Gramofony-ref1.pdf

ZROZUMIEĆ GRAMOFON

czyli

UPROSZCZNA TEORIA BUDOWY GRAMOFONÓW

Wersja 1.0

Ponieważ temat płyt analogowych jest nadal żywy, to siłą rzeczy i temat gramofonów

analogowych nie przestał być aktualny. W dziedzinie tej jednak nawet w okresie największej

świetności brakowało krótkiego, prostego opisu funkcjonowania tych urządzeń. Na tyle

czytelnego, aby zrozumieć występujące zagadnienia techniczne i chociaż pozwolić w sposób

krytyczny czytać prospekty, lub inne poetyckie utwory audiofili.

Tego typu syntetyczny tekst można znaleźć np. w książeczkach wydawanych przez czasopismo

Audio Choice poświęconych gramofonom, ramionom i wkładkom gramofonowym (autor

przeważnie Martin Colloms). Chciałbym sformułować coś podobnego jeśli chodzi o zakres, lecz

napisanego własnymi słowami.

Chciałbym też odejść od ujęcia ściśle technicznego, uniknąć wzorów i równań, co wszakże nie do

końca może się udać. Takie podejście wiąże się z uproszczeniami, które zawsze są wynikiem

jakiegoś kompromisu między dokładnością opisu a jego prostotą. Pierwszym założeniem będzie

przemilczenie różnicy między płytą stereofoniczną i monofoniczną. Po prostu do analizy zjawisk

ten szczegół nie wiele wniesie, a uproszczenie pomoże uczynić wywody przejrzystszymi.

Płyta gramofonowa zawiera zapis muzyki w postaci nieregularnego rowka (jednego na jednej

stronie płyty) rowek ten ułożony jest spiralnie. Płyta obraca się a w rowku znajduje się igła

przetwornika. W czasach zamierzchłych drgania igły wymuszone nieregularnościami rowka były

bezpośrednio odczytywane i wysyłane do słuchacza przysłowiową tubą od gramofonu.

Jeśli ktoś chce sprawdzić jak to możliwe to powinien wykonać drobny eksperyment, a można

zrobić to tak:

Zastrugać jeden koniec zapałki, drugi koniec rozdwoić. Następnie w rozdwojenie włożyć kartkę

papieru (wystarczy A5) Ostry koniec zapałki umieścić na obracającej się płycie.

Głośnik w postaci kartki powinien pozwolić na swobodne rozpoznanie melodii....

Lepiej wziąć do tego małą płytę (singla). Eksperyment ten nie powinien płyty zniszczyć, ale lepiej

nie ryzykować z czymś wartościowym.

Współcześnie drgania igły umieszczonej w rowku zamieniane są na sygnały elektryczne w

przetworniku lub jak kto woli we wkładce gramofonowej, bez wnikania (na razie) w budowę i

rodzaje stosowanych wkładek.

Reasumując: we wkładce drgania mechaniczne igły zamieniają się w sygnał elektryczny.

Czy zatem wkładka decyduje o jakości odczytu ?

Zasadniczo tak, ale nie wyłącznie ona.

Ponieważ podczas śledzenia rowka płyty mamy do czynienia z układem drgającym jakim jest igła

to powoduje to daleko idące konsekwencje.

Igła bowiem czyta wszystkie drgania a nie tylko te, które powinna.

Wniosek nasuwa się sam igła powinna być odizolowana od drgań, których czytać nie należy.

Oczywiście decyduje o tym jej bezpośrednie otoczenie czyli sposób jej „zabudowania”. Dlatego

taka sama wkładka umieszczona w dwu różnych ramionach brzmi inaczej. Podobnie taka sama

wkładka umieszczona takim samy ramieniu, ale w różnych napędach też ma prawo zabrzmieć

inaczej. Idźmy dalej... Taki sam gramofon z takim samym ramieniem i taką samą wkładką lecz

inaczej ustawiony w pomieszczeniu odsłuchowym też może zabrzmieć inaczej.

Jeśli ktoś chce to sprawdzić, to najlepiej można się o tym zjawisku przekonać unosząc gramofon

odtwarzający płytę (o ile pozwala na to ciężar) lekko ponad mebel, na którym stoi.

Na ogół kończą się kłopoty ze sprzęganiem w zakresie niskich tonów i pojawia się czysty bas.

Wersja 1.0

1/16

Ten eksperyment jest ryzykowny, więc proponuję jeszcze jeden mianowicie postawienie

gramofonu na kolumnie głośnikowej....

Po dokonaniu takiego wstępnego rozumowania można sformułować pierwszy wniosek.

Gramofon (rozumiany jako napęd) oraz ramie mają duży wpływ na jakoś dźwięku.

Z grubsza też wiemy dlaczego, ale spróbujmy jeszcze wniknąć w szczegóły.

Dobór wkładki

Zacznijmy zatem od wkładki (przetwornika). Aby móc odczytywać drgania sama wkładka też

musi być układem drgającym. I jak każdy układ drgający charakteryzują ją dwa parametry masa i

podatność igły. Z tych parametrów wynika zawsze podstawowa własność układu drgającego jaką

jest częstotliwość rezonansowa.

Aby nie wchodzić tu za mocno w teorię drgań można powiedzieć, że jest to częstotliwość, z którą

dany układ „lubi” drgać. Innymi słowy wyprowadzony z położenia równowagi drga z

częstotliwością rezonansową. Ciężarek umieszczony na sprężynce, czy gumce buja się z określoną

częstością, jeśli dołożymy ciężaru zwolni, jeśli dołożymy jeszcze jedną gumkę przyspieszy.

Zawsze jednak w określonej konfiguracji będzie drgał w z taką samą częstotliwością.

Wkładka nie pracuje w próżni, lecz jest umieszczona w ramieniu, zatem tak naprawdę na

podatności igły spoczywa masa wkładki i masa ramienia. I o rezonansie możemy mówić w

przypadku układu ramie wkładka. Zjawiska tego uniknąć się nie da, chodzi jednak o to, aby jak

najsłabiej wpływało ono na warunki odczytu i nie pogarszało jakości odtwarzania niskich tonów.

Pozostaje określić ściślej, co to jest masa efektywna ramienia. Tu niestety potrzeba trochę prostej

fizyki, do której trzeba się będzie odwołać.

Gdy chcemy ustawić nacisk igły na płytę, to najpierw doprowadzamy ramię do równowagi.

Wyobraźmy sobie, że jest w równowadze i wtedy na jednym końcu dokładamy np. ciężarek 10

gramów. Ponownie doprowadzamy ramię do równowagi. Czy nic się nie zmieniło ?

Intuicyjnie czujemy, że dodatkowo obciążone ramię będzie zachowywało się inaczej mimo, że

nadal znajduje się w równowadze. Dlaczego ? A no dlatego, że ma inną bezwładność.

No to teraz skoro zdajemy sobie sprawę, że różne ramiona mają różną bezwładność spróbujmy ten

parametr wyrazić liczbą. Wyobraźmy sobie ramie o umownej konstrukcji gdzie całość położona

między punktem zawieszenia a końcem igły nie waży nic (w teorii jest to wszak możliwe) na

końcu zaś w miejscu zamocowania igły założono ciężarek o takiej macie, że bezwładność ramienia

jest taka sama jak ramienia fizycznie istniejącego.

Wielkość tego ciężarka będzie miernikiem bezwładności ramienia i nosi nazwę jego masy

efektywnej. To od tego pochodzą nazwy „low mass” i „ultra low mass” na przykład.

Dla nas oznacza to tyle, że na podatności igły spoczywają dwie masy wkładki i efektywna masa

ramienia.

Częstotliwość rezonansowa tego układu

decyduje o zachowaniu wkładki w zakresie

odtwarzania tonów niskich i powinna wynosić

8-15 Hz i jeśli jest inna to powoduje określone

skutki w zakłóceniu odbioru.

Ta częstotliwość świadczy o właściwym

doborze wkładki do ramienia (lub ramienia do

wkładki jak kto woli). Jak możemy to

sprawdzić? Można to obliczyć mając do

dyspozycji podatność i masę wkładki oraz

masę efektywną ramienia. Można to także,

dysponując powyższymi danymi, odczytać z

nomogramu.

Wersja 1.0

2/16

A oto opis jak korzystać z zamieszczonego nomogramu: Na jednej osi odmierzamy zsumowaną

masę wkładki i efektywną masę ramienia na drugiej podatność wkładki.

Miejsce przecięcia linii wskazuje rezonans własny układu w Hz. Jeśli wypada w zacienionym polu

to wszystko jest w porządku, jeśli nie, to wymaga jakiejś interwencji. Przykładowo popularne

wkładki Ortofon serii OM mają w wyposażeniu dodatkowe cieżarki (stad nazwa serii (optional

mass).

Można wreszcie zmierzyć częstotliwość rezonansową przy pomocy płyty testowej.

Pomiar odbywa się w sposób banalny: Na płycie nagrany jest dźwięk o określonej częstotliwości,

która zmienia się o 1 Hz po przemieszczeniu ramienia po promieniu płyty o 1 mm. Jeśli zatem

zaobserwujemy rezonans ramienia podczas gdy jego odległość od początku rowka z zapisem testu

wynosi X to odpowiada to określonej częstości rezonansowej. Dokładniejszy opis zamieszczony

jest zwykle na okładce płyty testowej.

Pora na wyciągnięcie wniosków.

Generalny wniosek z tego rozumowania brzmiałby mniej więcej tak:

Prawidłowy dobór to: cięższe ramie do sztywniejszej igły, a lżejsze (low mass) do igły podatnej.

W praktyce spotkałem też zasadę: „droga wkładka w drogim ramieniu”, co wskazuje na głuchego,

lecz majętnego audiofila.

Dobór nacisku

Konsekwencją istnienia wkładek o różnej podatności jest różny zakres nacisków akceptowany

przez poszczególne wkładki. Oczywiście wkładki do małych nacisków wymagają ramion o małej

masie efektywnej. Wiąże się to z ich podatnością. Zwykle przyjmuje się też, że z punktu widzenia

zużycia płyty im mniejszy nacisk na płytę tym lepiej. Zgoda, ale bez przesady. Zbyt niski nacisk

powoduje niestabilne zachowanie igły w rowku, co wiąże się z nieczystym odtwarzaniem dźwięku

i zwiększonym zużyciem płyty.

Jak to ocenić ? Najlepiej posłużyć się płytą testową, co pozwala na ustawienie takiego nacisku,

przy którym testowy sygnał słychać czysto. Lepiej też posługiwać się specjalną „wagą” do nacisku

niż skalą na przeciwwadze ramienia. Warto też sprawdzić nacisk ustawiony przeciwwagą na

„wadze”.

Wersja 1.0

3/16

Geometria ustawienia wkładki

Pora przeanalizować jak w stosunku do płyty gramofonowej powinna być usytuowana igła

„czytająca” zawartość rowka. Odpowiedź jest tu w pełni jednoznaczna: Powinna być usytuowana

tak samo jak „igła”, która nacina matrycę tejże płyty...

Wtedy bowiem warunki odczytu odpowiadają warunkom zapisu.

A zatem kolejno w płaszczyźnie prostopadłej do osi wkładki igła powinna być prostopadła do

płyty.

Jak to sprawdzić i ewentualnie

wyregulować? Zwykle nie ma przyczyny,

aby ustawienie to było niepoprawne, ale

instrukcje do ramion podają prosty i

niezawodny sposób:

Należy igłę postawić na lustrze, a wtedy

dokładnie widać czy igła i jej przedłużenie

leżą na jednej prostej. Ewentualną regulację

przeprowadza się lekko obracając stolik

(główkę, koszyczek, headshell) w którym

zamocowana jest wkładka.

W płaszczyźnie przechodzącej przez igłę

wzdłuż wkładki ustawienie to powinno

pozwalać na poziome ustawienie ramienia

podczas jego spoczywania na płycie, a o

resztę troszczy się już producent wkładki

zapewniając zamocowanie igły pod

odpowiednim kątem.

Tę regulację można przeprowadzić wysuwając lub wsuwając ramię w górę lub w dół w tulei

mocującej, jeżeli oczywiście producent przewidział taką możliwość (w znacznej części ramion tak

jest) lub ewentualnie podkładając coś pod wkładkę jeśli przegub ramienia umocowany jest zbyt

wysoko. Po wykonaniu tego zabiegu pozostaje jedynie wyregulowanie mechanizmu opuszczania

ramienia (windy).

Najtrudniejszym elementem jest regulacja położenia igły w płaszczyźnie płyty. Igła porusza się

bowiem w tej płaszczyźnie i regulacja dotyczy całego jej toru ruchu. Jak zatem powinno być ?

Odpowiedź padła już wcześniej: powinno być tak jak w maszynie do nacinania matrycy.

Podczas nacinania matrycy głowica porusza się po promieniu płyty, czyli po odcinku prostej.

W ten sposób poruszają się ramiona przesuwne – tangencjalne i to jest prawidłowy tor ruchu.

Takie ramiona występują w dużej grupie gramofonów, ale z całą pewnością nie w większości.

Jest tak, ponieważ oprócz teoretycznie idealnej geometrii ruchu, mają swoje oczywiste wady, do

których jeszcze wrócimy. Większość ramion ma stały punkt zamocowania, który pozwala na

przemieszczanie się igły po łuku. To jest oczywiste przekroczenie zasady „jaki zapis taki odczyt”.

Chodzi jednak o to, aby błąd spowodowany takim odstępstwem był możliwie mały.

Najpierw rozważmy jakie są skutki tego błędu. Załóżmy, że rowek ma kształt idealnej sinusoidy.

Wymusza on ruch igły będący idealną sinusoidą pod warunkiem, że igła „czyta” rowek będąc do

niego styczna. A jeśli nie jest styczna tylko pod jakimś kątem ? To wtedy drga w innej

płaszczyźnie niż wykonany jest zapis i odczytana sinusoida traci idealny kształt.

Można to wyrazić liczbami wskazującymi na % zniekształceń harmonicznych sygnału w

zależności od kątowego błędu śledzenia (tracking error). Wniosek praktyczny jest taki, że źle

ustawiona wkładka powoduje zaśmiecenie sygnału wiekszą ilością harmonicznych niż np. kiepski

Wersja 1.0

4/16

wzmacniacz. Jak zatem zminimalizować ten efekt ? Igłą powinna być odpowiednio ustawiona w

stosunku do płyty. Odpowiednio czyli jak ? Otóż zakłada się że na dużej płycie 12’ błąd ma

wynosić zero w dwu punktach i zmieniać się z minusa na początku i końcu płyty na plus, wtedy,

gdy osiąga maksimum pomiędzy punktami bezbłędnymi. Takie rozumowanie zmniejsza błąd

bowiem fakt czy osiąga on wartość dodatnią czy ujemną nie ma praktycznego znaczenia. Znak

błędu ma bowiem sens fizyczny taki, że raz płaszczyzna ruchu igły jest odchylona od stycznej w

prawo, a raz w lewo.

Jakie parametry określają położenie igły względem płyty ?

Zacznijmy od odległości zamocowania

ramienia. Jest ona definiowana odległość

pomiędzy pionową osią obrotu a osią obrotu

płyty. W sporej części ramion występuje

możliwość regulacji tej odległości. Następnie

czynna długość ramienia jest to odległość igły

od osi pionowej obrotu. Gdyby te odległości

były sobie równe, to ramie oś igły w

krańcowym położeniu ramienia pokrywałaby

się z osią talerza. Błąd przy takim usytuowaniu

byłby jednak duży. Dlatego ramię projektuje

się jako dłuższe, a ten nadmiar długości

określany jest jako „overhang”.

To jeszcze nie wszystko. Oś biegnąca wzdłuż igły jest odchylona od osi ramienia o pewien kąt

znany jako „offset angle” Jest tak zawsze. Jeśli ramię jest proste to ten kąt odchylenia jest

widoczny i łatwy do zmierzenia, jeśli ramie jest w kształcie litery S to trzeba na nim położyć

linijkę tak aby przechodziła przez koniec igły i os obrotu....

Do kształtu ramion jeszcze wrócimy...

Aby obraz był pełen należy tu wspomnieć o konstrukcji, w której kąt odchylenia wkładki jest

zmienny w miarę przemieszczania się ramienia na płycie. Znam tylko jedną taką konstrukcję

(Garrard zero 100). Dlaczego rzecz się nie przyjęła? Dodatkowy mechanizm cięgnowy ma dwie

wady: zwiększa masę efektywną ramienia i zawiera dodatkowe elementy ruchome zwiększające

opór ruchu i skłonne do generowania szkodliwych drgań. Może jakaś bardziej współczesna

technologia pozwoliłaby na wskrzeszenie tego pomysłu, ale jak widać póki co chętnych brak.

Jeżeli założymy standardowo dwa punkty na płycie, w których błąd śledzenia (tracking error) ma

wynosić zero to trzy paramerty: odległość zamocowania, długość efektywna i kąt odchylenia igły

wiąże ścisła matematyczna zależność. Innymi słowy jeśli ta zależność jest spełniona, to błąd

śledzenia wynosi zero w dwu założonych punktach na promieniu płyty. A jeśli nie wynosi zero to

znaczy że któryś parametr trzeba zmienić. Najczęściej można przesunąć wkładkę (czyli zmienić

długość czynną ramienia), pozwalają na to podłużne otwory mocowania. Te podłużne otwory

pozwalają także w granicach luzu lekko

przekosić wkładkę względem stolika czyli zmienić kąt odchylenia.

W bardziej wyrafinowanych konstrukcjach można zmieniać odległość zamocowania ramienia. Po

co przeprowadzam ten wywód ? Po to aby zrozumiawszy go użytkownik miast kupować szablon

do ustawiania ramienia mógł go sobie wykonać sam.

Wersja 1.0

5/16

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: