关于自动平衡的原理探讨

1、关于自动平衡的原理探讨大家先看一篇文章的节选，如下ABS是汽车刹车防抱死系统，怎么会出现在DVD ROM中呢？玩HIFI的人往往对CDROM、DVD ROM之流不肖一顾，也难怪，它们大都不好声。但这些廉价的东西居然能以很高的速度读出那些烂碟，其中采用的一些新的技术对HIFI系统还是很有借鉴意义的。ABS就是其中的一个秘密。昨天拆了一个DVD ROM，发现了ABS的秘密。请看照片。下面这张照片是DVD ROM 主轴托盘。这是主轴托盘的反面这个主轴托盘是空心的，敲开上盖，秘密暴露出来了，请看内部的这些钢珠。这就是ABS系统，英文是Auto Balance System 自动平衡系统。哈哈此ABS非

2、彼ABS。 ABS系统是针对碟片偏心引起的震动而开发的。每张碟片的同心度都有误差，D版的误差很大，原版碟要好很多，但也没有绝对同心的。另外，主轴电机、托盘和碟镇也都或多或少存在一些偏心误差。这些误差在碟片转动时会引起主轴震动。 ABS自动平衡系统是一种先进的防震降噪技术。它针对马达运转、光盘偏心失重导致光驱震动所采用的有效的技术手段之一。这项技术的核心内容是在光驱托盘下配置钢珠轴承。当光盘出现震动时，钢珠在离心力的作用下回跑到质量较轻的部分从而起平衡作用。通过滚珠的移动自动找平，对盘片重心进行补偿，从而达到更好的读取状态，让光盘始终保持在相对平衡的状态下运转，降低偏心引起的

3、震动。这是运用了物理学上称为“水平效应”的物质质量定律。ABS系统对于那些不平整合密度不均运的盘片有较好的效果，不但降低主轴震动，而且使光驱的读盘能力大大提高。能不能利用这个有效的ABS减震原理呢，设计一个CD转盘用的的HIFI碟镇呢？· 注意：对这个碟镇感兴趣的朋友,碟镇已全部经到货，已经在淘宝开始销售。商铺名TEONEX，查询关键字 CDM9 碟镇 。谢谢 很久以来，一直有为PHILIPS  CDM9、CDM12镭射机芯开发高品质专用碟镇的想法，主要有以下几个原因。1、 CDM9和CDM12 分别是PHILIPS 摇臂与直线系列机芯中出货量最多的两个品种，主轴

4、托盘采用结构和尺寸相同的带环形磁铁的塑料托盘，并且兼容CDROM，在CD机和CDROM中普遍使用廉价的塑料加铁片的碟镇。与CDM3、CDM4相比，托盘和碟镇之间的定位并不精确。所以，CDM9、CDM12 至今仍没有很像样的碟镇与之配套；2、目前，自己正在开发CDM9镭射转盘模组，如果没有过硬的碟镇与之配合，其他部分做得再好也出不来好效果；3、 前些日子，解剖Krell 20I/L的八爪鱼碟镇和DVDROM 自平衡轴承受到启发，想尝试将ABS系统用在新设计的碟镇上；4、 很多玩CM205、CM206 CDROM转盘以及CDM12转盘的朋友，需要优秀的碟镇以改善现有声音的质量。在CD转盘上，碟镇所

5、起的主要作用是什么？据我理解碟镇主要有这么三个方面的作用：1、减震。主轴部分有好几个因素可以引起主轴震动：电机本身在运转时会发出有震动；碟片由于存在偏心误差，可以引起震动；托盘和碟镇本身的偏心误差和配合误差也可以引起震动；其他伺服零件如光头的伺服动作和外部的震动干扰也可以引起主轴震动。增加碟镇的重量并让碟镇的重心与主轴重合可以有效地降低主轴震动；2、稳速。加大碟镇的直径，并让碟镇的重量分布在碟镇的外圈，可以由效增大碟镇的转动惯量，起到稳定速度的作用；3、夹紧。碟镇的另一个作用就是将碟片和托盘夹紧，使碟片能与主轴完全同步地加速、减速，从而准确地完成主轴伺服。但是，任何事物都有其正反两个方面。主轴

6、电机的功率和轴承的承载能力是有限的，一味增大碟镇的重量和转动惯量，往往会超出主轴电机和轴承的负荷，机械性地减低了DSP和主轴伺服系统的频响，造成转速跟踪慢、启动停止慢等问题。更可怕的是会明显地影响声音的高频部分，使声音呆滞，缺少活力和细节。 在新碟镇的设计中，将尽最大努力，在重量与性能之间寻求更佳的平衡点，使CDM9、CDM12转盘的声音得以改善。请看上面的CAD设计图纸。新的碟镇有以下特点：1、 直径39毫米，高度14毫米；2、为在尽量小的重量下提供更高的转动惯量，将碟镇的中部挖空成环形，变成类似飞轮的结构；3、将磁铁放在碟镇与碟片配合部分的反面，能够得到加工更加准确的锥面，使碟镇

7、与托盘的配合更加精密。并且还可以避免在配合面上涂抹胶水，从而使精度可以更加有效地发挥。还可以准确控制磁铁与托盘之间的距离，达到准确控制吸合力的作用；4、专门定制的钕铁硼强力磁体，保证在托盘和碟镇之间供1磅以上的吸合压力，确保碟片在启动、停止和转动过程中准确跟踪主轴而不出现打滑现象，并对减少碟片盘面方向的震动会提供帮助；5、在碟镇与碟片的接触面上，根据白皮书的规定，精确设计了两个的环形的接触面，并与CDM9、CDM12 专用主轴托盘准确配合，保证了碟片旋转的面平整程度；6、 提供了承载ABS自动减震平衡系统的选项和机制；7、正规机械加工中心采用高精度机床制造，经过表面处理和美化处理，达到厂机质量

8、水准。 请看刚经过精密机床加工完成并检验合格的碟镇，已经完全达到设计目标。由于采用精密机床和专用刀具加工，成品率达到95% 以上。再请看经过表面处理后的碟镇。氧化成金色的。氧化成黑色的。请看专门为新碟镇而特别定制的钕铁硼强力磁体。 下图是磁体在碟镇中的安装位置。请注意，与一般碟镇不同，这个磁体安装在反面。当大家看到碟镇中部的滚花时可能会产生一丝疑虑，这会不会影响碟镇旋转的动平衡？加工这个滚花一方面是为了美观，但更重要的目的是为了给用户放取和使用碟镇提供方便。金属上的滚花不是切削出来的，而是滚压出来的。金属的各部分的重量在加工过程中没有任何丢失或改变，只要滚花的图案是相对均匀

9、的，就不会影响旋转时的动平衡。我们已经做过实际测试，未发现滚花对碟镇旋转时的动平衡和转盘的声音有任何影响，因此可以放心使用。特殊的结构还保证了碟镇与碟片的配合面有很高的有效配合精度，请看碟镇的反面。另外请注意与托盘相配合的锥面前部的0.4毫米的凹台，这个凹台不仅可以提高了与目前塑料托盘配合的精度，还可以为日后即将设计推出的CDM9/CDM12全金属托盘提供精度达10丝的高精度配合。在这里，我想澄清一个容易混淆的概念，即碟镇的重量和碟镇所提供的夹紧压力。这是两个完全不同的概念。PHILIPS 在 CD Pro 的有关文档中曾经提到，最小的碟镇夹紧压力应该为135克，低于这个压力，主轴在运转时的噪

10、声将会增加；而如果这个压力低于85克，主轴伺服将劣化到无法接受的程度（针对塑料托盘和塑料碟镇，未覆盖橡胶等防滑材料）。而在CDM9/CDM12机芯上，夹紧压力是靠磁力实现的。虽然PHILIPS提到对于CD Pro最大的夹紧力应为200克，但笔者认为，在使用高精度金属托盘和碟镇并且两者可以精密配合的情况下，更大一些的夹紧压力对于进一步提高主轴伺服精度、减少盘面震动和矫正碟片的平面变形是有帮助的。还需要指出的是，对于一些CDM3、CDM4的碟镇，由于机芯托盘没有提供磁力吸合装置，因此全部依赖碟镇的重量提供吸合力。也就是说在这种情况下，碟镇的重量等于吸合力，这样就产生了一些很矛盾的后果。一方面，减小

11、碟镇的重量会导致吸合力不足，进而影响了主轴伺服的性能；另一方面，增加碟镇的重量又会导致主轴电机负荷过大，主轴伺服反应速度减慢、伺服环路频响降低，从而严重影响声音的高频和细节，甚至在跳曲时还会产生爆音。所以， CDM3、CDM4的碟镇大多选取50-80克的重量，是取了一个折中，并且还需要在托盘和碟镇上覆盖防滑材料来配合才能达到较佳的状态。幸运的是，CDM9/CDM12机芯的托盘上从一开始就设计了磁力吸合的装置，因此，CDM9/CDM12的碟镇可以通过磁体的吸合，在提供足够吸合压力和转动惯量的同时，使用重量更加合理的碟镇，从而进一步提高主轴伺服的性能和声音的高频部分。观察一下原装的碟镇，就会知道设

12、计机芯的工程师在这方面的设计取向。 我早就说过，任何发烧音响系统要用声音说话，用耳朵收货。如果耳朵没伺候好，再多的理论也是空谈。好吧，我们现在就来做个对测试，请看参加对比测试的三个碟镇：从左到右分别是CM205/ 206 CDM9 CDROM自带的塑料碟镇、新开发的CDM9/CDM12专用碟镇和小钳子团购的CDM12转盘配套碟镇。测试的平台是大家熟悉的小钳子CDM12转盘（其实，测试已经在多个系统上进行过，结果基本相同，在此只举其中一个例子）。第一个上场的是CD206  CDROM自带的塑料碟镇。刚一开声就知道这个碟镇注定要出局。声音发飘，不稳定，比较干，比较薄；第二个上场

13、的是HIFIDIY论坛团购转盘的配套碟镇，这个碟镇虽然我已经听了很久，可是与CDROM 的塑料碟镇一比，非常明显地感觉到这个碟镇还是具有相当高的素质。首先，声音稳定，大气、扎实，中性，从容不迫。全频段很均衡，连贯。音场的宽度和纵深都很明显，感觉到了高端系统所特有的贵气；最后上场的是新开发的碟镇。第一感觉是声音与HIFIDIY的碟镇的效果相若，不出左右。仔细听来，如果说真有那么一点差别的话，那就是HIFIDIY的碟镇低频略好而新的碟镇高频要透一些。当然很可能是由于重量上的差别引起的，HIFIDIY的碟镇要比新开发的碟镇重量略重几克。测试是在深圳一个资深发烧友的听音房中进行的。使用二分体300B，

14、和15寸障板。在其他听音环境下也做过类似测试，总体结果的趋势是一致的，所以只举其中一个测试现场为例。请看测试现场照片。接下来我们要进行ABS钢珠自动减震系统试验。在这个新的碟镇中我们设计了两级ABS减震系统，即中央ABS减震系统和环形ABS减震系统。ABS钢珠减震系统对于本碟镇是一个可选的功能，客户可以使用也可以不使用，还可以根据需要变换不同方式来使用，从而使转盘达到最佳的声音效果。请看碟镇和特别订制的ABS钢珠。首先测试加入中央ABS减震钢珠后的碟镇声音效果，请看图片。中央ABS钢珠是专门为减少电机及主轴自身震动而设计的，钢珠的重心对准主轴，调整范围仅为10个丝。加入中央ABS钢珠后，转盘声

15、音的低频下潜有明显改善，声场的稳定度也有了可感受的提升，声音更加从容稳重。看样子，这个中央ABS钢珠是没有办法再取出来了。接下来，我们在再加入第二级ABS减震系统，环形ABS减震钢珠。请看图片。设计环形ABS钢珠减震系统的设计目标是自动减少由于碟片、托盘和碟镇偏心引起的主轴低频率震动。本碟镇设计的钢珠运动半径为14毫米，是针对200-1000转/分钟低速CLV模式而优化的。加入环形ABS钢珠后，转盘发出的声音让在座的各位都感到有些吃惊。声音的细节明显增加，声音的鲜活度也有了显著的提升；音场定位不仅准确，而且呈现出了玲珑剔透的3D感；整个声音润泽而甜美。至此，我终于理解了十几年前KRELL 在设

16、计其顶级20i转盘时，率先在八爪鱼碟镇中引入ABS钢珠减震系统的原因，同时也领略到了ABS系统用于转盘主轴减震的显著效果。需要指出的是，所使用的环形ABS钢珠的数量对于声音的影响还是非常大的。如果钢珠的数量过少，不仅不能起到有效自平衡作用，反而还会带来额外的偏心，表现在声音上就是声音变薄；如果钢珠的数量过多，分布就比较平均，难以合理分布从而达到理想的自平衡效果，表现在声音上就形同没有加入钢珠，细节和通透度都有所下降。据我们实际听音测试的结果，10-11个钢珠的声音效果是最佳的。当然，听音测试本身就是很主观的，大家可以继续测试，也许对于不同的碟片和不同的系统还会有不同的结果。可能还有些人会认为A

17、BS钢珠在碟片的旋转过程中会一直与碟镇保持相对运动，并且由于这种运动还会带来额外的震动，这是一个认识上的误区。实际上，我们通过高速闪光摄影发现，只有在碟片启动和刹车时，钢珠与碟镇之间才会有相对运动。而当DSP的PLL锁定了主轴转速而进入正常播放状态时，每一个钢珠早已自动找到了各自的平衡点，并且与碟镇处于相对静止状态，相当于与碟镇固定在一起转动。请看高速闪光摄影所拍摄到的在播放状态下的钢珠位置，看一下这些位置是不是相对固定的？   有趣的是，高速闪光摄影还表明，在其他状态不变的情况下，每次启动碟片后，每个钢珠的相对位置基本是固定的，也就是说在特定的条件下，ABS的自

18、动钢珠的平衡点是基本固定的而不是随机的。平衡状态的ABS钢珠是不会带来额外的震动的。请看同一首曲目再另一次放音时高速闪光摄影所拍摄到的钢珠分布的位置，是否与上一次的位置分布基本相同呢？另外还需要提醒大家的是，新型碟镇所使用的钢珠是特别订制的。其材料的组成成分和比重以及尺寸都是特定的，与普通轴承上使用的钢珠有很大区别。如果在碟镇上使用普通钢珠不仅不能达到到上述测试的效果，更有甚者还可能会引起转盘音质的劣化，请大家一定要注意这个问题。请看新型碟镇在CDM12转盘上的使用情况。最终加工好并经过表面处理的成品碟镇有黑色和金色两种颜色供用户选择，请看图片。 黑色成品。 CDM9、CDM12 ABS碟镇钢珠防脱落终极解决方案花了些精力研究了个CDM9、CDM12的专用碟镇，已经有几位朋友试用了，反映效果还过得去。特别是那几个可恨的小钢珠，凭耳朵收货，放进去就拿不出来了。但钢珠没有限位，用力过猛便会有脱落的可能。更严重的是掉到机芯中要拆机才能取出，要是烧鸡可就麻烦了。这个问题在开发时已经考虑过，但自己用着还算顺手，况且ABS也只是个选项，自然就没有给予足够的重视，算是轻敌了。有人提出用个瓶子盖，还