หัวเข็มเครื่องเล่นแผ่นเสียง (Phono Cartridges)
โดย นิวัต พุทธประสาท
ท่านผู้อ่านเคยแปลกใจไหมครับว่าแผ่นเสียงกับหัวเข็มทำงานเกี่ยวเนื่องกันอย่างไรถึงได้กำเนิดเสียงขึ้นมาได้ มันยิ่งน่าสนใจเมื่อท่านลองเงี่ยหูลงไปฟังเสียงขณะที่หัวเข็มวิ่งบนร่องแผ่นเสียง ท่านจะได้ยินเสียงดนตรีดังแว่ว ๆ มาจากร่องแผ่นเสียง นี่แหละครับคือความมหัศจรรย์ของแผ่นเสียง-เครื่องเล่นแผ่นเสียง-ต้นกำเนิดเสียงในแบบอนาล็อค หูของมนุษย์ไม่สามารถแปรไฟล์เพลงดิจิตอลออกมาเป็นเสียงเพลงได้ เพราะไฟล์เพลงดิจิตอลเก็บข้อมูลด้วยฐานข้อมูลในแบบ 0-1-0-1 (ลองนึกถึงเสียงในการส่งแฟกซ์ทางโทรศัพท์) ถ้าจะฟังเพลงจากระบบดิติจอล ยังไงก็ต้องมีตัวแปลงรหัสข้อมูลเพื่อทำให้เป็นสัญญาณอนาล็อค ดังนั้นเสียงที่ได้ยินจากเครื่องเล่นแผ่นเสียงไม่มีวันที่จะเหมือนกับเสียงจากเครื่องเล่นซีดีอย่างแน่นอน แม้ทุกวันนี้ระบบดิจิตอลพัฒนาไปไกลมาก และสามารถทำให้เสียงใกล้เคียงธรรมชาติ ทว่าก็ทำได้เพียงใกล้เคียงเท่านั้น
แผ่นเสียงมีเสียงได้อย่างไร
ในการบันทึกเสียงในแบบ Direct Record วงดนตรีเล่นเพลงในห้องบันทึกเสียง ไมโครโฟนมีหน้าที่เปลี่ยนคลื่นเสียงของวงดนตรีเป็นคลื่นไฟฟ้า จากนั้นคลื่นไฟฟ้าถูกนำไปขยายกลายเป็นความถี่ ความถี่นี้จะทำให้ปลายเข็มของเครื่องตัดแผ่นเสียงสั่นตามความถี่ ปลายเข็มนี้ก็จะเซาะแม่พิมพ์ให้กลายเป็นร่อง จากนั้นนำแม่พิมพ์ที่ได้ไปปั๊มเป็นแผ่นเสียง การกัดร่องแม่พิมพ์แผ่นเสียงอาจจะไม่ต้องใช้วิธี Direct Record ก็ได้ แต่สามารถใช้เทปรีลที่บันทึกเสียงไปทำต้นฉบับ หรือในปัจจุบันนำไฟล์ดิจิตอลไปทำแม่พิมพ์แผ่นเสียงได้เช่นกัน
หลักการทำงานหัวเข็มเครื่องเล่นแผ่นเสียง
1.หัวเข็มแบบ MM (Moving Magnet)
หัวเข็มแบบ MM หัวเข็มจะมีแท่งแม่เหล็กขนาดเล็กติดอยู่ที่ก้านปลายเข็ม (Contilever) ซึ่งจะเคลื่อนที่อยู่ระหว่างขดลวดสองชุด เมื่อปลายเข็มวิ่งไปบนร่องแผ่นเสียงจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า หัวเข็มแบบ MMเป็นหัวเข็มที่นิยมเล่นกันมาก เพราะมีอยู่ในหลายระดับราคาตั้งแต่ไม่กี่ร้อยบาทจนถึงระดับหลายพันบาท เหตุที่หัวเข็มแบบ MM เป็นที่นิยมก็เพราะว่าหัวเข็มแบบนี้สามารถสร้างสัญญาณเสียงขาออก (Output) ซึ่งแรงพอเพียงที่จะขยายสัญญาณผ่านโฟโนปรีแอมป์ (Phono Preamp) ส่วนใหญ่ระดับ Output ของหัวเข็ม MM จะอยู่ที่ประมาณ 4-5 mV และจากโฟโนปรีแอมป์เข้าไปยังแอมป์ก็จะได้สัญญาณที่มีความใกล้เคียงกับแหล่งสัญญาณฟร้อนต์เอ็นด์ (Front End) อื่น ๆ จึงไม่ก่อปัญหาในภาคขยายหัวเข็มเมื่อนำมาเล่นกับแอมป์ทั่วไป
ผู้ผลิตบางรายได้พัฒนาหัวเข็มโดยใช้ของเหลวประเภท Permalloy ที่มีความลื่นไหลสูงเคลื่อนที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก วิธีนี้ทำให้แก้ปัญหาในเรื่องการลดแรงสั่นสะเทือนได้ดี
แสดงกายภาพหัวเข็มยี่ห้อ Audio-Technica ในแบบ Dual Magnet ซึ่งเป็นหัวเข็มแบบ MM
2.หัวเข็มแบบ MC (Moving Coil)
หัวเข็มแบบ MC หลักการออกแบบ ตรงกันข้ามกับหัวเข็มแบบMM หัวเข็มแบบ MC จะใช้ขดลวด (Coil) ติดกับก้านปลายเข็ม (Cantilever) ก้านปลายเข็มนี้จะทำงานอยู่ระหว่างแท่งแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อปลายเข็มวิ่งไปบนร่องแผ่นเสียง การออกแบบจะต้องไม่ทำให้ขดลวดมีมวลมากเกินไปจนทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือน การพันขดลวดจึงจำกัดจำนวนรอบ เมื่อจำกัดจำนวนรอบก็ทำให้แรง Output ที่ได้ค่อนข้างต่ำ นี่จึงเป็นสาเหตุที่ทำให้หัวเข็มแบบ MC กำเนิดกระแสได้น้อยมากเมื่อเทียบกับหัวเข็มแบบ MM ขณะเดียวกันหัวเข็มแบบ MC มีค่าความต้านทาน (Resistance) ที่ต่ำเพียง 40 โอห์ม หรือต่ำกว่านั้น แต่ข้อดีของหัวเข็ม MCในด้านเสียงดีกว่ากว่าหัวเข็ม MM เกือบทุกทาง ตั้งแต่รายละเอียดของดนตรี ซึ่งมีความไหลลื่นต่อเนื่องมากกว่า แจกแจงรายละเอียดของแผ่นเสียงได้ดีกว่า
มีนักเล่นแผ่นเสียงเคยตั้งคำถามว่าทำไมคนออกแบบหัวเข็มไม่ออกแบบให้หัวเข็มแบบ MC มีเอาท์พุตที่สูงขึ้น (แต่กระนั้นหัวเข็มแบบ MC Low Output นิยมในหมู่นักเล่นประเภทไฮเอ็นด์อยู่ดี) เป็นเพราะว่า ผู้ออกแบบหัวเข็มมีความเชื่อกันว่า ไม่ควรจะให้มีการขยายสัญญาณในระดับแรกสุด (First Stage) มากเกินไป เพราะถ้าออกแบบหัวเข็มออกมาไม่ดีพอ จะทำให้เกิดการเพี้ยนของสัญญาณ ความเพี้ยนที่เกิดจากสัญญาณที่มีระดับการขยายสัญญาณมาก ๆ เมื่อสัญญาณจากหัวเข็มถูกส่งผ่านไปยังภาคขยายหัวเข็ม หรือโฟโนสเตต จะไม่สามารถแก้ไขปัญหาความเพี้ยนที่เกิดขึ้นได้เลย เป็นเพราะว่าความผิดเพี้ยนที่เกิดขึ้นในขั้นตอนกาารขยายหัวเข็มก็เป็นเหมือนดีเอ็นเอที่ติดไปกับสัญญาณอย่างถาวร
โดยปกติหัวเข็มแบบ MC จะมีน้ำหนักตัวมากกว่าหัวเข็ม MM หากจะเล่นหัวเข็มแบบ MC โทนอาร์ม ควรจะเป็นโทนอาร์มแบบ Medium Mass หรือ High Mass (โทนอาร์มที่มีมวลหนัก) เพราะจะช่วยให้หัวเข็มเกาะร่องแผ่นเสียงได้ดีขึ้น ขณะเดียวกันก็ต้องคำนึงถึงค่าต้านทานขาเข้า จะต้อง Match กับ โฟโนปรีแอมป์ (ค่าต้านทานขาเข้าควรจะมากกว่าค่าความต้านทานของหัวเข็มอย่างน้อยสองเท่าครึ่ง)
ปัจจุบันมีผู้ผลิตหัวเข็ม MC High Output และได้รับความนิยมกันมากในหมู่นักเล่น แม้ว่าสัญญาณขาออกจะไม่สูงเท่าหัวเข็ม MM แต่ก็พอเพียงที่จะขยายสัญญาณผ่านโฟโนปรีแอมป์ได้
แสดงวิธีการทำงานของหัวเข็มแบบ MC
3.หัวเข็มแบบ MI (Moving Iron)
หัวเข็มแบบ MI ปัจจุบันมีใช้อยู่ไม่กี่ยี่ห้ออันได้แก่ Grado, B&O เป็นต้น หัวเข็มแบบ MI ออกแบบมาให้แม่เหล็กและขดลวดอยู่กับที่ไม่เคลื่อนไหว แต่แท่งเหล็กที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งเสียบอยู่กับปลายเข็มเป็นตัวเคลื่อนที่แทน ข้อดีของหัวเข็มแบบMI ก็คือทำให้กลไกภายในมีการเคลื่อนไหวที่น้อยมาก กระนั้นหัวเข็มแบบ MIยังสามารถให้กระแสสัญญาณขาออกสูงกว่าหัวเข็มแบบอื่น เพราะสามารถออกแบบแม่เหล็กและขดลวดที่มีขนาดใหญ่ได้ ที่สำคัญปลายเข็มมีความยืดหยุ่นสูง เกาะร่องแผ่นเสียงได้ดี ขณะเดียวกันหัวเข็มต้องการน้ำหนักกดน้อย
เมื่อเราทราบว่าหัวเข็มทั้งสามชนิดมีวิธีการสร้างความถี่และไฟฟ้าอย่างไรแล้ว เรามากลไกของหัวเข็มกันว่ามันทำงานกันอย่างไร ปลายเข็ม (Stylus) จะทำหน้าที่คล้ายกับไมโครโฟน ซึ่งเคลื่อนผ่านไปตามร่องแผ่นเสียงที่มีความตื้นลึกอันแตกต่างกัน ร่องเหล่านั้นทำให้ก่อเกิดคลื่นความถี่ที่ปลายเข็ม จนได้สัญญาณที่เบาบางมาก หัวเข็มทำหน้าที่แปรคลื่นความถี่เบาบางให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยขดลวดทองแดงที่ติดอยู่บนก้านเข็มเคลื่อนที่ไปมาตัดกับสนามแม่เหล็กที่แผ่ออกมา ตรงนี้เองที่หัวเข็มจะได้สัญญาณไฟฟ้าอ่อน ๆ วิ่งผ่านสายไปยังโฟโนปรีแอมป์
หากต้องการให้หัวเข็มสามารถสร้างสัญญาณที่แรง ๆ ก็ต้องเพิ่มขดลวดให้มีรอบมากขึ้น ใหญ่ขึ้น แต่กระนั้นการสร้างให้หัวเข็มที่ใหญ่ขึ้นก็ต้องตามมาด้วยน้ำหนักตัวเพิ่มเป็นเงาตามตัว หากหัวเข็มมีน้ำหนักมาก ตัวถ่วงหัวเข็มก็ต้องใหญ่ขึ้น ไม่เช่นนั้นน้ำหนักหัวที่กดลงบนร่องแผ่นเสียงอาจจะทำให้เกิดอาการเพี้ยนของสัญญาณสูงตามขึ้นไปด้วย ซึ่งปัญหานี้ก็จะลามไปถึงตัวแท่นก็จะมีอาการสั่นมากขึ้นอีกเช่นกัน ดังนั้นผู้ออกแบบจึงไม่นิยมสร้างหัวเข็มให้มีสัญญาณแรงขึ้นด้วยการทำให้มีน้ำหนักที่มากเกินไป เพราะแทนที่จะเป็นการแก้ปัญหา ทว่ากลับเป็นการเพิ่มปัญหาให้มากขึ้น
กายภาพหัวเข็มแบบ MI ของยี่ห้อ Grado
แล้วหัวเข็มที่มีเอาท์พุตต่ำจะทำอย่างไร
ภาคขยายหัวเข็ม (Phono Stage หรือ Phono Preamp) จะต้องออกแบบอย่างพิถีพิถันเพื่อให้ขยายสัญญาณเสียงจากหัวเข็มได้ผิดเพี้ยนน้อยที่สุด อย่างที่ทราบก็คือในท้องตลาดมีผู้ผลิตภาพขยายหัวเข็ม MC Low Output ออกมาจำนวนมาก ขณะเดียวกันระดับราคาของภาคขยายหัวเข็มแบบ MC ก็มีราคาที่ผู้เล่นต้องตัดสินใจแล้วตัดสินใจอีกว่าจะเล่นกับมันดีหรือไม่ หรือใช้หัวเข็ม MM หรือ MC High Output ไปก่อน
ปลายเข็มในแบบต่าง ๆ
ความแตกต่างของปลายเข็ม
ปลายเข็ม (Stylus) คือส่วนสำคัญอีกชิ้นส่วนหนึ่งของหัวเข้มเล่นแผ่นเสียง อาจจะเรียกได้ว่าเป็นส่วนสำคัญอันดับต้น ๆ ก็ว่าได้ เพราะตัวปลายเข็มเป็นตัวที่จะเซาะไปตามร่องแผ่นเสียงเพื่อสร้างความถี่ ท่านผู้อ่านคงเคยทราบมาแล้วว่าปลายเข็มนี้บางเจ้าใช้เพชรเป็นวัศดุในการทำปลายเข็ม สำหรับปลายเข็มนั้นก็มีรูปแบบของมันถึงสี่รูปแบบ อันได้แก่ MicroLine, Linear Contact, Elliptical, Conical (ดูรูปที่ 4)
ปลายเข็มทั้งสี่แบบมีหน้าที่ต่างกันอย่าง MicroLine เอาไว้ทำสำเนาแผ่นต้นฉบับแผ่นเสียง Linear Contact หัวเข็มจะมีลักษณะตั้งฉากตรง หัวเข็มแบบนี้มีความละเอียดอ่อนสูงต่อเสียง
Elliptical (รูปทรงไข่) จะเป็นปลายเข็มแบบที่นิยมกันมาก ปลายเข็มทั้งสองข้างจะมีขนาดไม่เท่ากัน โดยด้านหนึ่งจะมีขนาดที่กว้างกว่า ด้านที่กว้างกว่าจะช่วยในการทำให้เข็มบังคับอยู่กลางร่องแผ่นเสียง ส่วนด้านที่เล็กกว่าช่วยในการเกาะไปตามร่องได้ดี และปลายเข็มแบบ Elliptical มีหลายขนาดเช่นกัน ขนาดที่นิยมกันมีอยู่สามขนาดคือ 0.2X0.7 mil, 0.3X0.7 mil และ 0.4X0.7 mil ทั้งนี้ขนาดแรกจะให้เสียงและการเพาะร่องแผ่นเสียงได้ดีกว่า
Conical (รูปทรงกรวย) ปลายเข็มชนิดนี้เป็นที่นิยมในอดีต หรือหัวเข็มรุ่นเก่า ๆ หัวเข็มชนิดนี้มีรูปทรงกรวยมันจึงเกาะร่องเสียงได้ไม่ดี ทำให้ถ่ายทอดเสียงย่านเสียงสูงได้ไม่ดีนัก แต่กระนั้นก็มีราคาที่ถูกกว่าปลายเข็มชนิดอื่น
ลักษณะปลายเข็มแบบ Elliptical (ภาพบน) ขณะเซาะไปตามร่องแผ่นเสียง ส่วนภาพด้านล่าว แสดงลักษณะการเกาะร่องแผ่นเสียงของหัวเข็มแบบ MicroLine
เรื่องราวของหัวเข็มสำหรับเครื่องเล่นแผ่นเสียง เป็นแค่จุดเริ่มต้นสำหรับคนรักการเล่นแผ่นเสียง เครื่องเล่นแผ่นเสียงเป็นสิ่งมหัศจรรย์กว่าฟร้อนต์เอนด์อื่น ๆ ตรงที่ผู้เล่นสามารถ Tweak เครื่องได้เองด้วยการปรับแต่งส่วนต่าง ๆ ความสนุกของการเล่นแผ่นเสียง จึงมากกว่าการฟังเพลงธรรมดาจากเครื่องเล่นซีดี เพราะถ้าเราจะปรับแต่งเครื่องเล่นซีดี เราต้องมีความรู้ทางไฟฟ้าพอสมควรจึงจะเล่นกับมันได้อย่างสนุก
บทความนี้คงช่วยกระตุ้นต่อมของท่านผ้อ่าน เพื่อเปิดทางเข้าไปสู่โลกเสียงอนาล็อคได้บ้าง
13.713778
100.210606
