Как посчитать эффективную массу тонарма
КОМПЛИАНС И МАССА ТОНАРМА
Я собрал больше количество проигрывателей для разных клиентов, и очень часто мне приходилось объяснять, что, пытаясь определиться с вертушкой, люди следуют неправильному алгоритму.
Как правило, решив слушать винил, человек сначала выбирает себе проигрыватель, потом смотрит, какой на нем оказался тонарм, а затем думает, какой на этот тонарм установить картридж. Мало того, что такой алгоритм неправильный, так еще многие ленятся углубляться в тему сочетания тонармов и картриджей и получают абсолютно удручающий результат.
Однажды я покупал через Авито проигрыватель Micro DDX-1000 для заказчика из Санкт-Петербурга. Владелец продаваемой вертушки оказался приятным человеком, а целая коллекция вертушек, знание огромного количества моделей картриджей и серьезная, на первый взгляд, система предполагали увлеченность и опыт. У меня с собой были несколько тестовых пластинок и рекордер с оцифровками этих же пластинок, сделанных на референсных трактах. Я попросил включить продаваемую вертушку и поставил тестовый трек с альбома Judas Priest 1978 года «Stained Class». Пластинка зазвучала глухо и сдавленно.
— Почему такой глухой звук? – удивился я.
Надо было видеть изумление владельца вертушки, когда оцифровка с рекордера на той же самой системе заиграла на порядок лучше проигрывателя, немедленно развеяв миф о «глухости пластинок семидесятых». Хозяин вспомнил про угол VTA, стал его корректировать, пытался чистить иглу и менять прижимную силу – никакого позитивного влияния на звук это не оказало. Вертушка звучала так же глухо и безжизненно, как раньше.
Я понимал, что от проигрывателя мне нужно только исправное, равномерное вращение, а со звуком я смогу разобраться позже, поэтому купил «Микру» без разговоров, чем вызвал у владельца чувство заметного облегчения. Было видно, что он пребывает в легкой панике, совершенно не понимая, почему цифровой рекордер играет лучше хорошей вертушки с дорогим двухблочным корректором.
Придя домой, я спокойно разобрался с приобретением и нашел причину глухого звучания. Это хрестоматийный случай, и я начал с него статью, чтобы сразу показать важность соблюдения основных виниловых правил.
SME 3009 S2 Improved со штатным шеллом. Эфф. масса 9.5 гр.
Большинство среднебюджетных картриджей имеют среднюю податливость, а большинство штатных тонармов винтажных и современных проигрывателей имеют среднюю эффективную массу. Это значит, что в 60% случаев «любой» картридж подойдет к «любому» тонарму, и по этой причине многие любители музыки вообще не задумываются, что могут сделать что-то не так.
Чтобы избежать проблем, вчитайтесь в эту статью внимательно!
Эффективная масса, как правило, указывается в характеристиках топовых тонармов, которые продаются опционально (отдельно), но никогда не указывается для штатных тонармов готовых проигрывателей. Тот, кто имеет большой опыт настройки различных тонармов, может с высокой точностью определить эффективную массу любого тонарма эмпирически. Для тех, у кого подобного опыта нет, hiendmusic перечислит несколько основных признаков, по которым можно определить, с каким типом тонарма вы имеете дело.
Если детали тонарма выглядят массивными, трубка (прямая или S-образная) выполнена из стали или композитного сплава, а противовес весит от 60 граммов и выше, то перед вами, вероятнее всего, тяжелый тонарм с эффективной массой 17-20 граммов. Даже если просто покачать трубку на пальцах, ощущения будут весьма «увесистыми».
Примеры высокоподатливых картриджей: ADS XLM, Shure V15, Empire 4000, Audio Technica ART9.
Примеры легких тонармов: SME Series III, Mayware Formula IV, Infinity Black Widow.
Картриджи с низкой податливостью 9-12 при измерении на 10 Hz хорошо играют только на тяжелых тонармах с эффективной массой 18-30 гр.
Примеры низкоподатливых картриджей: Denon DL 103, Ikeda, Koetsu, Ortofon SPU, Fidelity Research Fr1.
Примеры тяжелых тонармов: Fidelity Research FR64, SAEC 407, ORTOFON RMG 309, SME M2R12.
Примеры картриджей со средней податливостью: Lyra, Audio Technica AT33, Denon DL 301, Benz Micro, Sony XL 88.
Примеры тонармов со средней эффективной массой: Tri Planar, VPI, Micro Seiki, SME 3009, SME 309, SME V.
Незначительный на первый взгляд нюанс – масса картриджа в сборе с винтами и проводами – составляет каверзу, из-за которой пластинки часто не звучат на 100% даже у тех, кто относится к сочетаемости тонармов и картриджей серьезно. Я несколько лет слушал податливый картридж ADC XLM на легком тонарме Mayware Formula IV в полной уверенности, что это идеальное сочетание. Но проверив компоненты на весах, убедился, что мой картридж с первого дня был перегружен на 1.5 грамма, что для комплианса 30 оказалось значимым. ВИНТЫ! Суммарная масса металлических винтов составляла 1.5 грамма, и поменяв их на пластмассовые винты суммарной массой 0.2 гр, я облегчил картридж на 1.3 грамма, получив заметную прибавку в детализации, отдаче по ВЧ и общей разборчивости.
Для того, чтобы продемонстрировать разницу, которую вносят всего 5-6 граммов, я сделал несколько тестов :
Установим картридж Ortofon MC 30 на тонарм Tri-Planar с эффективной массой 13 граммов. Комплианс картриджа 16 на 10 Hz. Масса картриджа с винтами 11 граммов. Подставляем 13 граммов в окошко эффективной массы калькулятора и смотрим таблицу: для комплианса 16 значение 11 граммов находится с зеленой зоне. Картридж играет хорошо.
Теперь установим тот же картридж на тонарм SAEC WE 308 с эффективной массой 20 граммов. Пытаясь облегчить задачу картриджу, я поставлю самый легкий шелл, возьму самые легкие коммутационные провода (lead wire) и пластмассовые крепежные винты суммарным весом 0.3 грамма. Маломерные весы показывают, что общий вес сборки картридж/проводка/крепеж получился 12 граммов. Смотрим таблицу.
Ortofon MC 30 на тонарме Tri Planar с эффективной массой 11 гр.
В чем была проблема у Micro DDX-1000, про которую шла речь в начале статьи? На вертушке был установлен тяжелый тонарм SAEC WE 407 и картридж Denon DL 301, который, к слову, заметно лучше Denon DL 103.
Надеюсь, эта статья прояснила для вас, что такое сочетаемость тонармов и картриджей и научила пользоваться калькулятором резонансов. Более точно можно узнать резонансную частоту, настраивая КАРТРИДЖ ПО КОМПЬЮТЕРУ. Кстати, на значение резонансной частоты влияет даже степень затяжки крепежных винтов. Никогда не затягивайте их со всей силой, но и не оставляйте разболтанными.
С более высокими бюджетами можно разгуляться серьезнее, поэтому приглашаю вас прочесть статью ОБЗОР ТОПОВЫХ ФОНОКАРТРИДЖЕЙ.
Чтобы лучшим образом воспроизводить большую фонотеку с разными типами пластинок имеет смысл оснастить проигрыватель двумя разными тонармами с разными картриджами. Подробнее об этом в статье МАСТЕРИНГ ПЛАСТИНКИ И ДВА ТОНАРМА.
Послушать идеально настроенный виниловый тракт вы всегда можете у меня в мастерской или в нашем шоу-руме Huge Sound.
Эффективная масса тонарма?
Эффективная масса тонарма
Из школьного курса физики известно, что любое тело обладает инерцией, т.е. свойством сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Если же приложить к такому физическому телу внешнее усилие, то оно будет сопротивляться изменению своего состояния, причем тем сильнее, чем больше его масса. Если же речь идет о вращающемся объекте это называется моментом инерции и в таком случае влияние оказывает не только масса объекта, но и характер расположения этой массы относительно точки вращения. Применительно к тонарму это означает, что любые его части расположенные дальше от оси поворота значительно сильнее увеличивают момент инерции тонарма, чем детали, расположенные близко к оси поворота (например, противовес). Иными словами для снижения момента инерции тяжелые части тонарма должны располагаться как можно ближе к его оси поворота.
Эффективная масса (effective mass) тонарма характеризует момент инерции тонарма и отражает сумму масс всех подвижных частей тонарма с учетом их расположения относительно оси вращения. Поэтому важно не путать эффективную массу тонарма с его общей массой.
Тонарм с головкой звукоснимателя и ее подвижная система образуют вместе механическую колебательную систему с определенным резонансом. С одной стороны, на нее воздействуют сверхнизкочастотные источники колебаний, такие как эксцентриситет и коробление пластинки, вибрации подшипника диска, колебания пола и стен и т.п. Частота этих воздействий лежит в области ниже 7-8 Гц. С другой стороны канавка пластинки через иглу «пытается раскачать» тонарм со звуковой частотой от 20 Гц и выше.
Частота резонанса тонарма и звукоснимателя зависит от эффективной массы тонарма и гибкости подвижной системы головки. Полностью избежать резонанса невозможно, но правильный подбор этих параметров позволяет расположить его в узком промежутке от 8 до 20 Гц. Приведенная ниже номограмма позволяет примерно оценить степень соответствия параметров.
Следует учитывать, что общая эффективная масса это эффективная масса тонарма с установленной головкой звукоснимателя. Рассчитать общую эффективную массу нетрудно, воспользовавшись следующим примером:
допустим, что тонарм имеет эффективную массу 10 г, расстояние от оси поворота тонарма до центра тяжести головки 230мм, а масса головки 8 г, тогда общая эффективная масса = 10 +(8 х 0,23) = 11,84 г.
При конструировании тонарма разработчикам приходится находить непростой компромисс. Чтобы тонарм не оказывал влияния на колебания иглы при воспроизведении записи, т.е. вел себя абсолютно пассивно, его эффективная масса должна быть как можно большей по сравнению с массой подвижной системы звукоснимателя, а гибкость подвижной системы должна быть максимальной, в идеальном случае бесконечной. Если гибкость подвижной системы недостаточна, резонансная частота системы может оказаться выше нижней граничной частоты записи, т.е. 20 Гц. Это приведет к резкому снижению отдачи на частотах, ниже резонансной (иными словами к потере баса), т.к. модулированная канавка раскачивает тонарм вместе с иглой как единое целое. Кроме этого возрастают нелинейные искажения, деформации канавки пластинки и помехи от посторонних механических вибраций с частотой, близкой к резонансной. Однако одновременно необходимо обеспечить нечувствительность подвижной системы к внешним паразитным силам, а это возможно только при ограниченной массе тонарма. В ином случае при толчках и под воздействием сил, вызванных короблением и биениями пластинки, тонарм не будет успевать следовать в такт за инфранизкими колебаниями подвижной системы, в результате контакт иглы со стенками канавки будет ненадежным, а в тракт усиления попадут сгенерированные инфранизкочастотные помехи.
Эффективная масса тонарма?
Эффективная масса тонарма
Из школьного курса физики известно, что любое тело обладает инерцией, т.е. свойством сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Если же приложить к такому физическому телу внешнее усилие, то оно будет сопротивляться изменению своего состояния, причем тем сильнее, чем больше его масса. Если же речь идет о вращающемся объекте это называется моментом инерции и в таком случае влияние оказывает не только масса объекта, но и характер расположения этой массы относительно точки вращения. Применительно к тонарму это означает, что любые его части расположенные дальше от оси поворота значительно сильнее увеличивают момент инерции тонарма, чем детали, расположенные близко к оси поворота (например, противовес). Иными словами для снижения момента инерции тяжелые части тонарма должны располагаться как можно ближе к его оси поворота.
Эффективная масса (effective mass) тонарма характеризует момент инерции тонарма и отражает сумму масс всех подвижных частей тонарма с учетом их расположения относительно оси вращения. Поэтому важно не путать эффективную массу тонарма с его общей массой.
Тонарм с головкой звукоснимателя и ее подвижная система образуют вместе механическую колебательную систему с определенным резонансом. С одной стороны, на нее воздействуют сверхнизкочастотные источники колебаний, такие как эксцентриситет и коробление пластинки, вибрации подшипника диска, колебания пола и стен и т.п. Частота этих воздействий лежит в области ниже 7-8 Гц. С другой стороны канавка пластинки через иглу «пытается раскачать» тонарм со звуковой частотой от 20 Гц и выше.
Частота резонанса тонарма и звукоснимателя зависит от эффективной массы тонарма и гибкости подвижной системы головки. Полностью избежать резонанса невозможно, но правильный подбор этих параметров позволяет расположить его в узком промежутке от 8 до 20 Гц. Приведенная ниже номограмма позволяет примерно оценить степень соответствия параметров.
Следует учитывать, что общая эффективная масса это эффективная масса тонарма с установленной головкой звукоснимателя. Рассчитать общую эффективную массу нетрудно, воспользовавшись следующим примером:
допустим, что тонарм имеет эффективную массу 10 г, расстояние от оси поворота тонарма до центра тяжести головки 230мм, а масса головки 8 г, тогда общая эффективная масса = 10 +(8 х 0,23) = 11,84 г.
При конструировании тонарма разработчикам приходится находить непростой компромисс. Чтобы тонарм не оказывал влияния на колебания иглы при воспроизведении записи, т.е. вел себя абсолютно пассивно, его эффективная масса должна быть как можно большей по сравнению с массой подвижной системы звукоснимателя, а гибкость подвижной системы должна быть максимальной, в идеальном случае бесконечной. Если гибкость подвижной системы недостаточна, резонансная частота системы может оказаться выше нижней граничной частоты записи, т.е. 20 Гц. Это приведет к резкому снижению отдачи на частотах, ниже резонансной (иными словами к потере баса), т.к. модулированная канавка раскачивает тонарм вместе с иглой как единое целое. Кроме этого возрастают нелинейные искажения, деформации канавки пластинки и помехи от посторонних механических вибраций с частотой, близкой к резонансной. Однако одновременно необходимо обеспечить нечувствительность подвижной системы к внешним паразитным силам, а это возможно только при ограниченной массе тонарма. В ином случае при толчках и под воздействием сил, вызванных короблением и биениями пластинки, тонарм не будет успевать следовать в такт за инфранизкими колебаниями подвижной системы, в результате контакт иглы со стенками канавки будет ненадежным, а в тракт усиления попадут сгенерированные инфранизкочастотные помехи.
Как посчитать эффективную массу тонарма
Sber только что оставил сообщение в разделе Аналоговое оборудование ре-мастеринга Форум А. Лихницкого в теме Головочки «Ortofon Vivo»..
» Эффективная масса тонарма
Из школьного курса физики известно, что любое тело обладает инерцией, т.е. свойством сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Если же приложить к такому физическому телу внешнее усилие, то оно будет сопротивляться изменению своего состояния, причем тем сильнее, чем больше его масса. Если же речь идет о вращающемся объекте это называется моментом инерции и в таком случае влияние оказывает не только масса объекта, но и характер расположения этой массы относительно точки вращения. Применительно к тонарму это означает, что любые его части расположенные дальше от оси поворота значительно сильнее увеличивают момент инерции тонарма, чем детали, расположенные близко к оси поворота (например, противовес). Иными словами для снижения момента инерции тяжелые части тонарма должны располагаться как можно ближе к его оси поворота.
Эффективная масса (effective mass) тонарма характеризует момент инерции тонарма и отражает сумму масс всех подвижных частей тонарма с учетом их расположения относительно оси вращения. Поэтому важно не путать эффективную массу тонарма с его общей массой.
Тонарм с головкой звукоснимателя и ее подвижная система образуют вместе механическую колебательную систему с определенным резонансом. С одной стороны, на нее воздействуют сверхнизкочастотные источники колебаний, такие как эксцентриситет и коробление пластинки, вибрации подшипника диска, колебания пола и стен и т.п. Частота этих воздействий лежит в области ниже 7-8 Гц. С другой стороны канавка пластинки через иглу «пытается раскачать» тонарм со звуковой частотой от 20 Гц и выше.
Частота резонанса тонарма и звукоснимателя зависит от эффективной массы тонарма и гибкости подвижной системы головки. Полностью избежать резонанса невозможно, но правильный подбор этих параметров позволяет расположить его в узком промежутке от 8 до 20 Гц. Приведенная ниже номограмма позволяет примерно оценить степень соответствия параметров.
Следует учитывать, что общая эффективная масса это эффективная масса тонарма с установленной головкой звукоснимателя. Рассчитать общую эффективную массу нетрудно, воспользовавшись следующим примером:
допустим, что тонарм имеет эффективную массу 10 г, расстояние от оси поворота тонарма до центра тяжести головки 230мм, а масса головки 8 г, тогда общая эффективная масса = 10 +(8 х 0,23) = 11,84 г.
Автор статьи: М. Остапенко»
Я признаться тапк и не въехал, зачем введен коефициент 0,23.
Ну так это и хорошо.
Будет что обсудить уважаемым специалистам!
***************
Эффективная масса тонарма
ВИНИЛ
Не удивительно, что сегодня во всем мире резко возрос интерес к аналоговой записи на виниловых дисках. История развития механической звукозаписи насчитывает более 100 лет. За это время она претерпела много изменений, но не потеряла главного и неоспоримого преимущества: способности без потерь донести до слушателя эмоции и индивидуальность артиста. В отличие от неодушевленного цифрового звука, рано или поздно вызывающего утомление даже при прослушивании на очень дорогой аппаратуре, винил позволяет слушателю раствориться в музыке, почувствовать мистическое единство звука и тишины, перенестись в атмосферу прошлого.
Взгляд ближе
Когда компакт диски начали массировано завоевывать мировые рынки, потребителям стали тонко воздействовать на подсознание, внушая пренебрежение к «вертушкам» и «винилу». Формировался образ интегрированной в музыкальный центр пластмассовой вертушки с легким штампованным диском, который годился, разве что, в качестве тарелки в придорожной шашлычной. Комплектовались такие «проигрыватели» убогими хлипкими тонармами с одноразовыми легкосъемными (P-mount) головками. Они были «компактны и доступны», но неимоверно корежили звук, что окончательно убеждало потребителя в никчемности грампластинок. Однако все это имело мало общего с настоящими проигрывателями винила.
Что же представляет собой современная система воспроизведения механической записи?
Основные составляющие те же, что и в конце 70-х, во времена расцвета винила: стол (turntable), тонарм (tonearm), головка звукоснимателя (cartridge) и собственно сам виниловый диск или LP. Однако при всей кажущейся простоте это точнейшая электромеханическая система.
Для того чтобы прочувствовать все тонкости этой системы, нам было бы неплохо на время уменьшиться в размерах раз эдак в 200 и посмотреть на виниловую пластинку «в непосредственной близости». Но поскольку это невозможно, придется напрячь свое воображение и аналитические способности и, опираясь на цифры и схемы, приступить к детальному изучению вопроса.
На рисунке изображен увеличенный разрез грампластинки и иглы.
Так выглядит игла звукоснимателя в канавке пластинки при многократном увеличении.
Эти цифры показывают, сколь деликатна и противоречива механика взаимодействия грампластинки и считывающего устройства. В таких условиях детали проигрывателя должны соответствовать жестким требованиям точности и прочности. Кроме того, любое высококачественное звуковое воспроизводящее устройство звучит только тогда, когда его создатель относится к нему как к музыкальному инструменту, а не просто электронно-механическому прибору. Очень критичным является подбор материалов, поскольку разные сочетания дают определенную окраску и характер звука, обогащая его, либо делая совершенно непривлекательным. В своих поисках идеального звучания конструкторы проигрывателей соединяют тонкий инженерный расчет и абсолютно эзотерические решения. Как правило, это дает искомый результат, однако не способствует удешевлению системы. Увы, продвижение к высотам качества в любой области человеческой жизни требует значительных эмоциональных, физических и материальных затрат.
СТОЛ
Поскольку все компоненты проигрывателя и сама грампластинка механически связаны между собой, любые посторонние вибрации воздействуют на иглу и в результате ухудшают качество звука. Основных источников таких вибраций четыре: акустическая обратная связь, вибрации стен и пола помещения (передающиеся через стойку или подставку), вибрации механических частей самого проигрывателя (двигатель, узел подшипника) и опосредованное воздействие на тонарм рельефа канавки и неровностей грампластинки. Для того чтобы правильно передать колебания от рельефа канавок необходимо свести к минимуму все паразитные вибрации и собственные резонансы стола.
В настоящее время наиболее распространенной является конструкция с применением мягкого подвеса субшасси (sub-chassis), на котором установлены узел подшипника (bearing assembly), диск (platter), площадка для тонарма (armboard) и тонарм.
Gyrodeck Spider Editiion
Площадки для установки тонарма могут изготавливаться под различные установочные размеры тонармов, что позволяет подобрать и установить практически любой тонарм по желанию. В Gyrodeck площадка выполнена из алюминиевого сплава и устанавливается на субшасси через пластиковые проставки.
Площадка для тонарма (armboard)
Подвеска состоит из трех конусных пружин с переменным шагом. Резьбовая втулка позволяет регулировать высоту. Опорные шайбы состоят из металлической и фторопластовой частей.
В проигрывателях фирмы SME в качестве подвеса применяются резиновые кольца.
Проигрыватель SME 20
Таким образом, упругая подвеска субшасси обеспечивает практически полную изоляцию чувствительных элементов проигрывателя от внешних вибраций. Кроме этого может применяться дополнительная развязка, как, например, в столе Orbe фирмы J.A.Michell Engineering Ltd. В данном случае основание состоит из двух акриловых плит. Верхняя опирается на нижнюю через микроконусы, а опорные стержни не цельные и не проходят сквозь основание стола.
JA Michell Orbe
Подвес может включать дополнительные демпфирующие элементы, гасящие колебания в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Это решение применяется в столах С.Е.С., но единого мнения о целесообразности такой схемы нет, так как дополнительные демпферы повышают жесткость подвеса.
Simon Yorke Designs S7
Диск
Нередко на диск кладется специальный мат из резины или полимера. В зависимости от материала диска это может оказать положительное влияние на характер звука, но при ошибочном подборе может привести к «ватности» звука, потере артикуляции низких частот и размазыванию фронтов звуковой картины.
Обязательной деталью Hi-End стола является осевой прижим пластинки (clamp). Во-первых прижатая к центру диска пластинка «разглаживается», уменьшаются волнообразные неровности коробленных виниловых дисков. Во-вторых, пластинка становится как бы единым целым с диском проигрывателя, что исключает ее собственные колебания.
Прижимы бывают трех основных видов:
а) «пассивный» тяжелый прижим, который просто кладется сверху на диск, центровка обеспечивается вхождением направляющего шпинделя диска в отверстие в прижиме;
б) универсальный прижим с цанговым зажимом, который можно использовать на любом проигрывателе при условии достаточной высоты шпинделя диска;
в) прижим, накручиваемый на резьбовую часть направляющего шпинделя.
Подшипник диска
Подшипник диска является прецизионным механическим узлом, который должен отвечать ряду требований, а именно обеспечивать минимальное сопротивление вращению диска, не создавать вибраций и шумов, не иметь люфтов. Учитывая большую массу и диаметр диска, подшипник должен обладать высокой износоустойчивостью и нагрузочной способностью.
Основными элементами подшипника являются стальная ось, бронзовый стакан и упорный шарик. Ось может крепиться к диску и вставляться в стакан, опираясь на шарик, лежащий на дне стакана. Для изготовления опорного шарика используются самые разные материалы: от обычной закаленной стали до сапфира или специальных сплавов, используемых в NASA, как, например, в проигрывателях Simon Yorke Designs. Особые требования предъявляются к чистоте обработки поверхности оси и внутреннего зеркала стакана. Для смазки используется синтетическое масло с низкой вязкостью.
Часто применяется «обратная» схема подшипника (inverted bearing) когда стальная ось крепится к субшасси, а стакан надевается сверху.
схема подшипника проигрывателей Michell
Г-н Джон Мичел (John Michell) нашел изящное инженерное решение этой задачи: на внутреннем зеркале бронзового стакана подшипника расположена очень тонкая спиральная канавка. При вращении масло из ванночки захватывается срезом канавки и подается в верхнюю часть подшипника, смазывая при этом всю контактирующую поверхность оси, стакана и опорный шарик. В оси просверлен отводной канал, по которому масло стекает обратно вниз. Таким образом обеспечивается непрерывная «прокачка» масла в подшипнике.
Привод диска
Привод диска призван сообщить грампластинке, лежащей на диске, вращение с определенной частотой, не создавая при этом механических и акустических помех. В рамках этой статьи мы не будем рассматривать роликовый и прямой привод, которые используются в массовых бытовых проигрывателях. Обе эти схемы обладают высоким уровнем вибраций, а прямой привод вдобавок ко всему уверенно обеспечивает значительные электромагнитные наводки на головку звукоснимателя. Все это несовместимо с высококачественным воспроизведением.
Во всех проигрывателях класса Hi-End используется пассиковый привод диска (belt drive), т.к. он прекрасно изолирует диск от вибраций мотора. Чаще всего применяются резиновые пассики круглого сечения. Но встречаются и более экзотические решения в виде шелковых нитей или тонких стальных тросиков. При достаточной массе диска эластичность такой передачи не оказывает влияния на равномерность вращения (детонацию). Чтобы погасить вибрации от двигателя, он устанавливается на мягком подвесе внутри массивного металлического корпуса, который часто располагается отдельно от проигрывателя.
Двигатель проигрывателя GyroDeck SE. Синхронный электромотор немецкой фирмы PAPST установлен внутри массивного металлического корпуса при помощи демпфирующей развязки.
В качестве двигателей применяются маломощные синхронные электромоторы переменного тока. Питание осуществляется от образцовых источников питания с кварцевой стабилизацией частоты тока. Как правило, в проигрывателях класса Hi-End на диск не наносят стробоскопические метки для контроля частоты вращения. В этом просто нет необходимости, поскольку точность изготовления деталей, масса диска и калиброванное питание двигателя гарантированно обеспечивают заданную частоту вращения. Если же ставятся специальные задачи, например воспроизведение нестандартных архивных записей, то питание двигателем может осуществляться от специального блока питания, управляемого персональным компьютером, как, например, в модификации стола S7 для архивов фирмы Simon Yorke Designs. Несколько таких столов установлено в библиотеке Конгресса США, и на них можно проигрывать абсолютно любые диски, даже записанные в обратном направлении или с постоянной линейной скоростью, что требует плавного изменения частоты вращения по мере перемещения звукоснимателя по поверхности диска.
ТОНАРМ
Угловые искажения
Как известно резец рекордера при записи перемещается по прямой линии вдоль радиуса записываемого диска; классический же тонарм представляет собой поворотную конструкцию (pivoted tonearm), где игла перемещается по дуге с радиусом, равным расстоянию между поворотной осью тонарма и кончиком иглы. Поэтому между направлением колебаний иглы и радиусом, вдоль которого колеблется резец при поперечной записи, образуется некоторый угол, называемый горизонтальным углом погрешности (tracking error).
С точки зрения отсутствия угловых ошибок при проигрывании, наилучшим решением является прямой тангенциальный тонарм. Однако устройство сервосистемы его движения очень сложно и такой тонарм не инертен по отношению к звукоснимателю, т.к. механизм его движения отслеживает изменение усилия бокового воздействия канавки на иглу, в результате чего подвижная система головки испытывает циклически повторяющееся переменное боковое воздействие. Вдобавок, сервосистема является источником (причем непосредственно связанным с тонармом) дополнительных вибраций. Была разработана конструкция с применением так называемого воздушного подшипника. В зазор между направляющей штангой тонарма и его опорной втулкой подается воздух под давлением, что обеспечивает отсутствие трения. Это позволило обойтись без сервостстемы поскольку усилия давления канавки на иглу достаточно для перемещения тонарма. Правда сама пневмосистема очень сложная, дорогая и требует размещения компрессора вдали от проигрывателя.
Проигрыватель RABCO ST-7 фирмы Harman/Kardon
Другое оригинальное решение было предложено английской фирмой Garrard. В ее проигрывателях применялся специальный сочлененный тонарм. Принцип его действия хорошо виден на рисунке.
Проигрыватель Garrard Z2000 с сочлененным тонармом.
В данном случае горизонтальный угол погрешности отсутствует благодаря тому, что головка звукоснимателя при перемещении иглы по пластинке, в любом месте зоны записи, оказывается на касательной линии к проигрываемой канавке. Недостатками сочлененного тонарма является повышенное трение из-за дополнительных шарниров, недостаточная жесткость и наличие дополнительных паразитных резонансов.
Оба вышерассмотренных варианта хотя и решали проблему горизонтального угла погрешности, рождали другие проблемы, к тому же из-за сложности и большой стоимости не нашли широкого применения. Еще одним важным недостатком являлось ограничение спектра используемых головок звукоснимателя из-за невозможности смены и подбора тонарма с другими характеристиками. В связи с этим основным типом тонарма, используемым сегодня, все же остается поворотный тонарм, тем более что, будучи грамотно сконструированным и установленным, он обеспечивает минимальные угловые искажения, практически не ухудшающие качество воспроизведения. Достигается это, во-первых, расположением головки под некоторым углом к продольной оси тонарма (offset angle), а во-вторых, увеличением расстояния от оси поворота тонарма до острия иголки по отношению к расстоянию от центра поворота тонарма до центра диска. Таким образом, обеспечивается заход иглы за шпиндель диска (overhang).
Для примера, в тонарме SME 309 погрешность составляет всего лишь 0,012 град/мм, т.е. при смещении иголки в сторону от центральной части зоны записи, где погрешность равна нулю, на один миллиметр, угол погрешности возрастает на двенадцать тысячных градуса.
Кроме этого существуют удлиненные версии тонармов, в которых расстояние между вертикальной осью поворота и иголкой достигает 308мм (прим. 12 дюймов), в результате чего игла движется по более пологой дуге, соответственно меньше отклоняясь от траектории движения резца при записи.
Стол Thorens TD 520 с тонармом SME 3012R длиной 12 дюймов.
Эффективная масса тонарма
Из школьного курса физики известно, что любое тело обладает инерцией, т.е. свойством сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Если же приложить к такому физическому телу внешнее усилие, то оно будет сопротивляться изменению своего состояния, причем тем сильнее, чем больше его масса. Если же речь идет о вращающемся объекте это называется моментом инерции и в таком случае влияние оказывает не только масса объекта, но и характер расположения этой массы относительно точки вращения. Применительно к тонарму это означает, что любые его части расположенные дальше от оси поворота значительно сильнее увеличивают момент инерции тонарма, чем детали, расположенные близко к оси поворота (например, противовес). Иными словами для снижения момента инерции тяжелые части тонарма должны располагаться как можно ближе к его оси поворота.
Эффективная масса (effective mass) тонарма характеризует момент инерции тонарма и отражает сумму масс всех подвижных частей тонарма с учетом их расположения относительно оси вращения. Поэтому важно не путать эффективную массу тонарма с его общей массой
Тонарм с головкой звукоснимателя и ее подвижная система образуют вместе механическую колебательную систему с определенным резонансом. С одной стороны, на нее воздействуют сверхнизкочастотные источники колебаний, такие как эксцентриситет и коробление пластинки, вибрации подшипника диска, колебания пола и стен и т.п. Частота этих воздействий лежит в области ниже 7-8 Гц. С другой стороны канавка пластинки через иглу «пытается раскачать» тонарм со звуковой частотой от 20 Гц и выше.
Частота резонанса тонарма и звукоснимателя зависит от эффективной массы тонарма и гибкости подвижной системы головки. Полностью избежать резонанса невозможно, но правильный подбор этих параметров позволяет расположить его в узком промежутке от 8 до 20 Гц. Приведенная ниже номограмма позволяет примерно оценить степень соответствия параметров.
Следует учитывать, что общая эффективная масса это эффективная масса тонарма с установленной головкой звукоснимателя. Рассчитать общую эффективную массу нетрудно, воспользовавшись следующим примером:
допустим, что тонарм имеет эффективную массу 10 г, расстояние от оси поворота тонарма до центра тяжести головки 230мм, а масса головки 8 г, тогда общая эффективная масса = 10 +(8 х 0,23) = 11,84 г.
При конструировании тонарма разработчикам приходится находить непростой компромисс. Чтобы тонарм не оказывал влияния на колебания иглы при воспроизведении записи, т.е. вел себя абсолютно пассивно, его эффективная масса должна быть как можно большей по сравнению с массой подвижной системы звукоснимателя, а гибкость подвижной системы должна быть максимальной, в идеальном случае бесконечной. Если гибкость подвижной системы недостаточна, резонансная частота системы может оказаться выше нижней граничной частоты записи, т.е. 20 Гц. Это приведет к резкому снижению отдачи на частотах, ниже резонансной (иными словами к потере баса), т.к. модулированная канавка раскачивает тонарм вместе с иглой как единое целое. Кроме этого возрастают нелинейные искажения, деформации канавки пластинки и помехи от посторонних механических вибраций с частотой, близкой к резонансной. Однако одновременно необходимо обеспечить нечувствительность подвижной системы к внешним паразитным силам, а это возможно только при ограниченной массе тонарма. В ином случае при толчках и под воздействием сил, вызванных короблением и биениями пластинки, тонарм не будет успевать следовать в такт за инфранизкими колебаниями подвижной системы, в результате контакт иглы со стенками канавки будет ненадежным, а в тракт усиления попадут сгенерированные инфранизкочастотные помехи.