4.2.Тонармы обычной системы (тонармы, вращающиеся вокруг одной точки)
Различные формы тонармов. В настоящее время подавляющая часть проигрывателей выпускается с тонармами традиционной системы, которые при движении по направлению к центру пластинки вращаются вокруг вертикальной оси. Для снижения горизонтальной угловой погрешности головки звукоснимателей устанавливаются в тонармы под соответствующим углом коррекции и кончик иглы заходит за шпиндель диска проигрывателя.
Для того чтобы получить горизонтальный угол коррекции, созданы три характерных формы тонармов: прямой тонарм, изогнутый тонарм и S-образный тонарм. Типичные тонармы этих трех типов показаны на рис. 1—3. На них представлены прямой тонарм типа ТР16 фирмы «Торенс», изогнутый тонарм типа SME3009 английской фирмы «Шур» и S-образный тонарм типа AS212, изготовленный в Дании фирмой «Ортофон».
При одинаковых длине, заходе иглы и угле коррекции в тонармах всех трех типов можно получить одинаковую угловую погрешность. Преимущество прямого тонарма — благоприятные динамические свойства, вытекающие из его небольшой длины, в то время как достоинство изогнутых тонармов — возможность применения прямых и взаимозаменяемых держателей головок звукоснимателей «Шел».
Тонарм типа ТР16 имеет диаметр 8 мм и изготовлен из антикоррозийного алюминиевого сплава, что обеспечивает необходимую прочность при эффективной длине 230 мм. Держатель головки звукоснимателя (ТР60) отлит из магниевого сплава Его можно сиять после откручивания скрепляющего кольца. Перфорированный держатель более устойчив к короблению, чем конструкция, изготовленная из цельнотянутого листа, а его масса незначительно увеличивает момент инерции тонарма.
Держатель головки позволяет установить требуемый заход иглы и ее перпендикулярное положение по отношению к канавке. Тонарм в горизонтальной и вертикальной плоскостях вращается при помощи защищенных от пыли прецизионных шарикоподшипников, трение в которых не меняется после нескольких лет работы.
В этом тонарме ось подшипника, лежащего в горизонтальной плоскости, не располагается перпендикулярно к продольной оси тонарма. С помощью векторного прямоугольника можно показать, что в этом случае ось будет перпендикулярна к линии симметрии головки звукоснимателя.
Преимущество такой конструкции заключается в том, что при вертикальных колебаниях, возникающих от ходьбы, на внутреннюю и наружную стенки канавки приходится одинаковая нагрузка, поэтому уменьшается опасность выпрыгивания иглы из канавки. Следует обратить внимание на тот факт, что при изготовлении тонармов фирмы «Торенс» 80% производственных расходов на 800 выпускаемых ежедневно тонармов составляют расходы на индивидуальные измерения, проверки и регулировки.
Традиционный прямой тонарм «Торенс ТР16»
Традиционный изогнутый тонарм SME 3009
Традиционный S-образный тонарм «Ортофон А212»
Тонармы SME изготовляют двух типов: SME3009 с эффективной длиной 229 мм и SME3012 с эффективной длиной 306 мм.
Горизонтальная подвеска выполнена на двух тончайших лезвиях, а вертикальная на миниатюрных шарикоподшипниках. Хромированный тонарм изготовлен из бесцветной закаленной стальной трубки. Цилиндрический вкладыш из ценных пород дерева, находящийся в середине трубки, демпфирует собственные продольные колебания. Ранее тонармы изготовлялись только со съемными держателями головок звукоснимателей, в новых вариантах предполагается держатель совместить с трубкой тонарма. Перфорированный алюминиевый держатель головки звукоснимателя (S2) имеет массу только 6 г.
При проектировании большое внимание было обращено на снижение инерции, например винты крепления головки звукоснимателя изготовлены из нейлона, плотность которого составляет одну треть от плотности алюминия. Компенсация скручивающей силы, обусловленной прижимной силой и изогнутой формой тонарма, осуществляется сдвигом по двум направлениям одного грузика. Со времени своего создания (1961 г.) тонармы SME несомненно являются лучшими среди традиционных тонармов.
Их часто применяют при испытаниях головок звукоснимателей. S-образный тонарм фирмы «Ортофон» при применении головок звукоснимателей с массой 5—12 г находится в равновесии в двух главных плоскостях движения, оба вращения осуществляются с помощью миниатюрных шарикоподшипников. Прижимная сила регулируется точной установкой противовеса.
Специальные подшипники. При рассмотрении типичных форм тонармов упоминались и виды их подшипников. Без всякого сомнения наиболее часто в тонармах применяются миниатюрные шарикоподшипники и подшипники на лезвиях, относительно реже встречаются другие специальные конструкции. Рассмотрим некоторые из них.
На рис. 4 хорошо видна карданная система проигрывателя «Дюал 1219», в которой для снижения трения вместо традиционных шарикоподшипников используются четыре закаленных и тщательно отполированных стальных острия, покоящихся в прецизионных кольцах. При такой конструкции на кончик иглы, находящийся в 222 мм от пересечения вертикальной и горизонтальной осей вращения, гарантируется трение, не превышающее 0,07 мН.
Рис. 4. Карданная подвеска тонарма «Дюал 1219»
Интересную поворотную ножку тонарма создали конструкторы малоизвестной французской фирмы «ERA» для проигрывателей типа МК3 и МК5. В тонарме имеется фиктивная горизонтальная ось, две точки которой образуются пересечением отдельных пар плоских пружин. Эти пружины в действительности друг с другом не пересекаются (рис. 5). Если эту фиктивную ось расположить в плоскости пластинки, то можно уменьшить детонацию звука, обусловленную короблением пластинок.
Рис. 5. Подвеска тонарма с мнимой осью, осуществленная на плоских пружинах (ERA):
В Париже на Выставке электроакустической аппаратуры в 1967 г. демонстрировалась новинка одной из английских фирм «Кейт Монкс Аудио Лтд» («KMAL»)—лабораторный тонарм с ртутными контактами типа М9ВА. Система его подшипников очень проста и состоит всего из одной вертикально расположенной иглы, коней которой вставлен в миниатюрный шарикоподшипник (рис. 6).
Рис. 6. Тонарм, покоящийся на единственном игольчатом подшипнике
Балансировка тонарма осуществляется передвижением противовеса, а установка прижимной силы — поворотом винта с мелкой резьбой. Масса головки звукоснимателя, которая из-за угла коррекции тонарма не попадает на его продольную ось, может быть уравновешена поворотом противовеса с эксцентрическими отверстиями. Тонарм демпфируется пластинами, помещенными в сосуд, заполненный силиконовой смазкой. Для электрической подводки служат отделенные одна от другой ртутные камеры и вставляемые в них штыри. Для замены головки звукоснимателя трубка тонарма снимается с кончика вертикально расположенной иглы.
Разумеется, во всех конструкциях специальных тонармов действует скатывающая сила, которую можно скомпенсировать, например, силон отталкивания постоянных магнитов. Но об этом и о других способах компенсации скатывающей силы речь пойдет дальше.
Компенсация скатывающей силы. При анализе скатывающей силы была установлена возможность ее компенсации постоянной силой, направленной в противоположную сторону. Эту силу в проигрывателях высокого класса создает компенсатор скатывающей силы.
В самых простых вариантах компенсатора применяется спиральная пружина, прикрепленная одним концом к трубке тонарма, а вторым — к соответствующей точке проигрывателя. Такое решение встречается в более дешевых устройствах, например в проигрывателе «Филипс GA317». В этом компенсаторе противоскатывающая сила имеет постоянное значение, соответствующее одному значению прижимной силы. Как правило, в проигрывателях среднего класса не предусматривается возможность изменения прижимной силы, установленной на заводе.
В проигрывателях более высокого класса (например, «Филипс 308», «Дюал 1219» и т д.) противоскатывающую силу можно регулировать предварительным натяжением пружины. Для этого противоположный тонарму конец пружины имеет подвижное крепление и необходимую регулировку можно произвести извне сдвигом или поворотом соответствующей головки. При регуляторе имеется шкала (или несколько шкал) с делениями, относящимися к значениям прижимной силы. На новейших проигрывателях «Дюал 701» имеются также установочные значения для эллиптических игл, предназначенных для проигрывания дискретных четырехканальных пластинок CD-4.
Шкалы обычно относятся для сухого способа проигрывания. При применении способа влажной очистки пластинок противоскатывающую силу необходимо уменьшить на 20—30% Размер снижения зависит от многих факторов, поэтому противоскатывающую силу целесообразно установить по наиболее чистому звуку на слух при проигрывании пластинок, содержащих отрывки с большим динамическим диапазоном, в которых звучат барабан или контрабас.
При помощи одной пружины невозможно установить постоянную компенсирующую силу, потому что во время движения тонарма в направлении к центру натяжение пружины хотя и в небольшой степени, но увеличивается. Источником постоянной силы может служить земное притяжение. Разумеется, для его использования не следует наклонять проигрыватель или поворотную ножку тонарма. Обычно применяют грузик в несколько граммов, подвешенный на тонкой стальной проволочке или нейлоновом шнуре.
Второй конец грузика перекидывают через шкив и прикрепляют к тонарму. Если расстояние между шкивом и тонармом относительно велико, то противоскатывающая сила в основном будет независима от радиуса канавки. При небольшом расстоянии уменьшается угол, образованный шнурком и тонармом, и противоскатывающая сила при повороте тонарма снижается.
В противоскатывающем устройстве со шнурком изменение компенсирующего момента может осуществляться сменой грузика или перемещением точки приложения силы. Для облегчения осуществления последнего способа на рычаге тонарма имеются соответствующие риски, в одну из которых можно заложить шнур (рис. 7). Массу грузика или риску, к которой следует прикрепить шнурок при дайной головке звукоснимателя, игле и прижимной силе, можно определить по таблице. Хорошо составленные таблицы содержат указания и для случая влажного проигрывания. Протнвоскатывающий компенсатор со шнурком, как правило, должны монтировать владельцы проигрывателей, но эта работа и пользование таблицей ие требуют специальных навыков.
Рис. 7. Вид тонарма SME3009
Наиболее частое возражение против шнурового и пружинного вариантов компенсации скатывающей силы заключается в том, что обе конструкции в большей или меньшей степени передают вибрации тонарму. Полную изоляцию от вибраций обеспечивают системы, не имеющие механических контактов. Наиболее просто такие системы могут быть построены с использованием магнитных сил взаимодействия.
Магнитный компенсатор скатывающей силы применен в показанных ранее тонармах ТР16 фирмы «Торенс» и AS212 фирмы «Ортофон». Перпендикулярно к вертикальной оси тонарма TPI6 расположено шестиполюсное магнитное кольцо, поворачивающееся вместе с тонармом. Вне этого кольца вдоль одной из диагоналей имеются два постоянных магнита. Один из них находится на постоянном расстоянии от кольца, а расстояние второго магнита можно регулировать.
Компенсирующую силу на регуляторе можно установить для значений прижимной силы при четырех способах проигрывания: для сухого или влажного проигрывания со сферической или эллиптической иглами. При проигрывании в результате поворота тонарма магнитные полюса удаляются один от другого и компенсирующая сила снижается в небольшом размере. При оптимально сконструированной магнитной цепи скатывающая сила может быть скомпенсирована с достаточной точностью. Магнитный компенсатор скатывающей силы применен также в проигрывателе «Гарард Зиро 100».
Взаимодействие магнитных сил может возникать не только между двумя постоянными магнитами. Его можно создавать и электромагнитным путем. Поэтому среди конструкций противоскатывающих устройств можно встретить и электрические компенсаторы. В патенте ГДР описан тонарм, в котором магнитное поле катушки с током действует на постоянный магнит. Этот магнит укреплен на движущейся части тонарма внутри неподвижного кольца с катушкой.
Ось полюсов постоянного магнита образует с осью катушки горизонтальную плоскость и в среднем положении тонарма при проигрывании пластинки перпендикулярно к оси катушки. Благодаря этому в течение всего проигрывания создается примерно постоянный момент, значение и направление которого могут регулироваться постоянным током, протекающим через катушку. Регулирующим элементом является потенциометр, который можно устанавливать в желаемое положение во время проигрывания.
Особое достоинство данного метода заключается в том, что конструкция не содержит деталей, к допускам при обработке которых предъявляются повышенные требования. Конструкция позволяет подавать напряжение на катушку только после касания иглы пластинки, поэтому при спуске на пластинку на тонарм не действуют отклоняющие силы и он движется строго по вертикали, устанавливая иглу в нужную канавку.