Поскольку современные пластинки изготавливаются из эластичных материалов, то от чрезмерного давления иглы звукоснимателя стенки канавки могут иметь повышенную деформацию. Эта деформация происходит от совокупности сил, действующих в канавке — статической, какой является прижимная сила звукоснимателя, и динамических, возникающих при проигрывании пластинки.

Достаточно указать, что под влиянием только прижимной силы стенка звуковой канавки испытывает колоссальное давление. Чтобы избежать необратимых пластических деформаций звуковой канавки, действующие на ее стенки силы, должны быть сбалансированы.

Поэтому в лучших стерео звукоснимателях прижимная сила уменьшена до величины, не превышающей 0,015 Н, что удалось сделать благодаря значительному увеличению гибкости подвижной системы звукоснимателя в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Чтобы тонарм не участвовал в колебаниях иглы, обусловленных модуляцией канавки, его масса должна быть достаточно велика по сравнению с массой подвижной системы головки звукоснимателя и в то же время она не должна быть чрезмерной во избежание дополнительной нагрузки на канавку при проигрывании эксцентрической или коробленой пластинки.

Наиболее широкое распространение получили трубчатые металлические тонармы, так как они не склонны к собственным колебаниям. Такие тонармы могут поворачиваться на оси своего крепления в вертикальной и в горизонтальной плоскостях. На удаленном от поворотного крепления конце тонарма установлена головка звукоснимателя, на противоположном конце тонарма находится противовес. Ввиду того что проигрывание пластинки во избежание ее порчи ведется при сравнительно малых силах воздействия иглы на канавку (0,01—0,05 Н), к подшипникам опоры тонарма предъявляются высокие требования.

Вертикальная ось поворота для переноса тонарма в горизонтальной плоскости вращается на миниатюрных шариковых подшипниках, иногда сдвоенных, тогда как горизонтальная ось для перемещения тонарма вверх и вниз поворачивается на остриях или лезвиях. Существенно, чтобы сила трения в подшипниках не превышала 1% от прижимной силы звукоснимателя, т. е. находилась в пределах (0,1—0,5 мН).

Для устранения влияния на тонарм внешних толчков вертикальная и горизонтальная поворотные оси должны пересекаться в центре тяжести тонарма. Этим достигается возможность проигрывания пластинки при наклонном положении и отпадает необходимость установки проигрывателя в строго горизонтальной плоскости.

Тонарм должен быть сбалансирован в нескольких направлениях. Для установления требуемой прижимной силы тонарм должен быть сбалансирован, как показано на рисунке. Относительно горизонтальной оси ХХ позволяющей ему двигаться вверх и вниз. Для этого предварительно звукосниматель уравновешивают с помощью противовеса, находящегося на хвостовике тонарма.

Поскольку в изогнутом тонарме центр тяжести оказывается смещенным, то создается момент, стремящийся повернуть тонарм вокруг оси YY’ (по часовой стрелке, если смотреть в торец головки звукоснимателя), а следовательно, нарушить симметричное положение иглы в канавке.

В таких тонармах предусматривают противодействующий компенсирующий момент с помощью груза, располагаемого по другую сторону оси YY’ на расстоянии от нее.

Очевидно, что добавление груза вносит некоторый дополнительный разбаланс тонарма относительно оси YY’ и поэтому окончательно установку прижимной силы G следует еще раз уточнить после поперечной балансировки тонарма.

Практически грузу придают две функции - установление поперечного баланса и установление требуемой прижимной силы звукоснимателя. В соответствии c этим в конструкциях, содержащих груз, балансировку тонарма начинают с того, что перемещают груз по градуированной шкале, параллельной оси YY’ в нулевое положение.

Затем противовесом приводят тонарм в равновесие относительно оси ХХ’ после чего передвижением груза - на соответствующее деление шкалы устанавливают требуемую прижимную силу звукоснимателя и, подбирая расстояние, достигают поперечного баланса.

Кроме поперечного и горизонтального балансов в высококачественных тонармах предусматривают компенсацию так называемой скатывающей силы.

Скатывающая сила Fс возникает в процессе проигрывания и является, как это видно из рисунка, одной из компонент силы тяги Fk, которая направлена по касательной к канавке.

Другая компонента Ft, направленная по оси тонарма О’А, уравновешивается жесткой связью тонарма. Скатывающая сила Fc, направленная к центру пластинки О, повышает давление на внутреннюю стенку канавки и ослабляет его в той же мере на внешнюю стенку.

В результате нарушается баланс воспроизводимых сигналов правого и левого каналов стерео записи, появляются искажения звука и усиливается износ внутренней стенки канавки и соответствующей стороны воспроизводящей иглы.

Из рисунка следует, что скатывающая сила Fc = Fk tg F, а так как Fk по величине равна силе трения mG, то Fc = mG tg Ф

где m - коэффициент трения между иглой и пластинкой; G - прижимная сила звукоснимателя; Ф - угол между осью тонарма О’A, соединяющей центр его вращения с концом иглы, и касательной к проигрываемой канавке, проходящей через иглу.

Коэффициент трения m не является постоянной величиной. Он определяется, в основном, материалами трущихся поверхностей и для корундовой иглы с винилитовой пластинкой составляет 0,3. На величину коэффициента трения оказывают небольшое влияние скорость движения иглы относительно канавки и уровень записи, но практически это влияние невелико и в расчетах можно принимать m постоянным.

Скатывающая сила Fc создает момент вращения тонарма относительно точки 0’ который стремится повернуть тонарм к центру пластинки. Как видно из рисунка, этот момент М = Fc L cos Ф или, учитывая выражение, М = mGL sin Ф.

Угол Ф можно легко определить, предварительно найдя sin Ф из треугольника 00’А

	Угол Ф зависит от длины тонарма L установочной базы звукоснимателя
	на плате проигрывателя d и от радиуса R проигрываемой канавки.

Поскольку по мере проигрывания пластинки R меняется, то соответственно изменяются угол Ф, а следовательно, и вращающий момент М.

Во избежание конструктивных усложнений в устройствах для компенсации скатывающей силы обычно применяют постоянный момент, поэтому полная компенсация этой силы происходит фактически только на одном определенном радиусе проигрывания R.

Оценим величину скатывающей силы, принимая в первом приближении угол Ф равным углу коррекции B, который обычно выбирается в пределах 20—27°.

Считая коэффициент трения m= 0,3 получаем, что скатывающая сила равна 10—15% от прижимной силы звукоснимателя G.

В устройствах для компенсации скатывающей силы обычно применяют либо пружину, либо груз, подвешенный на нити, связанной с опорой тонарма.

Однако между ними обычно всегда имеется некоторое различие, называемое вертикальным углом погрешности. Для монофонических пластинок этот угол некритичен, но при воспроизведении стерео записи может явиться причиной нелинейных искажений и ослабления переходного затухания между стереоканалами.

Пример второй. Расчет тонарма для проигрывателей среднего качества. Длина тонарма выбирается, исходя из относительно малых габаритов таких проигрывателей, при этом оптимальные условия проигрывания предусматриваются для стандартной пластинки диаметром 175 мм.

Однако при проигрывании грампластинки диаметром 300 мм искажения на больших радиусах повысятся.

Наибольшая скатывающая сила будет возникать на начальном радиусе и составит 0,12% от прижимной силы при проигрывании пластинки диаметром 175 мм и 0,16% для пластинки 300 мм.