Сферична или елипсовидна игла? "Spherical or elliptical needle?"



1.Особености при възпроизвеждане на грамофонни плочи със сферична (конична) игла.

Съвсем наскоро при една среща с членове на клуб "XENONA", беше изказано мнение, че при възпроизвеждане (особено в края на плочата) със сферична игла не може да се достигне горната граница от 20000 Hz на честотния обхват.
Човекът (чието име не знам) твърдеше, че е правил сметки и че диаметърът на сферичната игла е по-голям от диаметъра на кривата в канавката при 20000 Hz.
При това положение тази честота не може да се възпроизведе!
Признавам си че бях малко неподготвен, тъй като никога не ми бяха минавали подобни мисли на съмнение.
Та нали повечето от световните производители на дози със сферични игли, дават в спесификацийте си честотен обхват 20 - 20000 Hz.
Обещах да проверя сметките му и ето какво се получи:

Нека вземем възможно най-неблагоприетния случай при възпроизвеждането на грамофонната плоча - в самия `и край.
Там скоростта на движение е най-малка и там проблемът (ако съществува) ще изпъкне най-ярко.
Ето и направените изчисления:

- Диаметърът на етикета е 100 мм, прибавяме 10 мм участък за извеждане на иглата и получаваме че най-вътрешната бразда със звукова информация има диаметър 120 мм.
- Обиколката на браздата е P = 3,14*D = 3,14*120 = 376,8 мм.
- При 33 1/3 об./мин - пътят S = 376,8*33,33 = 12558,744 мм.
- Разделяме този резултат на 60 секунди за да намерим пътят който изминава иглата за 1 секунда - S = 12558,744/60 = 209,31мм.
- Сега трябва да разделим този резултат на броя на траптенията за 1 секунда: S/20000 = 209,31/20000 = 0,01046 мм = 10.46 мкм.
- При 20000 Hz - 10,46 мкм. е дължината на един период, следователно полупериодът е 10,46/2 = 5,23 мкм.

Получава се, че диаметърът при върха на иглата трябва да бъде поне 5 микрона, за да възпроизведе 20000 Hz, при LP плочите!

Нека погледнем как изглежда профилът на канавката на браздата:

Профил на брздата. Съвременните сферични (конични) игли имат диаметър на сферата 10 - 12 мкм.
Правени са опити и за по-нататъшно намаляване на радиуса, като се е стигало до 6,5 мкм.
Но понякога "най-хубавото е враг на доброто" - допирането на такава остра игла до дъното на браздата води до появата на допълнителни шумове и до намаляване качеството на възпроизвеждане.
Освен това допълнителното намаляване на диаметъра намалява и площта на контактната повърхност, което може да се окаже също в критични стойности.
Възпроизвеждане на бразда с честота 20 KHz с диаметър на иглата по-голям от необходимия. От тази картинка ясно се вижда невъзможността на иглата с диаметър 10 мкм да обходи профила на канавката.
Или ако успее леко да влезе във вдлъбнатината, то това движение като амплитуда ще е много малко и високите честоти ще имат малка амплитуда.
Може да се направи и обратната сметка:
Kой е най-малкият радиус върху плочата където върхът на иглата ще може да влезе напълно във вдлъбнатината при 20 kHz?
Получава се около R = 117 мм.
Така, че очевидно господинът почти се оказа прав!
Казвам почти, защото при конична, или сферична игла ще имаме възпроизвеждане на честотите с 20 kHz, но със силно затихване.

Това ме накара малко да се поразровя назад в историята на грамофонната плоча, за да изследвам по-задълбочено проблема:

Първата винилова плоча е произведена ог RCA Victor през 1932 год.
Тя е имала диаметър 30 см и скорост на възпроизвеждане 33 об./мин.
Те имали по-малък шум от шеллаковите плочи и не били чупливи като тях.
Първоначално били предназначени за еднократно просвирване, поради мекият материал от който били направени и се използвали главно от радиостанцийте.
В последствие RCA прави опит да ги тиражира масово, но среща отпор от купувачите, тъй като по онова време рамената и дозите били прекомерно тежки за такъв вид плочи и те се съсипвали почти веднага!

През 1939 Columbia Records, се заема с разработване на технология за масово производство на грамофонни плочи от винил.
Проблемът с мекостта на материала не бил толкова съществен колкото предимството, че при винила била налице възможност за направата на по-тесни бразди, което увеличавало продължителността на запис.
Разработката била прекъсната по време на Втората световна война и продължена след това.
Чак през 1948 год Columbia представила своята първа дългосвиреща плоча наречена "LP".
До този момент от развитието на грамофонната индустрия били правени всякакви експерименти - с вида на материала, скоростта на запис и възпроизвеждане, принципите на запис и възпроизвеждане и т.н.
Не се променяло само едно - продължителността на записа, който до тогава не можел да надхвърли 4 минути на страна.

На 20 юни 1948 год. в хотел Waldorf-Astoria в Нюйорк, Columbia провела първата презентация на дългосвиреща плоча "LP", с 23 минутна реч без прекъсване.
Публиката била шокирана и всички разбрали, че от този момент нататък започвала нова ера в музикалната индустрия!
Това било добре подготвена сензация - още от 1939 Columlia допълнително дублирала всички свои записи във формат 33 rpm.
Columlia веднага предложили на пазара записи от последните 9 години в новия формат, с което поставила останалите конкуренти в незавидно положение.
RCA в този момент изглеждала като аутсайдер, загубила водещата си роля за класическа музика и претърпяла колосални загуби.
В последния момент през (февруари 1949) и за да се спаси от фалит, RCA успява дя разработи технология за запис на винил на 45 rpm.
Тази технология не представлявала сериозна конкуренция за "LP" плочите на Columbia.
Разбира се всички вече можели да правят дългосвирещи плочи, но "LP" можела да прави само Columbia - другите нямали права върху този термин.

Така се ражда началото на виниловите плочи и се налагат двата стандарта 33 и 45об./мин.
В онези времена било все още много рано да се мисли за възпроизвеждане на честоти от 20000 Hz и нагоре.
Самото понятие High fidelity, или "Hi-Fi" за пръв път се използва през 1950-те, а стандарта DIN 45500 се появява чак през 1973 год.
Недостатъците на коничната игла се премахнали с въвеждането на елиптичния профил.
При елиптичната игла голямото закръгление на елипсата определя височината на работещото сечение на иглата вътре в канала.
От малкото закръгление се определя в голяма степен горната гранична честота на възпроизвеждане.
Повечето елиптични игли имат закръгление около 5 мкм и това решава проблема с възпроизвеждането на най-високите честоти.
Следващите подобрения на профила на върха на иглата като: Hyperelliptical, Shibata, Micro-Ridge, според мен решава окончателно тази проблем, като даже разширява честотната харастеристика над 25000 Hz.
Повече за вида и начина на заточване на иглите може да видите в статията Грамофонни дози "Phono cartridges".

Все пак много дози със сферична игла имат невероятни качества и се ценят много между аудиофилите.
Такива се например: Ortofon SPU Classic GM MKII с R=18 мкм, Denon DL-103 - 16,5 мкм диаметър на иглата.
Очевидно е, че в света на винила, (а и на музикалността въобще) не всичко опира до широчината на възпроизвежданата честотната лента.
Един пример - усилвателят "Ongaku" на Audio Note има горна граница на честотната лента 13-14 КHz, но това не пречи да бъде високо ценен от аудиофилите и музикалната гилдия.
Лейбълите издаващи грамофонни плочи са били добре запознати с тези проблеми и затова винаги най-лошите изпълнения в даден албум са поставяни най-отзад - в края на плочата.
На тестовите плочи например сигналите с най-висока честота се записват винаги в началото на плочата където скоростта е най-голяма.

Изборът за конична или елипсовидна игла оставям на всеки да реши сам за себе си, но по отношение на възпроизвежданата честотна лента елипсовидната е за предпочитане!


Разгледайте и останалите статии, като посетите раздела Всичко за грамофона и винила "All for turntable and vinyl".




НАЧАЛНА СТРАНИЦА
Страницата е подготвена и се поддържа от
Ан.Гърков
гр.София - 2011 год.