Rozdział 2 – Wstrząsy

W jaki sposób igła poruszająca się w rowku generuje dźwięk? Dla przypomnienia.

  • Igła zamocowana jest sztywno na końcu wspornika. Wspornik widać a igłę dopiero w dużym powiększeniu.
  • Igła poruszając się w rowku płyty winylowej „obija się” od nierównej krawędzi rowka (prawy i lewy kanał) w ten sposób wprawiając wspornik w ruch. Wspornik zamocowany jest miękko w we wkładce i ma na drugim końcu albo cewkę w otoczeniu magnesów (wkładka MC – moving coil) albo magnesy w cewce (MM – moving magnet).
  • Ruch magnesu w cewce produkuje sygnał elektryczny – ten właśnie sygnał przechodzi kablami do przedwzmacniacza gramofonowego i tam jest podciągany do wartości napięcia standardowego na wejściu wzmacniacza lub przedwzmacniacza.

Na rysunku w uproszczeniu na górze wkładka MM i na dole MC.

szkic inspirowany z internetu

Wracając do ruchu wspornika – ten jest bardziej lub mniej tłumiony przez zawieszenie wspornika (żółte elementy na rysunku). Nie wytracona w procesie generowania sygnału elektrycznego i tłumienia energia przenosi się na wkładkę w postaci fali sprężystej.

W przypadku wspomnianej w poprzednim rozdziale wkładki AT 33PTG2 zawieszenie jest dość miękkie i skutecznie tłumi drgania. Być może zbyt skutecznie bo dźwięk jest pozbawiony werwy jaką słyszymy z DL103, a tutaj jest moc! To twarda wkładka (niska podatność dynamiczna) zatem potrzebuje ciężkiego ramienia, które utrzyma wkładkę w ryzach. DL103 ma ogromną dynamikę jednak skutek uboczny to większe wibracje przenoszone na ramię.

(definicja PWN) fale sprężyste, 

fale mech., które rozchodzą się w ośrodku materialnym w wyniku działania sił sprężystości związanych z odkształceniami objętości (ściskaniem i rozciąganiem) i postaci (ścinaniem) elementów ośrodka (fale mechaniczne);

Do tej fali jeszcze wrócę.

W skali makro można konstrukcję ramienia porównać do samochodu (to dość proste porównanie zatem wszystkich urażonych proszę o wybaczenie):

  • Wyboista droga to rowek płyty winylowej. Koło to nasza igła. Amortyzator to wspornik igły. Samochód to ramię
  • Samochód jedzie po drodze ze stałą prędkością
  • Zadaniem koła i amortyzatora jest takie „wybieranie” nierówności aby były one odczuwalne przez kierowcę (aby miał świadomość po czym jedzie) ale żeby jednocześnie nie wprawiać samochodu w drgania (jak na kostkach brukowych).

W tym miejscu pojawiają się dwa zagadnienia:

  • dopasowanie koła z amortyzatorem do samochodu – nie może być za miękko ani za twardo.
    • Jeśli będzie za twardo to koło będzie się ślizgać lub przeskakiwać przez kolejne przeszkody nie wspominając o poszkodowanym kręgosłupie kierowcy
    • Jeśli będzie za miękko to kierowca nie wyczuje żadnych nierówności zatem nie będzie miał świadomości po czym jedzie. Jednym słowem klucha.

To dopasowanie pokazuje częstotliwość rezonansowa liczona dla masy efektywnej ramienia i podatności dynamicznej wkładki. Przykład – Denon DL103 na lekkim ramieniu brzmi fatalnie. Brak mu dynamiki, energii, brak basu. Miękka wkładka na ciężkim ramieniu może (ale nie musi) brzmieć jak już pisałem kluchowato.

  • drgania wprowadzające samochód w rezonans. Takie zawsze się znajdą zatem trzeba je namierzyć i wytłumić

(def Wikipedia) Rezonans – zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się wzrostem amplitudy drgań układu drgającego dla określonej częstotliwości siły wymuszającej. Częstotliwość, dla której drgania mają największą amplitudę, nazywa się częstotliwością rezonansową. Dla tej częstotliwości nawet mała okresowa siła wymuszająca może powodować drgania o znacznej amplitudzie. Układ drgający o wielu stopniach swobody ma wiele różnych częstości własnych i dlatego możliwe są drgania rezonansowe na każdej z tych częstości. Najłatwiej jest wywołać rezonans na częstości najniższej.

Rezonans występuje, gdy układ drgający pobiera energię ze źródła pobudzającego go i jest w stanie przechowywać ją. Jednakże zazwyczaj w układzie istnieją pewne straty energii powodowane tłumieniem. Zależą one od amplitudy drgań układu i przy sile wymuszającej o ustalonej amplitudzie osiągany jest stan równowagi.

Układy rezonansowe mogą generować drgania o określonej częstotliwości (np. instrumenty muzyczne) poprzez wzmacnianie niektórych częstotliwości wibracji (częstotliwości własne) z kompleksu zawierającego wiele częstotliwości źródła drgań. Działają wówczas jako filtry częstotliwości.

Gdy układ drgający o słabym tłumieniu pobudzany jest drganiem o częstotliwości zbliżonej do jego częstotliwości własnej, układ okresowo pobiera i oddaje energię zmieniając amplitudę cyklicznie, co określane jest jako dudnienie.

Wracając do ramienia – energia z ruchu wspornika przechodzi w postaci fali sprężystej na wkładkę, z wkładki na headshell, na rurkę, na przeciwwagę, łożysko ramienia, korpus itd. (czerwone strzałki)

szkic własny

Drganie powstaje wtedy kiedy energia nie ma ujścia a fala odbija się wewnątrz materiału od ścianek tam i z powrotem wytracając energię. Nie zapominajmy o drganiach z zewnątrz układu (np. drgania półki, na której stoi gramofon) oraz z samego gramofonu np. drgania silnika i łożyska (niebieskie strzałki).

W przypadku ramienia chodzi o to aby drgań było jak najmniej. Szczególny rodzaj drgań (o odpowiedniej częstotliwości ) wprowadza ramię w rezonans i tu jest już większy problem.

Przykładem drgającego (rezonującego)  układu jest dzwon – uderzamy i dzwon brzmi, wibrując powoli oddaje przyłożoną energię.

Przykładem układu przenoszącego energię jest wahadło Newtona – kulka pierwsza uderza, fala sprężysta (energia) przechodzi przez wszystkie kulki do kulki ostatniej, ta nie ma gdzie oddać energii i wprawiana jest w ruch. Środkowe kulki pozostają bez ruchu bo w całości przeniosły energię przyłożoną na kolejną kulkę. W środkowych kulkach nie ma jak powstać drganie bo energia przyłożona szybko znika. O to właśnie chodzi w ramieniu w rozumieniu Benny Audio – energia ma swobodnie przejść z wkładki poza ramię i tam zostać zamieniona na inną energię. Tak jakby ktoś chwycił ostatnią kulkę nie pozwalając jej wrócić.

zdjęcie z internetu

Rezonansom można zapobiegać poprzez tłumienie. Tłumienie drgań to zamiana ich na energię innej postaci – energia nie znika a jedyne co może zrobić to zamienić się w inną energię zgodnie z zasadą zachowania energii.

W przypadku gramofonu metody i miejsca tłumienia są różne:

  • odcięcie wkładki od drgań – a raczej ramienia od drgań wkładki (poniżej przykład ekstremalnego zawieszenia wkładki. trudno się do tej konstrukcji odnieść)
źródło – goodsoundclub
  • Mata. Często maty reklamowane są jako coś co pomaga tłumić drgania. Mamy maty miękkie, twarde, grube, chude, przewodzące, nieprzewodzące itd. W kolejnym rozdziale pokażę na wykresie jaki wpływ na rezonans ramienia ma uznana za jedną z najlepszych na świecie mata gramofonowa. Ciekawe doświadczenie.
  • Spacer (z ang. podkładka, coś pomiędzy wkładką i headshellem). Spacer spowalnia drgania generowane na wkładce i przekazuje ich mniej na headshell. Mierząc wibracje na headshellu mamy wrażenie, że faktycznie wibracje maleją ale niestety one nadal występują na wkładce
  • Tłumienie na headshellu czyli dość skomplikowane i miękko zawieszone headshelle. Tutaj cała energia idzie w zawieszenie headshella. Przykład to Nasotec Swing Headshell
  • Tłumienie w rurce ramienia – wypełnienia, specjalne obręcze tłumiące, łączenie różnych materiałów itdp
  • Tłumienie w korpusie ramienia – zazwyczaj tłumienie olejowe często spotykane w droższych konstrukcjach
  • Odprowadzenie energii poza ramie i tam wytłumienie (podkładki z ołowiu, piasek kwarcowy itd.).

Zgodnie z przyjętą filozofią BennyAudio – jak największa energia powinna przejść przez ramię by zostać poza nim zutylizowana czyli zamieniona na inną energię np. ciepło.

Jak do tego podchodzę przynajmniej w teorii – o tym w kolejnym rozdziale: „Sztywny Benek”.

Kontakt