О роликах и пружинках

Автор: Анатолий Лихницкий

"Все мозги разбил на части, ,
Все извилины заплел..."
В. Высоцкий

Уважаемый Анатолий Маркович! Насколько я понял, ваша новая статья ("Хай-энд мертв...") и оказалась тем самым долгожданным продолжением "Истории говорящих машин". Правда, получилось не совсем то (что мы ждали): первая часть была в значительной степени технической, а вторая оказалась больше идеологической, что весьма выразительно проиллюстрировано картинками. К тому же мысль о том, что прогресс аудио на протяжении последних десятков лет - это на самом деле регресс, я уже встречал в Ваших прежних статьях ("Как услышать то, о чем мы рассказываем" и прочих). Правда, это было давно, так что повторить стоило (тем более - с иллюстрациями самого Босха).

Но вот какие технические детали остались мне неясны. 1. Вы пишете (вскользь), что применение пассикового привода и тонарма с противовесом оказалось пагубным (для воспроизведения музыки). Я не хочу подвергать сомнению это утверждение, но просто хочется узнать: как давно Вас настигло это озарение и почему Вы раньше ничего об этом не сообщали? К тому же некогда предложенная Вами модернизация проигрывателя ("Электроника Б1-01") содержала и то и другое (?). Вот и Р. И. Пашарин в прошлогоднем цикле поучал: пассик - это царь и Бог и т. п. Все ведь настолько помешались на пассиках, что и проигрыватели CD теперь - с гордой надписью "belt drive" во всю морду! А тонармы с противовесом... разве бывают другие? (Да, вспомнил, бывают - тангенциальные.) В конце-то концов - как же должно быть? Неужели вместо пассика - ролик (как у "Garrard”)? А тонарм - с пружинкой? И, естественно, - почему?

2. Вы пишете, что ученые-немцы создали в 30-х годах XX века электроакустический рай. И вновь опускаете много подробностей. Они уже применяли в то время электрические проигрыватели грампластинок? Какие иглы они использовали - деревянные или "каменные" (алмазные, корундовые)? На основании косвенных данных (в Вашей статье о фирме ''Telefunken" идет речь о головке "Siemens" тех времен) можно сделать вывод, что они использовали корундовые игды. Так как же это повлияло на воспроизведение музыки - пагубно или нет? Попытаюсь на пальцах интерпретировать изложенное Вами в статье "Пять остановок на пути к ремастерингу": виниловая пластинка - мягкая, алмазная игла - твердая, твердое по мягкому - это хорошо; шеллачная пластинка – твердая, деревянная игла - мягкая, мягкое по твердому - тоже хорошо; алмазная (корундовая) игла по шеллачной пластинке - твердое по твердому - плохо, потому что получается по сути стеклорез. Плюс трудность согласования угловых параметров иг­лы и канавки. Так ли уж безоблачно было в немецком аудиораю?

3. Поправка. В Вашу статью о проектировании комнаты прослушивания вкралась неточность. Вы пишете: "...k - волновое число, k=c/…" Наоборот – k=/c, где - круговая частота, рад/с; с — скорость звука (в воздухе), м/с; размерность k получается [рад/м], и под знаком синуса оказывается kd с размерностью [рад], а не [м2/рад], что выглядит несколько странно. Анатолий Маркович, я очень не хочу, чтобы Вы восприняли все вышеизложенное как ехидное подковыривание. Просто до последнего момента идеалом "хай-эндного" проигрывате­ля мне казался "Kuzma Stabis": жесткая конструкция бескорпусного типа, вынесенный блок питания и т. п. Но:пассик (виброразвязка. однако) и противовес, зато какой! Его центр тяжести расположен так, что тонарм имеет всего одну точку опоры (рубиновый подшипник, все дела). И тут - такие заявления с Вашей стороны. Обидно, понимаете ли. Теперь я не знаю, как (don’t, так сказать, know how). Да и много кто еще пребывает в таком же недоумении. Так что давайте, выкладывайте. С надеждой, что святые тайны аудио будут открыты прогрессивной общественности.

П. Марутенков, Оболенск

Вы действительно правы. Статью "«Хай-энд» умер, да здравствует «хай-энд»" (см. "АМ" № 1 (36) 2001, с. 135-140) можно считать продолжением истории говорящих машин, но с некоторой натяжкой. Почему так получилось? - на это есть свои причины. Например, в процессе работы над продолжением этой истории передо мной вдруг открылась адская пропасть, в которую устремилась аудиоиндустрия после ухода Берлинера из пластиночного бизнеса. Мне стало ясно, что его дело оказалось в руках бездарных авантюристов, которые, как ткачи из сказки про платье голого короля, в течение 70 лет создавали видимость того, что прогресс в области звукозаписи и звуковоспроизведения действительно существует. И я задумался, а стоит ли копаться во всем этом грязном белье. К тому же если бы я взялся расписать в подробностях постберлинеровскую историю, то для ее иллюстрации не хватило бы картин Босха. Последнее оказалось, пожалуй, главной причиной того, что я так неожиданно завершил историю говорящих машин коротким очерком "«Хай-энд» умер...". Теперь отвечу на Ваши вопросы.

1. Вы правильно расшифровали вскользь брошенную мной реплику. Действительно, роликовый привод диска и тонарм с пружинкой вместо противовеса являются наилучшими техническими решениями среди возможных. Свое утверждение я обосную ниже, а пока расскажу о том, почему аудиоидустрия прошла мимо этих, с моей точки зрения прекрасных, технических решений. Для начала вспомним, что в своем первом граммофоне Берлинер использовал пассиковый привод (см. рис. 5 в журнале "АМ" № 4 (33) 2000, с. 82). Тогда эта идея не считалась оригинальной, так как в подавляющем большинстве машин того времени применялся ременной привод. Однако Берлинер, по невыясненным причинам, от ременного привода сразу отказался. Следующий сконструированный им вместе с Элриджем Джонсоном приводной механизм был похож на большие часы. Вращение грампластинки в нем осуществлялось мощной спиральной пружиной через систему шестеренок. Одна из них вращала ось поворотного диска, на котором лежала грампластинка, а другая, со скошенными зубьями, через червячный вал раскручивала механический так называемый эксцентриковый стабилизатор частоты вращения. Пружинный привод без каких-либо существенных изменений конструкции в течение 40 лет применялся сначала в граммофонах, а позднее даже в электрофонах. Таким приводом был оснащен и портативный граммофон (модель 102), разработанный фирмой "HMV" в начале 30-х годов. Я тщательно исследовал механические параметры этого привода и, к моему удивлению, не нашел в нем недостатков. Уровень детонации и создаваемого рокота у него оказался ниже порога восприятия, а сползание частоты вращения при установке на грампластинку стограммовой мембраны не превышало 0,5%.

Главным недостатком пружинного привода считалась его ручная "подзаводка", которая требовалась после проигрывания каждой стороны грампластинки. Именно этот недостаток в середине 30-х годов стал причиной радикального усовершенствования этого механизма. Тогда вместо пружинного узла в нем появился асинхронный электродвигатель, ротор которого вращал упомянутый механический стабилизатор, а через червячную передачу - ось поворотного диска. Автор этого усовершенствования мне неизвестен, известно только то, что многие крупные фирмы, включая "Telefunken" и "Siemens", вляпались в это техническое решение. Дело в том, что разработчики проигрывателей и в первую очередь их потребители столкнулись с совершенно новой проблемой - низкочастотным гулом, так называемым рокотом. Рокот этот почему-то прослушивался только в проигрывателях, оснащенных электродвигателем. Конечно, специалисты и тогда понимали, что причиной слышимого рокота являются вибрации электродвигателя.

[1] "Восемь лет он разрабатывал проект извлечения из огурцов солнечных лучей, которые предполагал заключить в герметически закупоренные склянки, чтобы затем пользоваться ими для согревания воз­духа в случае холодного и дождливого лета" (Дж. Свифт. Путешествие Гулливера. М., 1976, с. 290). [2] Берлинер считал, что метод кислотного травления предложен им, однако ранее этот метод был описан Кро в заметке, опубликованной в газете "La Semaine du Clerge". [3] Шеллачную массу и процесс прессования грампла­стинок разработал для Берлинера Луи Розенталь (Louis Rosenthal) из Франкфурта. [4] Sound box - в отечественной литературе эту де­таль граммофона принято называть мембраной.

Пытаясь решить проблему, ученые-немцы крепко задумались, но, видимо, не очень, так как решили, что спасти электропроигрыватели от рокота могут только швейцарцы. Поэтому в конце 30-х годов фирма "Siemens" обратилась в фирму "Paillard" (Швейцария) с предложением изготовить и поставить Рейху большую партию сверхточных электроприводов (см. рис. 1) для комплектования электропроигрывателей. Немцы полагали, что безукоризненно сбалансированный ротор электродвигателя устранит нежелательные вибрации. Однако швейцарская точность ожидаемого результата не принесла. В то время еще не знали, что вибрации электродвигателя возникают не только из-за механического разбаланса ротора, неучтенным оказалось механическое возбуждение электродвигателя протекающим в его обмотках переменным электрическим током. Сейчас об этих вибрациях знает каждый, кто имеет электробытовые приборы, так как в любом из них обязательно найдется вибрирующий силовой трансформатор или дроссель.

То, что проблема рокота казалась неразрешимой, можно также объяснить отсутствием в те годы применимой на практике теории виброизоляции[1]. Рассматривая швейцарский приводной механизм изнутри, мы убеждаемся в том, что эта область инженерной науки была слабо развита. В нем (см. рис. 2) вибрации ротора электродвигателя совершенно беспрепятственно достигают поворотного диска через жестко связывающую их червячную передачу. С этой почти очевидной по нынешним меркам недоработкой мирились примерно до 1948 года, то есть до появления Lp. С переходом на Lp проблему рокота больше нельзя было игнориро­вать. Ведь амплитуда полезных колебаний канавки у Lp меньше на 6 дБ в сравнении с грампластинками на 78 об/мин, а значит, относительный уровень рокота возрастал еще на 6 дБ. Справились с этой проблемой на удивление просто. Кем-то, пока мне неизвестным, было предложено вращать поворотный диск не за ось, а за его борт через пассивный, покрытый резиной, лишенный каких-либо зубчиков, то есть лысый ролик. Этот ролик, как видно на рис. 3, одновременно прижат к борту диска и к цилиндрической насадке ротора приводного электродвигателя.

Не только упрощение конструкции было достоинством нового привода. Впервые ось ротора электродвигателя и поворотный диск были развязаны механическим фильтром низких частот, образованным эффективной гибкостью покрытого резиной ролика Сп и эффективной массой диска Мд (эквивалентные схемы см. на рис. 4). Благодаря этому фильтру колебательная скорость вибраций ротора электродвигателя р преобразовывалась в ощутимо меньшую колебательную скорость поворотного диска д . В схемах также учтены механическое сопротивление пассивного ролика Rп , кстати, отсутствующее (практически равное нулю) у пассика, а также вязкое механическое сопротивление смазки оси поворотного диска Rд . Применение в приводе пассивного, к тому же лысого ролика оказалось столь нетривиальным техническим решением, что на первых порах в отношении перспектив его использования возникли самые разные точки зрения. Больше всего возражали против роликового привода советские ученые. Немало докторских диссертаций было ими тогда написано, и все на тему о неизбежности проскальзывания лысого ролика и о непригодности этого типа привода для применения в высококачественных электропроигрывателях [2]. Невзирая на предостережения из страны ученых Советов, авторитетные тогда фирмы "Thorens", "Garrard" и "EMT Wilhelm Franz KG" (последняя специализировалась на выпуске студийных электропроигрывателей) приступили в 50-е годы к производству высококачественных электропроигрывателей с роликовым приводом. Очень быстро выяснилось, что проблемы проскальзывания ролика не существует. Отчасти этому способствовало уменьшение к тому времени прижимной силы звукоснимателя с 50 до 5 гс.

Новая беда пришла совсем с другой стороны, то есть с началом широкого применения в тонармах противовесов. Напомню, что до середины 30-х годов излишний вес звукоснимателей компенсировали пружинами (см. рис. 5). Противовес аннулировал достигнутые успехи в снижении рокота и одновременно породил новые проблемы (о них Вы прочтете ниже). Именно тогда, когда рокот снова обратил на себя внимание, появился пассиковый привод (см. рис. 6). Это кажущееся на первый взгляд изящным техническое решение и увело, как оказалось, аудиоиндустрию на ложный путь. Осмыслить последствия применения пассикового привода можно, если чуть-чуть углубиться в физику распространения вибраций в электропроигрывателе. Главным источником этих вибраций по-прежнему является приводной электродвигатель. Это очевидно каждому. И все-таки вибрации электродвигателя превращаются в заметный на слух рокот только тогда, когда они преобразуются в колебания головки звукоснимателя и грампластинки относительно друг друга. В электропроигрывателе есть два пути превращения вибрации электродвигателя в такие колебания.

Первый путь. Вибрации ротора электродвигателя через покрытый резиной ролик (или пассик) частично проникают в поворотный диск и вызывают колебания его и лежащей на нем грампластинки относительно неподвижной головки звукоснимателя. Второй путь. Вибрации корпуса (статора) электродвигателя через его механический подвес проникают в плату, на которой установлены поворотный диск и тонарм, а затем через поворотную ножку тонарма попадают в звукосниматель, который начинает колебаться относительно неподвижного поворотного диска с грампластинкой. В реальности вибрации электродвигателя вызывают более сложные взаимодействия головки звукоснимателя и грампластинки и распространяются они, конечно, по первому и второму пути одновременно. О первом пути аудиопресса сообщает довольно часто, поскольку может без труда даже на пальцах показать, как пассик ослабляет эти вибрации.

О том, что есть второй путь и что распространение вибраций по нему трудноустранимо, а применяемые для их ослабления технические средства малоэффективны, производители электропроигрывателей стараются умалчивать. К примеру, очень симпатичная мне фирма "Well Tempered Lab", чтобы исключить распространение вибраций по второму пути, устанавливает приводной электродвигатель отдельно от проигрывателя, но почему-то стыдливо прячет его в дырку, специально проделанную в несущей панели этого проигрывателя[2]. По тем же соображениям фирма "Thorens" использует в своих проигрывателях два разделенных очень гибкими пружинами шасси (см. рис. 7), причем то, на котором установлены диск и тонарм, фирма так же стыдливо скрывает под несущим приводной двигатель декоративным шасси. Думаю, что многие уже сталкивались с тем, как небольшие низкочастотные вибрации, идущие, например, от пола, вызывают в проигрывателях фирмы "Thorens" раскачивание внутренней, то есть несущей диск и тонарм, панели. Из-за этого раскачивания возникает переменное натяжение пассика, которое затем преобразуется в ощутимую низкочастотную детонацию звука. Избавиться от этой детонации, разумеется, можно, если установить проигрыватель на полку, замурованную в капитальную стену. Но, к сожалению, такая стена есть не у каждого! Обидно только, что за техническое решение, устраняющее распространение вибраций по второму пути, фирме "Thorens" пришлось так дорого заплатить: я имею в виду создание поколения капризных в эксплуатации проигрывателей.

Итак, в основу известных технических решений, направленных на ослабление распространяющихся по второму пути механических вибраций, положен принцип прерывания этого пути на участке от электродвигателя до тонарма. При этом мне непонятно, почему разработчики упустили из виду возможность разорвать этот путь на участке поворотная ножка тонарма - головка звукоснимателя. Ведь для этого достаточно лишь выбросить противовес тонарма. Чтобы представить себе, как происходит такое прерывание, проследим путь, по которому вибрации электродвигателя достигают головки звукоснимателя. Все хорошо знают, что в обычном проигрывателе электродвигатель крепится к несущей панели через резиновые прокладки. Как известно, эти не слишком эластичные прокладки[3] не обеспечивают должную виброизоляцию, поэтому колебания корпуса электродвигателя легко проникают в несущую панель проигрывателя, где распространяются в виде изгибных волн. Обходя стороной места сосредоточения больших масс, например массивный поворотный диск, они становятся причиной вертикальных колебаний поворотной ножки тонарма и вместе с ней звукоснимателя.

Воспрепятствовать распространению изгибных волн в несущей панели проигрывателя можно, сделав ее очень массивной и вибродемпфированной. К сожалению, это добротное, но очень дорогостоящее техническое решение по экономическим соображениям не используется даже в самых дорогих моделях проигрывателей. Вот почему, с подачи фирмы "Thorens" , до сих пор производятся, как вы знаете, дешевые и капризные в эксплуатации плавающие панели или применяются конструкции, в которых электродвигатель ставится совершенно отдельно от проигрывателя. А теперь поговорим о пути распространения вибраций от ножки тонарма до головки звукоснимателя. Но сначала вспомним из школьного курса физики, как ведет себя центр инерции произвольного по форме имеющего массу тела[4].

Напомню, что этот центр обладает важными для наших рассуждений свойствами: действие внешней силы на центр инерции тела не может вызывать его вращения. Если же это тело раскрутить, то оно будет "стараться" вращаться вокруг оси, проходящей через центр инерции. Например, любой самый заурядный астероид всегда вращается вокруг такой оси. В нашей же земной жизни мы нередко забываем об этом, заставляя вращаться тела вокруг геометрически заданных осей, не проходящих через центр инерции, и тогда эти тела "сопротивляются", то есть стремятся разрушить жестко заданные оси. Например, несбалансированный ротор двигателя в короткие сроки разбивает осевые подшипники и т. п. К понятию центр инерции мы будем возвращаться еще не раз. Если звукосниматель имеет противовес, то центр его инерции располагается на продольной оси тонарма, где-то рядом с пересечением поворотных осей (см. рис. 8). Это означает, что вибрирующая поворотная ножка тонарма будет вовлекать все части звукоснимателя, включая головку, в приблизительно равные по амплитуде колебания. Можно сказать и иначе: паразитные колебания ножки звукоснимателя с противовесом достигают головки без малейшего затухания. Если у звукоснимателя исключить противовес, то центр инерции звукоснимателя переместится к головке, и тогда колебания поворотной ножки вызовут колебательное вращение тонарма относительно упомянутого центра инерции. По существу мы получим (см. рис. 9) механический трансформатор, который преобразует колебательную скорость вибраций поворотной ножки н в меньшую по амплитуде колебательную скорость головки г в соответствии с формулой: н/г=l1/l2 (где l1 и l2 – плечи механического трансформатора). Об этом преобразовании можно сказать еще и так. Тонарм без противовеса ослабит достигшие головки звукоснимателя колебания поворотной ножки на величину D=20lg(l1/l2). Правильность этого соотношения я проверил экспериментально. Мой звукосниматель после того, как лишился противовеса, снизил уровень рокота примерно на 30 дБ. Если бы фирма "Thorens"” в свое время пошла по этому пути, ей не пришлось бы в течение пятидесяти лет краснеть за "плавающие панели" своих электропроигрывателей. Почему же никто не обратился к этому простому и эффективному способу уменьшения рокота? Может быть уважающие себя разработчики электропроигрывателей не готовы признать, что явялются участниками научно-технического регресса? Вовсе нет. Главная причина состоит в том, что никому просто в голову не пришло проверить поросшее мхом техническое решение. Но куда же смотрели ученые-теоретики, спросит читатель? Это вопрос из серии, что считать первым, курицу или яйцо – теорию с подтверждающими ее опытами или опыты, вызвавшие к жизни теорию? Для меня первичным всегда остаются управляемые свыше опыты. Я даже не могу сейчас вспомнить, почему лет десять назад я вдруг решился заменить в тонарме противовес на пружинку. В памяти осталось только ощущение, что исчез рокот; объяснение этому я стал искать значительно позже.  

Кстати, уменьшение рокота – не единственное преимущество звукоснимателя без противовеса. Второе преимущество можно заметить, сравнив эквивалентные схемы звукоснимателя с противовесом (см. рис. 10) и без него (см. рис. 11). В этих схемах: Fи - действующая на иглу колебательная сила, Н; *и - колебательная скорость кончика иглы, м/с; и-т - колебательная скорость иглы относительно головки звукоснимателя, м/с; Си - гибкость подвижной системы звукоснимателя, м/Н; Cт - приведенная к игле гибкость трубки тонарма, м/Н; Cм – приведенная к игле гибкость прокладки между противовесом и тонармом, Н· с/м; М1 – приведенная к игле масса тонарма (без противовеса), кг; М2 – приведенная к игле масса противовеса, кг.

У звукоснимателя с противовесом или без него приведенные к игле масса[5] М и гибкость Си образуют так называемый основной резонанс, частота которого находится в пределах от 5 до 14 Гц, причем резонансный пик часто достигает 15-20 дБ. Этот резонанс хорошо виден на АЧХ и, хотя он находится за нижней границей диапазона звуковых частот, доставляет массу неприятностей, в том числе дарит нам случайную детонацию звука. Об этом, разумеется, стоит поговорить подробно, но уже в другой статье. Сейчас нас интересует противовес. Его приведенные к игле масса М2 и гибкость тонарма Ст + См образуют второй резонанс, который обычно располагается в слышимой области частот (от 200 до 300 Гц). Любопытно, что на АЧХ звукоснимателя этот резонанс часто даже не виден. Из эквивалентной схемы (см. рис. 10) следует, что такое действительно может быть, когда противовес закреплен на тонарме достаточно жестко, то есть при Си> Ст+ См. Резонансы этого типа называют скрытыми [4]. При объективных измерениях они проявляют себя в основном фазовыми аномалиями, тем не менее в звуковом тракте они легко улавливаются на слух как окраска звучания и нарушение артикуляции воспроизводимых звуков. Полностью избавиться от скрытого, то есть второго резонанса можно, выбрав механические элементы См и М2 такими, чтобы его частота совпала с частотой основного резонанса звукоснимателя. Впервые этот способ "вычеркивания" второго резонанса предложил Б. Бауер [5]. Правда, в то время он в первую очередь заботился о том, как снизить пик основного резонанса. Найденный им способ был назван динамическим демпфированием основного резонанса звукоснимателя. Электропроигрыватель с таким типом демпфирования в 1970-е годы производила фирма “Dual”(модель 701). Из-за сложности настройки динамического демпфера в домашних условиях этот способ не получил распространения.

А теперь посмотрим на эквивалентную схему звукоснимателя без противовеса (см. рис. 11). На ней мы видим схему простого резонансного контура, который формирует единственный резонанс - основной резонанс звукоснимателя. Следовательно, второе преимущество коротко можно сформулировать так: нет противовеса - нет второго резонанса. Третье преимущество звукоснимателя, у которого нет противовеса, - это отсутствие в нем ударных микровибраций. Об этих микровибрациях ученые-механики обычно ничего не сообщают, тогда как малограмотные аудиофилы и меломаны давно обратили внимание на то, что регулировка подшипников в поворотных осях тонарма радикально сказывается на звучании воспроизводимых грамзаписей. Причиной влияния на звучание оказалось изменение характера ударных микровибраций тонарма. Микровибрации возникают, когда воспроизводимая на проигрывателе грампластинка модулирована сигналом большой амплитуды на частотах чуть выше 300 Гц, а центр инерции звукоснимателя находится в непосредственной близости от его поворотных осей. Дело в том, что на этих частотах центр инерции тонарма превращается в достаточно жесткую опорную точку (см. рис. 8); а тогда, по известному правилу рычага, приложенная к игле модулированной канавкой грампластинки переменная сила Fи преобразуется в действующую на поворотные оси переменную силу Fп = Fи (l1/l2) (где l1и l2 - плечи рычага), которая из-за того, что l1/l2 >>1, становится значительно больше силы Fи. В результате под действием этой страшно большой силы Fп тонарм, преодолевая силу тяжести, начинает "биться" в зазоре осевых подшипников. Именно этот эффект я называю ударными микровибрациями тонарма. Эти вибрации, представляющие собой короткие импульсы, по трубке тонарма достигают головки звукоснимателя, где преобразуются в слышимый звуковой мусор, скрежет и тому подобное. Нечто подобное мы услышим, когда резко поставим треснувшую чашку на стол. Если противовес у тонарма изъять (см. рис. 9) - центр инерции переместится к головке звукоснимателя, и тогда мы получим совсем другое соотношение плеч рычага: l1/l2 < 1. При нем действующие на оси тонарма переменные силы настолько уменьшатся, что нежелательные микровибрации тонарма уже не смогут появиться.

***

Почему роликовый привод лучше пассикового? Если ориентироваться только на снижение рокота, пассик действительно имеет неоспоримое преимущество. Ведь он обладает большей гибкостью, чем ролик. Правда, это верно только до тех пор, пока не учтено прохождение вибраций по второму пути. Если же сравнивать эти приводы по предрасположенности к детонации, то все преимущества оказываются на стороне роликового привода. Остается только ответить на вопрос, что нам мешает больше: рокот или детонация? Я лично придерживаюсь мнения, что рокот - это досадная помеха восприятию музыки, тогда как детонация звука, особенно низкочастотная (с частотами модуляции ниже 10 Гц), даже неслышимая, разрушает целостность музыки до основания. Именно из-за сохранения этой целостности предпочесть следует роликовый привод. Попробую объяснить, почему роликовый привод имеет преимущества в отношении детонации. В пассиковом приводе момент инерции диска и момент гибкости пассика (вращательная гибкость) образуют фильтр низких частот[6] второго порядка, который освобождает вращение этого диска от нерегулярностей. Источниками нерегулярностей могут стать приводной электродвигатель, а также механические элементы передачи этого вращения (ролики, пассики, шестеренки и т. п.). Казалось бы, очищение вращения от нерегулярностей очень полезно, если не учитывать, что из-за отсутствия потерь в пассике на граничной частоте этого фильтра образуется выраженный резонанс с добротностью Q 20-30. Этот резонанс, как оказалось, не ослабляет, а наоборот, усиливает нерегулярности вращения. Из-за незначительных механических возмущений в приводе, вызванных, например, слегка неравномерным трением в оси поворотного диска или чуть-чуть меняющейся толщиной пассика, на частоте этого резонанса возникает поворотное "качание" диска. Назовем это явление, сходное с вращательными колебаниями маятника в механических часах, вращательным резонансом. Поворотное качание диска в пассиковом приводе обычно наблюдается на частотах порядка десятых долей герца и поэтому вызывает низкочастотную разрушающую музыку детонацию звука. По сходным причинам фактическая, то есть не взвешенная, низкочастотная детонация звука в электропроигрывателе “Электроника Б1-01" достигает 0,5%. Уменьшить ее можно только одним способом - демпфированием вращательного резонанса. Однако в пассиковом приводе это демпфирование практически не осуществимо. Изготовить гибкий пассик с необходимым внутренним затуханием никому еще не удалось, а добавление вязкого механического сопротивления в осевой подшипник поворотного диска хотя частично и исправит положение, но при этом увеличит нагрузку на приводной электродвигатель до недопустимых пределов. Пытаясь решить эту проблему, некоторые фирмы пробовали применять негибкий в продольном направлении пассик, например вощеную хлопчатобумажную нить, и сразу столкнулись с новой проблемой: как удерживать такой пассик в натяжении? Ведь без натяжения он не сможет вращать поворотный диск и в конце концов просто свалится. Выход из этого затруднительного положения - натягивать нить пассивным роликом, удерживаемым пружинкой или упруго подвешенным приводным электродвигателем. Кстати, похожим образом, то есть с помощью натянутой пружинкой нити, осуществлялось вращение блока переменных конденсаторов в радиоприемниках 30-х годов. Но к чему мы пришли? Оттянутая пружиной нить - это ведь нить с внесенной в нее гибкостью, причем без механических потерь! Вот и получается, что мы вернулись к тому, с чего начали. "Негибкий пассик" оказался красивым мифом, который позволил на один аудиосезон припрятать проблему пассикового привода под ковер. В роликовом приводе вращательный резонанс тоже есть, однако он хорошо задемпфирован и поэтому не усиливает детонацию звука. Хорошее, то есть критическое демпфирование резонанса достигается в этом приводе естественным путем, за счет удачного сочетания гибкости и механического сопротивления резиновой кольцевой насадки на ролик. Не зря привод этого типа изначально называли фрикционным.

Приведенные рассуждения не голословны, они были выверены мной при конструировании роликового проигрывателя грампластинок на 78 об/мин. Кстати, у Вас есть возможность оценить, насколько низкий уровень низкочастотной детонации у этого проигрывателя. Прослушайте сделанные с ним записи на компакт-дисках “АМ Тест-CD 1” и “АМЛ Тест CD+”, а затем сравните их с фрагментами “Лебединого озера”, записаннными мной в 1994 году с использованием (сообщаю это по секрету) переделанного на 78 об/мин проигрывателя “Электроника Б1-01”. Запись эта была выпущена в свет на компакт-диске UL96161: П. И. Чайковский. Концерт для фортепиано с оркестром № 1 и Сюита из балета “Лебединое озеро” в исполнении А. Рубинштейна / Д. Барбиролли. 2. Почему иногда мне приходится применять алмазные иглы для воспроизведения грампластинок на 78 об/мин, я уже рассказывал. Сейчас я попытаюсь защитить ученых-немцев от нападок читателей и объяснить, почему создавшие электроакустический рай немцы тем не менее пользовались сверхтвердыми, или, как их тогда называли, “вечными иглами”.Еще в период граммофонного рая немцы, как впрочем и англичане, поняли, что соотношение твердости и стираемости у пластинки и у иглы должно быть таким, чтобы игла подвергалась большему изному, чем пластинка. Они не сомневались, что лучше выбросить иглу, чем пластинку. Именно поэтому на заре (см. рис. 12) англичане изобрели деревянную иглу (gramophone fibre needles), а немцы разработали мягкие стальные иглы. Изготовленные из специально подобранного сплава, эти иглы позволяли проигрывать грампластинки без заметных искажений в течение ровно 5 минут [7]. Потребность в сверхтвердых иглах возникла в связи с широким распространением граммофонных автоматов, в которых без перерыва на смену игл приходилось проигрывать от 20 до 30 пластинок. Сверхтвердые иглы немцы изготавливали из вольфрамовых сплавов, а также путем хромирования стальных игл. "Каменную", точнее сапфировую, иглу предложили не немцы, а англичане [8]. Их выпускала с 1937 года фирма "Walco"[7]. Игла представляла собой сапфировый конус со сферической поверхностью вершины, который своим основанием завальцовывался в алюминиевый стержень, напоминающий по размерам обычную стальную иглу. Это было сделано для того, чтобы каменная игла устанавливалась в звукосниматель так же просто, как и обычная игла. Только в середине 40-х годов ученые-немцы из фирмы “Siemens” решились применить сапфировые иглы, но сделали это необычным для тех времен способом. Они разработали электромагнитный звукосниматель, в котором крохотный кончик из сапфира с радиусом 50 мкм был интегрирован в подвижный сердечник преобразователя головки. За счет этого революционного по тем временам технического решения немцам удалось уменьшить приведенную к игле массу подвижной системы головки с 200 до 10 мг и снизить прижимную силу звукоснимателя со 100 до 20 гс. В результате этого нововведения ожидаемое повышение износа грампластинок оказалось не столь значительным. Более того, новшество это оказалось действительно прогрессивным и предопределило тенденции в конструировании позже выпускаемых головок звукоснимателей.

И еще одно, к сожалению, не замеченное потомками чисто немецкое новшество. Вот уж эти хитрые немцы! Еще тогда они отказались от промежуточного поводка между иглой и подвижным элементом преобразователя головки. Из-за этого, казалось бы, незначительного сокращения пути сигнала АЧХ головки фирмы “Siemens” в области высоких частот была практически неограниченной. Поводок же этот начиная с 50-х годов, вопреки технической целесообразности, стал неотъемлемой частью всех выпускаемых головок звукоснимателя. 3. Странный вид приведенного мной волнового числа - это лишь еще одно подтверждение того, что большое количество цифровых перезаписей убивает не только музыку, но также и математические формулы, в том числе простейшие.

Эпилог К вопросу об озарениях. Если считать озарением то, что когда-то уже было, то идея с пружинкой посетила меня более десяти лет назад. Тогда я недолго рассуждал, а просто заменил в тонарме противовес на пружинку. Проигрыватель же с роликовым приводом 10-килограммового латунного диска я собрал задолго до этого, то есть в середине 1960-х годов. Фото всех этих прелестей помещено в начале. Я не раскрывал технической сущности этих нововведений, потому что в соответствии с действующим Порядком каждое озарение должно не менее десяти лет отстоять в очереди на публикацию. Этот Порядок, одинаковый для всех авторов, существует еще с советских времен. Его называют "изначальное равенство всех озарений". Естественно, речь идет только о тех озарениях, о которых автор хочет сообщить неограниченному кругу лиц[8]. Об этом Порядке, ставшем теперь общероссийским, Вы наверное догадывались, так как не раз бывали свидетелем необъяснимых "наездов" силовых структур на средства массовой информации. В связи с этим статья о модернизации проигрывателя "Электроника Б1-01 (см. "АМ" № 4 (5) 1995. с. 51-61) была выпущена когда надо, то есть в срок, соответствующий действующему Порядку. Ведь все наиболее важные результаты в области демпфирования тонарма я получил намного раньше, то есть в конце 1970-х годов. Именно в то время я собирался защитить диссертацию на указанную тему и даже поступил в аспирантуру. Тут-то меня и ознакомили с существующим Порядком; я даже получил от ученого Совета почти официальное предупреждение: "Если вы намерены защищаться по теме «Демпфирование тонармов», то для вас это плохо кончится".

Литература 1. Ден Гартог Дж.П. Механические колебания. М., "ФМ", 1960, с. 8. 2. Аполлонова Л. П., Шумова Н. Д. Механическая звукозапись. М., "Энергия", 1978, с. 204. 3. Большая Советская Энциклопедия, т. 28. Изд-во "Сов. энциклопе­дия", М.- Л., 1978, с. 496. 4. Тоо1е F. Е., Olive S. Е. Тhе Modification of Timbre by Resonances: Perception and Measurement, J. Audio Eng. Soc., Vol. 36, #3, 1968, pp. 122-141. 5. Вауеr В. В. Оn the Damping of Phonograph Arms, J. Audio Eng. Soc., Vol. 11 #3, 1968, рр. 207-211. 6. Олъсон Г. Динамические аналогии. - М., "ИЛ", 1947, с. 224. 7. Регирер Е. И. Граммофонная пластинка. - М.- Л., Госхимиздат, 1946, с. 639, 646. 8. Wireless World, v. 43, #5,1938, р. 99.

[1] Теория виброизоляции в ее современном представлении была создана в 1934 году [1]. [2] Припрятыванием электродвигателя в дырку занимались многие фирмы, см. пример в "АМ" № 3 (38)2001, с. 104. [3] Эти прокладки должны быть все-таки очень жесткими, чтобы удерживать оси поворотного диска и электродвигателя параллельными друг другу. [4] Центр инерции называют также центром масс; этот центр совпадает с центром тяжести тела, если оно твердое и находится в однородном поле сил тяжести [З]. [5] В звукоснимателях с противовесом М = М1 + М2 при Ст+См < Си. [6] Эквивалентная схема этого фильтра имеет вид, аналогичный показанному на рис. 4, только колебательная скорость в ней заменяется на угловую, эффективная масса - на момент инерции, поступательная гибкость - на вращательную, механическое сопротивление – на момент сопротивления [6]. [7] Примерно за двадцать пять лет до англичан французская фирма «Pathe`-fr`eres» применяла сапфировые иглы для воспроизведения пластинок с глубинной записью. [8] В эпоху Великих репрессий этот Порядок был еще более строгим: десятилетний срок касался распространения озарений среди ограниченного круга лиц.

© Bassguitars.RU 2005-2018

Сделано в PASWEB

potapovbass@gmail.com