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Tech Talk

Es gibt viele Diskussionen um das Thema der Masse eines Tonarms bei der viele Dinge eine Rolle spielen.

Um den Focus nicht zu verlieren konzentrieren wir uns in diesem Artikel um die folgenden zwei Themen:

  • die permanente, orthogonale Positionierung des Tonabnehmersystems über der Rille.
  • das effiziente Umsetzen der Platteninformation über die Nadel zum Generator.

Wie wir im weiteren Verlauf sehen werden, widersprechen sich diese zwei Aufgaben hinsichtlich der Anforderungen an das Gewicht des Tonarms und erfordern daher einen Kompromiss.

Die Positionierung des Tonarms

Die wichtigste Aufgabe des Tonarms ist es das Abtastsystem permanent und orthogonal über der Rille zu halten. Um den Tonarm seitwärts (vom Anfang zum Ende der Platte) zu bewegen wird grundsätzlich die notwendige Kraft durch die Rille selbst über die Nadel dann über die Nadellagerung im Tonabnehmer bis zum Tonarm übertragen.

Hauptsächlich setzt sich die Kraft zur Seitwärtsbewegung aus zwei Komponenten zusammen.

Die erste Komponente ist die Kraft zum Bewegen in Abspielrichtung.

Diese ist eine (im Mittelwert) permanente Kraft, die sich aus dem Vorschub der Rille ergibt. Diese wirkt gegen das Lager des Tonarmes, wodurch sich die Anforderungen ableitet, den Lagerwiderstand und die Lagerdämpfung so gering wie möglich auszulegen.

Auch ein langer Tonarm verringert diese Kraft (Hebelgesetz) und führt bei traditionellen Drehtonarmen gleichzeitig zu geringeren Winkelabweichungen bei der Rotation.

Die zweite Komponente ist die Kraft zum Ausführen der Dynamik (Beschleunigung).

Die Vorschubgeschwindigkeit einer Schallplatte ist keineswegs konstant. Ein guter Schnittmeister variiert, abhängig von der Musikdynamik, die Vorschubgeschwindigkeit. In Passagen mit hoher Lautstärke und starkem Bass wird die Vorschubgeschwindigkeit erhöht um „Fleisch“ für die Rille zu geben, bei leisen Passagen kann die Vorschubgeschwindigkeit reduziert werden, um die Laufzeit der Platte zu erhöhen.

Ein weiterer, wesentlich einflussreicherer Einfluss auf die Dynamik der Bewegung ergibt sich aus der nicht exakten Platzierung des Zentrierloches in der Mitte der Platte.

In beiden Fällen wirkt das Gewicht des Tonarms über den Impulserhaltungssatz auf die zur Beschleunigung und Bremsen des Tonarms in beide Richtungen. In Summe nehmen diese Kräfte Einfluss auf die Abtastung des Nutzsignals, was sich als Dynamikdifferenzen zwischen den Kanälen darstellt.

Des Weiteren entsteht an der kraftaufwendenden Seite der Rille eine ungewollte Belastung, die zur Abnutzung der Platte führt. Der Tonarm sollte daher so leicht wie möglich sein.

Aus der Positionierung des Tonarms lässt sich damit zusammenfassen, ein Tonarm sollte:

  • so widerstands- und dämpfungsarm wie möglich gelagert sein,
  • so lang wie möglich sein und
  • so wenig Masse wie möglich haben.

Die effektive Abtastung des Nutzsignals

Eine kleine Anmerkung am Rande, da es in diesem Artikel ausschließlich um die Einflüsse der mechanischen Dynamik geht, dürfen wir den elektrischen Wirkungsgrad des Generators ignorieren, da er unabhängig davon immer gilt.

Wie bereits erwähnt, wird das Abtastsystem idealerweise exakt, orthogonal und hart über der Rille platziert. So wird die volle Dynamik der Information von der Nadel erfasst und in den Generator übertragen. Die Information ist in der Rille mechanisch gespeichert und durch auslenken der Nadel in alle Richtungen gelesen. Diese Auslenkungen werden über den Nadelträger zum Generator übertragen, der das elektrische Signal erzeugt.

Teile dieser Auslenkung übertragen sich ungewollt auch in den Tonarm und gehen damit für den Generator verloren.

Die ist nur bedingt durch geeignete Vorverstärker auszugleichen, da dieser Wirkungsgradverlust frequenzabhängig ist. Um dem entgegen zu wirken sollte der Tonarm positionssicher sein. Dazu sollte er möglichst kurz und steif, und die Lagerung so gut wie möglich gedämpft sein. Und/oder der Tonarm sollte genügend Masse besitzen, um dem Informationsimpuls entgegen zu wirken (Impulserhaltungssatz).

Zur effektiven Abtastung lässt sich damit zusammenfassen, ein Tonarm sollte:

  • so gut gedämpft gelagert sein,
  • so kurz wie möglich sein und
  • so viel Masse wie möglich haben.

Jetzt entstehen hier 3 Widersprüche zwischen optimaler Bewegung und Abtastwirkungsgrad.

An dieser Stelle heißt es einen Kompromiss zu finden.

Und da ist es, das Unwort "Kompromiss"!!!

Wir waren mit dem Vorsatz gestartet, KEINE KOMPROMISSE.

Also bedeutet es, eine Komponente ausschließen.

Um die Dynamik zu erreich benötigt es einen kurzen, massiven und gut gedämpften Tonarm.
Dies bedeutet tangential.

Tangentialarme zu bewegen ist aber ungleich schwieriger verglichen zu Drehtonarmen.
Bei passiven Tangentialtonarmen liegt die Kunst im Design und der Technologie der Linearlager. Auch hier gibt es Krafteinflüsse auf das Abtastsystem. Also soll es ein aktiver Tangentialtonarm werden.

Der Teufel liegt jetzt wie immer im Detail.

Wie bereits beschrieben, ist die Vorschubgeschwindigkeit der Rille weder genormt noch konstant. Die Vorschubgeschwindigkeit des Arms ist also von der Steigung der Rille über die Platte abhängig und kann sich jederzeit verändern. Bei aktiven Tonarmen kommt es daher vor Allem darauf an, wie die Steuerung den Verlauf der Rille erkennt und den Arm kontrolliert.

Hier gibt es im wesentlichen zwei Verfahren:

Verfahren 1: Step Steuerung

Die Steuerung wartet solange in einer Position, bis der Sensor eine Abweichung erkennt und fährt den Arm daraufhin auf eine neue Position, die in der Regel eine Abweichung in der Anderen Richtung darstellt. Wenn wir hier von Abweichungen reden, sind das keine Millimeter. Je genauer diese Abweichkontrolle ist desto häufiger muss die Regelung eingreifen. Auch hier sind wieder Kompromisse zu suchen. 

Verfahren 2: Permanente Regelung

Bei dieser Art der Ansteuerung wird der Tonarm permanent nachgeführt. Je genauer die Erfassung der Regelabweichung je höher ist die Qualität der Lagegenauigkeit. Die Position der Dereneville DTT Tangentialtonarme wird mit dem Verfahren 2 geregelt.

Wir verwenden zur Positionserkennung einen Laser einer Genauigkeit von 5 Mikrometer.
Unsere speziell entwickelte Lageregelungssoftware bewegt den Arm permanent und platziert das Abtastsystem optimal über der Rille.

  • Der Tonarm ist kurz und ist mit einer speziell ausgelegten Dämpfung gelagert.
  • Die Masse des Tonarms ist hoch, da der Antrieb die Kraft zur Bewegung aufbringt.

Das Ergebnis lässt sich in der Dynamik und Reinheit des Signals sowie in der Seitentrennung erleben. Dieses haben wir durch die Fachpresse und bei unseren Messeauftritten jedes Mal bestätigt bekommen.