Zrozumieć gramofon #1 - ramię

Gramofon, odtwarzacz płyt kompaktowych, magnetofon szpulowy, czy magnetofon kasetowy, wszystkie te odtwarzacze pozwalają nam cieszyć się muzyką. Gdybyśmy mieli wybrać najprostszy z nich, większość z nas wskazałaby właśnie gramofon. Czy jest to zgodne z prawdą? Dla wielu jest to tylko obracający się talerz oraz ramię, którego jedynym zadaniem jest utrzymywanie wkładki. W tym cyklu artykułów postaramy się zrozumieć gramofon, działanie jego elementów oraz poznamy większość funkcji, jakie pełnią. Dzisiejsza odsłona będzie dotyczyła ramienia, czyli części bez której żaden odtwarzacz płyt winylowych nie może się obejść.

Solidna podstawa

Wszystkie ramiona gramofonowe muszą mieć podstawę, która pozwoli im na utrzymanie się w miejscu, zapewni odpowiednią sztywność oraz pozwoli na działanie pozostałych elementów. Może mieć ona różną budowę. Często jest to wytoczony z metalu element, przypominający rurkę. Opcjonalny kołnierz, umieszczony z jednej strony, pełni funkcję uchwytu do arm boardu, czyli płyty montażowej. Znajdują się w nim otwory, które pozwalają ustawić ramię w odpowiedniej pozycji, dzięki czemu zostaje zachowana prawidłowa odległość między pivotem a szpindlem. Drugi sposób mocowania ramienia jest zbliżony do powyższego. Również widzimy tutaj rurkę z kołnierzem, nie ma jednak żadnych śrub montażowych. Po demontażu takiego ramienia doskonale widać, dlaczego z nich zrezygnowano. Kołnierz tak naprawdę nie znajduje się na jej końcu, a w połowie, sama zaś rurka jest gwintowana. Pozwala to przykręcić całą podstawę ramienia do arm boardu albo plinty za pomocą jednej nakrętki. Często przy tym rozwiązaniu stosowana jest podkładka sprężynowa. W gramofonach wykonanych z tworzyw sztucznych ten element jest zazwyczaj odlany w formie razem z plintą. 

Podstawa ramienia, w połączeniu z uchwytem gimbala, pełni bardzo ważną funkcję: zlokalizowany jest tam mechanizm odpowiedzialny za VTA  (Vertical Tracking Angle) czyli pionowy kąt śledzenia. W uproszczeniu można powiedzieć, że jest to wysokość ramienia. Jak to wygląda konstrukcyjnie? Bardzo różnie. Najprostszym sposobem jest wykonanie tego przez blokowanie uchwytu gimbala w podstawie ramienia, za pomocą jednej bądź większej ilości śrubek. W podstawie ramienia są wywiercone oraz nagwintowane otwory pod te śrubki. Po ich poluzowaniu możemy podnieść lub opuścić całość ramienia do obranego przez nas wymiaru. Na uchwycie gimbala często naniesione są oznaczenia, dzięki którym użytkownik wie, jak bardzo przesunął całość konstrukcji do góry lub w dół. Śrubki służące regulacji bardzo często nie mają łebka, przez co można ich na pierwszy rzut oka nie zauważyć. W japońskich gramofonach bardzo często mają one główkę zakończoną otworem na klucz imbusowy, w dodatku nie w europejskim systemie metrycznym, ale przy użyciu cali. Bardzo ciekawie w niektórych swoich gramofonach regulację tę rozwiązała marka Technics. Dla przykładu posłużę się modelem SL-1200 MKII, gdzie prawdopodobnie pojawiła się jako pierwsza. Wokół podstawy umieszczony jest pierścień, który obracając się w jedną stronę, opuszcza całość ramienia, a w drugą - podnosi. Jest to jednocześnie bardzo ciekawe, jak i - w przypadku awarii - kłopotliwe rozwiązanie. Uderzenie w ramię powoduje zakleszczenie się całego mechanizmu.

Centrum sterowania ruchem

Jednym z najważniejszych elementów ramienia gramofonu jest gimbal, czyli miejsce odpowiedzialne za płynny ruch ramienia gramofonu, a przy tym wkładki z igłą. To właśnie w gimbalu znajduje się całe łożyskowanie ramienia. Sam gimbal to bardzo skomplikowana konstrukcja, z różnymi rodzajami łożysk, a czasami... zupełnie bez łożysk. Wyróżniamy łożyskowanie pionowe, odpowiedzialne za ruch horyzontalny, oraz łożyskowanie poziome, odpowiedzialne za ruch wertykalny. Łożyska w gimbalu osadzone są zazwyczaj w pierścieniach. Jeden pierścień posiada parę łożysk odpowiedzialnych za ruch horyzontalny, natomiast wewnętrzny, mniejszy pierścień, często będący nieodłącznym elementem uchwytu rurki ramienia, odpowiada za ruch wertykalny. Całość tworzy gimbal, którego ruchy ograniczone są tylko bezpieczeństwem użytkowania gramofonu i ewentualną automatyką oraz oczywiście miejscem mocowania poszczególnych pierścieni. 

Wykorzystuje się zazwyczaj łożyska kulkowe otwarte lub przypominające łożysko rowerowe, w którego środek wchodzi odpowiedni trzpień, często będący szpiczastym kolcem. Łożyska kulkowe są w mojej opinii najmniej korzystnymi w takim miejscu, jak ramię gramofonowe. Zapewniają co prawda największą wytrzymałość, ale zarazem są na nich największe opory ruchu. Łożyska przypominające swoim wyglądem rowerowe, z dobrze wyprofilowaną szpilką, to często spotykane rozwiązanie, zarówno w sprzęcie japońskim, niemieckim, jak i naszym krajowym. 

Polski gramofon G601, Fonomaster czy Daniel posiadają bardzo ciekawie rozwiązane łożyskowanie. Występuje tam wspomniana już szpilka, czy też kolec, ale obsadką nie jest podłoże z kulek, a porcelanowa podstawka. Styk kolca z wyprofilowaną porcelaną jest minimalny, co pozwala uzyskać bardzo małe opory ruchu. Niestety wszystko ma swoje wady. Takie łożysko jest bardzo delikatne. Wystarczy nawet niewielkie uderzenie lub zbyt mocne dokręcenie śrubki, a porcelanowa podstawka pęka. 

Istnieją również inne sposoby łożyskowania. Najprostszym, jest łożyskowanie typu Unipivot. Jest to nic innego jak szpikulec lub też trzpień z zaokrąglonym końcem, na którym umieszczona jest wyprofilowana nasadka, przymocowana do rurki ramienia. To właściwie tyle. Takie łożysko zapewnia zarówno ruch horyzontalny jak i wertykalny. Zaletą jest prostota konstrukcji oraz niskie opory ruchu, jednak istnieje mnóstwo argumentów przeciwko takiemu rozwiązaniu. Ramię bardzo łatwo uszkodzić. Wystarczy niewielkie uderzenie od góry, by któryś z elementów się zdeformował. Bardzo łatwo również uszkodzić kable sygnałowe, które są całkowicie odsłonięte. Te problemy można by jednak zbagatelizować - przecież gramofon to rzecz delikatna, należy wiec obchodzić się z nim odpowiednio. Największym problemem jest jednak to, że ramię będzie bujało się na boki. Nieważne jakbyśmy z tym walczyli, przechyły boczne będą zawsze. Jako że wkładka z igłą jest przykręcona na sztywno do headshella, a ten stanowi część ramienia, więc będzie bujała się na boki razem z nim. Najczęściej próbowano rozwiązywać ten problem przez zlokalizowanie masy rurki - a właściwie płaskownika - na jej krawędziach. Niestety wykorzystanie płaskownika w roli stelażu powoduje wyginanie się, a problem i tak nie znika. 

Bardzo ciekawym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest zawieszenie rurki ramienia w polu magnetycznym. Opory ruchu praktycznie możemy pominąć, jest to jednak droga i niepozbawiona problemów konstrukcja. W konstrukcja samodzielnych - nazywanych DIY - często wykorzystuje się... piłeczki golfowe! Zawiesza się je na żyłce, na odpowiednim wysięgniku. W odpowiednio wyliczonej części piłeczki wywiercony zostaje otwór, przez który przeprowadza się rurkę ramienia. Taką gotową konstrukcję umieszcza się w pojemniku wypełnionym cieczą. Ciecz nie może stawiać zbyt wielkiego oporu przy ruchu ramienia, a zarazem musi tłumić drgania.

Wygięte czy proste? Nierozstrzygnięty spór

Zanim przejdziemy do jednej z najbardziej dyskusyjnych części tego artykułu, chciałbym przyjrzeć się bliżej belce przeciwwagi oraz samej przeciwwadze. Belka przeciwwagi to, jak sama nazwa wskazuje, belka na której umieszcza się przeciwwagę. Na tym tak właściwie można zakończyć rozważania nad jej funkcją. Jeżeli jednak dokładnie się przyjrzymy, to znajdziemy tam ciekawe elementy. Zazwyczaj w dolnej części zlokalizowane jest żłobienie, w którym znajduje się delikatna, podgięta do góry blaszka, zakończona wyobleniem. To dzięki niej przeciwwaga nie spada z belki i możliwe jest jej kontrolowane ustawienie. Belka przeciwwagi z rurką ramienia może być łączona na sztywno lub za pomocą gumowego absorbera drgań. Na drugim końcu rurki często znajduje się dziurka, która może pełnić dwie funkcje. Pierwszą z nich jest ustalenie odpowiedniej wagi belki, drugą zaś mocowanie dodatkowego odważnika, pozwalającego zainstalować cięższe wkładki. 

Przeciwwaga to zazwyczaj odważnik w kształcie grubego pierścienia. Czasami znajduje się na nim niezależnie działający pierścień z naniesionymi oznaczeniami, od zera do 3-5. Kręcąc samą przeciwwagą musimy zbalansować ramię tak, by znalazło się w pozycji poziomej. Gdy już to zrobimy, na pierścieniu przeciwwagi ustawiamy cyfrę zero. Oznacza to, że jest to pozycja wyjściowa. Teraz kręcąc w odpowiednią stronę powodujemy, że nacisk igły zaczyna się zwiększać, ustawiając cyfrę 1 będzie wynosił on 1 g, 2 to będą 2 gramy oraz analogicznie do każdej cyfry.

Niektóre przeciwwagi są jednak pozbawione tego pierścienia. Służą wówczas tylko do jego poprawnego zbalansowania. W gramofonach Thorensa oraz Duala występuje przy gimbalu drugie pokrętło, na którym jest naniesiona odpowiednia skala. Nie mam na myśli antiskatingu. Pokrętło pozwala nam ustawić odpowiedni nacisk. Taki system skonstruowany może być bardzo różnie. Od sprężynki, której odpowiedni naciąg ustawia nacisk, aż po systemy na dwóch magnesach, gdzie regulacja odległości dostosowuje siłę ich wzajemnego oddziaływania.

Elementem, który od lat dzieli miłośników płyt winylowych, jest kształt ramienia gramofonowego. Dla większości jedynym słusznym rozwiązaniem jest wygięcie w kształt litery S, w ostateczności w kształt litery J. Dla tej szkoły absolutnym złem jest pozostawienie ramienia prostego oraz zastosowanie kątowego headshella. Argumentowane jest to na wiele sposobów. Aspekt wizualny to jedno. Jednak wiele razy słyszałem tłumaczenia nie mające odzwierciedlenia w rzeczywistości. Na przykład argument, który mówi, że ramiona w kształcie S i J pozwalają na bezproblemową wymianę headshella. Otóż nie jest to prawdą. W niektórych modelach S i J wymiana jest bardzo kłopotliwa (niektóre SME 3009 MKII oraz wszystkie SME 3009 MKIII). Istnieją też ramiona proste z kątowym headshellem, gdzie jego wymiana jest wyjątkowo łatwa. 

Drugi argument jest taki, że ramiona wygięte lepiej prowadzą się w rowku, przez co są doskonalsze pod względem sonicznym. To też nie jest prawdą. Geometria ramienia nie faworyzuje żadnego z rozwiązań. 

Jedynym argumentem z którym można się zgodzić jest to, że przy tej samej długości, w ramionach wygiętych można uzyskać większą masę efektywną, używając takiej samej rurki, czyli wykonanej z tego samego materiału, o takich samej średnicy oraz grubości ścianki. Waga, budulec oraz fizyczne wymiary w dużym stopniu wpływają na właściwości danego ramienia. Przyjmuje się, że im dłuższe ramię, tym mniejsze są błędy prowadzenia wkładki. Niestety wydłużanie ramienia powoduje utratę jego sztywności oraz możliwe problemy z rezonansem. Dlatego najpopularniejsze gramofony na rynku mają ramiona w przedziale od 8" do 12". Z czego najczęściej spotykamy się z ramionami około 9". Dla przykładu ramię Technicsa SL-1200 MKII ma długość 230 mm, co daje nam lekko ponad 9". 

Na samym końcu ramienia zlokalizowany jest zazwyczaj uchwyt mocujący headshell. Gdy go nie ma, ramię przechodzi w headshell bez żadnego złącza. Wielu producentów obecnie stosuje headshell będący integralną częścią rurki ramienia. Najczęściej na rynku spotyka się rurki wykonane z aluminium. Jest to relatywnie tani materiał, jednocześnie posiadający wiele zalet: mały ciężar, dobrą sztywność, nie jest ferromagnetykiem. W dzisiejszych czasach jest jednak możliwość zastosowania doskonalszego materiału. Najlepszym przykładem jest włókno węglowe (carbon). Ten materiał cechuje się dużą sztywnością przy małej wadze, co pozwala na tworzenie dłuższych ramion, bez drastycznego zwiększania masy efektywnej oraz utraty sztywności.

Głowa systemu

Headshell, bo to o nim właśnie mowa, jest jednym z najważniejszych elementów. Jego podstawowym przeznaczeniem jest utrzymywanie wkładki w prawidłowo obranej pozycji. Najczęściej używamy tego headshella, jaki został zawarty w zestawie z gramofonem. Problemy zaczynają się, gdy takiego nie mamy, lub chcemy założyć inną wkładkę. Musimy zwrócić uwagę na jego wagę. Jeżeli wybierzemy zbyt lekki headshell i założymy lekką wkładkę (np. Ortofon z serii OM - bez ciężarka to niespełna 3 gramy!), a nasze ramię jest ciężkie, to będziemy mieli duże trudności w uzyskaniu odpowiedniego nacisku. A nawet jeśli nam się to uda, to prawdopodobnie okaże się, że rezonans całego zespołu jest nieprawidłowy, przez co dźwięk będzie po prostu kiepski. Każde ramię ma zakres wagowy wkładki i headshella, jakie możemy zamontować. Czasami wartość ta jest podawana jedynie jako zakres wagi wkładki. Jeżeli chcemy wiedzieć jaki jest zakres wagowy całego zespołu, należy dodać do tego zakresu wagę headshella, oczywiście razem z kabelkami i śrubkami z nakrętkami. Należy też zachować zdrowy rozsądek. Montowanie Ortofona z serii OM na bardzo ciężkim headshellu może dać odpowiednią wagę tego zestawu, jednak taka wkładka nie zagra tak, jakbyśmy oczekiwali. 

Ramiona dzielimy na lekkie, średniej wagi oraz ciężkie. Wkładki - a konkretnie igły - poza swoją wagą, mają parametr nazywany podatnością. Lekkie ramię wymaga lekkiego headshella oraz lekkiej wkładki, o dużej podatności. Pozostałe rodzaje ramion analogicznie. Oczywiście może nam się trafić wkładka uniwersalna, którą możemy zastosować zarówno w ramieniu o małej masie efektywnej, jak i średniej. 

Waga headhsella zdeterminowana jest przez użyty materiał. Headshell wykonany jest z materiałów nie będących ferromagnetykami. Najczęściej spotykamy aluminiowy oraz z tworzyw sztucznych. W wielu droższych modelach wykorzystywany jest tytan, magnez, włókno węglowe. Materiały nie są dobierane jedynie ze względu na gęstość i cenę, ale i sztywność. 

Przy budowie ramienia wiele razy pojawiała się kwestia sztywności konstrukcji. Nie inaczej jest też tutaj. Headshell wykonany z taniego plastiku jest domeną najtańszych gramofonów. ABS, pomimo tego, że nie wygląda dostojnie, jest wysokiej klasy surowcem i doskonale spisuje się w swoim zadaniu. Zdecydowana większość gramofonów ma jednak headshelle wykonane z aluminium, ze względu na świetny współczynnik jakości do kosztów wytworzenia. Większości użytkownikom headshell kojarzy się z mocowaniem typu SME, opracowanym przez tę znaną, angielską markę, pomimo tego, że najczęściej spotykany jest w gramofonach japońskiego pochodzenia. W Europie lat 60-80. XX w. zdecydowana większość szanujących się producentów miała swoje indywidualne metody mocowania. Dual stosował specjalne headshelle z klipsami o odpowiednich wkładkach, Philips miał system koszyków wsuwanych w headshell, Lenco i Thorens miały systemy podobne do SME, jednak były kompatybilne jedynie w obrębie jednego producenta. Większość użytkowników zapomina jednak, że headshelle nie są jedynie domeną ramion o kształcie S i J. Ramiona proste mają również swoje headshelle. To właśnie w nich następuje "wygięcie" całości konstrukcji, celem prawidłowego utrzymywania geometrii. Wykonane są w zdecydowanej większości z tworzyw sztucznych. Należy nadmienić, że to właśnie w headhsellach i ich mocowaniach osadzona jest regulacja. Najczęściej oparta jest o śrubkę montażową, która trzyma w odpowiedniej pozycji wtyk headshella albo samą obsadkę.

Równanie sił

Bardziej spostrzegawczy oraz obyci z gramofonami na pewno zauważyli, że nie było jeszcze słowa o bardzo ważnym systemie. Chodzi oczywiście o anti-skating. Jego zadaniem jest równoważenie siły dośrodkowej, jaka działa na wkładkę prowadzoną w rowku, podczas obracania się talerza. Bardzo łatwo możemy sprawdzić jak działa taka siła. Po ustawieniu pokrętła anti-skatingu na zero, włączeniu napędu i położeniu igły na płycie, zobaczymy, że ramię ucieka nam w kierunku szpindla. Działanie anti-skatingu polega na równoważeniu siły, jaka działa na igłę, poruszającą się w rowku. Jak prawidłowo ustawić anti-skating? Jest to chyba najtrudniejsze zadanie w kalibracji całego ramienia! Potrzebna jest do tego czysta płyta testowa i musimy na słuch ocenić, czy kanały są spójne. Jeżeli jesteśmy purystami, najdoskonalszym rozwiązaniem będzie podłączenie gramofonu do... oscyloskopu. Obserwując na wyświetlaczu przebieg, bez problemu ustawimy anti-skating. 

Nie mając płyty testowej pozostaje nam zdanie się na inne sposoby. Wspomniana wcześniej czysta płyta nie jest urządzeniem przeznaczonym do ustawiania anti-skatingu, może jednak pomóc skalibrować ramię w miarę poprawnie. Jeżeli nie mamy czystej płyty, pozostaje nam ustawienie wartości anti-skatingu na taką samą, w jakiej jest nacisk. Należy przy tym pamiętać, że ta siła jest różna w zależności od szlifu igły. Dla igły sferycznej jest mniejsza, niż dla igły eliptycznej. Z tego powodu na wskaźnikach anti-skatingu widnieją dwie podziałki. 

Anti-skating może zostać skonstruowany na wiele sposobów. Omówię cztery najpopularniejsze. Pierwszym z nich jest sprężyna. Przyczepiona zostaje od spodu do obrotowej części ramienia z jednej strony, a z drugiej do pokrętła. Regulacja siły oddziaływania zwiększana jest wraz z naciąganiem sprężyny. Wadą tego rozwiązania jest możliwość rozciągnięcia się sprężyny, przez co cały system się rozkalibruje i ustawianie na wartość nacisku będzie niemiarodajne. Drugim systemem jest ramię z podziałką, na którym zaczepiamy odważnik zawieszony na żyłce. Wraz z wydłużaniem punktu przyłożenia siły rośnie wartość oddziaływania. Wady? Poza tarciem, którego nie można wyeliminować, nie można zapomnieć, że większość ramion wyposażonych w taki system wymaga posiadania kilku odważników, o różnej wadze. Pomijając fakt braku wygody w korzystaniu z tego systemu, większość użytkowników posiada tylko jeden odważnik. Kolejny system anti-skatingu nazywany jest przeze mnie "V" (przypomina mi tę literę). Jedno ramię opiera się o bolec, wystający z obrotowej części ramienia, na drugim zaś zlokalizowany jest odważnik. Jego lokalizacja jest bezpośrednio związaną z siłą oddziaływania: im wyżej, tym jest mocniejsza. Kolejny, ostatni system, jest moim ulubionym. Opiera się o dwa magnesy. Jeden umieszczany jest w obrotowym elemencie ramienia, drugi zaś zlokalizowany jest poza, na suwnicy. Regulowanie odległości między nimi, zmienia moc działania. Im magnesy są bliżej, tym jest ona większa.

Ramię gramofonu jest tylko na pozór bardzo proste w budowie. Dzisiaj przejrzeliśmy jedynie najpopularniejsze rozwiązania, świat audio jest jednak bardzo bogaty i oferuje wiele innowacyjnych rozwiązań, których przybliżenie byłoby trudne. 

Voice Shop

Komentarze

Zaloguj się, aby móc komentować.
Strona Psychosonda korzysta z ciasteczek, aby świadczyć usługi na najwyższym poziomie.
Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na ich użycie.