Современные проигрыватели винила – приборы высокой точности. Часть 2

Тонарм. 

 

Задачей тонарма винилового проигрывателя является позиционирование иглы звукоснимателя на звуковой дорожке грампластинки. Слово позиционирование подразумевает ее перемещение от края к центру грампластинки, а также обеспечение необходимого угла между иглой и грампластинкой.

Тонарм состоит из трубки, поворотного механизма, регулятора прижимной силы, компенсатора скатывающей силы и площадки для установки звукоснимателя. Как мы уже говорили, все узлы винилового проигрывателя являются очень ответственными, но конструкция тонарма, пожалуй, самая сложная с точки зрения механики.

Для того чтобы понять, какими механическими характеристиками должен обладать тонарм, давайте посмотрим, какие помехи влияют на него при воспроизведении пластинки. Вернее будет сказать, что эти помехи влияют не только на тонарм, а на всю колебательную систему, которую он образует вместе с головкой звукоснимателя и ее подвижной системой.

С одной стороны на нее воздействуют источники низкочастотных вибраций, такие как изгибы и эксцентриситет пластинки (когда отверстие не совпадает в точности с ее геометрическим центром), вибрации, вызванные вращением подшипника, а также внешние вибрации со стороны пола или стен, которые передаются на проигрыватель. Частота этих вибраций лежит в инфранизкочастотной области (менее 8 Гц), а следовательно резонансная частота колебательной системы тонарм-звукосниматель-подвижная система должна быть выше этого значения. С другой стороны, на иглу звукоснимателя передаются колебания от звуковой дорожки грампластинки, которые пытаются раскачать колебательную систему тонарма со звуковыми частотами (т.е. от 20 Гц и выше). Это означает, что резонансная частота колебательной системы тонарм-звукосниматель-подвижная система должна быть ниже звуковых частот. В противном случае проигрыватель будет иметь резкое снижение отдачи на басах. Искусство производителя качественных тонармов как раз и состоит в том, чтобы их изделия обладали правильными резонансными характеристиками, т.е. имели частоты собственных резонансов, лежащие в области между указанными выше значениями.

Помимо расчета собственной резонансной частоты тонарма производитель должен также позаботиться и о хороших виброгасящих свойствах самой трубки тонарма. Она ни в коем случае не должна передавать вибрации от шасси к подвижной системе звукоснимателя, а также должна быть достаточно жесткой для того, чтобы не оказывать собственного влияния на воспроизведение звука.

Угловые искажения:

Давайте рассмотрим еще раз, каким образом производится запись фонограммы на мастер-диск, с которого впоследствии тиражируются грампластинки. Звуковая дорожка нарезается на поверхности диска резцом, который движется строго вдоль радиуса пластинки, т.е. по линии, проходящей через ее центр. Как вы помните, резец при стереофонической записи совершает сложные колебательные движения, модулируя каждую сторону звуковой дорожки сигналом одного из соответствующих каналов. При воспроизведении грампластинки на проигрывателе, оборудованном поворотным тонармом, игла не может двигаться строго вдоль радиуса пластинки. Она описывает дугу с центром в точке крепления тонарма на шасси проигрывателя. Это означает, что угол, под которым игла заходит в звуковую дорожку отличается от угла, под которым устанавливается резец рекордера. Это явление приводит к тому, что звучание разных каналов становится рассогласованным. В этом случае каждая из сторон иглы реагирует на модуляции звуковой дорожки, записанные резцом для разных моментов времени. Чем больше угол между направлением захода иглы в звуковую дорожку и касательной к ней в этой точке, тем сильнее будет выражена разбалансировка каналов, которая приведет к потере корректности передачи звукового пространства.

Для того чтобы избавиться от этого неприятного явления, которое называется угловыми искажениями, было предложено множество решений. Наиболее интересное из них — применение так называемого тангенциального тонарма, в котором звукосниматель скользит по специальной штанге, установленной вдоль радиуса грампластинки. К сожалению, такая конструкция — весьма сложная и требует либо применения специального сервопривода для звукоснимателя, либо других устройств, обеспечивающих передвижение звукоснимателя вдоль штанги практически без трения.

Другой вариант — применение сочлененного тонарма, который имеет дополнительное сочленение, позволяющее менять угол позиционирования головки звукоснимателя в зависимости от угла поворота тонарма. К сожалению, такая конструкция из-за применения дополнительных узлов обладает существенно худшими виброрезонансными свойствами по сравнению с традиционными поворотными тонармами. Несмотря на наличие угловых искажений, поворотные тонармы все же являются самыми распространенными на сегодняшний день. Для того чтобы снизить эти искажения производители часто делают тонармы изогнутой формы, рассчитывая ее таким образом, чтобы эти искажения были равны нулю примерно в средней части воспроизводимой грампластинки.

Еще один вариант — применение очень длинных тонармов, которые позволяют довести угловые искажения до рекордно малых значений.

Тонармы изогнутой формы применяются для минимизации угловых искажений, обусловленных разными углами захода иглы в звуковую дорожку и резца при записи

Скейтинг:

Применение тонармов изогнутой формы приводит к одной не вполне очевидной, но, тем не менее, вполне реальной проблеме, которая называется скейтинг или скатывающая сила. При вращении пластинки на иглу звукоснимателя действует сила трения, которая направлена по касательной к звуковой дорожке в точке контакта с иглой звукоснимателя. То обстоятельство, что тонарм имеет изогнутую форму, приводит к тому, что направление касательной отличается от параллели к трубке тонарма, в результате чего на тонарм действует сила, имеющая составляющую, направленную к центру пластинки. Эта составляющая называется скатывающей силой.

Скатывающая сила стремится повернуть тонарм к центру пластинки. В результате действия скатывающей силы игла звукоснимателя испытывает разное давление со стороны стенок звуковой канавки — более сильное со стороны внутренней стенки и менее — со стороны внешней. В результате этого уровень звука, а также его детальность и проработка в разных каналах могут отличаться. Чтобы этого не происходило, проигрыватели оборудуются компенсаторами скатывающей силы (антискейтингом), т.е. такими устройствами, которые обеспечивают усилие равное по величине, но противоположно направленное по отношению к скатывающей силе.

Среди основных типов подобных устройств можно назвать грузик, подвешиваемый на нитке с обратной стороны тонарма, пружинный антискейтинг, где обратное усилие обеспечивается с помощью пружин, а также магнитный, где оно возникает за счет взаимодействия двух магнитов.

Поворотная система тонарма:

очевидно, что вращение тонарма как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях должно происходить совершенно свободно. Сопротивление вращению в любой из этих плоскостей немедленно скажется на правильности считывания звуковой информации с дорожки грампластинки, поэтому конструкции поворотного узла производители уделяют очень высокое внимание.

Для его конструирования как правило применяются подшипники крупных размеров, шарики которых выполняются из исключительно твердых материалов и подвергаются тщательной полировке для того, чтобы избежать малейших шероховатостей, способных повлиять на плавное и равномерное вращение узла.

Поворотная система тонарма представляет собой весьма сложное механическое устройство

Балансировка:

Игла звукоснимателя должна оказывать строго выверенное давление на звуковую дорожку при воспроизведении. Превышение этого давления может привести к разрушению звуковой дорожки. Кроме того, отклонение этого давления от расчетных значений приводит к тому, что контакт иглы происходит со стенками канавки не в расчетных точках, а в каких-либо других, что вызовет появление искажений в воспроизводимом звуке.

Для правильной установки баланса тонармов большинство производителей предусматривают наличие специального противовеса, установленного за поворотным механизмом. Регулируя положение груза противовеса можно с высокой точностью регулировать давление иглы на звуковую дорожку. Для этого большинство грузов снабжаются специальной шкалой. Окончательно давление иглы звукоснимателя на пластинку лучше всего отрегулировать с помощью специально выпускаемых электронных весов высокой точности.

Звукосниматель

Задачей звукоснимателя винилового проигрывателя является преобразование механических колебаний иглы, вызванных ее перемещением вдоль модулированной звуковой дорожки, в электрические колебания, которые затем попадают на усилитель и акустические системы для воспроизведения. За долгую историю развития виниловой записи было предложено множество конструкций звукоснимателей, например, пьезоэлектрические (в которых электрический ток генерируется пьезокристаллом, соединенным с иглой), емкостные и даже фотоэлектрические. Все эти конструкции имеют определенные преимущества, но все же наиболее распространенными стали электромагнитные звуковые преобразователи, которые состоят из звуковой катушки и магнита.

MM и MC-головки:

В зависимости от особенностей конструкции магнитные головки звукоснимателей подразделяются на MM (т.е. moving magnet) и MC (moving coil), т.е. конструкции с подвижным магнитом и с подвижной катушкой соответственно.

В аппаратуре начального и среднего классов в подавляющем большинстве случаев спользуют звукосниматели с подвижным магнитом. В этой конструкции иглодержатель соединен с магнитом, которому и передаются его колебания. Переменное магнитное поле движущегося магнита является источником электродвижущей силы в неподвижно закрепленной катушке индуктивности. Катушки с подвижным магнитом имеют ряд конструктивных преимуществ. Они относительно просты в изготовлении и имеют достаточно высокие значения выходного напряжения (порядка 0,8 мВ). Это достигается за счет того, что неподвижную катушку можно сделать достаточно большой, т.е. с большим количеством витков. Минус головок типа ММ заключается в том, что для их работы требуются достаточно большие по размерам магниты. Применение крупных магнитов увеличивает инертность подвижной системы звукоснимателя, а следовательно снижает динамику воспроизведения, разрешение на высоких частотах, а также разделение каналов. Кроме того, головки ММ весьма чувствительны к характеристикам нагрузки, что предъявляет дополнительные условия к входным сопротивлению и емкости фонокорректора.

Рассмотрим теперь звуковую головку типа МС, т.е. такую головку, в которой ЭДС в катушке возникает за счет перемещения самой катушки в постоянном поле магнита. За счет того, что магнит здесь неподвижен, его можно сделать достаточно большим без потери динамики и разрешения воспроизведения. Перемещение катушек не влияет на поле магнита в отличие от ММ-головок, поэтому поле все время остается однородным, позволяя таким образом свести к минимуму звуковые искажения. Миниатюрные звуковые катушки совсем незначительно увеличивают инертность подвижной системы звукоснимателя, за счет чего достигаются гораздо лучшие характеристики в области воспроизведения высоких частот, а также лучшее разделение сигналов в стереоканалах. Минусом головок типа МС можно считать значительно более низкое значение выходного напряжение по сравнению с ММ головками, которое не позволяет напрямую подключать их ко входу фонокорректора, а требует применения дополнительного повышающего трансформатора. Кроме того, при столь малых значениях выходного сигнала необходима очень тщательная экранировка от паразитных наводок. Если в ММ-головках замена иглы, как правило, производится вместе с магнитом, что упрощает эту процедуру в домашних условиях, то для замены иглы в звукоснимателях с подвижной катушкой их зачастую приходится отдавать в сервисный центр или даже посылать производителю.

Несмотря ни на что в настоящее время звуковые характеристики МС-головок существенно превосходят ММ-конструкции, и проигрыватели высокого класса чаще всего комплектуются именно ими.

В обоих случаях для передачи колебаний иглы звукоснимателя к подвижным элементам электромеханического преобразователя предназначено дополнительное звено, которое называется иглодержателем. Как следует из названия, к одному из его концов крепится игла, а к другому магнит или катушки индуктивности (в зависимости от конструкции звукоснимателя). Иглодержатель должен быть максимально жестким (для того, чтобы в точности передавать все колебания иглы подвижной системе звукоснимателя) и в то же время легким для снижения инерционности всей подвижной системы. Для достижения этих характеристик производители идут на всяческие ухищрения, порой применяя для производства иглодержателей совершенно экзотические материалы.

Игла:

Игла звукоснимателя находится в непосредственном контакте со звуковым носителем, т.е. с грампластинкой. Она также является и самым первым звеном в тракте звуковоспроизведения. Ваша аудиосистема воспроизведет именно ту информацию, которую удалось считать игле, поэтому к конструкции игл предъявляются не просто высокие, а высочайшие требования. Выполнение этих требований затрудняется тем, что игла звукоснимателя должна иметь микроскопические размеры, но при этом иметь тщательно выверенную форму и обладать рядом физических параметров, которые диктуются требованиями получения качественного звука. Вот почему проектирование и производство игл для современных звукоснимателей — это без преувеличения ювелирная работа, требующая от производителя абсолютной безупречности.

Эпитет «ювелирная работа» подходит к процессу изготовления игл еще и по той причине, что в качестве материалов для их производства лучше всего подходят такие кристаллы, как алмаз и сапфир. Они обладают высокой твердостью и медленно стачиваются в процессе эксплуатации.

Износоустойчивость иглы очень важна не только для получения звука хорошего качества, но и для сохранности самих записей. Дело в том, что на поверхности сточенной иглы могут возникать шероховатости или острые режущие кромки, которые вполне в состоянии повредить модулированную звуковую канавку. Кроме того, при стачивании иглы образуется мельчайшая крошка, которая оседает в звуковой канавке и, являясь, по сути, превосходным абразивом, вносит свой вклад в разрушение модулированных поверхностей ее стенок.

Самые простые в производстве и недорогие иглы имеют в разрезе сферическую форму. При той плотности, с которой сейчас записываются грампластинки, необходимо, чтобы зона контакта иглы со стенками модулированной дорожки имела исчезающе малые размеры (порядка 10 мкм). Применение таких тонких игл предъявляет, кстати, повышенные требования к производству самих грампластинок — они должны хорошо противостоять кратковременным нагрузкам, сохраняя форму дорожек.

Простые в изготовлении сферические иглы, к сожалению, обладают и определенными недостатками. При воспроизведении звука высокой частоты, записанного с высоким уровнем, игла не может отследить все изгибы модулированной канавки, в результате чего происходит потеря музыкальной информации и разбалансировка каналов. Кроме того, в некоторых ситуациях игла входит в контакт не с теми участками, которые были записаны резцом для текущего момента времени, а с другими. При этом участки на правой и левой стенках канавки, с которыми контактирует игла, могут соответствовать различным моментам времени. Что при этом происходит со звуком, вы можете догадаться сами. Ни о какой точности построения звукового пространства речи уже быть не может.

Изношенные иглы приводят к отклонению точки контакта со стенками звуковой дорожки от расчетной

Сферические иглы не всегда могут огибать сильно модулированные участки звуковой дорожки

Для того чтобы в той или иной степени устранить этот недостаток была предложена игла, имеющая в разрезе форму эллипса. Эллиптическая игла позволяет гораздо более точно отслеживать изгибы глубоко модулированной канавки, а за счет большей площади контакта с ее поверхностью гораздо меньше портит пластинку. Эллиптическая игла гораздо больше соответствует по своей форме треугольному резцу, с помощью которого записывается мастер-диск и поэтому обеспечивает гораздо более точное воспроизведение в плане временных характеристик, а следовательно и в плане построения пространственной картины. Помимо эллиптической формы были предложены и другие варианты изготовления игл звукоснимателей, каждая из которых обладала тем или иным преимуществом. Фантазию теоретиков, предлагающих эти варианты, как обычно ограничивают суровые реалии. Производить микроскопические иглы с экзотическими формами — задача практически невозможная, а если и возможная, то очень дорогая.

Как мы уже говорили, игла нуждается в постоянном контроле износа. Изношенная игла будет иметь протяженные площадки контакта, которые не позволят ей точно отслеживать сильно модулированные участки записи. Кроме того, изношенная игла будет погружаться в канавку на большую глубину и вполне может контактировать с дном звуковой дорожки, что приведет к появлению посторонних и крайне неприятных звуковых шумов. О том, что изношенная игла наносит непоправимый вред самой записи, мы уже говорили.

Применение эллиптических игл обеспечивает более корректный контакт со стенками звуковой дорожки по сравнению со сферическими иглами.

Фонокорректоры

 

Головка звукоснимателя имеет очень низкий уровень выходного сигнала, который не соответствует тем значениям (порядка 1 В), которые необходимы для подключения к линейному входу предусилителя. Чтобы увеличить уровень выходного сигнала до этого значения предусмотрены специальные усилители, которые называются фонокорректорами.

Фонокорректоры могут представлять собой как самостоятельные устройства, так и входить в состав предварительных усилителей. Кроме того, некоторые производители LP-проигрывателей предлагают аппараты со встроенными фонокорректорами. Помимо входов для сигнала с звукоснимателя фонокорректор в обязательном порядке оснащается дополнительным разъемом для заземления.

Коэффициенты усиления фонокорректоров для каждой конкретной головки звукоснимателя должны подбираться индивидуально. Это не значит, что с той или иной головкой может работать только один конкретный фонокорректор, но на порядок величин внимание обращать необходимо. Как мы уже говорили, значения выходного напряжения у головок с подвижным магнитом и подвижной катушкой могут отличаться достаточно сильно. Если для конструкции ММ типичное значение составляет порядка 3 мВ, то для МС-головки типичным считается напряжение 0,2 мВ. Естественно, что без использования специального повышающего трансформатора использование фонокорректора, рассчитанного на работу с ММ звукоснимателем, не подойдет для МС конструкции.

Помимо усиления слабого сигнала звукоснимателя до линейного уровня фонокорректор выполняет еще одну важнейшую задачу, а именно осуществляет RIAA коррекцию. Аббревиатура RIAA происходит от названия Американской Звукозаписывающей Ассоциации (Recording Industry Association of America), которая произвела стандартизацию записи на грампластинки. В соответствии с ней запись музыкального сигнала на виниловый диск производится с понижением уровня низких частот и повышением высоких. Эта процедура позволяет уменьшить амплитуду модуляции звуковой канавки при записи НЧ-сигнала и соответственно поместить на пластинке более продолжительные записи. Естественно, что при воспроизведении необходимо провести обратную процедуру, т.е. усилить низкие частоты и ослабить высокие. Именно этот процесс и называется RIAA коррекцией и осуществляется он фонокорректором. При правильной коррекции результирующая амплитудно-частотная характеристика системы должна быть совершенно плоской. Ослабление высоких частот при воспроизведении имеет, кстати, еще один положительный момент, а именно, позволяет ослабить шумы, попадающие в тракт воспроизведения из-за трения иглы звукоснимателя о шероховатости поверхности грампластинки.

Точность RIAA-коррекции является одним из важнейших параметров аудиосистемы, в состав которой входит виниловый проигрыватель, и свидетельствует о том, насколько точно воспроизведение будет соответствовать оригиналу в плане корректной передачи разных частот.

Настройка проигрывателя

Система воспроизведения виниловых грампластинок (далее LP) состоит из комбинации устройства вращения диска (turntable), тонарма (tonearm) и звукоснимателя (phono cartridge) , который преобразует механические колебания иглы в электрический сигнал, который может быть в дальнейшем усилен Вашей звуковоспроизводящей системой. Каждый из этих элементов в отдельности и их взаимодействие играют ключевую роль в получении качественного звуковоспроизведения на Вашей системе. Даже самые совершенные цифровые источники звуковоспроизведения не могут сравниться в музыкальности с хорошим LP проигрывателем, и в этом уверены тысячи аудиофилов со всех концов нашей планеты. Если в Вашей системе CD играет лучше винила, значит что-то не так в Вашей системе. Скорее всего, Вы неправильно выбрали отдельные компоненты тракта или не смогли правильно отрегулировать Ваш LP проигрыватель. Возможно, что сочетание звукосниматель-тонарм-вертушка также неудачно.

Вообще замечу, что достигнуть хороших результатов с LP проигрывателем несравненно труднее и занимает куда больше времени, нежели с каким-либо цифровым источником звука.

Кроме эзотерического подбора кабелей и художественной окраски CD диска зеленым фломастером придется напрячь мозги и для начала изучить несколько технических вопросов, знание которых позволит Вам осознано производить магические пасы руками над Вашим LP проигрывателем. И помните – Вам воздастся!!!

Подобно всему остальному, тонкая механика проигрывателей подчинена законам энтропии и постепенно расстраивается, заставляя Вас тоже расстраиваться от прослушивания. Возвращение каждые шесть месяцев или около того к истокам, восстановило бы Вашу веру (если она пошатнулась) в виниле и, возможно, в Вашу систему.

Если Вы нуждаетесь в доказательстве музыкального воздействия перестройки, прочтите этот параграф, остановитесь и сделайте следующее. Выберите приблизительно десять тактов знакомой записи и проиграйте ее несколько раз. (Если Вы считаете, что несколько быстрых повторов повредят запись, используйте пластинку, которой вы не дорожите). Запомните звук (женский голос лучше всего). Теперь измените силу прижима. Не пользуйтесь приборами, только прибавьте или отнимите десятую часть или две грамма. Слышите разность? – неважно хуже или лучше. Это – только одно малое изменение в целом ряде таких изменений.

Если вы разницы не слышите, это не значит, что ее нет. Просто вся ваша система в целом может не отследить этой разницы. Это – отдельный предмет для обсуждений.

Тщательность поможет вам получить все от ваших долгоиграющих пластинок, потому что вы работаете в очень точном масштабе. Канавки записи по ширине – несколько тысячных дюйма. В зависимости от громкости системы, Вы можете обычно слышать приблизительно 60 + dB, что означает, что вы слышите смещение канавки порядка нескольких миллионных долей дюйма. (Это подобно расщеплению волоса на одну тысячу частей.) Каждый бит движения или вибрации, допустимый на этом уровне (очень усиленный), можно слышать сквозь ваши динамики.

Теперь следует основная методика по установке проигрывателя. Непрактично, если не невозможно, давать более детальное разъяснение, как оптимизировать отдельно взятый проигрыватель – это заняло бы страницы. Вместо этого, даются основные объяснения для каждой процедуры, наряду с некоторым руководством относительно того, что делать в каждом конкретном случае. Это дает отправную точку для Ваших собственных исследовательских работ или, по крайней мере, дает вам основные установки и подстройки. Они могут подтолкнуть Вас разыскать какого-либо знакомого с особенностями такого же проигрывателя. Если вы чувствуете, что вы не так ловки, не продолжайте. (Вы можете повредить дорогую аппаратуру.) Найдите того, кто может совершить это волшебство. Только убедитесь, что он является экспертом, знаком с Вашей специфической системой и раньше такие настраивал. Эта методика не заменяет руководство пользователя, которое должна быть основным Вашим путеводителем.

Другой фактор для рассмотрения: если срок службы вашего картриджа уже длительный, то многое из следующего не даст того звукового впечатления, которое могло бы дать. Имеется даже небольшой шанс, что изношенная игла повреждает Ваши записи. Картриджи – одни из наиболее трудных (и наиболее дорогих) решений при покупке, потому что невозможно взять взаймы. Как временная мера, прежде чем потратить большие деньги на бреднэйм, Вы могли бы попробовать одну из высоко котируемых, но недорогих единиц. С другой стороны, не получите синдром “картридж на месяц”. Старые картриджи могут звучать почти столь же хорошо, как лучшие из сегодняшних.

На различных этапах настройки Ваша система может звучать не так приятно в музыкальном смысле как раньше. Остерегайтесь думать, что Вы сделали неправильное регулирование. Много раз Вы будете делать технические улучшения, которые откроют Вам раньше не слышимый отвратительный звук. Пытайтесь его устранить, а не возвращайтесь на предыдущую ступень. Если система звучит чище в самом низу, и немножко расплывчато, Вы, вероятно, ее улучшили. С другой стороны, если ничто не изменилось за исключением того, что это теперь звучит “противно”, то вы, вероятно, допустили ошибку в регулировании.

…

Продолжение следует…