Анализ параметров ГЗМ с помощью LTspice

[Корвет 200УМ-088С]

В журнале "Радио" 2011 №8, на страницах 12~15, опубликована статья А.Гурского, посвящённая компьютерному моделированию поведения системы тонарм+ГЗМ+грампластинка.
Статья категорически рекомендуется к прочтению.

Я перенёс модель PSpice на LTspice, и подставил в неё параметры тонарма ЭПУ "Корвет ЭП-003" (кроме точных данных о вязком демпфере!) с ГЗМ "Корвет-008".

С огромным интересом узнал много нового.
В частности, - чтобы не возникало существенных колебаний на фронтах импульсов, эффективная масса иглодержателя не должна превышать 0,2 миллиграмма.
То есть, все ГЗМ с алюминиевыми иглодержателями, да ещё и с иглами не из сплошного ("голого"/nude) алмаза, не могут обеспечить хорошее воспроизведение микродинамики. Только при меньшей эффективной массе иглодержателя у винила оказывается достаточно вязкости, чтобы задемпфировать ВЧ-резонанс игла-канавка.

Подгружаю пропавшие изображения страниц статьи.

 

[el piloto español]

То есть, все ГЗМ с алюминиевыми иглодержателями, да ещё и с иглами не из сплошного ("голого"/nude) алмаза, не могут обеспечить хорошее воспроизведение микродинамики.

можно подать коллективный иск к производителю, ....

 

[Корвет 200УМ-088С]

Машинный перевод (с японского на английский) статьи, на которую ссылается А.Л.Гурский (№6 в списке литературы).

 

[Sergei_S]

Киньте ссылочку на файл первоисточник.

 

[Юджин Кинг]

Как говорится: ну и...? Куча информации которая сводится к банальному выводу: можно не разбираться в головках и покупать дорогие звукосниматели и будет хороший звук.

 

[Корвет 200УМ-088С]

Киньте ссылочку на файл первоисточник.

В списке литературы:

• 6. Сравнение параметров головок ЭПУ - <httр://www7a.biglobe.ne.jp/~yosh/testrecord.htm>

К сожалению, там только про резонанс тонарм+ГЗМ на ИНЧ. Я надеялся найти там сведения о величине гибкости винилита в зависимости от давления иглы в области касания. Мне надо подстроить модель под условия, создаваемые иглой Fritz Gyger II.

Относящиеся к резонансу игла+канавка сведения из книги Массовая радиобиблиотека (МРБ) выпуск 838, Грамзапись и ее воспроизведение. Аполлонова Л.П., Шумова Н.Д. 1973 год (№2 в списке литературы):

Необходимо понять, как перейти от радиуса закругления сферической иглы к площади области касания, чтобы получить возможность оценить параметры винилита, когда на него давит игла несферической формы.
Придётся вникнуть в основы материаловедения...

Расширенное рассмотрение происходящего в системе игла+канавка из книги Аполлонова Л.П. Шумова Н.Д. Механическая звукозапись М. Энергия 1978, (№3 в списке литературы):

Примерное соотношение площадей пятна касания иглой канавки:

• по мнению инженеров AudioTechnica (которые почему-то считают, что пятно эллиптической иглы больше, чем у сферической!)
  
• альтернативное мнение
  

Непонятно, как получена площадь пятна == 23,4µm² при его диаметре == 3,3µm...
Ещё загадочнее пятно SAS: 9µm × 1µm == 62,1µm².

Нужна пояснительная бригада.

 

[Алексей1]

Все эти "пятна" - результат деформации канавки.
На абсолютно жесткой канавке контакт точечный или линейный, площадь пятна контакта равна нулю.
Ищем расчёт контактных деформаций.
Я сразу нашёл это:
(А ещё размер пятна зависит от силы и тут необъятный простор для подтасовок.)

 

[IgorE]

Корвет
На послушать у тебя жизнь останется?
Что то ты нагрузил на себя проблем на три поколения, но на сейчас тпру. Вертушка на антресолях, головку купить - машину надо продать и чуток добавить. С корректором не определился......
Ты собрался иглы алмазные изготавливать? Какую выбрал, такая и будет. Главное душевное спокойствие.

 

[Алексей1]

Попробую восполнить пробелы в ваших знаниях арифметики.
Расчётная колебательная скорость в диапазоне от 500 до 2100 Гц постоянна и равна 10 см/с,
выше 2100 Гц снижается 20 дБ/дек; и на 20 кГц примерно равна 1,1 см/с.
На картиночке изображена, в пропорции, одна стенка ближней к центру канавки с записью 20 кГц при максимальной колебательной скорости на этой частоте
и рабочая окружность иглы с радиусом 18 мкм:



Если есть более короткие волны на канавке - это результат паразитной ультразвуковой вибрации резца, а не звуковой сигнал.

Фото вид сверху:

 

[ginalex]

Попробую восполнить пробелы в ваших знаниях арифметики.
Расчётная колебательная скорость в диапазоне от 500 до 2100 Гц постоянна и равна 10 см/с,
выше 2100 Гц снижается 20 дБ/дек; и на 20 кГц примерно равна 1,1 см/с.
На картиночке изображена, в пропорции, одна стенка ближней к центру канавки с записью 20 кГц при максимальной колебательной скоростью на этой частоте
и рабочая окружность иглы с радиусом 18 мкм:
Посмотреть вложение 116792


Если есть более короткие волны на канавке - это результат паразитной ультразвуковой вибрации резца, а не звуковой сигнал.

Это тот случай, когда "Не верь своим глазам, а верь моим великим математическим познаниям".

 

[Алексей1]

Расстояние между столбами не полметра, как можно подумать, а в сто раз больше:

 

[ginalex]

Понятно. Арифметика - лженаука. Мультики ваше всё.
В #19 показано настоящее фото без всяких электронов.

Вы что ,не понимаете ,что ваше фото сделанное обычным микроскопом имеет низкое разрешение и не позволяет увидеть колебания около 20кгц.А позволяет только видеть нч и сч колебания дорожек. ???
Арифметика-это будет всегда лже наука, если ей не уметь пользоваться и пытаться применять её при расчётах не имея представления о происходящих физических процессах , которые есть желание посчитать.

 

[Алексей1]

Вы отрицаете арифметику?
На самом малом радиусе длина волны 20 кГц примерно укладывается в 20 мкм, при том, что ширина канавки прим. 50 мкм.
Если просматривается ширина канавки, то прекрасно видно 20 кГц.
Кстати, 20 мкм это три толщины волоса. Волос в простом школьном микроскопе - лохматое бревно. На кой пёс нужен электронный микроскоп?

 

[Корвет 200УМ-088С]

Я посмотрел, они, падлюки, потёрли почти все формулы и картинки. Но для понимания сложности вопроса пойдёт.

Я попытался почитать ещё несколько. С примерно таким же результатом
Зато на калькуляторе повторил несколько расчётов из книг Аполлоновой.

Судя по всему, мне придётся проделать лабораторную работу, повторяющую статью А.Л.Гурского. Благо Stylus 10 у меня есть, а Stylus 40 вот-вот прибудет.
Я полагаю, дело кончится тем, что я, сняв АЧХ, буду подгонять величину Cп == C1 в модели, и, надеюсь, R1, чтобы попасть результатом симуляции в реальность.
А по формулам Аполлоновой (ф.32, стр.53 первой книги, или ф.6-76, стр.185 второй) просто объявить некий "эффективный" радиус*), с которым сферическая игла давала бы ту же частоту резонанса игла+канавка, что и моя Fritz Gyger II.
Собственно, мне, кроме наилучшего согласования ГЗМ с корректором, больше ничего и не требуется.

А дебри там знатнейшие, - учёт скорости, с которой игла смещается в канавке, то есть, учёт обстоятельств кратковременности давления, учёт "волны" деформации винилита, которую гонит перед собой игла, прочие подробности, про которые даже в учебниках говорится, что точной модели ещё не создали. И это - не в каких-то древних вопросах механической грамзаписи, а в области подшипникостроения и прочем, жизненно важном материаловедении и станкостроении...

PS
*) Кстати, вполне может оказаться, что указанные тут площади - как раз так и получены.

 

[IgorE]

Я попытался почитать ещё несколько. С примерно таким же результатом

"Теория упругости" самый сложный материал в науке о сопротивлении материалов. Как говорили ранее:
- её понимают только трое в мире, один из них Христос.
После третьей лекции студенты уже особо не реагировали на происходящие возле доски.
Было, что профессор заставлял вычеркнуть предыдущую лекцию и начинал заново. Интеграл не правильно открыл на прошлой. Ни кто, ни когда не возмущался. Что так открыл, что этак, какая разница народу, едино тёмный лес, чистая чупакабра.
На экзамен разрешал брать ВСЁ и конспект и учебник. Если чуток мур-мур, ядро деформаций болмен правильно нарисовал, ставил профессор четыре. Если мур-мур, конспект хороший и чего то пытается- пять. Когда совсем дуб - помучает, помучает и троечку в зубы. Жирную пару - у кого конспектов нет. Ночами переписывал народ перед экзаменами.
Т что не мучайтесь. На пальцах понял чуток и хватит. Дальше в лес, больше дров.

 

[Корвет 200УМ-088С]

Подготовка к лабораторной работе по экспериментальному определению эффективной величины гибкости винилита.

Судя по поведению модели, можно "выключить" из рассмотрения влияние резонансного контура, образованного индуктивностью обмотки ГЗМ и входной ёмкостью УК, для этого достаточно нагрузить этот контур на некоторое малое сопротивление нагрузки, - внести туда потери столь большие, что добротность контура станет меньше единицы.
Уважаемый А.Л. Гурский, - светлая ему память!, - предлагает выбрать сопротивление нагрузки таким, чтобы постоянная времени входной цепи стала равна 75µs: Rinp == (L3/75µs) - R3. Для ГЗМ "не-Super" версии Ortofon OMP, с L3==450 mH и R3==750 Ohm, получаю Rinp == 5k25, и выбираю резистор сопротивлением 5k1.
При этом получается, что для измерений можно использовать обычный RIAA-корректор и любой удобный соединительный кабель, главное, чтобы величина входной ёмкости не превысила ~полунанофарады. При большей ёмкости резонанс игла+канавка становится менее отчётливым. Сейчас у меня в системе суммарная ёмкость составляет 250pF, и есть возможность (укоротив соединительный кабель) несколько уменьшить её (до ~220pF).

Всё это очень обнадёживает!

Чтобы выйти на ожидаемое значение частоты резонанса связки игла+канавка, - а она, как я надеюсь, при использовании иглы Stylus 40 с заточкой Fritz Gyger II, может оказаться в области 30~45 kHz, понадобится техническая хитрость.

И тут первая трудность (попутно - и вторая!):

• "Мелодиевская" измерительная грампластинка (которой у меня ещё нет, - это вторая трудность), даже вращаемая на 45 об/мин, не позволяет создавать сигналы выше 27,3 kHz.

Придётся обращаться за помощью сообщества.
Буду благодарен за аренду или продажу измерительной грампластинки, - даже сильно изношенной, с которой можно снять хотя бы 35 kHz на 45 об/мин.

 

[Сергей Михайлович]

С огромным интересом узнал много нового.
В частности, - чтобы не возникало существенных колебаний на фронтах импульсов, эффективная масса иглодержателя не должна превышать 0,2 миллиграмма.
То есть, все ГЗМ с алюминиевыми иглодержателями, да ещё и с иглами не из сплошного ("голого"/nude) алмаза, не могут обеспечить хорошее воспроизведение микродинамики. Только при меньшей эффективной массе иглодержателя у винила оказывается достаточно вязкости, чтобы задемпфировать ВЧ-резонанс игла-канавка.

По вашей логике, вас ждёт разочарование от иголки, которая к вам едет (ОМ40). У нее кантилевер из алюминия и вес подвижки 0,3 мг.

 

[Корвет 200УМ-088С]

По вашей логике, вас ждёт разочарование от иголки, которая к вам едет (ОМ40). У нее кантилевер из алюминия и вес подвижки 0,3 грамм.

Наверняка это разочарование окажется ещё на 17% больше (чем предполагаете вы), так как по паспорту приведённая к игле масса равна 0,35mg.

А теперь, - серьёзно.
Сферическая игла в области касания канавки выглядит как шар, радиусом 18µm, под его (шара) давлением образуется округлая вмятина, и деформированный винилит приобретает гибкость 0,042µm/mN, что больше его "природной" гибкости, равной 0,03µm/mN.
Игла Fritz Gyger II имеет сложную форму, в вертикальной плоскости она касается каждой стенки канавки, будто это диск радиусом 70µm, в горизонтальной плоскости этот диск имеет край, скруглённый радиусом 5µm.
(Моя) грубая прикидка говорит, что вмятина от иглы FG II будет овальной, вытянутой по вертикали.
Размеры этого овала - как мне кажется - будут в ~четыре раза больше по высоте, но в ~три с половиной раза меньше по ширине, то есть, площадь области касания будет примерно такой же, или чуть больше, чем у сферической иглы.
Таким образом, вероятная величина гибкости винилита, Cп (C1 в модели), деформированного иглой FG II, окажется примерно той же, что и под давлением сферической иглы, то есть, - около 0,04µm/mN.

Изменятся ли при этом потери (величина R1 в модели), - можно будет узнать только из опытов.

PS
Не имея QR2010, я буду ограничен в измерениях частотой 27kHz (измерительная грампластинка ИЗМ 33С-0327 на скорости 45 об/мин). С приведённой к игле массой 0,35mg и значением Cп, характерным для эллиптической иглы, резонанс игла+канавка оказывается вне доступного диапазона (~28,5kHz).
Буду очень благодарен за подсказку и/или помощь с источником измерительного сигнала.

 

[ALSS]

78 об/мин

 

[Корвет 200УМ-088С]

Хорошо бы, но в этом аппарате нет такой скорости вращения...
И я не уверен, что заменой кварцевого резонатора в генераторе ФАПЧ можно её повысить.

PS
Откуда я взял приведённую к игле массу, равную 0,35mg, - загадка. На сайте Ortofon'а этих данных нет. А неофициальные таблицы утверждают, что масса равна 0,3mg. По идее - правдоподобно, так как Stylus 30, тоже оснащённая "голым" алмазом, показывает столько же.

Или что-то я делаю неправильно, или - одно из двух...

При одних и тех же величинах входной ёмкости и сопротивления корректора смотрю АЧХ системы ГЗМ Ortofon OMP+корректор, и вижу:

• с иглой Stylus 10 есть явный резонанс игла+канавка на частоте 24kHz
• с иглой Stylus 40 ультразвуковой ход АЧХ совпадает с предыдущим, но механического резонанса нет

Да, допустил ошибку в настройках SpectraPLUS-SC, из-за чего резонанс игла+канавка был незаметен.
На самом деле он есть, и находится на частоте ~39kHz.

Из модели следует, что под иглой FG70 (Stylus 40) винилит приобретает гибкость, исчисляемую значением 0,055µm/mN. Это больше, чем у сферы, но существенно меньше, чем у эллиптической иглы.

 

[Сергей Михайлович]

С огромным интересом узнал много нового.
В частности, - чтобы не возникало существенных колебаний на фронтах импульсов, эффективная масса иглодержателя не должна превышать 0,2 миллиграмма.
То есть, все ГЗМ с алюминиевыми иглодержателями, да ещё и с иглами не из сплошного ("голого"/nude) алмаза, не могут обеспечить хорошее воспроизведение микродинамики.

Инженеры из Empire и ADC разработали катилеверы из алюминия и с комбинировынным материалом кристалла иглы с массой 0,2 и менее мг, когда вы ещё пешком под стол ходили. Головы Empire 2000Z/T/S/EXL30, ADC XLM MKII Improved/VLM MKII/QLM36. Чем писать глупости, изучите глубже тему.

 

[Корвет 200УМ-088С]

Эх! Если бы у меня была измерительная грампластинка Brüel & Kjær QR2010...


Нечем измерить добротность основного резонанса тонарма на моём ЭПУ. Но, судя по его "хвосту" на частотах от 20Hz и выше, видимому с помощью скользящего тона (ИЗМ 33С-0327), дела обстоят примерно так:

Это - кошмар, и это требует исправления.

Легче всего (как мне кажется) осуществимый способ, - установка дэмпфера, использующего токи Фуко.
Магнит(ы) крепятся к каретке возле оптопары САР её привода, их поле воздействует на шторку, находящуюся на трубке тонарма.
Если я ничего не напутал в понимании метода электромеханических аналогий, то модель системы тонарм+дэмпфер получается такой:

• L2 - приведённая к игле масса тонарма
• R2 - потери на трение в подшипниках карданной подвески тонарма
• L4 - масса магнита и каретки, на которой он жёстко закреплён. Но, вероятно, это будет полная масса ЭПУ
• R4 - вносимые токами Фуко на шторке потери в колебательную систему тонарм+эластомер иглодержателя

Если (опять это "если"! ) удастся создать достаточно сильное магнитное поле, пронизывающее шторку, то подбирая его напряжённость, можно (как я надеюсь) добиться такого результата:


Прошу высказать ваше мнение о правильности модели.
(у меня есть в ней сомнения, - уж больно всё замечательно выглядит)