Практики за настройване на грамофонните дози
"Practices for the phono cartridge setting "



Част 2-ра

В първата част на статията разгледахме два начина как да подобрим и ускорим някои от процесите при настройването на грамофонните дози.
Тук ще допълня само, че VTA е пряко свързан с вертикалния натиск върху иглата "Vertical Tracking Force (VTF)".
При по-силен натиск VTA намалява, а при по-слаб се увеличва, заради еластичността на окачването на конзолата "cantilever".
Тази връзка се има предвид от производителите на грамофонни дози, за да може при натоварване на дозата с предписания натиск и хоризонтиране на рамото и дозата в работно пложение, да се гарантират предписаните параметри в техническата спесификация на дозата.
Всяка друга промяна на натиска върху иглата, изисква ново търсене на оптимален VTA.
Този процес е свързан с непрекъснати експерименти и проби, за да се намери златното сечение, или оптималния вариант за всяка доза.
Често пъти, дори еднакви дози от един и същ производител, имат разлики в еластичноста на окачване.
Отделно пък в процеса на експлоатация на всяка една доза, еластичността на трептящата система с течение на времето се променя, което изисква периодични корекции.
Ето защо, настройването на грамофонните дози е труден и усърден процес, изискващ желязна психика и безкрайно търпение.

Използването на SRA, разгледано в първата част на статията, ускорява неимоверно процеса с регулирането на VTA.
Това е особено важно, когато имаме на разположение ограничено време и трябва бързо да се справим с настройките.
Същевременно този начин поражда и множество противоречия и спорове.
Затова реших тук да разгледам по-подробно някои от проблемите в геометричен вариант, за да можем по-добре да си ги изясним.
Един от коментираните въпроси е: Защо след като модулацията в браздата е наклонена по стандарт на 20° (+5°), иглата трябва да е изправена вертикално нагоре?
Не е ли правилно и иглата да бъде наклонена под този ъгъл, за да може наклонът на контактната линия да бъде същия както на модулацията?
За да си отговорим на този въпрос, нека разгледаме малко по-подробно процесът на запис и възпроизвеждане на грамофонните плочи.

Съществуват два метода за нарязване на лаковия носител:

Методи на нарязване на лаковия носител

Двата метода са подобни, но се различават съществено.
Предлагам да се спрем на по-разпространения метод - този на Neumann, защото е по-близък геометрично до разглеждания казус:

Метод на нарязване тип Neumann Възпроизвеждане на грамофонната плоча

Фигурите по горе онагледяват процеса на запис и възпроизвеждане от фирмата Neumann, но е известен и като метод на Westrex.
На лявата е показан процесът на нарязване на лаковия носител - "acetate".
На дясната е изобразен процесът на възпроизвеждане на произведената грамофонна плоча от този acetate.
Нека си изясним съкращенията от картинките по-горе:
VCU = Vertical Cutting Angle;
CRA = Cutter Rake Angle;
SRA = Stylus Rake Angle;
VMA = Vertikal Modulation Angle;

VCU - това е наклонът на главата с резеца , която трептейки около центъра си на въртене, създава вертикалната модулация на записа - (VMA).
Тя е аналогична на VTA при канзолата с иглата за възпроизвеждане на грамофонната плоча.
CRA - характеризира наклонът на резеца спрамо повърхността на лаковия носител.
SRA вече знаем какво е от първата част на статията, с тази разлика, че съгласно стандарта IEC98-1987, се измерва спрямо вертикалата, а не както е в изследванията на Risch и Maier
Ъглите CRA и SRA са дадени като ъгли спрямо вертикалата, като наклона напред е отрицателен, а наклона назад положителен.
CRA и SRA характеризират подобни параметри по аналогия с VCU и VTA.

Посоките на движение на върха на резеца и иглата са показани като права линия вместо като дъга спрамо центъра на въртене.
Това е направено с цел опростяване и за по-голяма яснота, при разглеждане на процесите .
Ако приемем, че разстоянието от центъра на въртене до върха на резеца и иглата е приблизително 5 мм, а дълбочината на звукозаписната пътечка при най-големите пикове достига до 0,100мм, то отношението между двете е 50 към 1, така че дъгата на модулация ще бъде около максимум 1° и спокойно може да се разглежда като права линия!
Ъгълът на грешката при схемата с процеса на записа е следствие от еластичното (пружиниращо) действие на лака с който е покрит лаковия носител.
В резултат на това посоката на ъгъла на вертикалната модулация (VMA) се измества във вертикална посока и VCU намалява с ъгъла на грешката.
Тази особеност се има предвид от звукозаписните компании, които коригират така VCU, че резултантната вертикална модулация (VMA) да е съгласно стандарта и да съответства на предписаните стойности за VTA.
Ето визуализация на процеса от пружиниращото действие на лаковото покритие:

Пружиниращ ефект Пружиниращ ефект

Лявата картинка показва процесът в момента на нарязване на лаковото покритие от резеца, а дясната полученият резултат вследствие пружиниращото действие на лака.
Пружиниращото действие на лака оказва влияние и върху другите размери на браздата, като ширина и дълбочина, които също се свиват.

Интерес представляват, някои изследвания за пружиниращия ефект на лаковото покритие от близкото минало:

При запис на лакови носители, американските компании CBS и RCA използвали ъгъл на наклона при нарязването VCU = 23°, а английските компании London и Decca VCU = 0°.
В следствие на пружиниращия ефект на лаковото покритие се получили следните резултати - резултантната вертикална модулация VMA при CBS и RCA се получила 0°, а при London и Decca - 10°.
По онова време производителите на грамофонни дози били объркани, какъв ъгъл на наклона на конзолата VTA да използват, при производството на техните стерео дози.
В резултат на това, международните организации IEC и RIAA препоръчват стандартизация на VMA=15°, която се възприема веднага от фирмите Ortofon, Shure и EMT.
За да се спази стандарта, се наложило ъгълът на наклона при звукозаписните машини да се увеличи допълнително, за постигане на стандартния VMA.
При Westrex машините вертикалният ъгъл е бил 23°, което като резултат давало VMA = 0° - 1°, в следствие на пружинирането от 22° do 23°.
Наложило се да се постави допълнителен клин на главата, за да се увеличи VCU с 14°, за постигане на стандартната стойност за VМA=15°.

Сега да си изясним още един аспект от геометрията при запис-възпроизвеждане на Neumann.
Нека видим как ще изглежда записът на синусоидален сигнал, подаден във вертикално направление върху ацетата:

Модулация на синусоидален сигнал

Фактически изрязаната крива на ацетата силно се различава от оригинала на синусоидата.
Тя е изкривена, вследствие на начина на предаване на механичното наклонено движение на режещата глава, под ъгъл VCU.
За да се възпроизведе правилно, е необходимо възпроизвеждащата игла да се движи със същият ъгъл на наклона на конзолата, или VTA трябва да е равна на VCU.
Точно поради тази причина са били въведени навремето стандартите за VTA, първоначално 15°, а след това 20° (±5°).
Трябва да подчертаем, че този проблем възниква едва след появата на стерео записите.
При моно записите имаме само странична модулация на сигнала без вертикална такава.

Нека си представим сега, че резецът извършва само странични движения при запис на моно сигнал.
Почти при всички нарезни машини по метода на Neumann, режещите странични ръбове на резеца трябва да са ориентирани строго вертикално, т.е. CRA = 0°.
За да се възпроизведе правилно такъв сигнал без изкривявания, трябва и контактната линия на възпроивеждащата игла да е ориентирана строго вертикално.
Поради тази причина иглите винаги трябва да са почти перпендикулярни спрямо повърхността на грамофонните плочи.
Допустими са малки отклонения в отрицателна посока според стандарта.
За оптимално възпроизвеждане се препоръчва SRA да бъде между 0° и -5° според IEC98-1987.
С това се изчерпва отговорът на въпроса поставен по-горе, дали иглите трябва да са наклонени по посока на вертикалната модулация на сигнала, или не.

При разработването на метода за директно нарязване DMM (Direct Metal Mastering) от фирмата TELDEC (1985 г.), лаковият носител е заменен с медна подложка.
Вследствие на това, че твърдостта на медта е много по голяма от тази на лаковото покритие, се налага резецът да се наклони допълнително под ъгъл спрямо вертикалата по посока на движението на медната заготовка.
При първоначалния патент на TELDEC (1984 г.) US patent 4,484,320, резецът е наклонен на 20° (съгласно изискванията на стандарта за VTA=20°), като оптималния вариант за нарязване на медта е бил между 10° и 15°.
При медта няма изразен пружиниращ ефект, както при лаковото покритие!
Фирмата твърди, че подобрението сигнал/шум при DMM, в сравнение с конвенционалното производство на грамофонни плочи е 10dB.

За тези, които не са запознати с технологията и предимствата на DMM, давам схема как изглежда процесът в сравнение с конвенционалния начин на нарязване на грамофонните плочи:

Сравнение между кнвенционален и DMM запис на грамофонни плочи


Вижда се, че процесите при DMM се съкращават наполовина и вследствие на това, намаляват грешките и се повишава динамиката!
На картинките по-долу, може да видите как е разположен резецът при нарязването на медната подложка:

Direct Metal Mastering на фирмата TELDEC Direct Metal Mastering на фирмата TELDEC Direct Metal Mastering на фирмата TELDEC
Видно от картинките SRA = 20°, а VTA = 0°.
През 1985 г. TELDEC патентоват, (US patent 4,538,256), методика за компенсиране на SRA и VTA, като наклонът на резеца при директното нарязване вече е 5°.
Механичната вертикална модулация VMA = 5° се компенсира, чрез допълнителна електронна обработка на входния сигнал, така че записът да може да се възпроизвежда правилно от стандартна доза, с наклон на конзолата от 20°.
С помоща на аналогово-компютърна методика по време на записа на медния носител, се модулират геометричните изкривявания и хармониците от 3-ти порядък, за да се запишат така, че при възпроизвеждане на вертикалната и страничната компонента да няма изкривявания вследствие на трасировката.
С други думи, този метод предлага възможност за корекция на вертикалния ъгъл при запис, с помоща на електрически средства!

При това положение редно е да се запитаме - какво става с действителния SRA на иглата и приложима ли е методиката за настройване с микроскоп, при възпроизвеждане на DMM грамофонни плочи?
Очевидно не, защото в отговор фирмата TELDEC препоръчва възпроизвеждането на DMM грамофонни плочи, да се извършва със сферична игла, вместо с игла от типа "контактна линия".

Нека сега да разгледаме следната картинка:

Компоненти на силите

При натиска на иглата върху движещата се плоча се създава сила на триене, която е отбелязана с Fтр.
Тази сила се разлага съответно на две сили - Fа действаща по посока на конзолата и Fв - вертикална компонента.
Fв се стреми да завърти допълнително конзолата нагоре спрямо остта `и на въртене и по този начин да повдигне върхът на иглата.
Това води до намаляване на стационарно настроеният VTA и респективно SRA.
Според мен, това е и една от причините, иглата да се наклонява допълнително с -1° до -2° градуса съгласно стандарта, а съгласно статията на Risch и Maier на 91° - 92°, за да може в динамичен режим контактната линия на иглата да се изправи вертикално и да следва точно посоката на вертикалната модулация.


Това е забелязано от Peter Ledermann, който споделя, че методиката за настройване на иглата с помоща на микроскоп и застъпена от Michael Fremer, обхваща само статичните компоненти, докато възпроизвеждането на звуковата пътечка от иглата на дозата е изцяло динамично.
Трябва да отбележим и факта, че евентуална промяна на SRA не може да стане отделно от VTA.
Двата ъгъла са неразривно свързани и единствено производителят на дозата може да направи това, като монтира, или залепи иглата към конзолата под друг ъгъл.
Напоследък качеството на изработване на масово използваните дози, (изключвам тези на реномираните производители) непрекъснато спада.
В много случаи иглите не се монтират правилно към конзолата, като се наблюдават съществени отклонения, както по отношение на азимута, така и по отношение на SRA.
Всъщност, това донякъде е преодолимо при алуминиевите коннзоли, като площадката на която е закрепена иглата, може да се огъне, или изправи в необходимата посока.
Подобно действие е доста рисковано и не е "лъжица за всяка уста"!
Не съветвам да се предприема подобна интервенция, защото може да счупите, или повредите иглата.
При дозите на които конзолата е от борон, сапфир, или рубин, иглата е залепена под необходимия ъгъл директно към нея и там подобно действие е неприложимо.

Интересен вариант за проверка на правилния VTA дава Noel Keywood, публикуван в Hi-Fi Answers, 1979 г.
Той предлага да се прослушват вертикалните компоненти на музикалния сигнал, като се включи висококачествен високоговорител към плюсовите клеми на изходите от левия и десния канал на усилвателя.
Чрез тази преимуществена методика, установяването на правилния вертикален ъгъл става лесно.
Високочестотните сигнали (чинели, звънци), стават по-лесно разпознаваеми и естествени, като в същото време хоровите изпълнения не звучат така рязко и имат по-голяма свобода на разпространение, спрямо общия фон на музикалното произведение.
Количеството на генерираните изкривявания значително нараства, с отклоняването от правилната посока на VTA, както и с нарастването на нивото на музикалния сигнал.
Общото впечатление е, че музикалният образ от левия и десния канал се изчиства и става по приятен за слуха.

Да не пропусна да спомена, че сериозно влияние върху точността на възпроизвеждане оказва дебелината и кривината на плочите.
След като промяна на дълбочината на звуковата пътечка от 0,100 мм, спрямо дължина на конзолата от 5мм дава отклонение около 1°, какво да кажем за плочите с вълнообразна повърхност и изкривявания от порядъка на няколко мм?
При кривите плочи вследствие на инерционните моменти на рамото и дозата, конзолата с иглата ще пружинира нагоре надолу, като по този начин ще се изменя непрекъснато VTA, с произтичащите от това последствия.
Нека да припомня, че добре конструираните и изработени рамена, трябва да могат да следват с лекота кривините на плочата, а конзолата с иглата трябва да реагира единствено и само на модулациите в браздата.
И не на последно място, трябва да споменем и факта, че липсва стандарт уточняващ колко да бъде дължината на конзолата, или разстоянието между върха на резеца и остта около която трепти главата при нарезните машини!
Без да се регламентират строго тези отстояния, не можем да говорим за точност при възпроизвеждането от днешна гледна точка!

След всичко, което разгледахме до тук, разбираме, че точното и правилно възпроизвеждане на грамофонни плочи е един голям компромис!
Различните промени в стандартите през годините, широките толеранси на някои размери участващи в процеса на запис и възпроизвеждане са довели до там, че не може да се направи една единствена и универсална настройка, за правилно възпроизвеждане на повечето грамофонни плочи.
Единствен изход от това положение за сега е използването на грамофони с повече рамена и дози, всяка една от които е настроена да възпроизвежда само определен вид плочи.
Примерно, само за моно плочи, или само за плочи с VTA = 15° произведени преди 1965 г. и т. н.
Изводът, който се налага особено в последните години от новия ренесанс на грамофонната плоча е, че е необходимо приемането на нов стандарт, който да отстрани сега съществуващите проблеми и недостатъци.

Списък на източниците използвани за написването на статията:

1.http://www7a.biglobe.ne.jp/~yosh/index.htm;
2.US patent 3,490,771;
3.US patent 4,484,320;
4.US patent 4,538,256;


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 - 2017 год.