|
![]() |
![]() |
|
![]() |
![]() О роликах и пружинках Автор: Анатолий Лихницкий
"Все мозги разбил на части,
, 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.
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
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
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,
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,
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.
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
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.
*** 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.
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. |
![]() |
|
![]() |
![]() |
||
© Bassguitars.RU 2005-2018 | Сделано в PASWEB |
|