Soll der Tonabnehmer seine Funktion einwandfrei erfüllen, die in der Schallrille fixierten mechanischen Schwingungen in elektrische zu verwandeln, muß folgendes gewährleistet sein:
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• 1. Die Nadelspitze des Tonabnehmers muß stets auf beiden Flanken der Schallrille aufliegen, ohne daß dieser mechanische Kontakt auch nur kurzzeitig oder gelegentlich unterbrochen wird.
• 2. Auf Nadelspitze und Rillenflanke sollten keine Kräfte einwirken, außer denen, die durch die Abtastung der Modulation bedingt sind.
• 3. Das mechanische Zusammenwirken von Tonarm und Tonabnehmer sollte keinen Einfluß auf den Frequenzgang des Tonabnehmers haben.
• 4. Die durch die Nadelspitze laufende Längsachse des Tonabnehmers sollte stets Tangente an die in erster Näherung kreisförmige Schallrille sein, d. h., diese Längsachse und der durch die Nadelspitze gehende Schallplattenradius sollten immer einen rechten Winkel bilden. Ein Tonarm, der diese Forderungen ohne Einschränkungen erfüllt, wäre als idealer Tonarm zu betrachten.

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Damit der dauernde Kontakt zwischen Nadelspitze und Rillenflanken immer gewährleistet ist, muß die Nadelspitze mit einer bestimmten vertikal nach unten gerichteten Kraft, der sogenannten Auflagekraft, auf den Rillenflanken aufliegen. Da diese von den mechanischen Eigenschaften des verwendeten Tonabnehmers bestimmt wird, muß sie am Tonarm durch Gegengewicht oder Federkraft einstellbar sein. Dies setzt aber voraus, daß man den Tonarm zunächst einmal um seine horizontale Drehachse ausbalancieren kann, so daß er in der Schwebe bleibt. Hierdurch wird der Nullpunkt der Auflagekraft festgelegt.

Außerdem müssen die Reibungskräfte des Tonarms, die sich dessen Drehbewegung um die horizontale und vertikale Achse entgegenstellen, möglichst klein gehalten werden. In horizontaler Richtung würde sich die Reibungskraft dem radialen Transport des Tonabnehmers hemmend entgegenstellen, was eine nach Punkt 2 zu vermeidende Gegenkraft hervorrufen würde. In vertikaler Richtung würde die Reibungskraft verhindern, daß der Tonarm infolge Höhenschlags der Schallplatte auftretenden Bewegungen in der Vertikalen folgen kann. Bei Auslenkungen nach oben würde die durch die Reibungskraft verursachte Hemmung die effektive Auflagekraft vergrößern und bei der nachfolgenden Auslenkung nach unten aus demselben Grunde verringern, und zwar unter Umständen so stark, daß der Kontakt zwischen den Rillenflanken und der Nadelspitze unterbrochen wird.

Ein solcher Effekt ist ohnehin, auch wenn die Reibungskräfte null wären, wegen der Massenträgheit des Tonarms nicht gänzlich vermeidbar. Um ihn unschädlich klein zu halten, muß das "Trägheitsmoment" des Tonarms so klein wie möglich sein. Dies bedeutet, daß der Tonarm insgesamt leicht sein sollte und daß unvermeidliche Massen, wie z. B. das Gegengewicht, sich so nahe wie möglich beim Drehpunkt des Lagers befinden müssen, weil das Trägheitsmoment einer gegebenen, um einen Drehpunkt beweglichen Masse proportional zum Quadrat der Entfernung dieser Masse vom Drehpunkt wächst.

Der Leichtbauweise sind durch die Forderung Grenzen gesetzt, daß der Tonarm verwindungssteif sein muß, und das Gegengewicht kann man um so kleiner halten und es um so näher beim Drehpunkt anordnen, je geringer die Masse des Tonabnehmers, des Tonarmkopfes und des Tonarmrohrs ist.

Der Kontakt zwischen Rillenflanken und Nadelspitze wird auch durch mechanische Erschütterungen gefährdet, die von außen, durch Gehen auf schwingenden Fußböden oder durch Körperschall, der vom Straßenverkehr ausgeht, auf den Tonarm übertragen werden.

Eine zweite Gefahr ähnlicher Art ist die akustische Rückkopplung. Sie tritt auf, wenn der Plattenspieler zu direkt im Schallfeld der Boxen steht oder wenn Vibrationen von den Boxen durch Körperschall auf den Tonarm übertragen werden. Die tiefen Frequenzen schaukeln sich dann auf, und die Boxen strahlen nur noch einen sehr lautstarken Heulton ab.

Um die akustische Rückkopplung zu vermeiden, ist das Chassis, auf dem der Tonarm montiert ist, federnd und bedämpft in der Zarge befestigt. Ist diese Federung sehr weich, reagiert der Tonarm ziemlich empfindlich auf Erschütterungen, ist sie dagegen hart, vergrößert sich die Gefahr der Rückkopplung.

Hier gilt es demnach, den richtigen Kompromiß zu finden. Um die Empfindlichkeit des Tonarms gegenüber tieffrequenter Anregung herabzusetzen, ist bei vielen Modellen das Gegengewicht über einen Gummipfropfen mit dem rückwärtigen Dorn des Tonarms verbunden oder zumindest über eine Muffe aus dämpfendem Material auf den Dorn aufgesetzt.

Aus Punkt 2 ergeben sich weitere konstruktive Notwendigkeiten. Infolge der Abwinkelung des Tonarmkopfes entsteht ein Drehmoment um die Längsachse, das auf die Nadelspitze eine Kraft ausübt, sobald der Plattenspieler nicht ganz horizontal ausgerichtet ist. Dieses Drehmoment wird bei manchen Modellen durch ein seitliches Gegengewicht kompensiert. Bei anderen Modellen wird es dadurch aufgehoben, daß man dem Tonarmrohr S-Form verleiht, womit dann auch gleichzeitig die Kröpfung erreicht wird. Eine weitere Folge der Abwinkelung oder Tonarm-Kröpfung ist, daß die Resultierende der Reibungskräfte zwischen Nadel und Rillenflanken nicht durch den Lagermittelpunkt, sondern - wenn man von vorne auf den Tonarm blickt - rechts daran vorbei geht. Dadurch erhält diese Kraft einen Hebelarm, der zu einem Drehmoment führt, das die Nadel beim Abspielvorgang zur Plattenmitte drückt (vgl. Bild 4).

Die innere Rillenflanke wird stärker belastet als die äußere. Bei kritischer Aussteuerung kann sogar der Kontakt zwischen Nadelspitze und äußerer Rillenflanke verlorengehen. Diese Kraft nennt man Skating-Kraft. Bei fast allen hochwertigen Tonarmen wird diese Skating-Kraft, deren Größe von der Auflagekraft und vom Verrundungsradius der Nadelspitze abhängt, durch eine entsprechend einstellbare Gegenkraft kompensiert.

Die Konsequenzen aus Punkt 3 werden in der Einleitung zu den Testberichten von Tonabnehmern diskutiert, weil sie zur guten Hälfte diese betreffen.

Punkt 4 schließlich kann bei konventioneilen Tonarmen nur näherungsweise erfüllt werden. Beim Schneiden der sogenannten "Lackfolie", also des Rohlings, aus der die für das Pressen der Schallplatten erforderlichen Matrizen gewonnen werden, erfolgt der Vortrieb des Schneidstichels entlang einer Geraden, die durch den Plattenmittelpunkt geht. Man nennt das tangential.

Soll die Längsachse des Tonabnehmers im Abtastpunkt absolut tangential zur Schallrille verlaufen, müßte der Tonarm theoretisch unendlich lang sein, wenn dies für alle Plattenradien zutreffen soll. In der Praxis sind der Länge des Tonarms aus Gründen der trägen Masse und der Handlichkeit enge Grenzen gesetzt. Damit die Forderung nach möglichst kleinem Winkel zwischen Tonabnehmer-Längsachse und idealer Tangente - den man auch den tangentialen Spurfehlwinkel nennt - optimal erfüllt wird, kröpft man den Tonarm um einen bestimmten Winkel, der von der Länge des Tonarms und vom Abstand zwischen Tonarmlager und Plattenteller-Mittelpunkt abhängt. Die Differenz zwischen diesen beiden Längen nennt man Überhang (Bild 5).

Um den Betrag des Überhangs ragt die Nadelspitze über den Tellermittelpunkt hinaus, wenn man die gedachte Verbindungslinie zwischen Tonarmlager und Nadelspitze durch den Tellermittelpunkt gehen läßt. Da bei den verschiedenen auf dem Markt angebotenen Tonabnehmern der Abstand zwischen Befestigungsösen und Nadelspitze unterschiedlich ist, sollte der Überhang mittels einer Vorrichtung am Tonarmkopf justierbar (verschiebbar) sein.

Bei gut ausgelegten (gut konstruierten) Tonarmen bleibt der tangentiale Spurfehlwinkel im nutzbaren Radiusbereich der Schallplatte, also zwischen 143mm und 60mm unter ±2°.

Bei zwei Schallplattenradien ist er normalerweise sogar null. Spurfehlwinkel dieser Größe haben keine hörbaren Auswirkungen. Bei Tangential-Tonarmen ist der tangentiale Spurfehlwinkel praktisch null, was jedoch nicht der Hauptvorteil ist. Vielmehr liegt dieser darin, daß Tangential-Tonarme sehr kurz gebaut werden können und deshalb weniger massebehaftet sind als um eine Achse drehbar gelagerten Arme. Dies gestattet die Verwendung sehr nachgiebiger Tonabnehmer bei geringen Auflagekräften und bietet überdies den Vorteil, daß Platten auch dann noch einwandfrei abgetastet werden, wenn sie einen beträchtlichen Höhenschlag aufweisen.

Karl Breh - Karlsruhe (1979)
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