Stojek Natrix 13

Ramię autorstwa Marka Stojka
z unikalnie rozwiązanym zawieszeniem

STOJEK NATRIX 13 | BONUS 1 - PROTOTYP | BONUS 2 - WZORY

Wprowadzenie

Na wstępie chcę podziękować Tomaszowi za korektę polskiego tekstu.
Jestem autorem projektu ramienia gramofonowego z nowym rodzajem łożyska. Z wyjątkiem kilku śrubek, sprężyny i mechanizmu opuszczania ramienia wszystkie części mechaniczne zrobiłem sam w domu, ręcznie i na amatorskiej obrabiarce.

Fot. nr 1. Podstawa ramienia wraz z łożyskiem

Gdy igła gramofonu skrobie po pofalowanym rowku powstają drgania, które poruszają mikroskopijny, bardzo czuły generator sygnału elektrycznego. Równocześnie drgania (czyli fale dźwiękowe) rozchodzą się po ramieniu, odbijają się od przeszkód i wracają do generatora wkładki. Fale wracające, opóźnione w czasie i przesunięte w fazie dodają się do drgań aktualnie wyskrobywanych z rowka i sygnał generowany jest zniekształcony. Ramię ma za zadanie prowadzić igłę idealnie prosto w rowku (z równym stałym naciskiem na obie ścianki rowka) na płycie, która często jest krzywa i powoduje że igła tańczy we wszystkie strony. A wiec łożysko ramienia nie może mieć oporów tarcia, opór sprężysty łożyska musi być bardzo mały, łożysko nie może mieć luzów, grzechotać, zgrzytać, zmieniać parametrów ze zmiana temperatury itd. Nie jest to łatwe zadanie bo równocześnie łożysko musi odprowadzać do podstawy fale błądzące w belce ramienia.

Łożysko i tłumienie drgań

Ramię zawieszone jest na naprężonej strunie tak, że struna opasuje część integralną belki ramienia skutecznie odprowadzając drgania z belki ramienia do górnej i dolnej części cokołu. Moje nowatorskie zawieszenie jednopunktowe nie ogranicza ruchów ramienia.

Fot. nr 2. Element mosiężny, który mocuje strunę do belki

Struna wchodzi i wychodzi z wałka mosiężnego tym samym otworem. Jak struna jest luźna belkę można przesuwać w górę i w dół, jak struna jest napięta tarcie struny o ścianki mosiężnego wałka trzyma belkę na wybranej wysokości. Otwór przez który struna wchodzi i wychodzi z wałka - a właściwie dwa otwory pod kątem 30° zaczynające się w jednym punkcie - były wiercone wiertłem o średnicy 0.8 mm. Po oszlifowaniu ostrych krawędzi, średnica (krawędzi) otworów jest równa około 1.5mm. Tworzy to bardzo mały punkt zawieszenia, a wiec siły ograniczające ruch belki i wynikające zmiany VTF są minimalne. Tarcia struny w punkcie zawieszenia praktycznie nie ma, nic nie grzechocze a łożysko jest odrobinę stabilniejsze niż łożysko ostrzowe (unipivot). Górny koniec struny zamocowany jest w śrubie, którą wykręcając do góry zwiększamy napięcie struny. Dolny koniec struny, zaraz pod belką wchodzi do podstawy przez otwór o średnicy bliskiej średnicy struny. Ogranicza to drgania i ruch poziomy struny. W podstawie umieszczona jest twarda sprężyna, która napina strunę. Drgania struny i sprężyny tłumione są przez gęsty olej silikonowy.

Fot. nr 3. Ten sam element zamocowany do belki

W zależności od materiału z którego belka ramienia jest zrobiona, ramie podobnie jak instrument muzyczny ma swój charakterystyczny dźwięk. Aby osiągnąć odpowiednie własności akustyczne, wymodelowaną pałeczkę drewnianą nasycałem przez kilka dni mieszaniną oleju cytrusowego i Tung pod ciśnieniem 800 kPa. Aby zapobiec wibracji przewodów, razem z przewodami do pałeczki wciągnięte są miękkie nitki bawełniane. Cześć aluminiowa belki ramienia (po stronie przeciwwagi) jest wydrążona i wypełniona miałkim proszkiem metalowym (głównie wolfram). Przeciwwaga odlana jest z ołowiu, jest ona oddzielona od belki ramienia tuleją z delrinu (plastik podobny do teflonu) i przykręcona śrubą nylonową. Podstawa wypełniona jest śrutem ołowianym i piaskiem.

Fot. nr 4. Widok złożonego łożyska

Parametry

Długość efektywna ramienia - 330 mm.
Masa efektywna ramienia (z płytką aluminiową mocującą wkładkę) - 23 gramy.
Zauważyłem, że audiofile nie całkiem rozumieją co to jest masa efektywna, wiec podam moja definicję.

Masa efektywna danego ramienia jest to masa, która umieszczona na końcu belki o masie równej zero, w odległości od punktu obrotu belki równej długości efektywnej danego ramienia, będzie powodowała ten sam moment bezwładności jaki ma dane ramie.

Masa efektywna to nie jest zatem masa ramienia, tego się nie waży - jest to wartość umowna reprezentująca bezwładność ramienia. Ja robię belki ramienia na wyczucie, po zbalansowaniu ramienia przeciwwagą o znanej masie, mierzę odległość punktu zawieszenia tej przeciwwagi od punktu podporu belki, obliczam aktualną masę efektywną ramienia i w razie potrzeby, koryguję masę belki o parę gramów. Masę efektywną dobieram tak, aby ramię z dana wkładką (w tym wypadku Shelter 501 o podatności 9 mm/N i masie 8,1g) miało rezonans 9,5 Hz.

Fot. nr 5. Belka ramienia z wkładką Shelter 501

Antyskating

Siła dośrodkowa nie jest stała na całej powierzchni płyty - z grubsza biorąc na początku jest największa w środku maleje, a pod koniec, zależnie od długości ramienia, różnie bywa. Zmiany te są związane z kątem igły w rowku oraz geometrią ramienia i płyty - próbowałem zmiany geometryczne siły dośrodkowej obliczyć, ale się poddałem.

Fot. nr 6. Magnesy mechanizmu antiskate


Fot. nr 7. Miejsce zamocowania magnesów w złożonym ramieniu

W moim ramieniu na początku płyty siła antiskate jest wytwarzana przez dwa przyciągające się magnesy i w mniejszym stopniu przez skręcenie w lewo górnej części struny. Jak ramie oddala się od początku płyty siła magnetyczna spada z kwadratem odległości i w połowie płyty zaczyna dominować minimalnie wzrastająca siła wytworzona przez skręconą strunę. Wielkości magnesów dobrałem eksperymentalnie, odległość między magnesami, a co za tym idzie siła magnetyczna jest regulowana. Stopień skręcenia struny tez jest regulowany. Aby zapobiec zacieraniu się, pokrętło do regulacji skręcenia struny kreci się w łożysku delrinowym, ale aluminiowa główka pokrętła styka się z aluminiową częścią cokołu, co zapewnia dobry przepływ fal dźwiękowych do cokołu.

Geometria ramienia

Zakładam, że czytelnicy znają geometrię ramienia w płaszczyźnie poziomej - zaznaczę tylko ze używam kalkulatora Löfgren A. Geometria pionowa ramienia wymaga wyjaśnienia. Moje ramię podobnie, ale w dużo mniejszym stopniu niż ramiona unipivot może skręcać się wokół długiej osi belki, czyli wahać na boki. Ruch ten musi być kontrolowany przez przeciwwagę o obniżonym środku ciężkości. Zbyt niski środek ciężkości przeciwwagi nie jest wskazany - powoduje on dynamiczne zmiany VTF na pofalowanej płycie. Ramiona unipivot mają przeciwwagę o mniej lub więcej obniżonym środku ciężkości i dodatkowy ciężarek w kształcie dzwonu o bardzo niskim środku ciężkości, zlokalizowany wokół punktu podporu belki.

Fot. nr 8. Belka ramienia. Widać uniesioną w górę główkę w celu umieszczenia w jednej płaszczyźnie igły i punktu podparcia ramienia

Ponieważ ja nie używam ciężarka w kształcie dzwonu i na dodatek moja belka zawieszona jest powyżej punktu podporu, moja przeciwwaga wygląda jak dość niska. Ale w rzeczywistości środek ciężkości zbalansowanego przeciwwagą ramienia jest tylko kilka milimetrów poniżej punktu podporu. Nasuwa się pytanie dlaczego umieściłem całą belkę powyżej punktu podporu? Ponieważ chciałem aby punkt podporu i grająca igła była na tym samym poziomie. Aby to osiągnąć musiałem też unieść headshell do góry. Następne pytanie jakie można zadać to dlaczego punkt podporu i igła ma być na tym samym poziomie? Gdy igła popychana jest w lewo i w prawo na lekko owalnej płycie odległość (dystans pionowy) miedzy igłą, a długą osią skrętu belki działa jak ramię siły skręcające belkę. Gdy odległość ta jest bliska zera belka się nie skręca tylko wychyla.

Części ramienia, szczegóły i materiały

Fot. nr 9. Elementy naciągu struny na której zawieszona jest belka ramienia

Fot. nr 10. Sprężyna naciągająca strunę

Części metalowe ramienia zrobione są z aluminium i mosiądzu z wyjątkiem kilku śrubek ze stali nierdzewnej i ołowianej przeciwwagi. Powierzchnię aluminium i mosiądzu celowo zostawiłem naturalne, aby z czasem metal stracił połysk. Dolna cześć podstawy to polimetakrylan, który pomalowałem na czarno, ponieważ przezroczysty plastik kojarzy mi się z marnymi chamskimi zabawkami. Jak mówią Francuzi, jeżeli chodzi o smak to nie ma dyskusji!

Fot. nr 11. Elementy podstawy

Struna to tworzywo Vectran (rodzaj super poliestru - bardzo mocny i nierozciągliwy) około 300 indywidualnych włókien o średnicy 0.023mm. Drewno na belkę ramienia pochodzi z odzysku, sezonowane było 20 lat, gatunku nie znam, gęstość (przed impregnacją ciśnieniową) była równa 0,72g/cm^3. Powierzchnia drewna wykończona jest woskiem Carnauba. Cokół ramienia jest uziemiony.
Całość waży ponad 3kg i stoi na trzech twardych nogach. Przewody sygnałowe i konektory to wyroby firmy Cardas. Przewody sygnałowe przeprowadzone są przez podstawę rurką drewnianą. Mechanizm opuszczania kupiłem od VPI.

Fot. nr 12. Stojek Natrix 13 zamontowane w gramofonie. Obok widać także jego prototyp, oraz inne ramię z innym łożyskiem opartym na "cudzym wynalazku"

Podsumowanie

To nie jest tani albo łatwy projekt, ale nie o to chodziło. Chodziło mi o to żeby zrobić ramię ekskluzywne, niepowtarzalne, mechanicznie spełniające moje ścisłe wymagania, dźwiękowo w pełni satysfakcjonujące i pod tymi względami Natrix 13 przewyższa najlepsze ramiona komercyjne!