УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ РЫЧАГА ТОНАРМА Российский патент 2024 года по МПК G11B3/18 

Изобретение относится к устройствам для устранения вибраций от внутренних и внешних источников во время воспроизведения звука и может быть использовано при проигрывании граммофонных пластинок, однако заявляемое техническое решение может найти широкое применение и в других областях техники, где требуется снизить влияние вибрации на работу оборудования.

Высокоточное аудиооборудование, такое как проигрыватель граммофонных пластинок, особенно восприимчиво к внешним источникам вибрации, которые могут повлиять на качество звуковой производительности оборудования. Известно, что вибрации ухудшают характеристики кварцевых резонаторов в генераторах частот, которые присутствуют в большинстве электронных компонентов оборудования для аудиовоспроизведения. При увеличении амплитуды этих вибраций происходит уменьшение стабильности генерируемой частоты. Устройства, работающие на транзисторах или электронных лампах, также подвержены негативному влиянию вибраций, которое вносит излишние гармоники в проигрываемый аудиоматериал. В идеале, проигрыватель должен быть полностью изолирован от вибраций, присутствующих в окружающей среде, такой как комната для прослушивания, и передающихся по воздуху или через пол и стойку для оборудования. Для этих целей используют специальную конструкцию пола, стойки для оборудования и разного типа опоры для проигрывателей виниловых дисков и остального аудиооборудования. Однако полной изоляции достичь никогда не удается, и вибрации через корпус проигрывателя и тонарм передаются в картридж звукоснимателя, где преобразуются в паразитный звуковой сигнал и искажают звуковую информацию. Также в проигрывателе виниловых дисков существуют внутренние источники вибрационного шума, например, шум подшипника стола и вибрации мотора. При воспроизведении виниловых пластинок кантилевер, закрепленный в картридже звукоснимателя, колеблется в модулированной дорожке диска, и через резиновый подвес корпуса картриджа эти колебания кантилевера передаются в трубку тонарма, доходя до ее конца, и возвращаются обратно к месту крепления картриджа, где наслаиваются на полезный звуковой сигнал вместе с вибрационными шумами, поступившими из внешних источников. Описанные примеры паразитных вибраций часто находятся в диапазоне частот пропускания звука.

Также возникают колебания трубки тонарма, вызванные ошибкой эксцентриситета в записях и приводящие к нежелательным движениям в горизонтальной плоскости с частотами 0,56 Гц и 0,75 Гц, соответственно, для стандартных скоростей вращения, т.е. 33 1/3 и 45 об/мин.

Частота нежелательных движений в вертикальной плоскости, которые в основном обусловлены деформациями записей, зависит от количества этих деформаций. Можно рассчитать, что основная частота таких движений колеблется от 0,56 до максимум 3 Гц, когда происходит необычный случай записи с четырьмя деформациями, воспроизводимой при 45 об/мин. Таким образом, максимальная частота фундаментальных ошибок в горизонтальных и вертикальных плоскостях значительно ниже 20 Гц, что существенно ниже самой низкой частоты полосы пропускания звука, хотя гармоники могут превышать частоту 20 Гц. Частота же искажающих сигналов будет зависеть от комбинации жесткости крепления стилуса в подвесе картриджа и массы рычага с картриджем (соответствие картриджа и рычага тонарма), а в отсутствии демпфирования на этой частоте или близко к ней может возникнуть фундаментальное состояние резонанса и выход стилуса звукоснимателя из дорожки записи, например, от деформации или модуляции канавки. В отсутствии демпфирования сборка может вибрировать с амплитудой, во много раз превышающей амплитуду исходного входного сигнала, и большие искажающие сигналы будут передаваться в картридж. Эти искажающие сигналы могут варьироваться от примерно 5 Гц до 20 Гц. Конечно, желательно, чтобы такие резонансы не происходили в диапазоне частот пропускания звука, но даже те, которые находятся на субзвуковых частотах, как правило, изменяют более высокочастотные звуковые сигналы путем перекрестной модуляции и могут создать состояние перегрузки усилителя звука, что может повредить как усилитель, так и другое оборудование, например, громкоговорители, а также привести к чрезмерному износу записи картриджа. Таким образом, механический фильтр или средства демпфирования необходимы для обеспечения движения тонарма с минимальным сопротивлением и трением, что минимизирует все нежелательные движения картриджа на частотах в пределах полосы пропускания звука и смягчит любой резонанс рычага и картриджа.

Для повышения качества звучания проигрывателя разработчики тонармов ставят перед собой цель создания трубки, не передающей вибрации на картридж звукоснимателя, и применяют для этого трубки из различных жестких материалов с резонансной частотой выше звуковой или с высоким коэффициентом демпфирования. Однако совокупность вибрационных шумов в конструкции проигрывателя и, в частности, тонарма приводит к значительному ухудшению звучания высокопроизводительных аудиосистем и к деградации звуковых образов.

Для подавления вибраций путем демпфирования в конструкции тонарма производители аудиооборудования используют различные приспособления. Например, в конструкции тонарма, выпускаемого компанией SME, было применено демпфирование вязкой жидкостью, а именно силиконовым маслом, где весло, прикрепленное к трубке тонарма рядом с осью подшипника, погружается в дугообразную ванночку с вязкой жидкостью. Недостатком такого решения является возникновение дополнительного сопротивления при слежении за дорожкой на записи, повышающего износ и снижающего время использования пластинки. Необходимо отметить, что на расстоянии дугообразной ванночки с вязкой жидкостью от оси вращения рычага тонарма амплитуда колебаний тонарма, вызванных резонансом соответствия комбинации тонарм-картридж, будет примерно в 10 раз меньше, чем в месте крепления картриджа и месте слежения дорожки, что также снижает эффективность подавления вибраций с помощью данного решения.

Другой производитель тонармов - Kuzma - использует в поворотных тонармах уже две ванночки с вязкой жидкостью: первая повторяет конструкцию SME, вторая, цилиндрическая открытая сверху с погруженным поплавком, добавлена для снижения колебаний в вертикальной плоскости. Также этот производитель использует линейные ванночки с вязкой жидкостью для улучшения слежения тонармов с линейным перемещением (тангенциальные), но их недостатком является повышенное сопротивление перемещению трубки тонарма вдоль оси перемещения, которое вносит искажение в стереофоническую картину музыкального материала и требует компенсации. В конструкции тонармов с линейным слежением иногда используют втулки с воздушным гидростатическим подшипником для уменьшения трения при перемещении рычага тонарма, но используемая для стабилизации ванночка с вязкой жидкостью, наоборот, добавляет сопротивление движению.

Известна конструкция тонарма, где дугообразная ванночка с вязкой жидкостью расположена в районе считывания дорожки и конца трубки тонарма (патент US 4277070, МПК G11B 3/00, G11B 3/18, 28.12.1979 г., 07.07.1981 г.). Данное техническое решение хотя и обладает большой эффективностью подавления вибраций, но из-за увеличения момента силы повышается сопротивление слежению за дорожкой, что усиливает износ и снижает время использования пластинки, а также вносит искажение в стереофоническую картину музыкального материала. Кроме того, открытая ванночка с вязкой жидкостью имеет потенциальную возможность разлития и засорения пылью с потерей своих технических характеристик со временем.

Известны демпфирующее устройство тонарма (патент US 4305147, МПК G11B 3/00, G11B 3/18, G11B 3/32, 18.09.1979 г., 08.12.1981 г.) и тонарм (авторское свидетельство SU 1084871, МПК G11B 3/18, 23.11.1978 г., 07.04.1984 г.), где предложено расположение кольцевой либо сферической емкостей с жидкостью в районе оси вращения тонарма. Такое решение позволяет дополнительно снизить колебания трубки тонарма в вертикальной плоскости, но обладает такими же недостатками, что и перечисленные выше устройства.

Известен тонарм, имеющий устройство для гашения вибраций тонарма, с использованием медной пластины в поле двух магнитов, закрепленной на трубке тонарма (патент US 4121837, МПК G11B 3/00, G11B 3/12, 08.06.1977 г., 24.10.1978 г.). При ускорении этой пластины, вызванном колебаниями в горизонтальной плоскости, возникают токи Фуко и появляется магнитное поле, тормозящее перемещение пластины между магнитами. Но, как и в описанных выше устройствах, эффективность демпфирования снижена по причине близкого расположения демпфирующего устройства к оси вращения и возможности работы только в горизонтальной плоскости.

Известно устройство звукоснимателя фонографа с динамическим демпфированием, где в трубке тонарма в районе крепления противовеса расположен герметичный сосуд с грузом на упругом подвесе (пружина), стабилизированным парой магнитов (патент US 4079943, МПК G11B 3/00, G11B 3/14, G11B 3/18, 15.12.1976 г., 21.03.1978 г.). Путем изменения положения указанного груза относительно подвеса достигается регулировка резонансной частоты, специально подобранной для компенсации частоты резонанса пары тонарм-картридж. В этой конструкции используется метод динамического резонансного демпфирования, который требует, чтобы демпфер был отрегулирован точно в соответствии с частотой резонанса тонального рычага. Такая регулировка должна проводиться при каждой замене головки звукоснимателя. В этом случае следует учитывать массу и соответствие тонарма, поэтому регулировка может быть проведена только в лабораторных условиях. Таким образом, данное устройство имеет эффективность только в узком диапазоне частот, на которые было настроено заранее, а также оно сложно в изготовлении и настройке.

Техническая задача заявляемого изобретения заключается в создании механизма демпфирования, обеспечивающего демпфирование, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Техническим результатом при этом является повышение точности работы аудиооборудования путем снижения вибраций в рычаге тонарма (трубке) и уменьшения паразитных вибраций головки звукоснимателя (картриджа), передаваемых далее в звуковой тракт, что приводит к искажению звукового сигнала, уменьшению четкости звуковых образов и размытию обертонов, записанных на граммофонной пластинке.

Указанная техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство для демпфирования рычага тонарма представляет собой герметичный сосуд, заполненный вязкой жидкостью, при этом в нижней части сосуда расположены призматические ножки со сквозными отверстиями, внутри герметичного сосуда размещен груз из материала с высокой плотностью таким образом, чтобы не касаться стенок герметичного сосуда, установленного на тонарм, груз подвешен с помощью гибкой нерастяжимой нейтральной к химическому воздействию вязкой жидкости нити, закрепленной в максимально возможной верхней части герметичного сосуда оппозитно призматическим ножкам.

Груз может быть выполнен из стали, свинца, вольфрама или иного материала высокой плотности (большой вес при незначительном занимаемом объеме).

Груз может иметь одну из следующих объемных форм: цилиндра, сферы, параллелепипеда, призмы или иной симметричной своему перпендикулярному сечению объемной формы.

В зависимости от формы груза и формы герметичного сосуда груз подвешивают на одной, двух или четырех гибких нерастяжимых нейтральных к химическому воздействию вязкой жидкости нитях.

Гибкая нерастяжимая нейтральная к химическому воздействию вязкой жидкости нить может быть выполнена из капрона, нейлона, полиамида или иных синтетических или натуральных волокон, например, шелка.

В качестве вязкой жидкости может быть использовано силиконовое масло, глицерин или иные синтетические или минеральные масла.

Герметичный сосуд выполняют из материала, нейтрального к воздействию вязкой жидкости и неподверженного воздействию окружающей среды, например из легких металлов или их сплавов: алюминий, титан. Можно использовать пластики, полиамид, стеклопластик, композиционные материалы из карбоновых нитей или кевлара.

Различные варианты реализации заявляемого изобретения проиллюстрированы на фиг. 1-3 с использованием следующих обозначений:

1 - герметичный сосуд;

2 - груз,

3 - призматические ножки;

4 - гибкая нерастяжимая нить;

5 - сквозные отверстия.

Устройство для демпфирования рычага тонарма представляет собой герметичный сосуд 1, заполненный вязкой жидкостью, в частности силиконовым маслом. Внутри герметичного сосуда 1 расположен груз 2 из материала высокой плотности таким образом, чтобы не касаться стенок герметичного сосуда 1, установленного на тонарм. Груз 3 подвешивают с помощью гибкой нерастяжимой нити 4, нейтральной к химическому воздействию вязкой жидкости и закрепленной в максимально возможной верхней части герметичного сосуда 1 оппозитно призматическим ножкам 3. Для подвешивания груза 2 в зависимости от его формы и формы герметичного сосуда 1 используют одну (фиг. 3), две (фиг. 1) или четыре (фиг. 2) гибких нерастяжимых нити 4. Большая длина гибких нерастяжимых нитей 4 обеспечивает максимально возможную амплитуду колебаний груза 2 внутри герметичного сосуда 1. Для монтажа устройства на тонармы круглой и овальной формы в сечении и на плоские рычаги тонармов в нижней части герметичного сосуда 1 расположены призматические ножки 3 со сквозными отверстиями 5, снижающими общий вес устройства.

Устройство для демпфирования рычага тонарма устанавливается на трубку тонарма ближе к месту фиксации картриджа звукоснимателя. При этом в отличие от известных аналогов, предполагающих их интеграцию в конструкцию тонарма при его производстве и представляющих его неотъемлемую часть, настоящее изобретение представляет собой дополнительное устройство, которое можно установить на большинство уже произведенных и имеющихся у пользователей тонармов, и таким образом без замены имеющегося оборудования улучшить его технические характеристики и повысить качество звучания. Благодаря жесткому закреплению с помощью призматических ножек 3 на рычаге тонарма в непосредственной близости к головке звукоснимателя (картриджу) устройство для демпфирования рычага тонарма не провоцирует возникновение сопротивления слежению тонарма за дорожкой пластинки.

При появлении колебаний рычага тонарма вследствие возникшего резонанса системы картридж-тонарм сам рычаг тонарма и жестко закрепленное к нему устройство для демпфирования рычага тонарма могут колебаться со значительной амплитудой, однако подвешенный внутри герметичного сосуда 1 груз 2 будет стремиться к сохранению неподвижного положения относительно проигрывателя за счет действия сил гравитации. При этом вязкая жидкость, заполняющая герметичный сосуд 1, будет иметь то же колебательное движение, что и сам герметичный сосуд 1, груз 2 же будет испытывать вязкое сопротивление своему движению внутри герметичного сосуда 1, отчего будет затухать амплитуда возникших колебаний. Максимальная эффективность вязкого сопротивления груза 2 в звуковом и субзвуковом частотных диапазонах достигается за счет оптимальных вязкости жидкости и формы и веса груза 2. Передаваемые по воздуху в рычаг тонарма вибрации от картриджа, корпуса проигрывателя и иные также будут демпфироваться настоящим изобретением в широком спектре частот.

Прижимная сила на кончике кантилевера в месте контакта с записью четко задается производителем картриджа, и обычно максимальный вес картриджа имеет диапазон от 1 до 5 г с возможной погрешностью ±0,1 г, например, 1,65-1,85 г для картриджа Lyra Delos. Тонкая регулировка этой прижимной силы производится при смене картриджа путем перемещения противовеса на рычаге тонарма. При монтаже заявляемого изобретения на рычаг тонарма в место максимальной близости к картриджу звукоснимателя существенно увеличивается прижимная сила, поэтому для компенсации веса добавленной массы в конструкции тонарма должен быть либо противовес достаточной массы, либо возможность его смещения дальше относительно оси вращения тонарма.

При использовании изобретения, например, на корпусе проигрывателя виниловых дисков или платформе с оптическим оборудованием или микроскопом, вес груза 2 должен соответствовать весу самой платформы, стола и оборудования на нем. Например, для стабилизации оптического стола с оборудованием общей массой 45 кг понадобится груз 2 в несколько килограммов, а герметичный сосуд 1 с вязкой жидкостью должен будет иметь плоскую нижнюю поверхность для увеличения пятна контакта со столом или для возможности болтового соединения со столом для лучшей передачи вибраций на устройство.

Заявляемое устройство для устранения вибраций способно демпфировать вибрации в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Легкий монтаж, как на плоские рычаги тонарма, так и на трубки тонарма, делает настоящее изобретение универсальным в использовании, позволяя значительно снизить вибрации в большинстве выпускаемых в настоящее время и прошлом тонармов без замены последних, что повышает их потребительские качества и улучшает звучание высококлассных проигрывателей граммофонных пластинок. Также настоящее изобретение возможно установить не только на поворотные тонармы, но и на тонармы с линейным слежением, например, на основе воздушных подшипников.

Изобретение относится к устройствам для устранения вибраций от внутренних и внешних источников при воспроизведении звука и может быть использовано при проигрывании граммофонных пластинок, а также в других областях техники, где требуется снизить влияние вибрации на работу оборудования. Устройство для демпфирования рычага тонарма представляет собой герметичный сосуд, заполненный вязкой жидкостью, при этом в нижней части сосуда расположены призматические ножки со сквозными отверстиями, внутри герметичного сосуда размещен груз из материала с высокой плотностью таким образом, чтобы не касаться стенок герметичного сосуда, установленного на тонарм, груз подвешен с помощью гибкой нерастяжимой нейтральной к химическому воздействию вязкой жидкости нити, закрепленной в максимально возможной верхней части герметичного сосуда оппозитно призматическим ножкам. Технический результат - повышение точности работы аудиооборудования. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для демпфирования рычага тонарма, представляющее собой герметичный сосуд, заполненный вязкой жидкостью, с грузом на подвесе, отличающееся тем, что в нижней части сосуда расположены призматические ножки со сквозными отверстиями, внутри герметичного сосуда размещен груз из материала с высокой плотностью таким образом, чтобы не касаться стенок герметичного сосуда, установленного на тонарм, груз подвешен на гибкой нерастяжимой нейтральной к химическому воздействию вязкой жидкости нити, закрепленной в максимально возможной верхней части герметичного сосуда оппозитно призматическим ножкам.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что груз выполняют из стали, свинца, вольфрама или иного материала с высокой плотностью.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что груз выполняют в одной из следующих объемных форм: цилиндра, сферы, параллелепипеда, призмы или иной симметричной своему перпендикулярному сечению объемной форме.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что груз подвешивают на одной, двух или четырех гибких нерастяжимых нейтральных к химическому воздействию вязкой жидкости нитях.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гибкая нерастяжимая нейтральная к химическому воздействию вязкой жидкости нить выполнена из капрона, нейлона, полиамида или иных синтетических или натуральных волокон.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве вязкой жидкости используют силиконовое масло, глицерин или иные синтетические или минеральные масла.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что герметичный сосуд выполняют из материала, нейтрального к вязкой жидкости и не подверженного воздействию окружающей среды.