Ein Artikel aus der Hifi-Stereophonie 1982 Heft 2
Nicht jeder Tonarm ist vollkommen starr. - von Arndt Klingelnberg in 1982
Torsions- und Biegeresonanzen
Die Abtastnadel soll die Rillenauslenkungen erfassen, und nur die Rillenauslenkungen. Hierzu ist eine völlig steife Verbindung zwischen Platte und Tonabnehmersystem notwendig.
Die zwei mechanischen Wege zwischen Rille und Tonabnehmer
Keine Kraft ohne Gegenkraft, keine Bewegung ohne Bezugspunkt!
Hier ist einmal nicht der „kurze" Weg gemeint,
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- Rillenflanke -
- Abtastdiamant -
- Nadelträger -
- Lager -
- Systemkörper
. . . . sondern der „lange" Weg:
- Rillenflanke -
- Schallplatte -
- Auflagefläche -
- Plattenteller -
- Achse -
- Lager -
- Chassis -
- Tonarmdrehlager (1. horizontal; 2. vertikal) -
- Tonarmrohr -
- Systemträger (Headshell) -
- Systemkörper.
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Wirkich starr? Trotz der Drehlager?
In dieser zweiten mechanischen Verbindung sind mehrere Drehlager, trotzdem kann bei einem guten Plattenspieler diese Verbindung als starr angesehen werden. Das ist dann der Fall, wenn die relativen Drehbewegungen oder die Verformungen im Tonfrequenzbereich nur ganz minimal sind (das bedeutet weit unter 1um am Diamant gemessen). Liegen etwaige mechanische Resonanzen deutlich unterhalb 20Hz, so sind ihre Auswirkungen nur gering, da sie zu hohen Frequenzen hin mit 12dB je Oktave abnehmen.
Die Höhenresonanz durch die elastische, gegenüber der Schallplatte nachgebende Rillenflanke wird in diesem Heft diskutiert, die Probleme durch schlechte Auflage der Platte auf dem Teller in diesem Heft ???? erörtert sowie in 1981/Nr.6/S.640 und folgende gemessen. Tellerresonanzen z. B. haben wir in Heft 1981/Nr.8/S.846 und S.847 erwähnt. Die Tellerachse und das Hauptlager sind meistens unkritisch, das Verbindungschassis zwischen Teller und Tonarmlager bei Niedrigpreisgeräten zwar recht labil, aber die Resonanzen liegen durch die großen Massen und Hebelarme recht tief. Drehschwingungen des gesamten Tonarms in seinen Lagern sind die oft erwähnte Baßresonanz (z.B. 1981/Nr.12/S.1398). Hinzu kommen allerdings Probleme durch Lagerspiel, die ähnliche Effekte ergeben wie z.B. die im folgenden erörterte Torsionsresonanz.
Der Tonarm selbst - oder die Bauform
Je nach Bauform des Tonarmes (I-, J-oder S-förmig) ergeben sich etwas unterschiedliche Biege- und Torsionsprobleme im Tonarmrohr. Da Masseteilchen bei Schwingungen ihren Effekt mit dem Quadrat des Abstandes vom Drehpunkt bzw. neutralen Punkt vergrößern, ergeben sich je nach Bewegungs- bzw. Resonanzart unterschiedliche Frequenzbereiche, in denen diese auftreten.
Bei einer Durchbiegung längs des Tonarmrohres wirkt sich die Masse des Tonabnehmersystems weit mehr aus, als bei einer Verdrehung des Tonarmrohres um seine Längsachse (nur kleine seitliche Ausladung des Systems). Eine solche vereinfachte Betrachtungsweise gilt streng genommen nur für die geraden I-Arme. Bei J- und besonders bei S-Armen treten immer Kombinationen von Biege- und Torsionsverformungen auf. Zudem lassen sich aufgrund des Kröpfungswinkels die Auswirkungen von Durchbiegung und Torsion sowieso nur unvollkommen trennen, da beide sowohl eine laterale wie auch vertikale Bewegung des Nadelträgers hervorrufen. Auch kann sich natürlich ein wackelnd montiertes Tonabnehmersystem in ähnlicher Weise bemerkbar machen.
Torsionsresonanzen
Durch Torsionsresonanzen ergeben sich vornehmlich laterale Komponenten am Nadelträger. Schallquellen, die am Rand oder außerhalb der Stereobasis angeordnet sind, werden im Bereich der Resonanzfrequenz in die Stereobasis hineinrutschen. Dies ergibt sich durch ein Übersprechen mit um 180° wechselnder Phasenlage. Mittensignale werden dagegen Pegelanhebungen oder Dellen zeigen.
Biegeresonanzen
Bei Biegeresonanzen (vertikale Hauptkomponenten) verschiebt sich die Schallquelle aus der Mitte heraus, und zwar je nach Frequenz nach links oder rechts. Schallquellen von weit außen verändern dagegen im Resonanzbereich ihre Pegel.
Da beide Wirkungen nicht scharf trennbar sind, kann generell von einer bei bestimmten Frequenzen abnehmenden Ortungsschärfe und verminderten räumlichen Abbildung gesprochen werden.
Wie erkennt man solche Resonanzen?
Ein untrügliches Zeichen sind Sprünge bzw. Einschnitte und Spitzen im Frequenzgang des Nutzsignales (L oder R) bei gleichzeitigen starken Veränderungen im Übersprechen.
Oberhalb 120Hz handelt es sich vornehmlich um Torsion, unterhalb 120Hz um Biegeschwingungen. Da links und rechts die Kräfte um 90° versetzt sind, können jeweils unterschiedliche Resonanzen angeregt werden, da der Arm in verschiedenen Richtungen eine unterschiedliche Steife zeigen kann.
Gute HiFi-Plattenspieler weisen solche Unstetigkeiten im Frequenzgang nicht auf. Besonders „stabil" aussehende schwere Arme sind übrigens nicht völlig gefeit gegen solche Probleme. Die Massen sind höher, das Material steifer, was die Resonanzfrequenzen gegensinnig beeinflußt und daher nicht wesentlich verschiebt.
Eine hohe Masse kommt zwar nur langsam „auf Trab", aber dafür kann sie einmal angeregt, um so länger nachschwingen.
Wichtig ist eine hohe innere Dämpfung des Materials. Versuchte man es früher mit Vollholz oder Holzfüllung, so sind heute Speziallegierungen oder Carbon-Bor-Fasern en vogue.
a.k. in 1982
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