Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 409. A hangszedő – Ötödik szüret. A félgömb hegyű tű

A hangszedő egyetlen olyan alkatrésze, amely mechanikailag érintkezik a hanglemez barázdájával, a tű.

A tű feladata, hogy a hanglemez barázdájában haladva a lehető legpontosabban kövesse a vágótű mozgását. A legegyszerűbb az lenne, ha a vágótűvel azonos alakúra és nagyságúra készített lejátszótűt használnánk. Csakhogy az ilyen tű le is gyalulná a barázdát. Olyan tűformát kell választani, hogy a tű a lehető legkevésbé roncsolja a barázdába esztergált információt: éles átmenetek nélküli tűre van szükség. Mivel a tű és a barázda egymáson súrlódik, a tűt sem szabadna koptatnia a barázdának, ezért a tű anyaga kemény: zafír vagy gyémánt. A tű hegyét polírozzák.

A következő ábrán azt láthatod, hogy a tű többé-kevésbé a barázdába nyomódik. Nem megy le az aljára, hanem a két barázdafalat tapizza az érintkezési felületen.

hos02

Azt az erőt, amekkorával a tű függőlegesen nyomja a barázdát, röviden tűerőnek nevezzük, és centinewtonban (cN) adjuk meg. Sok adatlapon még mindig azt láthatod, hogy mértékegységként grammot (g vagy gr) jelölnek meg a gyártók, mert nem tanulták meg fizikából, hogy a gramm a tömeg mértékegysége. Szerencsére a mérőszám azonos – lenne. Viszont a centi nem szabványos SI prefix (lásd a sorozat 3. részét), ezért millinewton (mN) a hivatalos, ami az adatlapon tízszeres szorzót jelent. Aztán olyat is olvashatsz tűerő helyett, hogy tűnyomás. Kétségtelenül nyom a tű, ezért szabatosan függőleges tűnyomóerőnek kéne hívnunk, de ilyen hosszú kifejezéssel nem bosszantjuk magunkat. Amióta trendi dolog külföldiül beszélni, egyre gyakrabban találkozhatsz a VTF rövidítéssel. Az angol nyelvterületeken ugyanis eszük ágában sincs folyton-folyvást leírni, hogy vertical tracking force.

Amikor a tű tapizza a barázdát, és ezáltal meg is nyomja, a barázda alakja a nyomás pillanatában megváltozik, deformálódik. Mint minden szilárd anyag, így a műanyag esetében is, az alakváltozásnak két fő fajtája létezik, bár ezek között nincs éles átmenet. Alacsony nyomáson a következő rajz „A” pontjáig az alakváltozást rugalmasnak nevezzük, és amikor a tű már nem érinti a barázda falait, a hanglemez barázdája visszanyeri eredeti alakját. Ha a nyomás nő, mint például a „B”, a „C” és a „D” pontokban, az alakváltozás mértéke egyre nagyobb, így a nyomás megszüntetésekor csak részben tér vissza a barázda az eredeti alakjába.

hos03

Minél alacsonyabb a tűerő, annál kisebb a képlékenynek nevezett, maradó alakváltozás veszélye. Ha viszont nagyon kicsi a tűerő, akkor a tű könnyen kiugrik a barázdából, s ha ezt nem is teszi meg, jelentősen nő a torzítás, mert a tű rendszeresen nem érintkezik a barázda falaival, illetve a moduláció függvényében vadul mászkál benne. Ám minél jobban képes a tű követni, letapizni a barázda falait, annál kevésbé kell tartanunk a kiugrástól és az érintkezés kihagyásától. Neve is van ennek a jellemzőnek: követési képesség, angolul trackability, németül Abtastfähigkeit. A követési képesség azt mutatja meg, hogy adott frekvencián mekkora az a legnagyobb barázda kitérés, amit a hangszedő kis torzítással képes lejátszani. Az értékét Európában µm-ben adják meg, és mérőlemezzel mérik. A tényleges követési képesség persze nemcsak a használt rendszertől függ, hanem annak pontos beállításától, a hangkar rezonancia frekvenciájától és a tű vagy hanglemez állapotától is.

hos04

Ha üres, modulálatlan a barázda, kb. 3 cN tűerő alatt rugalmas az alakváltozás. Ha viszont a barázda modulált, a lemezre nehezedő nyomás a moduláció függvényében változik, ami a lemez maradandó sérüléséhez vezethet. A barázda kopása nemcsak a modulációtól és a tűerőtől függ, viszont a kopást csakis a tű és a barázda falai közötti súrlódás okozhatja. Ha a tű megfelelő alakú és megfelelően polírozott, a kopás elhanyagolható. Ha azonban a tű elhasználódott vagy sérült, a kopás drámaian megnőhet. Sőt, mivel a tű a súrlódás következtében is csiszolódik, túlpolírozottá válik, ez a jelenség is növelheti a lemezkopás mértékét. A tű kopása azt jelenti, hogy a tűről egészen parányi részecskék válnak le, s mert a modern tűk anyaga gyémánt, ezek a kis részecskék alaposan smirglizik a barázda falát. A tűt azonban nemcsak – és főként nem – a hanglemez koptatja, hanem a levegőben szálló por is, ami rátelepszik a lemezre. A por fő alkotórésze szilícium-dioxid, ami szintén kemény anyag. A por a tű és a barázdafalak súrlódásakor közbülső csiszolóként károsítja a tűt és a lemezt egyaránt. S hogy a veszélyt fokozzuk, a hangszedő tűjére két eléggé ronda, lényegében vízszintes erő is hat. Az egyik a barázda forgásából adódó centrifugális erő, a másik az ún. skating erő, amelynek sunyisága a hangkarhoz társítható, tehát majd akkor lesz róla eléggé bőven szó. Most csak annyit, hogy ezen erő a tűt befelé húzza, tehát a barázda belső fala jobban koptatja a tűt, mint a külső, viszonzásul a barázda belső fala is jobban kopik, mint a külső. A kopásból legyen ennyi elég egyelőre. Ugyanis a további elmélkedések és tapasztalatok megértéséhez előbb a tűk hegyének formáival kell megismerkedned.

Kezdetben volt a félgömb hegyű tű, amit kúposnak, szférikusnak vagy kónuszosnak is neveznek.

hos05

Ez a legegyszerűbb forma, könnyen elkészíthető, az ilyen tű olcsó. A félgömb felület néhány tized milliméteren át — szilárdsági okok miatt— egyre szélesedő kúpban folytatódik. A kúp alkotói közötti szög kb. 40-55°. Ez a kúpos rész azután hengeressé válik; a hengert a tűt tartó csövecskéhez, a tűszárhoz erősítik. A tűszár a tű és a hangszedő átalakítója közötti mozgó csatoló elem. Az átalakító kijáratán a tű egy képzelt pontja, pl. a félgömb hegy középpontja mozgásának megfelelő feszültség jelenik meg. A legismertebb félgömb hegyű tűs típusok egyike a kb. 130-170 ezer forintért kapható Denon DL 103 mozgótekercses cucc. A tű lekerekítési sugara 16,5 µm; a mikrobarázdás sztereó lemezekhez egyébként a szabványosított érték 13-18 µm.

hos07

Szinte töretlen, 1962 óta tartó népszerűsége azt bizonyítja, hogy még mindig léteznek az ilyen tűprofilban hívő audiofilek. Hogy miért, rejtély a számomra, mert a legtöbb teszt szerint a felbontása, részletgazdagsága nem az igazi. Azt meg hiszi a piszi, hogy 45 kHz-es jelet le tud játszani ezzel a tűvel, pedig a műszaki adatai között ezzel büszkélkedik.

Ugyancsak félgömb hegyű az Audio-Technica belépő szintű, kb. 12 ezer forintért mért hangszedője, az AT-81 CP. A tűje AT-N81 CP típusjelű, s kb. 9 ezer forintért veheted meg, de ez tartalmazza az átalakítóhoz vezető többi szerkezeti és rögzítő elemet is.

hos08

Lehet még ennél is lejjebb menni, hiszen a gagyi kerámia hangszedős lemezjátszók tűje szintén félgömb hegyű. Van azonban a félgömb hegynek is néhány jó tulajdonsága. Az egyik, hogy kevésbé koptatja a lemezt, mert aránylag nagy felületen fekszik föl a barázda falaira. A másik, hogy jól bírja a gyűrődést, pl. a szkreccselést, ezért stúdióbeli és diszkós alkalmazása igen gyakori, hiszen ezekben az esetekben nem a hangminőség a legfőbb szempont. A következő fotó egy diszkós célra ajánlott, ma már nem gyártott, Stanton hangszedő tűjéről készült.

hos09

Szintén félgömb hegyű a tűje, napjainkban is gyártják, s kb. 80 euróért mérik a Stanton DS4-et.

Ám akkor mégis miért nem eléggé kóser a félgömb hegyű tű? Ennek oka a statikus vagy elterjedtebb nevén a geometriai torzítás. Geometriai torzításnak azokat az eltéréseket, hibákat és ennek következményeit nevezzük, amelyek csakis a tű és a barázda alakjától függenek. Az egyik csoport a követési torzításoké, a másik csoport a barázda összezáródás. Ismét a hanglemez vágásából kell kiindulni. Az egyszerűség kedvéért képzeletben szinuszos jelet vágunk a barázdába.

hos10

A vágótű éle minden pillanatban merőlegesen érinti a barázda hossztengelyét. Vizsgáljuk meg a gömbi tűfelület középpontjának helyzetét a szinuszos modulációjú barázdában a vágóélhez viszonyítva! Az egyik félhullámban ezt a helyzetet a külső barázdafalon egy késésben levő érintkezési pont szabja meg. A belső barázdafalon viszont a gömbi tűfelület középpontjának helyzetét a vágóélhez viszonyítva siető érintkezési pont határozza meg. Azt a pontot, amelynél a görbe görbületet vált, hajlási pontnak hívjuk, a matematikául beszélők meg inflexiós pontnak.

hos11

A görbületváltás azt jelenti, hogy befelé görbülőből kifelé görbülővé válik a függvény, vagy fordítva. A befelé görbülőt a matekosok konvexnek, a kifelé görbülőt konkávnak hívják. Az animáción az érintő színének megváltozása jelzi a hajlási pontot. Kék, ahol a görbe konvex, zöld, ahol konkáv, piros a hajlási pontokon. Szimmetrikus szinuszjelben a hajlási pont a nullátmenetnél van.

hos12a

Esetünkben a hajlási pontra szimmetrikus helyzetben a késés és a sietés időbeli nagysága megegyezik, a gömbi felület középpontja a vágóél helyzetével esik egybe. Csakhogy nem ez a középpont érintkezik a barázda falaival, hanem a felület két széle. A szinuszrezgés másik félhullámában a sietés késéssé, a késés sietéssé vált. A szinuszhullám maximális és minimális csúcsánál a félgömb felület érintési pontjai egybeesnek a vágóél nyomvonalával. Ez a fajta késés-sietés-késés sietés jelenség fázistolásokat eredményez, és az oldalirányú moduláció lejátszásakor a barázda falában eredetileg nem rögzített, páratlan számú harmonikusokból álló torzítási termékek keletkeznek. Nyilván minél kisebb a tűhegy átmérője, annál kisebbek a késések-sietések, ám ha nagyon kicsi volna, akkor a tű a barázda fenekére süllyedne, és szétkaristolná azt. Ám ez csak az elmélet, a valódi tűk nemcsak egyetlen pontban érintkeznek a barázda belső, illetve külső falával, hanem egy kisebb felületen, ami ráadásul a tű kopásával egyre nagyobb. Következésképpen nemcsak a matekkal kiszámítható páratlan, hanem páros felharmonikusok is keletkeznek. A következő két képen a fehér pöttyök mutatják a tényleges érintkezési felületet új tű esetén.

hos13

S itt még nincs vége! Ismét idebiggyesztem az előző rajznak egy részletét – amit egyébként Degrell László már többször említett, Lemezjátszók és hanglemezek című könyvéből loptam, mert ez a legjobb rajz a témában, amit a szakirodalomban találtam.

hos14

A felső kép felülnézetben, az alsó kép két metszetben, szemből nézve mutatja a tű helyzetét. A barázda modulálatlan (A-A pont, illetve metszet), valamint a modulált barázdának a maximális modulációs helyein a tű mélyebbre tud süllyedni, és tisztességesen támaszkodik a barázda falaira. A szinuszhullám két csúcsértéke közötti szakaszon azonban a vágótű éle a moduláció erősségétől függően azonos mélységű, de keskenyebb barázdát vág, vagyis a vágóél pillanatnyi mozgásának iránya a barázda hosszirányával valamekkora szöget zár be. A barázdafalak által bezárt szög állandóan változik, csökken, záródik a barázda. Ha a barázdát úgy képzeled el, hogy az egy szakadék, akkor ez a szakadék egyre meredekebb lesz, szűkül, a tű kénytelen fölemelkedni. Ennek az emelkedésnek a mértékét mv-vel jelölték az ábrán; a „v” a vertikális, függőleges rövidítése. A tű függőleges mozgása sajnos feszültséget kelt az átalakítóban, hiszen ez a mozgás is olyan hatást kelt, mintha a barázdát ezzel is modulálnák. A barázda összezáródás egy szinuszos rezgésen belül félperiódusonként ismétlődik, vagyis a tű függőleges mozgásának, a vertikális modulációs rezgésnek a frekvenciái a barázdába forgácsolt jel frekvenciájának a páros számú harmonikusai lesznek. A barázda összezáródásra a monó hangszedők nem érzékenyek, hiszen azok csak a vízszintes mozgásra hajaznak. A sztereó hangszedők esetén mindkét átalakító kijáratán megjelennek a torzítási termékek, hiszen azok honnan tudhatnák, hogy az összezáródást a barázda melyik oldalfala okozta? A barázda összezáródásnak tű- és lemezkoptató hatása is van, hiszen minél jobban beszorul szegény tű, annál nehezebb mozgatni őt, annál nagyobb erők játszanak.

Mivel a sztereó hanglemez hasznos összetevőinek van mélységi komponense, a lejátszás során keletkezik nyomvonal torzítás is.

hos15

A félgömb hegyű tűnek a barázdára merőleges alkotója csak a szinuszrezgés két szélső értékén (a szinusz „tetején” és „alján”) érintkezik a barázdával. A közötte levő helyeken olyan pontok vezetik a tűt, amelyek kívül esnek a középpont vetületén. Ez a tény a fenti ábrán megjelölt ábrázolt helyzetben tv idejű késést, a szinuszhullám folytatásában pedig ugyanennyi sietést okoz. A késés és a sietés egy perióduson belül egyszer ismétlődik, a torzítás páratlan számú harmonikusokat tartalmaz, de mivel az időeltérés mindkét esetben a középpont av értékű emelkedésével, modulációval jár, páros sorszámú zavaró komponensek is keletkeznek.

A hangszedő tűjének és a lemezjátszó karjának hibás beállítása során a vágótű és hangszedő tűjének nem azonos a függőleges szöge, holott azonosnak kéne lennie. (Vannak ám további bűvszavak is, pl. VTA meg SRA, de ezekről szintén később lesz szó.)

hos16

Ez újabb torzítás forrása, mert a lejátszó tű és a vágó tű mozgási síkja nem azonos. Ha ezt a hibát kilőjük, noha nyilván nem lehet teljesen ugyanakkorára beállítani a hangszedő tű függőleges szögét, mint a vágótűét, de egészen pontosan megközelíthetjük azt, akkor is maradt még elég sok bajunk. Ne felejtsd el, hogy egy mechanikai rendszer parányi méreteiről van szó, tehát a mérhető, és főként a hallható torzítás is elég jelentős lehet. A következő, elektronmikroszkóppal készült fotó például egy mindössze 220 µm széles területet mutat.

hos17

Egykor a lemez vágásakor próbáltak a geometriai torzításokon úrrá lenni (lásd a sorozat 389. részét), de az eredményeket elég sokan ócsárolták – joggal. Aztán rájöttek arra, hogy a tűhegyet kell megváltoztatni.