工程声学/留声机声音再现

留声机声音再现

本文内容旨在对留声机声音再现进行机电分析。有关留声机技术的通用历史和概述，请参阅维基百科中关于 留声机 和 磁性拾音器 的条目。

简化留声机模型用于留声机 (磁性) 拾音器

留声机声音再现的基本原理是，一个小型金刚石针跟随刻在唱片表面的凹槽。由此产生的针速与电磁线圈换能器的某个元件机械耦合，从而产生电流。

存在两种主要的拾音器设计变体。动磁 (MM) 设计将一块永久磁铁与针耦合，导致磁铁在电磁线圈螺线管附近移动。动圈 (MC) 拾音器将电磁线圈与针耦合，导致线圈在一个固定永久磁场中移动。在这两种拾音器设计中，磁通场的相对运动会在电磁线圈中感应出电流。

图 1 展示了使用简化的 MM 拾音器示意图进行此过程。在此配置中，磁铁的位置改变了周围 铁磁性 换能器芯的磁畴。类似地，磁铁的速度会引起换能器芯 磁通量 的变化，根据 电磁感应 原理，会在电磁线圈中产生电流。

图 1：简化 (MM) 留声机拾音器示意图的俯视图。

留声机拾音器的机电类比

图 2 给出了图 1 中所示的简化 MM 拾音器的电气模拟模型。该系统的电路表示是根据 机械声学系统的迁移率类比 获得的。该模型包含以下假设

• 运动仅限于水平面。
• 根据小角度假设，角速度与线速度成正比。
• 唱针悬臂和唱臂完全刚性，仅起机械变压器的作用。
• 所有柔顺和阻尼元件都由理想的线性化元件表示。
• MM 换能器元件由一个具有总系数 μBl 的理想变压器表示。

图 2：MM 留声机系统的机械迁移率电路类比。

可以通过计算复输入阻抗 $Z_{o}$ 来估计留声机系统的频率响应。通过忽略唱针质量 M_s 和电气系统的影响，可以更容易地获得 $Z_{o}$ 的解析表达式。这些假设与系统的低频近似一致，如图 2 所示。得到的系统输入阻抗由 Z_o 的方程给出。

图 3：MM 留声机系统的简化低频电路类比。

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

参考文献

应用集中元件系统分析的技术是开发唱头时的标准方法。除了显示的低频分析外，还可以进行简化的高频分析，其中唱针质量和黑胶唱片表面顺应性的特性主导了响应。有趣的是，唱头响应的低频极端性能不佳会对高频响应能力产生重大且不利的影响。有关此主题的进一步阅读，请参阅以下相关参考材料列表。

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参考文献

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