s)*(1+58e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+1060e- 6*s)*(1+70e-6*s)*(1+41.5e-6*s))

特别标注是"被动衰减式",因为在 NE5532 负反馈播放器上,在高频区没办法获得足够准确的频率响应,
因为运放本身增益频宽的限制.

最近收到的唱片,白辽士/幻想交响曲/荷兰皇家音乐厅管弦乐团 (DECCA LXT 2642),
片况良好,用来验证播放器正合适,听了这个播放器的声音,旧的播放器全都被放弃了.

实验过程中,中央转折点的时间常数,从最早的 252usec开始, 270usec, 298usec, 308usec, 318usec
都试过,才决定用308usec.

hsiehwm

LLA 10156 旧曲线可以对应到 DECCA f.f.r.r.唱片
新曲线应该就是 F.F.S.S. 唱片的播放曲线,

和找f.f.r.r.播放曲线的方法相似,比较的基准是 RIAA : 3180usec/318usec/75usec
中心转折点固定是 318usec,只要在500Hz(318usec)以上多加两个转折点,
50Hz和10kHz对齐RIAA,500Hz会略为上升,
同样的,必须放弃100Hz和10KHz附近的曲线变化,因为R/C衰减网路变化斜率的限制,
虽然有曲线图当参考,仍然要靠实际播放决定播放曲线是否合适,

得到的播放器转移函数
Laplace=((1+2600e-6*s)*(1+318e-6*s)*(1+68e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+1920e- 6*s)*(1+84e-6*s)*(1+61.2e-6*s))

白辽士幻想交响曲/祖宾梅塔/纽约爱乐交响乐团(DDR 7512)

虽然是数字录音,声音比较"干净",和前面那张f.f.r.r.白辽士幻想交响曲比较
仍旧听得出 DECCA 一贯对声音美感的要求,相对的比较"厚重"的音色.

hsiehwm

根据前面做过的实验,DG唱片的播放器可能和F.F.S.S. 播放器近似,只是它不需要DECCA唱片"厚重"的声音,

尝试从F.F.S.S. 播放器移动新增的两个转折点(84usec/68usec)的位置,其余的时间常数是维持50Hz和10kHz的响应对齐RIAA,
根据播放的声音判断播放器调整是否适当,意外的真的找到一组适合播DG唱片的播放器

F.F.S.S. 播放器
Laplace=((1+2600e-6*s)*(1+318e-6*s)*(1+68e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+1920e- 6*s)*(1+84e-6*s)*(1+61.2e-6*s))

DG 播放器
Laplace=((1+2740e-6*s)*(1+318e-6*s)*(1+72e-6*s))/((1+5300e-6*s)*(1+2000e- 6*s)*(1+88e-6*s)*(1+61.9e-6*s))

从响应曲线看,两条曲线差别不大,但是声音却非常不同,AMR PH-77把F.F.S.S.和DG用同一个播放线路,只能说可惜了.

而且用比较宽松的标准判断,这两条曲线都符合RIAA规范.

萧邦钢琴协奏曲 (DG 139 383),年轻的阿格丽西和阿巴多以及伦敦交响乐团,

用新的播放器听,有了新的体会,年轻的阿格丽西右手的音色真美,虽然左手表现力相对薄弱,却很技巧的用音乐弥补不足.

hsiehwm

注意力转到 Columbia 唱片,附图<Oliver_Read.png>出自这本书:

"The Recording and Reproduction of Sound" Oliver Read (1952)

显示 Columbia LP 曲线和(当时的) N.A.B.曲线的相同和相异处,

设定一个"录音曲线"代表刻片时对声音讯号的处理,<columbia record curve.png>
当以理想的唱头重播,为了要得到平坦的频率响应,产生一个播放器必须的播放曲线 (play curve)
和Oliver_Read的原始曲线放在一起比较,基准线(0dB)是 Columbia LP:1590usec/318usec/100usec

在100Hz,播放曲线比Oliver_Read曲线低约0.5dB,意思就是原始的录音曲线比设定的录音曲线,在100Hz要低0.5dB,
换句话说,在100Hz要有更大的衰减斜率,应该是二阶的滤波器(电感器+电容器),

无论如何,根据这个播放曲线产生了一个四阶(R/C衰减)的播放器 (Columbia player)

Laplace=((1+1310e-6*s)*(1+318e-6*s)*(1+100e-6*s))/((1+2400e-6*s)*(1+880e- 6*s)*(1+145e-6*s)*(1+73.9e-6*s))

在100Hz,播放器反而更接近Oliver_Read原始曲线,虽然有些仍差距,
低频的0dB对齐在大约58Hz,是根据实际播放决定的.

试的唱片,早期的十吋唱片,舒伯特第八号交响曲/BRUNO WALTER/THE PHILADELPHIA ORCHESTRA (ML 2010) (1948)
也许是布鲁诺·华尔特在维也纳住过一段时间,他的舒伯特第八号交响曲听起来自然合理,其他指挥总有些格格不入,

后期的唱片,波吉与贝丝电影原声带(1959),华丽丰沛的声音,

另外推荐一张唱片,顾尔德的郭德保变奏曲(1982),虽然是CBS发行的,用这个播放器,
清楚的感受到顾尔德在钢琴(piano)上产生大键琴(clavicembalo/harpsichord)音色的精致触键以及音乐美感.

hsiehwm

重看网路资料,有些更新的内容,讨论 Neumann刻片机的电路设计,

http://pspatialaudio.com/neumann_pole.htm

才弄懂自己的播放器实验,所谓的"刻片曲线"指的是唱片沟槽的摆幅,
也就是唱针随着沟槽摆动,摆幅的频率响应,而不是刻片机电路的电气频率响应,

假设刻片头和唱头都是理想的(频率响应平坦,没有频宽限制),刻片机的等化电路频率响应
刚好是播放器电路频率响应的倒数.

附图 <Neumann SE66 Recording equaliser.png>是网页给的Neumann SE66简化的录音等化电路图,
单只考虑这个路电,相对应的播放器频率响应和 RIAA:3180usec/318usec/75usec 的差异
<se66 schematic.png><se66 vs riaa.png>在150Hz,播放器比RIAA低超过0.5dB,

虽然整体的频率响应不单由电路决定,但是更早的刻片机 Neumann_LV60,讯号路径中两个隔离变压器,
和几个可变电容,情况更复杂,就算用同一型刻片机,每家唱片录音的差异是似乎是必然的.