關于自動平衡的原理探討

1、關于自動平衡的原理探討大家先看一篇文章的節(jié)選，如下ABS是汽車剎車防抱死系統(tǒng)，怎么會出現(xiàn)在DVD ROM中呢？玩HIFI的人往往對CDROM、DVD ROM之流不肖一顧，也難怪，它們大都不好聲。但這些廉價的東西居然能以很高的速度讀出那些爛碟，其中采用的一些新的技術對HIFI系統(tǒng)還是很有借鑒意義的。ABS就是其中的一個秘密。昨天拆了一個DVD ROM，發(fā)現(xiàn)了ABS的秘密。請看照片。下面這張照片是DVD ROM 主軸托盤。這是主軸托盤的反面這個主軸托盤是空心的，敲開上蓋，秘密暴露出來了，請看內部的這些鋼珠。這就是ABS系統(tǒng)，英文是Auto Balance System 自動平衡系統(tǒng)。哈哈此ABS非

2、彼ABS。 ABS系統(tǒng)是針對碟片偏心引起的震動而開發(fā)的。每張碟片的同心度都有誤差，D版的誤差很大，原版碟要好很多，但也沒有絕對同心的。另外，主軸電機、托盤和碟鎮(zhèn)也都或多或少存在一些偏心誤差。這些誤差在碟片轉動時會引起主軸震動。 ABS自動平衡系統(tǒng)是一種先進的防震降噪技術。它針對馬達運轉、光盤偏心失重導致光驅震動所采用的有效的技術手段之一。這項技術的核心內容是在光驅托盤下配置鋼珠軸承。當光盤出現(xiàn)震動時，鋼珠在離心力的作用下回跑到質量較輕的部分從而起平衡作用。通過滾珠的移動自動找平，對盤片重心進行補償，從而達到更好的讀取狀態(tài)，讓光盤始終保持在相對平衡的狀態(tài)下運轉，降低偏心引起的

3、震動。這是運用了物理學上稱為“水平效應”的物質質量定律。ABS系統(tǒng)對于那些不平整合密度不均運的盤片有較好的效果，不但降低主軸震動，而且使光驅的讀盤能力大大提高。能不能利用這個有效的ABS減震原理呢，設計一個CD轉盤用的的HIFI碟鎮(zhèn)呢？· 注意：對這個碟鎮(zhèn)感興趣的朋友,碟鎮(zhèn)已全部經到貨，已經在淘寶開始銷售。商鋪名TEONEX，查詢關鍵字 CDM9 碟鎮(zhèn) 。謝謝 很久以來，一直有為PHILIPS  CDM9、CDM12鐳射機芯開發(fā)高品質專用碟鎮(zhèn)的想法，主要有以下幾個原因。1、 CDM9和CDM12 分別是PHILIPS 搖臂與直線系列機芯中出貨量最多的兩個品種，主軸

4、托盤采用結構和尺寸相同的帶環(huán)形磁鐵的塑料托盤，并且兼容CDROM，在CD機和CDROM中普遍使用廉價的塑料加鐵片的碟鎮(zhèn)。與CDM3、CDM4相比，托盤和碟鎮(zhèn)之間的定位并不精確。所以，CDM9、CDM12 至今仍沒有很像樣的碟鎮(zhèn)與之配套；2、目前，自己正在開發(fā)CDM9鐳射轉盤模組，如果沒有過硬的碟鎮(zhèn)與之配合，其他部分做得再好也出不來好效果；3、 前些日子，解剖Krell 20I/L的八爪魚碟鎮(zhèn)和DVDROM 自平衡軸承受到啟發(fā)，想嘗試將ABS系統(tǒng)用在新設計的碟鎮(zhèn)上；4、 很多玩CM205、CM206 CDROM轉盤以及CDM12轉盤的朋友，需要優(yōu)秀的碟鎮(zhèn)以改善現(xiàn)有聲音的質量。在CD轉盤上，碟鎮(zhèn)所

5、起的主要作用是什么？據我理解碟鎮(zhèn)主要有這么三個方面的作用：1、減震。主軸部分有好幾個因素可以引起主軸震動：電機本身在運轉時會發(fā)出有震動；碟片由于存在偏心誤差，可以引起震動；托盤和碟鎮(zhèn)本身的偏心誤差和配合誤差也可以引起震動；其他伺服零件如光頭的伺服動作和外部的震動干擾也可以引起主軸震動。增加碟鎮(zhèn)的重量并讓碟鎮(zhèn)的重心與主軸重合可以有效地降低主軸震動；2、穩(wěn)速。加大碟鎮(zhèn)的直徑，并讓碟鎮(zhèn)的重量分布在碟鎮(zhèn)的外圈，可以由效增大碟鎮(zhèn)的轉動慣量，起到穩(wěn)定速度的作用；3、夾緊。碟鎮(zhèn)的另一個作用就是將碟片和托盤夾緊，使碟片能與主軸完全同步地加速、減速，從而準確地完成主軸伺服。但是，任何事物都有其正反兩個方面。主軸

6、電機的功率和軸承的承載能力是有限的，一味增大碟鎮(zhèn)的重量和轉動慣量，往往會超出主軸電機和軸承的負荷，機械性地減低了DSP和主軸伺服系統(tǒng)的頻響，造成轉速跟蹤慢、啟動停止慢等問題。更可怕的是會明顯地影響聲音的高頻部分，使聲音呆滯，缺少活力和細節(jié)。 在新碟鎮(zhèn)的設計中，將盡最大努力，在重量與性能之間尋求更佳的平衡點，使CDM9、CDM12轉盤的聲音得以改善。請看上面的CAD設計圖紙。新的碟鎮(zhèn)有以下特點：1、 直徑39毫米，高度14毫米；2、為在盡量小的重量下提供更高的轉動慣量，將碟鎮(zhèn)的中部挖空成環(huán)形，變成類似飛輪的結構；3、將磁鐵放在碟鎮(zhèn)與碟片配合部分的反面，能夠得到加工更加準確的錐面，使碟鎮(zhèn)

7、與托盤的配合更加精密。并且還可以避免在配合面上涂抹膠水，從而使精度可以更加有效地發(fā)揮。還可以準確控制磁鐵與托盤之間的距離，達到準確控制吸合力的作用；4、專門定制的釹鐵硼強力磁體，保證在托盤和碟鎮(zhèn)之間供1磅以上的吸合壓力，確保碟片在啟動、停止和轉動過程中準確跟蹤主軸而不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，并對減少碟片盤面方向的震動會提供幫助；5、在碟鎮(zhèn)與碟片的接觸面上，根據白皮書的規(guī)定，精確設計了兩個的環(huán)形的接觸面，并與CDM9、CDM12 專用主軸托盤準確配合，保證了碟片旋轉的面平整程度；6、 提供了承載ABS自動減震平衡系統(tǒng)的選項和機制；7、正規(guī)機械加工中心采用高精度機床制造，經過表面處理和美化處理，達到廠機質量

8、水準。 請看剛經過精密機床加工完成并檢驗合格的碟鎮(zhèn)，已經完全達到設計目標。由于采用精密機床和專用刀具加工，成品率達到95% 以上。再請看經過表面處理后的碟鎮(zhèn)。氧化成金色的。氧化成黑色的。請看專門為新碟鎮(zhèn)而特別定制的釹鐵硼強力磁體。 下圖是磁體在碟鎮(zhèn)中的安裝位置。請注意，與一般碟鎮(zhèn)不同，這個磁體安裝在反面。當大家看到碟鎮(zhèn)中部的滾花時可能會產生一絲疑慮，這會不會影響碟鎮(zhèn)旋轉的動平衡？加工這個滾花一方面是為了美觀，但更重要的目的是為了給用戶放取和使用碟鎮(zhèn)提供方便。金屬上的滾花不是切削出來的，而是滾壓出來的。金屬的各部分的重量在加工過程中沒有任何丟失或改變，只要滾花的圖案是相對均勻

9、的，就不會影響旋轉時的動平衡。我們已經做過實際測試，未發(fā)現(xiàn)滾花對碟鎮(zhèn)旋轉時的動平衡和轉盤的聲音有任何影響，因此可以放心使用。特殊的結構還保證了碟鎮(zhèn)與碟片的配合面有很高的有效配合精度，請看碟鎮(zhèn)的反面。另外請注意與托盤相配合的錐面前部的0.4毫米的凹臺，這個凹臺不僅可以提高了與目前塑料托盤配合的精度，還可以為日后即將設計推出的CDM9/CDM12全金屬托盤提供精度達10絲的高精度配合。在這里，我想澄清一個容易混淆的概念，即碟鎮(zhèn)的重量和碟鎮(zhèn)所提供的夾緊壓力。這是兩個完全不同的概念。PHILIPS 在 CD Pro 的有關文檔中曾經提到，最小的碟鎮(zhèn)夾緊壓力應該為135克，低于這個壓力，主軸在運轉時的噪

10、聲將會增加；而如果這個壓力低于85克，主軸伺服將劣化到無法接受的程度（針對塑料托盤和塑料碟鎮(zhèn)，未覆蓋橡膠等防滑材料）。而在CDM9/CDM12機芯上，夾緊壓力是靠磁力實現(xiàn)的。雖然PHILIPS提到對于CD Pro最大的夾緊力應為200克，但筆者認為，在使用高精度金屬托盤和碟鎮(zhèn)并且兩者可以精密配合的情況下，更大一些的夾緊壓力對于進一步提高主軸伺服精度、減少盤面震動和矯正碟片的平面變形是有幫助的。還需要指出的是，對于一些CDM3、CDM4的碟鎮(zhèn)，由于機芯托盤沒有提供磁力吸合裝置，因此全部依賴碟鎮(zhèn)的重量提供吸合力。也就是說在這種情況下，碟鎮(zhèn)的重量等于吸合力，這樣就產生了一些很矛盾的后果。一方面，減小

11、碟鎮(zhèn)的重量會導致吸合力不足，進而影響了主軸伺服的性能；另一方面，增加碟鎮(zhèn)的重量又會導致主軸電機負荷過大，主軸伺服反應速度減慢、伺服環(huán)路頻響降低，從而嚴重影響聲音的高頻和細節(jié)，甚至在跳曲時還會產生爆音。所以， CDM3、CDM4的碟鎮(zhèn)大多選取50-80克的重量，是取了一個折中，并且還需要在托盤和碟鎮(zhèn)上覆蓋防滑材料來配合才能達到較佳的狀態(tài)。幸運的是，CDM9/CDM12機芯的托盤上從一開始就設計了磁力吸合的裝置，因此，CDM9/CDM12的碟鎮(zhèn)可以通過磁體的吸合，在提供足夠吸合壓力和轉動慣量的同時，使用重量更加合理的碟鎮(zhèn)，從而進一步提高主軸伺服的性能和聲音的高頻部分。觀察一下原裝的碟鎮(zhèn)，就會知道設

12、計機芯的工程師在這方面的設計取向。 我早就說過，任何發(fā)燒音響系統(tǒng)要用聲音說話，用耳朵收貨。如果耳朵沒伺候好，再多的理論也是空談。好吧，我們現(xiàn)在就來做個對測試，請看參加對比測試的三個碟鎮(zhèn)：從左到右分別是CM205/ 206 CDM9 CDROM自帶的塑料碟鎮(zhèn)、新開發(fā)的CDM9/CDM12專用碟鎮(zhèn)和小鉗子團購的CDM12轉盤配套碟鎮(zhèn)。測試的平臺是大家熟悉的小鉗子CDM12轉盤（其實，測試已經在多個系統(tǒng)上進行過，結果基本相同，在此只舉其中一個例子）。第一個上場的是CD206  CDROM自帶的塑料碟鎮(zhèn)。剛一開聲就知道這個碟鎮(zhèn)注定要出局。聲音發(fā)飄，不穩(wěn)定，比較干，比較?。坏诙€上場

13、的是HIFIDIY論壇團購轉盤的配套碟鎮(zhèn)，這個碟鎮(zhèn)雖然我已經聽了很久，可是與CDROM 的塑料碟鎮(zhèn)一比，非常明顯地感覺到這個碟鎮(zhèn)還是具有相當高的素質。首先，聲音穩(wěn)定，大氣、扎實，中性，從容不迫。全頻段很均衡，連貫。音場的寬度和縱深都很明顯，感覺到了高端系統(tǒng)所特有的貴氣；最后上場的是新開發(fā)的碟鎮(zhèn)。第一感覺是聲音與HIFIDIY的碟鎮(zhèn)的效果相若，不出左右。仔細聽來，如果說真有那么一點差別的話，那就是HIFIDIY的碟鎮(zhèn)低頻略好而新的碟鎮(zhèn)高頻要透一些。當然很可能是由于重量上的差別引起的，HIFIDIY的碟鎮(zhèn)要比新開發(fā)的碟鎮(zhèn)重量略重幾克。測試是在深圳一個資深發(fā)燒友的聽音房中進行的。使用二分體300B，

14、和15寸障板。在其他聽音環(huán)境下也做過類似測試，總體結果的趨勢是一致的，所以只舉其中一個測試現(xiàn)場為例。請看測試現(xiàn)場照片。接下來我們要進行ABS鋼珠自動減震系統(tǒng)試驗。在這個新的碟鎮(zhèn)中我們設計了兩級ABS減震系統(tǒng)，即中央ABS減震系統(tǒng)和環(huán)形ABS減震系統(tǒng)。ABS鋼珠減震系統(tǒng)對于本碟鎮(zhèn)是一個可選的功能，客戶可以使用也可以不使用，還可以根據需要變換不同方式來使用，從而使轉盤達到最佳的聲音效果。請看碟鎮(zhèn)和特別訂制的ABS鋼珠。首先測試加入中央ABS減震鋼珠后的碟鎮(zhèn)聲音效果，請看圖片。中央ABS鋼珠是專門為減少電機及主軸自身震動而設計的，鋼珠的重心對準主軸，調整范圍僅為10個絲。加入中央ABS鋼珠后，轉盤聲

15、音的低頻下潛有明顯改善，聲場的穩(wěn)定度也有了可感受的提升，聲音更加從容穩(wěn)重?？礃幼?，這個中央ABS鋼珠是沒有辦法再取出來了。接下來，我們在再加入第二級ABS減震系統(tǒng)，環(huán)形ABS減震鋼珠。請看圖片。設計環(huán)形ABS鋼珠減震系統(tǒng)的設計目標是自動減少由于碟片、托盤和碟鎮(zhèn)偏心引起的主軸低頻率震動。本碟鎮(zhèn)設計的鋼珠運動半徑為14毫米，是針對200-1000轉/分鐘低速CLV模式而優(yōu)化的。加入環(huán)形ABS鋼珠后，轉盤發(fā)出的聲音讓在座的各位都感到有些吃驚。聲音的細節(jié)明顯增加，聲音的鮮活度也有了顯著的提升；音場定位不僅準確，而且呈現(xiàn)出了玲瓏剔透的3D感；整個聲音潤澤而甜美。至此，我終于理解了十幾年前KRELL 在設

16、計其頂級20i轉盤時，率先在八爪魚碟鎮(zhèn)中引入ABS鋼珠減震系統(tǒng)的原因，同時也領略到了ABS系統(tǒng)用于轉盤主軸減震的顯著效果。需要指出的是，所使用的環(huán)形ABS鋼珠的數(shù)量對于聲音的影響還是非常大的。如果鋼珠的數(shù)量過少，不僅不能起到有效自平衡作用，反而還會帶來額外的偏心，表現(xiàn)在聲音上就是聲音變?。蝗绻撝榈臄?shù)量過多，分布就比較平均，難以合理分布從而達到理想的自平衡效果，表現(xiàn)在聲音上就形同沒有加入鋼珠，細節(jié)和通透度都有所下降。據我們實際聽音測試的結果，10-11個鋼珠的聲音效果是最佳的。當然，聽音測試本身就是很主觀的，大家可以繼續(xù)測試，也許對于不同的碟片和不同的系統(tǒng)還會有不同的結果。可能還有些人會認為A

17、BS鋼珠在碟片的旋轉過程中會一直與碟鎮(zhèn)保持相對運動，并且由于這種運動還會帶來額外的震動，這是一個認識上的誤區(qū)。實際上，我們通過高速閃光攝影發(fā)現(xiàn)，只有在碟片啟動和剎車時，鋼珠與碟鎮(zhèn)之間才會有相對運動。而當DSP的PLL鎖定了主軸轉速而進入正常播放狀態(tài)時，每一個鋼珠早已自動找到了各自的平衡點，并且與碟鎮(zhèn)處于相對靜止狀態(tài)，相當于與碟鎮(zhèn)固定在一起轉動。請看高速閃光攝影所拍攝到的在播放狀態(tài)下的鋼珠位置，看一下這些位置是不是相對固定的？   有趣的是，高速閃光攝影還表明，在其他狀態(tài)不變的情況下，每次啟動碟片后，每個鋼珠的相對位置基本是固定的，也就是說在特定的條件下，ABS的自

18、動鋼珠的平衡點是基本固定的而不是隨機的。平衡狀態(tài)的ABS鋼珠是不會帶來額外的震動的。請看同一首曲目再另一次放音時高速閃光攝影所拍攝到的鋼珠分布的位置，是否與上一次的位置分布基本相同呢？另外還需要提醒大家的是，新型碟鎮(zhèn)所使用的鋼珠是特別訂制的。其材料的組成成分和比重以及尺寸都是特定的，與普通軸承上使用的鋼珠有很大區(qū)別。如果在碟鎮(zhèn)上使用普通鋼珠不僅不能達到到上述測試的效果，更有甚者還可能會引起轉盤音質的劣化，請大家一定要注意這個問題。請看新型碟鎮(zhèn)在CDM12轉盤上的使用情況。最終加工好并經過表面處理的成品碟鎮(zhèn)有黑色和金色兩種顏色供用戶選擇，請看圖片。 黑色成品。 CDM9、CDM12 ABS碟鎮(zhèn)鋼珠防脫落終極解決方案花了些精力研究了個CDM9、CDM12的專用碟鎮(zhèn)，已經有幾位朋友試用了，反映效果還過得去。特別是那幾個可恨的小鋼珠，憑耳朵收貨，放進去就拿不出來了。但鋼珠沒有限位，用力過猛便會有脫落的可能。更嚴重的是掉到機芯中要拆機才能取出，要是燒雞可就麻煩了。這個問題在開發(fā)時已經考慮過，但自己用著還算順手，況且ABS也只是個選項，自然就沒有給予足夠的重視，算是輕敵了。有人提出用個瓶子蓋，還