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抗磨損、防靜電、不發霉、延長壽命,2016年高雄音響展示範黑膠創新採用奈米鍍膜技術


2016年高雄國際Hi-End音響大展將在明年4月14至17日,同樣於高雄國賓大飯店盛大舉辦,但示範黑膠唱片卻提早將近一年就開始作業。其音樂內容是顏華容教授《柴可夫斯基的歲時節氣》四季鋼琴獨奏會,高雄場次在4月26日進行演出錄音,台北場次則是於5月1日在台北國家音樂廳進行,經過母帶處理、送往德國刻片以及後續的「特殊處理」,8月13日就在TAA圓山音響展舉辦發表會了。上面這張照片就是當時所發佈已經設計好的黑膠唱片封套,銀光閃閃的鏡面特殊印刷,中央方塊內標示著「奈米。創四季」的標題,「四季」指的當然是音樂內容,但「奈米」又有怎樣的意涵?其實,這正是這張示範黑膠唱片的另一項重要特色,因為它創新導入運用於晶圓製程的Sputtering奈米濺鍍技術,在黑膠唱片溝槽表面鍍上一層極薄的金屬薄膜,如此一來就可以抗磨損、防靜電、不發霉並延長黑膠唱片的壽命,據稱還可以讓黑膠唱片聽起來更好聽,這實在太迷人了!

 

此次2016高雄音響展示範黑膠發表會,除了8月13日在圓山大飯店205瑩聲展房進行發表聆聽之外,音響展結束之後的8月18日眾家專業媒體還到研發並執行奈米鍍膜處理的台灣優貝克公司,直接觀察黑膠唱片奈米鍍膜的過程。本文將以圓山大飯店展房的發表會、台灣優貝克公司的技術背景、奈米鍍膜的研發驗證、以及奈米鍍膜過程的照片及影片等幾個部分,帶領各位一同來深入瞭解這個顛覆近80年來始終不變黑膠唱片之面貌的創新「奈米鍍膜」技術。

 

圓山大飯店展房的奈米鍍膜黑膠發表會

這就是經過奈米鍍膜處理的2016年高雄音響展示範黑膠唱片,銀光閃閃地就像是白金唱片一般,外觀視覺感受與傳統黑黝黝的黑膠唱片完全不同,很有21世紀新技術的高科技感。照片裡手持這張黑膠唱片的是《音響論壇》劉漢盛總編輯,身為數十年的黑膠唱片玩家,劉總編手持黑膠唱片的動作當然很標準,手指僅碰觸到唱片的邊緣,但其實經奈米鍍膜處理後的黑膠唱片不會沾染指紋,汗水也不會如傳統黑膠般導致發霉,就算手指碰到溝紋也沒關係。
這是5月1日下午顏華容教授在台北國家音樂廳鋼琴獨奏會的彩排照片,經過與4月26日在高雄音樂館錄音的母帶比較後,顏教授最終選定台北場作為2016年高雄音響展示範黑膠刻片發行的內容。
發表會當天瑩聲展房內的頂級音響系統,由PMC BB5鑑聽喇叭領軍,前端搭配器材有AVM前後級擴大機、Norttinghan黑膠唱盤、North Star Design數位類比轉換器等。發表會現場以這套音響系統播放「十一月」及「六月」兩段錄音,先以筆記型電腦與North Star Design數位類比轉換器播放96kHz/32bit數位母帶,接著再以Norttinghan黑膠唱盤播放奈米處理的黑膠唱片做比較。當然兩者在擴大機之前的處理器材有所差異,但有趣的是數位母帶聽起來固然中性寫實,但奈米鍍膜處理黑膠的高頻聽起來卻更為延伸,而且觸鍵起伏的強弱對比還更為活躍生動。
照片右側就是示範黑膠的演奏家顏華容教授,她在1997年12月以多項最優異成績獲得俄羅斯國立莫斯科柴可夫斯基紀念音樂學院「鋼琴演奏博士」之最高文憑,成為莫斯科音樂學院成立一百四十年來第一位獲頒此學位之台灣人,精通俄文的顏教授在發表會當天從語言及文學的角度來剖析柴可夫斯基的「四季」,讓大家對此張黑膠唱片的音樂內容有更深刻的體悟。至於照片左側的男子則是高雄音響展主辦單位高雄電器同業公會主委、也是高雄「南方音響」主事者黃裕昌先生,他是這張奈米鍍膜黑膠的重要催生者,據黃先生表示由於奈米鍍膜後的黑膠溝槽摩擦力少了一半,因此黑膠唱盤唱臂的抗滑需要適當的調整。
當然,2016年高雄音響展示範黑膠採用奈米鍍膜技術的創舉得以實現,也需要主辦單位的鼎力支持,高雄市電器同業公會蔡志亮理事長在發表會當天也專程到場致詞。說實話,奈米鍍膜使用了晶圓製程的高科技技術,耗費成本之高可想而知,但蔡理事長作為黃主委的有力後盾,「做就對了」的態度讓此一夢想終可實現。
8月13日發表會當天正好是高雄音響展「御用錄音師」徐育聖先生(左)的生日,高雄市電器同業公會特別準備了小蛋糕為他慶生,讓徐先生度過一個永生難忘的特殊生日。這張示範黑膠的高雄場及台北場都是由徐先生負責錄音工程,最終收錄製作發行的台北場《Hi-AV影音網》不僅全程參與,並且還對現場麥克風的架設、錄音器材的配置做了超級深入詳盡的解說,想要全面瞭解這張示範黑膠錄音狀況的話,請點擊這裡查閱。
這位是研發執行黑膠唱片奈米鍍膜處理的「台灣優貝克」吳東嶸副總經理,他說傳統黑膠唱片製作生產技術從1940年代迄今都沒有改變,黑膠唱片PVC材質的不耐磨、不導熱、易產生靜電等問題始終如故,這使得黑膠唱片的使用壽命、使用方便性與保存都受到很大的影響,而奈米鍍膜處理正是解決這些困擾的良方。至於台灣優貝克究竟是如何做到的?在詳細解說與帶領各位觀看本站獨家拍攝奈米鍍膜處理影片之前,先讓我們瞭解一下該公司的技術背景。

 

台灣優貝克公司的技術背景

8月13日台北圓山大飯店的發表會之後,第二次見到吳副總經理是8月18日在台灣優貝克位於新竹科學園區總公司的大會議室。
優貝克科技股份有限公司(ULVAC Taiwan)隸屬於日商優貝克集團(ULVAC),「追求真空極限」並以真空技術領導世界就是其宗旨。
ULVAC由包括松下電器產業社長松下幸之助在內的六人,在1952年創立,迄今已有六十餘年的歷史。
「真空技術」聽起來有點空泛,但其實運用範圍之廣遠遠超過你我的想像,包括液晶電視、OLED電視、電漿電視、太陽電池、CD/DVD/BD等影音光碟、半導體、LED、電子產品以及真空熱處理爐等產業,所有需要真空製程的都包含在內,光學鍍膜只是營業項目中的一項。
ULVAC在日本國內有四個主要工廠,分別從事各類產業製造所需真空儀器及機台之製造。
ULVAC在日本之外,生產及營業處所也分布於全球亞洲、歐洲及美國各地。
台灣優貝克在1981年成立,三十五年來從事真空成膜設備的代工生產、設備製造、研究開發、銷售與售後服務等。
除了位於新竹科學園區的總公司之外,優貝克在台南設有生產工廠,在台中也有辦公室。
優貝克在台灣的真空設備製造及安裝,從2006年至2015年這十年間就累積了超過一千台機具的成績,對於造價以「億」為單位的真空機具而言,如此的數量確實驚人。優貝克台南工廠是目前ULVAC海外除韓國之外,唯一具備自行研發能力並可將設備回銷到日本的工廠,可見台灣優貝克技術實力之堅強。
現代人的生活已經離不開智慧型手機,但其中包括液晶顯示板、電子元件甚至高精度的按鍵等,都少不了優貝克真空技術的奧援。
液晶電視的核心元件包括液晶顯示板、透明導電膜等,都需要在高度真空的環境下製造。
我們每天代步的汽車也離不開真空製程,包括電子元件、光觸媒轉換器、熱交換器等全都需要。

 

黑膠唱片奈米鍍膜的研發驗證

其實20年來筆記型電腦無論CPU處理速度、DRAM記憶體及硬碟容量,都有百倍、千倍甚至萬倍的進展,為何黑膠唱片製程從1940年代以來就幾乎「始終如一」?
黑膠唱片每聽一次溝槽就磨損一次,因此不少黑膠唱片迷對珍藏的黑膠都很寶貝,某些珍貴的黑膠唱片往往還捨不得經常播放。為何播放黑膠唱片會磨損?PVC其實是相當軟質的材料,而讀取溝槽信號的鑽石針尖不僅堅硬,加諸其上的壓力更是大到超乎想像,根據優貝克研究搜尋資料發現,唱頭針尖與黑膠唱片接觸的壓力約在23至25大氣壓,相當於1平方公尺面積上有230噸、也就是約為115部BMW X6轎車的重量!經過優貝克的奈米鍍膜處理後,就可在溝槽表面形成保護膜,大大降低黑膠唱片播放時的磨損,並且還有抗靜電、防潮濕、延長壽命等好處。
在黑膠唱片表面鍍膜可以有蒸鍍或濺鍍兩種方式,經過研究分析比較,優貝克決定使用濺鍍的方式,整體成效較佳。
優貝克的濺鍍處理是晶圓等級的10000級無塵室製程,真空度達到正常大氣壓的-10次方以下、濺鍍厚度誤差在15個原子之內,也要使用4N(純度99.99%)以上的靶材。
濺鍍的金屬要使用何者才合適呢?優貝克在研發過程裡試過鈦、銅等多種材料,最後經過全面的考量決定使用「鉬」(Mo),它的融點高達攝氏2,620度、是地球融點第六高的金屬,熱傳導率達142.35W/Mk,可以快速將鑽石針尖摩擦的熱量傳導散發,其硬度達到5至5.5(大約與水晶相當)可有效保護唱片溝槽不被磨損,另一方面鉬必須升溫到攝氏520度才會開始氧化,因此在常溫及播放狀態下黑膠唱片的鍍層可永保如新。
鉬(Mo)金屬的物理特性與黑膠唱片材質PVC的比較表,可以發現施以鉬奈米鍍層處理的黑膠唱片,無論融點、硬度、熱傳導率都大大增加,而摩擦力則降到二分之一以下。其實,優貝克的黑膠奈米鍍層非常薄,只有350個原子的厚度,假使黑膠唱片的厚度相當於台北101大樓的508公尺,那麼奈米鍍膜厚度大約就只有30公分,從這樣的數值對比就可得知這確實是非常精密的處理。
正式生產的奈米黑膠是將鉬(Mo)直接鍍在黑膠唱片表面的,不過先前在研發測試階段優貝克也測試過兩層的結構,而且也對不同的組合做了多方面的測試。
奈米鍍膜處理之後也增強了黑膠唱片的強度,優貝克還以250公克的金屬尖錐做落錐測試,在130公分高處墬下時尖錐會直接擊穿黑膠唱片,但倘若墬落高度縮減到60公分,金屬錐就只能將奈米鍍膜後的黑膠唱片打凹,而且奈米鍍膜並不會因此脫落。
手指的汗水會對鍍膜有任何影響嗎?優貝克也對此做了測試,驗證並不會有任何影響。
奈米鍍膜過程裡會讓黑膠唱片的溝槽變形嗎?優貝克也做了一連串的實驗並量測驗證,即使以高達1,600瓦的功率濺鍍100nm厚鍍層,唱片表面溫度也低於攝氏43度,遠低於原本黑膠唱片播放時針尖摩擦產生的熱度,因此奈米鍍膜不會讓黑膠唱片溝槽產生變形。
不同功率、不同厚度的濺鍍處理,處理前後唱片溝槽在100倍及200倍光學顯微鏡下觀察,這是以400瓦功率濺鍍150A厚度的比較。
以1,600瓦功率濺鍍150A厚度的比較。
即使以1,600瓦功率濺鍍1,000A的厚度,在200倍光學顯微鏡下觀察黑膠唱片溝槽也沒有差異,實際上優貝克的奈米鍍膜處理厚度只有500A(大約350個原子厚度、誤差不超過10原子),當然更不會影響原本的溝槽起伏。
鉬(Mo)的硬度是黑膠唱片PVC材質的30倍、摩擦力在二分之一以下,因此奈米鍍膜處理後可有效防止鑽石針尖對黑膠唱片的磨損。上方左圖是未經奈米鍍膜處理的黑膠唱片,在播放兩百次之後在光學顯微鏡下可發現V型溝槽底部黑線兩側(也就是溝槽的側面)出現兩道刮痕(紅色虛線標示處),但經過奈米鍍膜處理的全新黑膠唱片,同樣播放兩百次之後,在光學顯微鏡之下觀察則發現溝槽仍完整如新、完全沒有任何刮痕(請見上方右圖)。
這是在奈米鍍膜處理後,唱片溝槽橫切面在250倍光學顯微鏡下觀察的溝槽狀態。

 

奈米鍍膜過程的照片及影片

在優貝克公司的技術背景與奈米鍍膜技術的解說之後,終於要讓我們實際觀察奈米鍍膜的處理過程了,但是在那之前,大會議室的一側其實還有一些物件讓我們觀看,這是放在光學顯微鏡下的黑膠唱片。
透過光學顯微鏡做200倍放大,在電腦螢幕上可清楚看到黑膠唱片的溝槽。
前面提到奈米鍍膜處理後,黑膠唱片表面的靜電可大幅降低,如此一來就可免除吸附灰塵對黑膠唱片播放的影響,不僅大幅降低了播放時要用唱片刷清潔唱片的必要,也可排除灰塵累積之後長久放置因濕氣發霉,因而經常要用洗唱片機清洗的麻煩。到底奈米鍍膜處理可將靜電降到多低?放到鋪滿保力龍碎屑的容器上就知道了,右側未經奈米鍍膜處理的黑膠唱片吸附了許多保力龍碎屑,但左側經過奈米鍍膜處理的黑膠唱片則完全沒有保力龍碎屑吸附。
當然,優貝克是講究實證數據的高科技公司,光用眼睛看做比較是不行的,旁邊桌上就有靜電量測儀器,當然直接拿來量測比較,未經奈米鍍膜處理的黑膠唱片數值是「416」。
經過奈米鍍膜處理的黑膠唱片靜電數值則只有「15」,是未經奈米鍍膜處理黑膠唱片的27分之1以下,由此可證明奈米鍍膜確實大幅降低了黑膠唱片表面的靜電數值。
這是優貝克公司奈米鍍膜技術的另一實證,這是使用於冰天雪地裡雪鏡的奈米鍍膜處理,實際使用時內外層溫度差可能達攝氏四十度以上,仍然要維持清晰且不起霧的狀態,其實並不簡單。
眾家專業音響媒體編輯們就著小圓窗在看什麼?裡面就是做奈米濺鍍處理中的黑膠唱片,其實這是先前用來試作的機台,日後實際作業會在無塵室裡進行,當天只是以試作機示範濺鍍過程讓媒體編輯們觀察。
這就是由小窗內看到的景象,待做奈米薄膜濺鍍處理的黑膠唱片就在上方以10rpm的轉速旋轉,右側發出紫紅色光芒的則是游離原子狀態的電漿,它們會往上跑並附著到黑膠唱片表面,日後實際生產線會改為向下噴濺的方式鍍膜,黑膠唱片會改放在下方的位置。接著獨家提供本站所拍攝的兩段影片,讓各位更能身歷其境,第一段是眾家媒體編輯分批就著小窗觀察,第二段則是以攝影機貼近小窗拍攝的動態影像。
經由以上的剖析,各位可發現奈米鍍膜確實賦予了黑膠唱片新的生命,為了紀念這全球Hi-End音響史上的第一次(優貝克公司已就黑膠唱片奈米鍍膜技術申請專利),眾家媒體總編與編輯群也與優貝克公司高層人員來一張大合照。
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