**** 用示波器洞悉卡座的CAL ****

Capstan

前言：
本人卡座论坛难民一枚。卡坛崩殂，乃如丧家之犬惶惶不可终日。终得投奔家电，安了新家。此文是之前发在卡坛的，重发于此聊作新瓶旧酒。

托付：
对设备运作机理没兴趣的，对声音背后的技术不感冒的，或者认为所谓音响技术就是换根线，垫块檀木，换含银焊锡 ...... 的，本文不适合您，请直接无视。

正文开始

******* 用示波器洞悉卡座的CAL *******

很多卡座都有CAL（Calibration）功能，可以针对不同磁带优化调节。Cal的目的，说到底就是均衡化（Equalize）各个频段的响应。
那么，CAL到底是怎么工作的？ 空口白牙费劲口舌不如真刀实枪上仪器测，上图聊。

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● 测试设备：
卡座： SONY TC-KA3ES
示波器： RIGOL DS2202, DC~200MHz，实时2GS/s
信号源： TC-KA3ES 机内3频点振荡器。


● 测试方法：
对待测磁带进行CAL操作，在CAL过程中尝试LEVEL, EQ, BIAS 的不同设置。之后磁带回绕，播放录制的CAL信号，在示波器上观察时域与频域信息。

● 被测磁带：
一类： TDK AD46，1990版。

● 录音电平：CAL状态下不可调节，KA3ES机内决定的：-20dB。这样设计显然是为了避免磁带饱和带来的校准误差。

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◆ 首先对TDK AD46 进行CAL操作。
当CAL完成，VFD显示如左图所示时，3个旋钮位置如右图，LEVEL=+1，EQ=-0.5，BIAS=-1


◆ 回放磁带，用示波器看看刚才做CAL的时候，磁带上录了什么东西？

神马玩意乱七八糟的！好像有多个不同频率的信号叠加在一起的样子。


中间部分展开来看看。
看上去至少有三个频率堆在一起。


再展开。细节很明白。


Kao! 还能展开。（不断展开，到最后上面窗口成一条细线，下面的波形成一条水平直线。。。传说中的深存储。）
（十几kHz的时候，失真不小啊。）



◆ 现在问题来了。那一堆叠加在一起的信号，频率分别是多少？ 牢记老师教的示波器使用基本功：横轴数格子，求周期，然后取倒数得到频率。—— 可是那一堆乱七八糟看着都眼晕，怎么数啊！—— 数字时代不用那么笨。请出FFT功能，即刻搞定。


FFT把时域信息转换到时域，三个频率峰值立现眼前。用游标直读： 高处两个分别是：13.3kHz、3.00kHz。


低频看不清，展开再读。3.00kHz、410Hz。


现在很清楚了。CAL校准的时候，卡座用内置振荡器发出高(13.3kHz)/中(3kHz)/低(410Hz)三个频率的信号，混合在一起，录制到磁带上。然后通过调节LEVEL、EQ、和 BIAS 让三个频点的响应最接近等量化，校准就完成了。

查KA3ES资料，原厂设计是高中低三个频点分别是 15kHz, 3kHz, 400Hz。 从实测值看，高频点误差偏大，中频和低频两个频点相当准确。


****************** 分割线 *******************

刚才说到，KA3ES卡座内部的振荡器发出高中低三个频率的信号，混合起来记录在磁带上，放音的时候再用滤波器分离，提取三个频点的信号，然后检波得到各自的幅度，送到系统MCU处理。

现在来看看，LEVEL、EQ、和 BIAS三个调节旋钮分别影响什么频率。

LEVEL（电平）
◆ 上面的FFT图使用log垂直轴，现在为了便于比对，改用线性Y轴。LEVEL、EQ、BIAS三个旋钮归零。
得到这样的图形： 上面是旋钮位置，中间是时域的波形，下面是频域的频谱。

三条谱线峰值的高度分别是 3.6、3.7、2.1 （单位：div）。记住它们，后面要以此为基准进行比较。

◆ 将 LEVEL 旋钮左拧到底（-3），其它旋钮归零。

三条谱线峰值的高度分别是 2.6、2.7、1.7 （单位：div）。整体降低了约 -3dB。

◆ 将 LEVEL 旋钮右拧到顶（+3），其它旋钮归零。

三条谱线峰值的高度分别是 5.3、5.4、3.3 （单位：div）。整体提高了约 +3dB。

可以看出，LEVEL旋钮控制所有频率分量，整体所有频率分量的幅度一起变化。



EQ（Equalization均衡）
◆ 将 EQ 旋钮左拧到底（-2），其它旋钮归零。

三条谱线峰值的高度分别是 3.6、3.0、1.8 （单位：div）。
低频几乎不受影响，中频降低了约 -1.8dB，高频降低了约-1.5dB。

◆ 将 EQ 旋钮右拧到顶（+2），其它旋钮归零。

三条谱线峰值的高度分别是 3.8、4.9、3.0 （单位：div）。
低频几乎不受影响，中频提高了约 +2.4dB，高频提高了约+3.0dB。

可以看出，EQ 旋钮同时控制中频和高频，调节的幅度相近。对低频则影响甚微。



BIAS（偏磁）
◆ 将 BIAS 旋钮左拧到底（-20），其它旋钮归零。

三条谱线峰值的高度分别是 3.7、4.5、4.1 （单位：div）。
低频几乎不受影响，中频提高了约 +1.7dB，高频几乎提高了+6dB，即幅度翻倍。
时域波形的变化也很明显，波形上的“刺”明显变大了。

◆ 将 BIAS 旋钮右拧到顶（+20），其它旋钮归零。

三条谱线峰值的高度分别是 3.5、3.4、1.2 （单位：div）。
低频几乎不受影响，中频降低了约 -0.7dB，高频降低了约 +5dB，幅度衰减到接近一半。
时域波形的变化也很明显，波形上的“刺”明显变小了，波形看上去光滑多了。

可以看出，BIAS 旋钮控制中频和高频，尤其剧烈影响着高频响应。对低频则影响甚微。



几点感想：
*） 世上的磁带千千万，脾气秉性各不相同，要把不同的磁带伺候好，必须有针对性的进行校准，于是就有了CAL功能。

*） 事先了解一点CAL功能的背景、原理，可以有针对性的调节，事半功倍。而不是乱拧一气，瞎蒙“到位”为止。

*） 琢磨点东西，真好玩。

5PRO反着戴

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5PRO反着戴 发表于 2017-11-25 21:16
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语出诸葛孔明《出师表》：先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分......  诶？怎么卧龙还一并提到了 Nakamichi....

全透明磁带仓1

谢谢楼主，辛苦了。昨天下午还在想恶补一下CAL的。今天你就送来咧。还没看完消化完。先谢了。

jazzyoung

Capstan 发表于 2017-11-25 21:48
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中道也崩殂了…55555

jazzyoung

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表示深度好贴，赶紧收藏防崩殂

一念心转

Capstan 发表于 2017-11-25 21:48
语出诸葛孔明《出师表》：先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分......  诶？怎么卧龙还一并提到了 Nakamic ...

果然Nakamic(东汉)崩驵, SONY(清臣)兴旺

我有aiwaNSXAK76

楼主 以后多发点这些帖子 让我们学习学习

last

玩电烙铁的都喜欢这些，一直想置个示波器玩儿。

全透明磁带仓1

不知道有没有自适应根据放入的磁带类型自动调整到完美电平、均衡、偏磁的卡座。完全省去人工调节三个旋钮的过程。（我）

hschsc73

学习了，深度好贴，谢谢！！！

闲鱼翻身

我和楼主一样从卡坛逃难而来的，在逃难路上我们能遇上就好了！我顺便向你拜个师

suline

顶一下！其实三磁头机可以自行输入白噪音实时查看各旋钮效果，无需这么费劲

suline

全透明磁带仓1 发表于 2017-11-25 22:50
不知道有没有自适应根据放入的磁带类型自动调整到完美电平、均衡、偏磁的卡座。完全省去人工调节三 ...

能自动cal的机子不要太多

Capstan

全透明磁带仓1 发表于 2017-11-25 22:50
不知道有没有自适应根据放入的磁带类型自动调整到完美电平、均衡、偏磁的卡座。完全省去人工调节三 ...

有，但不多。比较著名的比如 Pioneer CT-95