Проигрыватели и грампластинки > Tехника производства грампластинок > Перезапись на лаковый диск > Гальванический процесс >
3.5. Магнитные головки звукоснимателей
Головки звукоснимателей с подвижным магнитом.
 phono pickup moving magnet
В прошлом веке после пьезоэлектрических головок звукоснимателей наиболее распространенными являлись головки с подвижным магнитом (магнитодинамические).
Объясняется это тем, что их простая и надежная конструкция пригодна для крупносерийного производства.
В случае износа иглы, вставку с иглодержателем можно заменить без применения каких бы то ни было инструментов.
Выходной сигнал, соответствующий механическим движениям иглы, возникает в головке в соответствии с принципом преобразования, известным под названием магнитной индукции.
Если изменяется число магнитных силовых линий, пронизывающих находящуюся в состоянии покоя катушку, то в ней индуцируется переменная электродвижущая сила.
В головке звукоснимателя игла передает свои колебания очень малому постоянному магниту, находящемуся перед неподвижной катушкой.
Для объяснения работы головки с подвижным магнитом на рис. 1 приведена ее упрощенная конструкция.
В положении покоя магнита (рис. 1,а) поток в магнитной цепи Ф = 0. В случае отклонений магнита в разные стороны (рис. 1,б), в) поток изменяется от +Ф до - Ф.
На рис. 1, г), д) показаны вид спереди расположения полюсных наконечников стереофонической головки и место крепления иглодержателя к магниту.
Рис. 1. Принцип действия головки звукоснимателя с подвижным магнитом:
1. цепь из магнитомягкого железа;
2. катушки;
3. подвижной магнит;
4. игла;
5. иглодержатель.
Если иглу такой головки установить на пластинку, имевшаяся ранее симметрия магнитной цепи нарушается, северный полюс магнита приближается к верхнему, а южный полюс к нижнему полюсному наконечнику.
Поэтому определенное число силовых линий, ранее замыкавшихся через большое магнитное сопротивление воздуха, замкнется через цепь из мягкого железа, обладающего меньшим магнитным сопротивлением.
Магнитную цепь из мягкого железа окружают две катушки.
До тех пор пока магнит движется между двух крайних положений, видимых на среднем и нижнем рисунках, магнитный поток будет пересекать внутреннюю часть катушек с частотой, совпадающей с частотой колебаний иглы, и на выводах катушек возникает переменное напряжение.
Значение этого напряжения зависит не от абсолютного значения записанной на пластинке амплитуды, а от значения колебательной скорости записи, т. е. от частоты и отклонения.
Следовательно, головка с подвижным магнитом, так же как и все магнитные преобразователи, относится к группе скоростных головок звукоснимателей.
При постоянной колебательной скорости записи изменение магнитного потока будет зависеть от нескольких факторов.
Часть из них имеет геометрический характер, как, например, отношение расстояния между иглой и центром колебаний к расстоянию между магнитными полюсами и центром колебаний, составляющее передаточное число (для сведения, это отношение может быть равно 5:1) или расстояние между магнитом и полюсными наконечниками.
Последнее следует выбирать как можно меньшим для увеличения чувствительности и как можно большим для уменьшения искажений, обусловленных намагничиванием мягкого железа (мю-металла).
Мю-металл (англ. mu-metal) это магнито-мягкий сплав никеля (77%), железа (16%), меди (5%) и молибдена или хрома (2%).
Изменение потока в основном зависит от энергии, заключенной в магните, т. е. от магнитной силы, поэтому принято выбирать такой магнитный материал, который с малой массой (5—10 мг) способен создать сильное магнитное поле (фирма «Шур» — «Alnico 5W», фирма «Филипс» — «Тиконал XX», плотность потока последнего 0,85 Г=8500 Гс).
При данной скорости записи и установленном выше изменении потока выходное напряжение зависит от параметров обмотки. Большее число витков означает и более высокое напряжение, но увеличение витков без увеличения корпуса катушки может быть осуществлено только путем дальнейшего уменьшения диаметра и без того тонкого провода.
Граница устанавливается, с одной стороны, технологией намотки, а с другой увеличением собственной емкости обмотки, которая неблагоприятно отражается на ходе амплитудно-частотной характеристики в области высоких частот. Поэтому, используя провод с диаметром в несколько сотых миллиметра, можно намотать оптимальную катушку в 2500 витков.
На магнитопроводе помещают две соединенные встречно катушки таким образом, чтобы выходные сигналы, индуцируемые благодаря изменению магнитного потока, складывались. В то же время обмотки пронизываются и силовыми линиями внешнего магнитного поля, вызывающего помехи. Однако напряжения шумов, определяемых внешним полем, взаимно компенсируются.
Тем не менее такая компенсация еще не является идеальной защитой от магнитный полей рассеяния, создаваемых, например, двигателем проигрывателя, работающим от сети. Поэтому головку звукоснимателя следует помещать в корпус из материала с хорошей магнитной проводимостью (мю-металл) и заземлять его.
В стереофонической головке звукоснимателя две магнитные цепи располагают перпендикулярно одна другой так, чтобы с плоскостью пластинки они образовывали угол в 45°.
Вид спереди размещения полюсных наконечников представлен на правой стороне рисунка. Там же отдельно можно видеть часто используемый вариант крепления магнита и трубочки иглодержателя. Магнит должен иметь простую форму, так как магнитный твердый материал поддается только электроискровой обработке. Если промодулирована только внутренняя стенка канавки (левый канал), то движение магнита относительно полюсных наконечников правого канала будет симметричным и в них не вызывается изменение потока. Таким образом становится возможным разделение каналов.
Из головок звукоснимателей с подвижным магнитом в Венгрии поступали в продажу головки М44-7 и M91ED фирмы «Шур», GP400 фирмы «Филипс» и VN2101 чехословацкого производства.
Головки звукоснимателей с подвижным элементом из магнитомягкого железа. Головки с подвижным элементом из магнитомягкого железа в сущности являются разновидностью головок звукоснимателей с подвижным магнитом (рис. 2).
Принцип преобразования у них остался такой же, но материалом для подвижного элемента служит магнитомягкое железо.
Это железо после сборки головки звукоснимателя находится в сильном магнитном поле и, таким образом, является как бы вторичным магнитом относительно полюсных наконечников и обмоток.
Большим преимуществом этого решения является исключение магнита из подвижной системы, поэтому его масса не является мешающим фактором.
Рис. 2 Головка звукоснимателя с подвижным элементом из магнитомягкого железа:
1. цепь из магнитомягкого железа;
2. катушки;
3. постоянный магнит;
4. игла;
5. элемент из магнитомягкого железа («индуцированный магнит»).
Трудно обрабатываемый магнитный материал можно применять в деталях с простой конструкцией, а легко формируемые детали из магнитомягкого материала (например, пермаллоя) следует соединить с трубочкой иглодержателя.
Неподвижный магнит можно Выполнить достаточно большим, что позволяет без снижения чувствительности звукоснимателя уменьшить массу его подвижной системы.
Защищенность обмотки катушек от внешних магнитных полей рассеяния при применении сильного магнита одинакова с системой с подвижным магнитом, но важно отметить еще и то, что внешний металлический кожух головки звукоснимателя изготовляют не только для магнитной экранировки, а также для создания замкнутой магнитной цепи.
Наиболее известный изготовитель головок звукоснимателей с подвижным элементом из магиитомягкого железа — фирма «Аудио Дайнэмикс Корпорейшен» («Эй-Ди-Сн»).
Амплитудно-частотная характеристика выпускаемых ею очень легких (VLM) и сверхлегких (ELM) головок в диапазоне 10 Гц — 25 кГц гарантируется с неравномерностью ±2 дБ.
Эти параметры достигаются благодаря чрезвычайно малой эффективной массе подвижной системы и большой гибкости (35*10—3 — 50*10—3 м/Н), а также благодаря электродинамическому демпфированию, о чем было сказано при рассмотрении конструкции иглодержателя.
Головки звукоснимателей с переменным магнитным сопротивлением
Головка с переменным магнитным сопротивлением работает на принципе переменного магнитного шунта (ее называют также с поляризованной арматурой). Действие головки наглядно представлено на рис. 3. Конструктивно эта головка звукоснимателя отличается от описанных ранее преобразователей с подвижным магнитом и подвижным элементом из магнитомягкого материала.
Первое отличие заключается в том, что источник магнитодвижущей силы и катушки находятся в одной и той же магнитной цепи.
Рис. 3. Головка звукоснимателя с переменным магнитным сопротивлением:
1. подвижной крест из магнитомягкого железа;
2. катушки;
3. постоянный магнит;
4. полюсные наконечники магнитной цепи;
5. игла.
В состоянии покоя магнитный шунт из магнитомягкого материала разделяет поровну магнитный поток в цепи двух катушек.
При смещении иглы звукоснимателя магнитный шунт, как это показано на нижней части рисунка, нарушает имевшееся до этого равновесие: в верхней ветви плотность потока будет увеличиваться, а в нижней — снижаться.
При соответствующем соединении двух обмоток напряжения будут складываться.
И это является вторым отличием, ибо таким способом уравнивается асимметрия намагничивания магнитомягкого железа.
Искажения, возникающие вследствие увеличения плотности потока в одной из обмоток, компенсируются искажениями, вызванными снижением плотности потока в другой обмотке.
В результате суммарное напряжение обеих катушек будет точно пропорционально смещению.
Этот «пушпульный» эффект не возникал у двух предыдущих типов магнитных преобразователей, и поэтому можно доказать, что искажения четных гармоник у них будет несколько больше.
Кроме этого, при таком расположении катушек меньше сказывается влияние внешних полей.
Картриджи с перемещением микро магнитом (MMC):
Конструкция MMC была изобретена и запатентована компанией Bang & Olufsen. Картридж MMC является разновидностью звукоснимателя с движущимся железом (MI). Магниты и катушки являются стационарными в то время, как микро крест колеблется с иголкой, тем самым изменяя расстояние между ветвями микро креста и магнитов. Утверждается, что конструкция MMC позволяет обеспечивает четкое разделение каналов, так как движения каждого канала относятся к отдельной оси.
Soundsmith SMMC1
В типичном картридже с подвижным магнитом (MM), маленький постоянный магнит, прикрепленный к кантилеверу (консоли) и находящийся между двумя неподвижными катушками расположенными внутри корпуса картриджа, при перемещении иглы по звуковой канавке из-за вибрирующих движений иглы, индуцирует в катушках крошечный электрический ток.
В картридже с подвижной катушкой (MC), магнит фиксируется; это катушка намотанная на кантилевер , которая движется вместе с ним. Механические и электрические преимущества и недостатки обеих конструкций лучше всего обсуждать в другом месте.
Такие звукосниматели как “SMMC1” или “Grados”, используют стационарные катушки, магниты и небольшой кусочек перемещающегося железа. В оригинальной конструкции B & O движется крестообразный кусок железа сверхнизкой массы, с высокой степенью чистоты. Он прикреплен к мягкому демпферу из эластомера, стабилизированному в пластиковой рамке. Железо также включает миниатюрную трубу, в которую вставляется кантилевер.
Каждое плечо железного креста ассоциируется с фиксированной структурой катушки и магнита. Как и консоль (кантилевер) железный крест при движении изменяет расстояние между четырьмя концами железного креста и четырьмя фиксированными катушками и магнитами, тем самым вызывая крошечные напряжения в катушках.
Преимущества этой конструкции включают сверхнизкую движущуюся массу, даже по сравнению с картриджами MC; относительно высокое выходное напряжение (так как стационарная структура магнит/катушка может обладать большой массой); высокая степень соответствия подвески; и низкая вертикальная прижимная сила.
Хотя SMMC1 предназначен для использования с фонокорректором MM, его выходное напряжение является относительно умеренным, менее 2,12 мВ на 5 см/сек.
Выход типичного патрона MM соответствует 4,5 мВ. В то время сам картридж весит всего 1,6 гр, добавление универсального монтажного адаптера “Soundsmith” и прозрачного колпачка из пластика в общей сложности увеличивает массу до 6,8 гр.
Установка SMMC1 требует небольших дополнительных усилий у алмазной иглы нет никакого предохранителя, хотя , если вы беспокоитесь о повреждении кантилевера, можно отсоединить картридж из адаптера и установить только адаптер.
Поскольку звукосниматель SMMC1 относительно легок и имеет высокий уровень, более низкий выход, чем большинство ММ-картриджей и требует низкой прижимной силы, он имеет ряд аналоговых затруднений, как электрических, так и механических.
Серия MMC была первоначально разработана компанией Bang & Olufsen для тонармов, обладающих малой массой.
С тенденцией в последние годы в сторону низких требований, тяжелых картриджей и тонармов, обладающих средней и большой массой есть проблема совместимости SMMC1 с тонармами средних масс, а также с усилением 40дБ, характерного для большинства фоно предусилителей ММ.
В заключение, просто потому, что вы тратите на картридж $ 750 вместо $ 3000 или больше того не означает, что он заслуживает меньшего внимания при настройке. На самом деле, Soundsmith SMMC1 требует  много внимания, прежде чем он будет звучать наилучшим образом.
Это особенно верно, в отношении его емкостной нагрузки и если не обращать внимание на то, вы можете обнаружить в SMMC1 не особенно яркие переходные характеристики, но слишком выраженные основные составляющие, которые поддерживают музыкальность и на общем фоне распадаются слишком продлено.
Кроме того, убедитесь, что имеется высокая степень соответствия звукоснимателя SMMC1 с вашим тонармом.
Интересное решение было использовано также датской фирмой «Ортофон» при разработке звукоснимателей серий F15 и М15 с переменным магнитным зазором. Их принцип действия идентичен с изложенным выше, но конструктивное выполнение (в середине кольцевого магнита «Ферроксдюр 360» с радиальной намагниченностью движется трубочка из магиитомягкого железа) дает возможность для дальнейшего снижения подвижной массы. Интересно, что измеренные искажения по второй гармонике 0,27% и по третьей гармонике 0,8 % меньше соответствующих искажений 0,48 и 0,48 % у головок звукоснимателей с подвижными катушками фирмы «Ортофон», считающимися одними из лучших среди профессиональных головок.
В торговой сети Венгрии встречались головки звукоснимателей с переменным магнитным сопротивлением типа MS15SD производства RFT, ГДР с одинарной асимметричной магнитной цепью.
Головки звукоснимателей с подвижными катушками. Как уже упоминалось при рассмотрении головок с подвижным магнитом, с выводов катушки можно снять напряжение, пропорциональное изменению потока, пронизывающего ее.
Возникает мысль создать головку звукоснимателя, в которой катушка движется в поле постоянного магнита. Такие головки отличаются высоким качеством, поэтому они нашли применение в профессиональной аппаратуре.
Их называют также электродинамическими головками звукоснимателя. Разработаны и внедрены многочисленные конструктивные варианты головок с подвижной катушкой.
Применяются бескаркасные катушки или катушки с обмоткой на небольшом каркасе из синтетического материала. Намотку производят вручную под микроскопом, иногда на специальном станке. Концы обмоточного провода одновременно служат выводами с диаметром 0,025 мм.
Вследствие малого диаметра они не оказывают влияния иа колебания иглы. При намотке катушки медным проводом хорошего качества опасаться обрыва движущихся выводов не следует, как правило, скорее изнашивается игла. Большинство изготовителей сами проводят замену иглы в иглодержателе без прикасания к телу катушки. Однако для этого головку звукоснимателя следует выслать на завод-изготовитель. В практике работы студий это не является серьезным недостатком, так как всегда имеется в наличии соответствующее число резервных головок.
 transformers ortofon STM-72
Для снижения массы подвижной системы можно изготовить обмотку, состоящую только из нескольких витков. Например, катушки головок серии OF фирмы “Elektro-Mess-Technik” (EMT) имеют только 45 витков.
Для дальнейшего снижения массы подвижной системы иглодержатели этих головок изготовлены не из обычной фосфористой бронзы, а из титана, обладающего меньшим удельным весом.
В упомянутых головках заслуживает внимания решение, позволяющее извне, с помощью винта устанавливать значение механического демпфирования, влияющего на амплитудно-частотную характеристику.
Естественно, из-за малого числа витков, несмотря на сильное магнитное поле, с зажимов катушки можно получить небольшое напряжение, равное десятым долям милливольта.
Воспроизведенный сигнал имеет очень небольшие искажения, так как в преобразователе присутствует магнитомягкое железо.
Для сохранения хорошего отношения сигиал/шум сигналы с этих головок звукоснимателей подаются на предварительный усилитель через согласующий трансформатор.
Несмотря на то что в согласующем трансформаторе применено магнитомягкое железо, тем не менее путем выбора соответствующих габаритных размеров и электрических параметров можно добиться минимума искажений.
Один из современных стереофонических согласующих трансформаторов («Ортофон STM 72») имеет следующие параметры: коэффициент передачи по напряжению 1:100, рекомендуемое полное сопротивление головки звукоснимателя 2,5 Ом.
Рекомендуемое полное сопротивление нагрузки 47 кОм (при проигрывании четырехканальных пластинок СД-4 100 кОм), передаваемая полоса частот от 10 Гц до 50 кГц.
SpyLOG
HotLog
Все права защищены © 2003-2017. Разрешается использование при условии указания живой ссылки на сайт http://inthouse.ru/
+7 (926) 906-6548
+7 (495) 771-2800