Mégis a közvetlen hajtás (külföldiül direct disc, DD) a legfiatalabb a hajtási módok közül.

Nagyon furcsa lenne, ha régebben senki sem próbálta volna ki ezt a megoldást. A Paillard nevű cég 1963-as kivásárlása után a Thorens a históriájában megemlít egy 1928-as Paillard-szabadalmat, amely állítólag egy elektromos grammofon közvetlen meghajtású motorjára vonatkozik. A Thorens azonban közvetlen hajtásúnak hívta a csigameghajtású és a fogaskerekes motorjait is, tehát nehéz eligazodni, hogy volt-e a mai értelemben vett közvetlen meghajtású gramofonja. 

A Facebookon Kocsis Tibortól kaptam segítséget. Valóban léteztek már a múlt század húszas-harmincas éveiben is közvetlen hajtású gramofonok, illetve vágógépek. Például a Western Electric is gyártott Crocker-Wheeler gyártmányú örvényáramú motorral gramofont.

Különlegesen szép az 1928-tól árusított RCA VE7-26X Electrola rádiógramofon.

A leghíresebb az 1930-ban piacra dobott, aszinkron motoros Garrard 201, amelyből a BBC is vásárolt. A rádióállomás a korlátozott másolatok (ET, electrical transcription disc, dupblate, lásd a sorozat 374. részét) lejátszásához is használta őket, ezért az első változat 78-as percenkénti fordulatszámán kívül 201a és 201b típus 33 13 rpm-et is tudott. A Garrard 301 és 401 már dörzshajtású volt.

A lemezjátszókban használatos, közvetlen hajtásra alkalmas, modern motort 1969-ben szabadalmaztatta a japán Matshusita (Panasonic/Technics) három munkatársa: Kazucugu Kobajasi, Josiaki Igarasi és Hiszajuki Macumoto.

A három koma a kefe nélküli motorral működő lemezjátszót találta föl.

A szabadalom szövege szerint félvezetőket használnak arra, hogy zökkenőmentesen és zaj nélkül vezessék az elektromos áramot a motor tekercseire. Minden modern DD lemezjátszó elektronikusan kommutált. A kefe nélküli, BLDC motor működését már megismerhetted a sorozat 340. részében, s miután azt ismét tanulmányoztad, nézd meg az alábbi videót!

A következő példában mégsem egy Technics, hanem egy korai Dual lemezjátszó, az EDS 704 motorja, az EDS 900 szerepel, ugyanis ennek van nagyon pontos, részletes a leírása.

Egy tipikus forgótányéros DD motornak állandómágneses rotorja van, minél több pólussal. Napjainkban nem ritka a 64 pólusú sem, az EDS 900-nak csak 8 volt. A zöld fóliára szórt lágyvas szemcsék a mágneses teret jelenítik meg.

Az állórészben néhány, esetünkben négy tekercs van, a lemezjátszó BLDC motorok többségében ezek fémmag nélküliek. A négy tekercset két fázisban, külön-külön táplálják, de léteznek háromfázisú megoldások is.

A vezérlő elektronikának ismernie kell a forgórész helyzetét és fordulatszámát, s ebben visszacsatoló rendszerek segítenek neki. Az EDS 900-ban a 2 Hall-érzékelő (barna festékpontok a nyomtatott áramköri panelon) adja meg a rotor helyzetét. A sebesség visszajelzésére a Dual lágyvas fogaskereket használt, amelyek a kör alakú mágnes belsejében forognak. Az ebből eredő fluxusváltozásokat az alatta lévő tekercs érzékeli. Más cégek egyszerűbb megoldást alkalmaztak, pl. bárium csíkot érzékel egy magnó lejátszófejhez hasonló alkatrész.

Lássuk hát, hogyan is működik a cucc!

A generátor (az EDS 900 esetében egy tekercs a lágyvas hajtómű alatt) a motor fordulatszámával arányos frekvenciájú impulzusokat állít elő. Ezt a frekvenciát feszültséggé alakítja át a frekvencia/feszültség konverter: minél nagyobb a fordulatszám, annál nagyobb a feszültség. Az aluláteresztő szűrő kisimítja a nagyfrekvenciás ingadozásokat, megakadályozva a visszacsatoló hurok elszabadulását. A kapott feszültséget a komparátor hasonlítja össze a referenciaértékkel, vonatkoztatási feszültséggel. A fordulatszám kiválasztása (33/45/78 rpm) a referenciafeszültség változtatásával könnyen megoldható. Az összehasonlítás eredménye a hibafeszültség. Ez a feszültség masszírozza a motorvezérlőt, és arra utasítja, hogy növelje vagy csökkentse a tekercseken áthaladó áramot. Ha a motor túl gyorsan forog, pozitív hibafeszültség lesz. A komparátor így „mondja” meg a vezérlőnek, hogy vezessenek kevesebb áramot a tekercseken keresztül, lelassítva a motort. Ha a motor túl lassú, negatív hibafeszültség lesz, s ez azt "üzeni" a vezérlőnek, hogy növelje a tekercs áramát. De mi van akkor, ha a motor fordulatszáma pontosan akkora, mint amekkorát szeretnénk? Akkor nincs hibafeszültség, a vezérlő nem tud vezérelni. Ezt elkerülendő, valójában az összehasonlító áramkör kimenete a tányér forgatása során sosem 0. Ha a fordulatszám pontos, akkor is van valamekkora feszültség a kimeneten, s ez nő vagy csökken. Hozzáteszem, hogy teljesen pontos fordulatszámmal sosem megy a motor, ahhoz, hogy a meghajtó áramkör működni tudjon, mindig kell egy kis hiba, tehát a lejátszási sebesség mindig változik, csak nagyon nem mindegy, hogyan.

Napjainkra már lényegében megoldott probléma a stabil referencia előállítása. Feszültség helyett a későbbi DD motorok stabil referenciafrekvenciát használnak fáziszárt hurkon (PLL) keresztül. A stabil frekvenciát kvarcoszcillátorral állítják elő, amelynek lelke kvarckristály lapka. Az oszcillátor előállította frekvenciát a kristály méretei határozzák meg. A hőmérséklet-változással szembeni nagyfokú stabilitás annak a következménye, hogy a kvarcnak más anyagokhoz képest csak nagyon kis mértékben változnak a geometriai méretei a hőmérséklet változásakor. Az alábbi képen egy tokozott kvarckristályt, a kristály elektromos helyettesítő képét és egy egyszerű kvarcoszcillátor fotóját láthatod. A Q a kristály jele, az s a soros, a p a párhuzamos elemeket jelöli a helyettesítő képen.

Keményebb dió a PLL. A legegyszerűbb PLL-t az alábbi blokkdiagram mutatja.

A fázisdetektor két jel fázisviszonyait hasonlítja össze, és az eltérés függvényében hibajel keletkezik a kimenetén. Az aluláteresztő szűrő feladata, hogy a fázisdetektor által szolgáltatott jellel arányos egyenfeszültséget állítson elő a VCO számára. A harmadik alapvető részegység a feszültségvezérelt oszcillátor. Feladata a bemeneti vezérlőfeszültség valamilyen, az adott VCO-ra jellemző karakterisztika (arányosság) szerinti frekvencia megjelenítése a kimenetén. Az egyszerű PLL tehát igyekszik követni a bemenetére kapcsolt jel fázisát és ezzel a frekvenciáját, amelyet úgy valósít meg, hogy a fázisdetektor összehasonlítja a bemeneti és a VCO kimenetéről visszacsatolt jelet, melyek különbségének függvényében valamilyen válaszjelet, hibajelet állít elő. Amennyiben a VCO frekvenciáját növelni kell, úgy ezen válaszjel növekvő egyenfeszültség lesz, ellenkező esetben csökkenő. Ha a PLL bemenetét üresen hagyjuk, úgy a VCO a saját frekvenciáján rezeg. A PLL csak a befogási tartományba eső frekvenciákra képes szinkronizálni, tehát a tartományon kívül eső frekvenciák esetén nem fog a PLL befogott (szinkron) állapotba kerülni. A frekvenciaviszonyok fázisviszonyként is felfoghatók, tekintettel a fázisdetektorra. A befogást, azaz a szinkron állapot elérését követően szükséges értelmezni azt is, hogy a PLL maximálisan mekkora frekvenciaváltozásig képes követni, azaz szinkronban maradni a bemeneti jellel. A benntartási tartomány ennek értelmében azt mondja ki, hogy mekkora az a tartomány, ameddig elmozdulhat a bemeneti jel frekvenciája, de a PLL még tudja követni. A gyakorlatban a benntartási tartomány mindig számottevően nagyobb a befogásinál.

A PLL kiválóan alkalmas forgóberendezések fordulatszámának szabályozására. Ebben az esetben a VCO-t maga a villamos forgógép jelenti, a bemenőjel pedig a kvarcoszcillátor jele. A PLL előnye, hogy arra is képes, hogy a bemenetére adott jel frekvenciája helyett más frekvenciájú jelet adjon ki magából, ilyekor frekvencia szintézerként működik, s ezzel a motor névleges fordulatszáma nagyon pontosan beállítható a kvarcoszcillátor frekvenciájának leosztásával, illetve a fordulatszám finoman változtatható. Ez utóbbi különösen a diszkós gyakorlatban fontos – illetve, fontos volna, ha a névlegestől eltérő fordulatszámot sok esetben nem éppen a PLL vezérlés kikapcsolásával érnék el.

Mivel a fázisdetektor nem a VCO kimeneti, hanem visszacsatoló ág frekvenciáját figyeli a bemeneti jeléhez képest, lehetőség nyílik arra, hogy a visszacsatolásba frekvenciaosztót tegyünk be. Tegyük föl, hogy a visszacsatolásban lévő osztó ötödrészre oszt; n=5. Ebben az esetben az N-es osztó kimeneti frekvenciája f_osztó=f_VCO/5 lesz. A fázisdetektor érzékeli, hogy a visszacsatolt frekvenciaérték jóval kisebb, mint a bemeneti jelé, így a VCO vezérlőfeszültségét a kívánt mértékben növeli, míg végül a VCO frekvenciája f_VCO=f_be·5 lesz. A példából jól látszik, hogy amennyiben a PLL visszacsatolásába frekvenciaosztót teszünk, úgy a VCO kimeneti frekvenciája a bemeneti frekvencia tetszőleges egész számú többszöröse lehet, vagyis a frekvenciaosztó itt ellentétesen hat. A továbbiakban egészítsük ki a PLL-t egy további, ezúttal a jellel sorba kapcsolt M-es osztóval. Ez már a jól megszokott feladatát látja el; a VCO kimeneti frekvenciáját egész számmal osztja (f_ki=f_VCO/m). A két osztó együttes használatával tehát a bemeneti frekvenciát tetszőleges egész, vagy akár törtszámmal is szorozhatjuk, hiszen az előbb ismertetett hatások alapján felírható, hogy f_ki=f_be*(n/m). A kezdeti DD lemezjátszókban még analóg PLL-t használtak, napjainkban szinte kivétel nélkül digitálisakat. Ez utóbbiak kevésbé zavarérzékenyek és sokkal pontosabbak, továbbá mikrokontrollerekkel kényelmesebben vezérelhetők. Ilyen mikrokontrollerek a modern diszkópultok vezérlői.

Tudom, hogy ez most pöppet fárasztó volt, ám, hogy megint túlestél az általános iskolai számtanon, mutatok neked egy olyan lemezjátszót, amelynek nemcsak az volt a különlegessége, hogy a PLL áramkört be- vagy kikapcsolod-e. 1976-tól gyártotta a japán Micro Seiki a DQX 1000 nevű csodát, amelyre három hangkart is lehetett szerelni. Aztán ez a mánia is elmúlt, és a Micro Seiki visszatért a szíjhajtáshoz, végül kiszállt a lemezjátszó gyártásból.

Első pillantásra a közvetlen hajtás maga a tökéletesség. Sokkal kevesebb mechanikus alkatrész van, ami elromolhat vagy extra zajt kelthetne. Az egyetlen súrlódó alkatrész a csapágy, amúgy is minden lemezjátszóban megtalálható. Csapágyoldali terhelés, a szíj- és dörzsmerghajtás átka? a DD-ben nulla. Billenő erők? Nincsenek. Megmunkálási tökéletlenségek vagy vetemedések? Egyáltalán nem nagy ügy. Elhasználódó gumik? Szintén nincsenek. A hajtáslánc rugalmasságának hiánya a terhelésváltozásokra való tökéletes reakciót is jelenti. Az összes nyomaték egyenesen a tányérba kerül, nincs nyomatékveszteség sem. Az egyszerűség azt is jelenti, hogy a közvetlen meghajtású lemezjátszó nevetségesen olcsóvá tehető. És valóban vannak egészen olcsó DD lemezjátszók is. Persze nagyon drágák is, de nem ők a legdrágábbak. Akkor miért viszolyog a közvetlen meghajtástól az audiofil világ; sznobok lennének talán? A válaszhoz még egyet kell lendülni.