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Die Einführung und das Vorwort in den Testjahrbüchern

Sowohl in den Hifi-Jahrbüchern wie auch in den Testjahrbüchern schrieb Chefredakteur Karl Breh immer eine Einleitung mit Erläuterung, um was es sich bei den Tests und Vergleichen überhaupt dreht.

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Über die Tonarme insgesamt (Einführung aus 1970)

Die Eigenschaften des Tonarms sind neben denen des Laufwerks bestimmend für die Gesamtqualität eines Plattenspielers. Der Tonarm hat die Aufgabe, bewegliche Halterung des Tonabnehmers zu sein. Mit dieser Aufgabe sind einige mechanische und geometrische Probleme verknüpft, von deren Lösung die Qualität des Tonarms entscheidend abhängt. Soll der Tonabnehmer seine Funktion einwandfrei erfüllen, die in der SchaUriUe fixierten mechanischen Schwingungen in elektrische zu verwandeln, muß folgendes gewährleistet sein:
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4 Punkte sind zu beachten

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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. Sollten auf Nadelspitze und Rillenflanke keine Kräfte einwirken, außer denen, die durch die Abtastung der Modulation bedingt sind.
  • 3. Sollte das mechanische Zusammenwirken von Tonarm und Tonabnehmer keinen Einfluß auf den Frequenzgang des Tonabnehmers haben.
  • 4. Sollte die durch die Nadelspitze laufende Längsachse des Tonabnehmers 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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Die Schwierigkeiten, die dem entgegenstehen, werden sofort deutlich, wenn man überlegt, welche Konsequenzen im einzelnen aus den oben genannten vier Punkten für die Konstruktion eines Tonarms abzuleiten sind.

Zu Punkt 1 : die Auflagekraft

Aus Punkt 1: 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 abhängt, muß sie am Tonarm durch Gegengewicht oder durch Verstellen einer 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.

Die Reibungskräfte

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.

Die Massenträgheit

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 sollten, weil das Trägheitsmoment einer gegebenen 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.

Über die Federung des Chassis

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 Brummton 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.

Die tieffrequenten Resonanzprobleme

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.

Zu Punkt 2 : Die Abwinkelung oder Tonarm-Kröpfung

Aus Punkt 2 ergeben sich weitere konstruktive Notwendigkeiten. Infolge der Abwinkelung des Tonarmkopfes entsteht ein Drehmoment, 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. 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.

Die Skating-Kraft

Dadurch erhält diese Kraft einen Hebelarm, der zu einem Drehmoment führt, das die Nadel beim Abspielvorgang zur Plattenmitte drückt. Die innere Rillenflanke wird stärker belastet als die äußere. Bei kritischer Aussteuerung kann sogar der Kontakt zwischen Nadelspitze und äußerer Rillenflanke verloren gehen.

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

Zu Punkt 4 : Geometrie und Überhang

Punkt 4 schließlich, kann bei konventionellen Tonarmen nur näherungsweise erfüllt werden. Beim Schneiden der Lackfolie, aus der die für das Pressen der Schallplatten erforderliche Matrize gewonnen wird, erfolgt der Vortrieb des Schneidstichels entlang einer Geraden, die durch den Plattenmittelpunkt geht.

Soll die Längsachse des Tonabnehmers im Abtastpunkt ebenso 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.

Den Überhang berechnen (macht der Hersteller!)

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

Bei zwei Schallplattenradien, z. B. 120 und 70mm beim Tonarm des Philips GA 202, ist er sogar null. Spurfehlwinkel dieser Größe haben keine hörbaren Auswirkungen. Bei Tangential-Tonarmen (z. B. Rabco SL-8, vgl. S. 34) ist der tangentiale Spurfehlwinkel praktisch null (kleiner als 1/4°), was jedoch nicht der Hauptvorteil ist, sondern daß er aufgrund der deshalb möglichen kurzen Bauweise eine sehr geringe träge Masse aufweist.

Soweit Karl Breh's Einführungstext aus 1970.

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