Variation der Auflagekraft - Herleitungen für die Theorie zu Tonarmen

[be.audiophil]

Hallo Zusammen,

bei der Betrachtung der verschiedenen Nadelverrundungsradien (vgl. Aufbau eines TA-Systemes - Herleitungen für die Theorie zu Tonarmen) hatte ich die Nadelbewegung in horizontaler Ebene bei der Abtastung der Seitenschrift angesprochen.

In der Rille der Schallplatte liegen die abzutastenden Informationen in Seitenschrift und Tiefenschrift vor. Beide "Schriften" sind sozusagen eine Berg- und Talbahn, der die Nadel mit so viel Kontakt wie nur möglich folgen soll.

Diese Nadelbewegungen wollen wir nun etwas ausführlicher und unter dem Aspekt der Variation der Auflagekraft betrachten ...

Änderung der Auflagekraft durch die Seitenschrift:

Wenn sich die Nadel bedingt durch deren Einspannungspunkt im Dämpfungsgummi mitsamt dem Nadelträger während der Abtastung der Seitenschrift auf einer Kreisbahn in nun horizontaler Richtung bewegt, so handelt es sich hier in letzter Konsequenz nicht wie bei der Bewegung in vertikaler Richtung um eine gehemmte Rückstellkraft im eigentlichen Sinne.

Aufgrund dessen, daß die Schallplattenrille von oben betrachtet, und von der Einlauf- zur Auslaufrille hin, eine immer kleiner werdende Kreisbahn darstellt, wird die vom Dämpfungsgummi und der Nadelaufhängung im Allgemeinen ausgehende Rückstellkraft sozusagen keinen rückstellenden Effekt besitzen.

Die nach innen vollzogene Bewegung der Nadel wirkt in der Nadelaufhängung bedingt durch deren Rückstellkraft gleichgerichtet und somit in gleicher Richtung, wie die Bewegung des Tonarmrohres zur Plattenmitte hin. Dies ist also ein Kraftvektor, der das Tonarmrohr von der Nadel geführt in Richtung Auslaufrille bewegt.

Die Bewegung der Nadel nach außen wirkt in der Nadelaufhängung bedingt durch deren Rückstellkraft als resultierende Kraft nach außen. Die Nadel würde sich also gegen die Außenkante der Rille abstützen und die Bewegung des Tonarmrohres zur Plattenmitte hin wieder verlangsamen - wenn die nach innen "ziehende" und somit entgegengesetzt wirkende Skatingkraft nicht wäre.

Diese Kraft würde also bei korrekt justierter Antiskatingeinstellung bereits im System fast vollständig kompensiert werden können, wenn nicht sozusagen gleichzeitig die zuvor beschriebene Bewegung in vertikaler Richtung stattfinden würde.

Durch den von der abnehmenden Auflagekraft verursachten Verlust des optimalen Anpressdruckes zwischen Nadelflanke und Rille kommt nun auch noch das Verlassen der optimalen Position von polierter Nadelflanke zur Rille hinzu.

Die nach außen wirkende Antiskatingkraft ist genau in diesem Moment sozusagen des Guten zuviel und die äußere Rillenflanke wirkt wie eine Rampe, die die Nadel weiter nach oben aus der Rille herausdrückt. Die Abtastverzerrungen und die Kanalabweichungen bzw. Phasenverschiebungen nehmen also in direkter Abhängigkeit vom Verrundungsradius zu, sobald sich die Auflagekraft während der Abtastung verändert. Es ist aber durchaus nicht herleitbar, daß der schärfere oder der schärfste Nadelschliff bei dieser Betrachtung zwangsläufig die wenigsten Abtastverzerrungen produzieren würde. Hierzu dann aber und ggf. an anderer Stelle mehr ...

Dieser Effekt ist z.B. ausführlich in dem zuvor bereits erwähnten Fachartikel

-> Kantrowitz, Philip, "High-Frequency Stylus-Groove Relationships in Phonograph Cartridge Transducers", JAES Volume 11 Number 3 pp. 250-262; July 1963

beschrieben.

Somit halten wir fest, daß auch die von der Seitenschrift verursachte Bewegung der Diamantspitze in direkter Abhängigkeit des Nadelschliffes eine Reduktion der Auflagekraft verursachen kann.

Änderung der Auflagekraft durch die Tiefenschrift:

Betrachten wir die Bewegung des Diamanten auf der Berg- und Talbahn der Tiefenschrift so bewegt sich die Nadel in vertikaler Richtung rauf und runter, der Nadelträger geht diese Bewegung mit und in Abhängigkeit von der über das Dämpfungsgummi mitbestimmten Compliance/Nadelnachgiebigkeit und der effektiven Tonarmmasse folgt auch das Armrohr dieser Bewegung.

Wenn sich die Nadel bedingt durch deren Einspannungspunkt im Dämpfunggummi mitsamt dem Nadelträger auf einer Kreisbahn in vertikaler Richtung bewegt, so zwingt die Rückstellkraft des Dämpfungsgummis die Nadel zwar immer wieder in deren über die Auflagekraft sozusagen "vorgegebene" Position auf dieser Kreisbahn, die hierbei auftretenden Momente im Dämpfungsgummi führen aber auch dazu, daß auf den Korpus des TAs eine Kraft in vertikaler Richtung nach oben wirkt. Und genau diese Kraft führt dazu, daß eine ähnlich große Kraft in vertikaler Richtung nach oben auf das Armrohr wirkt und dieses sich während des Abtastvorganges ebenfalls in vertikaler Richtung bewegt. Diese Bewegung ist wesentlich weniger sichtbar, wie die horizontal auf einer Kreisbahn ausgeführte Bewegung von der Einlauf- zur Auslaufrille - aber trotzdem vorhanden.

Wegen dieser beschriebenen Bewegung des Diamanten und dem Trägheitsmoment des Armrohres ändert sich bei von außen vorgegebener statischer Auflagekraft die relativ auf die Nadel wirkende Auflagekraft während der Abtastung ständig.

Am besten kann man sich dies vorstellen, wenn die Nadel gedanklich in der Rille einem Bergaufstück folgen läßt. Ist diese an der Kuppe angekommen, beginnt in der Rille das Bergabstück. Diesem Bergabstück kann die Nadel aber nicht sofort folgen, da einerseits die Massenträgkeit das zuvor nach oben bewegte Armrohr kurzzeitig in der oberen Position behält. Somit reduziert sich genau in diesem Zeitpunkt die auf die nadel wirkende Auflagekraft und die Rückstellkräfte des Dämpfungsgummis ziehen den Nadelträger ruckartig in dessen Normalstellung zurück. Dieser Effekt wirkt wie ein Trampolin auf das Armrohr und das Armrohr wird weiter nach oben gestoßen. Die Auflagekraft sinkt weiter ab und die Abtastverzerrungen nehmen zu.

Genau dies passiert übrigens und mit dann sozusagen fast an ein Katapult erinnernden Ausmaßen, sobald die Resonanzfrequenz aus der Kombination Tonabnehmer und Tonarm erreicht wird. Dann springt die Nadel aus der Rille.

Bei einer dynamisch wirkenden Auflagekraft hingegen, sorgt z.B. eine rückstellend wirkende Federkraft dafür, daß das Trägheitsmoment des Armrohres "vollständig" kompensiert und in Abhängigkeit von der Federspannung eine zusätzliche und das Trägheitsmoment des Armrohres überwindende Rückstellkraft in vertikal nach unten wirkender Richtung wirkt.

Sobald wir z.B. eine verwellte Schallplatte abzutasten versuchen, verstärkt sich dieser Effekt natürlich zusätzlich.