Пружинный тонарм

Тонарм с использованием спиральной пружины, работающей на изгиб. Конструкция позволяет эффективно использовать Векторную Направленность частей тонарма для достижения высокой ясности звучания проигрывателя. В статье впервые опубликована часть схемы Векторной Направленности деталей и узлов механики и корпуса проигрывателя.
Back To Music team

Тонарм проектировался для использования в Тестовом Аудиотракте — моноблочной конструкции без демпферов, в которой невозможно использовать обычные, легкие тонармы из-за паразитной акустической связи между тонармом и громкоговорителем. Изначально в тракте был установлен тяжелый, металлический тонарм с противовесом, он без проблем проигрывал пластинкми на 33 оборота, однако не достаточно уверенно «держал канавку» на сильно коробленных 78х пластинках из-за своей большой инерции сдвига по вертикали. При проигрывании 78 пластинок, во время подъема тонарма на покоробленный участок, поверхность пластинки чрезмерно изнашивалась, а на спусках возникали заметные искажения из-за недостаточного прижима иголки. В особо тяжелых случаях на спуске игла вообще могла выскочить из канавки, такое положение дел в итоге было решено исправить.

Пружинный тонарм «держит дорожку» грампластинки лучше тонарма с противовесом, поскольку при резком, вертикальном смещении из уравновешенного состояния он менее инерциален. Однако, у пружинного тонарма есть и недостатки: переход на пружинный тонарм означает неизбежное усложнение конструкции, а так-же дополнительное демпфирование спиральной пружины, исключающее ее звон, или, в случае использования рессоры — установку на ее конец прорезиненного ролика. Обе проблемы, и усложнение, и демпфирование, влекут за собой неизбежные потери Музыкальной Ясности звучания тракта, особенно заметные у тонарма с рессорой и роликом. Я, скорее всего, не стал бы менять свой любимый тонарм только из-за перспективы прослушивания коробленных 78х пластинок, но однажды мне в руки попались старинные бронзовые трубки и железяки, выделяющиеся среди прочих моих запасов какой-то особой утонченностью звучания и я решился на апгрейд.

«Cпиральная пружина работает не на сжатие или растяжение, как это принято, а на изгиб.»

На подготовительном этапе рассматривались оба варианта, и вариант со спиральной пружиной, и вариант с рессорой. В варианте со спиральной пружиной меня в первую очередь занимала проблема ее звона (демпфирование пружины меня не устраивало). Пришлось какое-то время поломать над этой проблемой голову, в итоге было найдено оригинальное решение — использовать спиральную пружину не на сжатие или растяжение, как это принято, а на изгиб. Действительно, при таком использовании пружины, ее витки оказываются частично сомкнутыми и, соответственно, звона не возникает.

Вторым вариантом был оригинальный, рессорный тонарм, в котором длинная рессора шириной 1,5 мм помимо своей основной функции выполняла роль стрелы тонарма. Одним концом рессора была жестко закреплена к поворотному основанию тонама, а вторым — к корпусу звукоснимателя. В этом варианте исключался подшипник вертикального перемещения тонарма, стрела тонарма и прорезиненный ролик на конце рессоры, соответственно, конструкция ощутимо упрощалась и демпфирование оказывалось не нужным.

Оба варианта имели свои плюсы и минусы. Вариант со спиральной пружиной позволял путем вращения пружины сначала относительно основания, а затем относительно тонарма максимально точно соблюсти векторную направленность данного узла, но требовал дополнительных опор для предотвращения вращательных колебаний стрелы тонарма вокруг ее продольной оси. Такие опоры были нужны и для точной фиксации тонарма в горизонтальной плоскости. Вариант с рессорой не требовал дополнительных опор, но требовал дополнительного узла точной регулировки подъемной силы рессоры и дополнительного экранирования, а так-же уступал спиральному варианту в точности векторной ориентации рессоры относительно поворотного основания и шелла (погрешность в каждом из случаев в пределе могла достигать 45 градусов). Помимо эзотерических минусов, рессора уступала спиральной пружине и физически: при одинаковых габаритах и прочих равных, сила противодействия в процессе изгиба спиральной пружины увеличивается в меньшей степени, чем у рессоры, таким образом, использование спиральной пружины позволяет сделать силу прижима тонарма пластинке более стабильной. Давление иглы на пластинки разной толщины со спиральной пружиной так-же будет различаться в меньшей степени, чем при использовании рессоры. В общем, мой выбор пал на спиральную пружину, тем более, что за много лет целенаправленного собирательства, у меня набралось множество различных по габаритам, великолепно звучащих, старых пружин, навитых по часовой стрелке.

Частично разобранный тонарм изображен на фото 1, где справа налево, сверху вниз изображены:

  1. Корпус и круглое, поворотное основание тонарма в сборе с пружиной, опорным механизмом и опорами вертикального перемещения тонарма.
  2. Стрела тонарма.
  3. Шелл с пъезо картриджем.
  4. Противовес подшипника скольжения.

Корпус тонарма

Преимуществом конусной посадки деталей тонарма является простота конструкции и возможность точной Векторной ориентации соединяемых деталей.

Как и в предыдущем варианте, нижняя часть корпуса тонарма изготовлена в виде стандартного разъема RCA. Отличие нового корпуса состоит в том, что выше разъема он имеет участок, расточенный под конус. Отверстие для установки тонарма в корпус проигрывателя тоже сделано конусным, таким образом основание тонарма надежно заклинивается в установочном отверстии, при этом никакого дополнительного крепления не требуется. Преимуществом заклинивания является простота конструкции и, главное, в возможности точной Векторной ориентации корпуса тонарма относительно стола проигрывателя. Для этого, прямо во время прослушивания музыки корпус слегка «отклинивается» из посадочного отверстия и осторожно вращается до тех пор, пока звучание не станет максимально ясным, после чего корпус «вклинивается» на место. Недостаток такого крепления — высокая точность изготовления конусных поверхностей и необходимость сверления и развертывания посадочного отверстия точно под 90 градусов к поверхности стола, что без специальных преспособлений сделать проблематично.
Сверху на корпусе расположено круглое, поворотное основание горизонтального перемещения тонарма, на котором так-же в конусных отверстиях установлена пара опор. В центре основания выточен небольшой циллиндрический выступ, на который плотно одета пружина. Второй конец пружины, так же, с усилием одет на циллиндрический выступ круглого основания вертикального перемещения тонарма. На этом основании сделаны две ответные опоры фиксации тонарма в горизонтальной плоскости. Сила прижима тонарма к пластинке регулируется с помощью изменения количества рабочих витков пружины (то-есть, изменением глубины посадки концов пружины на выступы обоих оснований). Весь узел в рабочем состоянии показан на фото 2.

Стрела тонарма

Стрела сделана из бронзовой трубки, которая с усилием одевается на циллиндрический выступ круглого основания вертикального перемещения тонарма. Проекция Вектора основания совмещается с Векторм стрелы путем вращения стрелы вокруг своей продольной оси. Для точной подстройки прижима иглы к пластинке, на стрелу одет плотно подогнанный к поверхности стрелы груз, Вектор груза так-же точно совмещается с вектором стрелы тонарма путем вращения груза вокруг своей продольной оси. Продольное перемещение груза от начала к концу стрелы тонарма изменяет прижим где-то в пределах 10 грамм.

Шелл с пъезо картриджем

Шелл плотно вставляется в стрелу тонарма и, как и другие компоненты, держится только благодаря трению. Изогнутый шелл, для его правильной векторной ориентации относительно стрелы тонарма изготавливается в два этапа: сначала корпус с необходимой, заранее определенной продольной направленностью (его начало должно быть у стрелы тонарма), вытачивается на токраном станке, затем определяется поперечная проекция его вектора и шелл загибается на необходимый, расчетный угол в плоскости, перпендикулярной поперечной проекции Вектора. Далее, вектор шелла точно совмещается с вектором стрелы тонарма путем вращения стрелы относительно неподвижного шелла.

Противовес

Противовес установлен в конусном отверстии на поворотном основании горизонтального перемещения тонарма. Расстояние от центра отверстия установки противовеса до центра вращения основания выбрано таким образом, чтобы противовес и тонарм в сборе уравновешивали друг друга. Уравновешивание необходимо для снятия боковой нагрузки на подшипник горизонтального перемещения тонарма (подшипник скольжения), что позволяет снизить трение в подшипнике до минимально значения, возможный дребезг узла при этом устраняет вязкая графитовая смазка и точная подгонка оси к втулке. Без противовеса трение при повороте тонарма в горизонтальной плоскости оказывается неприемлемо большим, а применять шарикоподшипник в тонарме такого уровня нельзя — использование даже старого, довоенного шарикоподшипника резко снижает ясность звучания тонарма, нивелируя часть положительных моментов в звучании, достигнутых с помощью точной векторной ориентации деталей тонарма.
Противовес, благодаря своей массе и высокому центру тяжести, так-же полностью исключает акустическую связь тонарма с громкоговорителем. Недостатком высокого центра тяжести противовеса является склонность тонарма к НЧ колебаниям (около 3 Гц), которые при случайном толчке корпуса проигрывателя в продольном тонарму направлении, приводят к заметной детонации, продолжительностью около секунды.

Финальная сборка и настройка тонарма выявила еще один недостаток спирально-пружинной конструкции по сравнению с его нереализованным пока, рессорным конкурентом. Этот недостаток не связан со звучанием, однако порядком осложняет настройку силы прижима тонарма к пластинке. Как оказалось, рабочие поверхности опор, определяющие центр вращения тонарма в вертикальной плоскости, невозможно сделать в точке центра воображаемой окружности, вокруг которой изгибается пружина, т.к. при свободном изгибе пружины с неразомкнутыми витками эта точка смещается по направлению «сверху вниз, от основания к шеллу» (чем больше изогнута пружина, тем дальше точка смещается в указанной проекции). В итоге, при установке тонарма на опоры, функция силы противодействия пружины изгибу становится нелинейной и в неких, крайних положнеиях тонарма может даже менять знак на проивоположный. Путем подбора размера, силы и количества рабочих витков пружины, удалось достигнуть расчетной, линейной силы противодействия пружины изгибу в пределах двух см. ниже, пяти см. выше точки рабочего положения тонарма на пластинке, чего оказалось более чем достаточно. После этой, неожиданно сложной настройки, тонарм заработал без нареканий.

Схема Векторов деталей тонарма и граммофонного стола изображена на рис 1. Рисунок представляет собой фрагмент схемы механических контуров аудио-тракта, все еще находящейся в стадии разработки. Для простоты, на рисунке показана только фронтальная, первая проекция векторов компонентов, самая информативная.

О новизне конструкции:

Главными отличительными чертами пружинного тонарма стало использование в нем спиральной пружины на изгиб и замена винтовых соединений на конусные посадки. Данные нововведения позволяют более точно ориентировать компоненты тонарма друг относительно друга с помощью вращения, что, в свою очередь, позволяет раскрыть музыкальный потенциал компонентов тонарма в большей степени, чем это обычно возможно. Детали тонарма, как и детали всех моих предыдущих аудио-конструкций, изготовлены из старых материалов, что является необходимым условием для получения аудио-изделия с высокой музыкальной Ясностью. Например, на фото 3 слева показана старинная миниатюрная наковальня, такие наковальни раньше использовались во время полевых работ — одним концом ее вбивали в дерево а на другом правили косы, серпы и другие режущие инструменты. Противовес тонарма (фото 3 справа) изготовлен из подобной наковальни с необходимым в данном случае направлением «от острия к основанию».

Антон Степичев, 10 декабря 2013.

Задать вопрос автору:

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *